CN120063201B - 一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，属于角度测量技术领域，解决了常规的舵偏角测量装置无法适配微小型抗高过载舵机的问题。本发明包括底座、工装舱以及角度测量组件；工装舱用于安装待检测的舵机和舵面，并支承在底座上；角度测量组件包括主动件、从动件、从动轴、轴承、轴承座以及角度编码器，主动件固定设置在舵面的底部，从动件设置在从动轴的一端且与主动件啮合；角度编码器设置在从动轴的另一端且能够测量从动轴转动的角度。本发明采用将主动件固定设置在舵面底部的方式把舵面的偏转角度传递到从动轴上，通过测量从动轴的转动角度来获得舵偏角的实际值，实现了对微小型抗高过载舵机的舵偏角的准确测量。

Description

一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置

技术领域

本发明涉及角度的测量技术领域，尤其涉及一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置。

背景技术

舵偏角测量用于对舵面旋转角度的验证和非线性拟合，对飞行器姿态控制精度影响较大。常规的舵偏角测量装置主要由定位机构和编码器组成，定位机构包括固定基座，编码器与舵轴同轴安装。其只能测量舵轴的转动角度，不能测量舵面的偏转角度，而舵面的偏转角度为终端输出角度，舵轴的转动角度为舵机输出角度，在终端的前一级，两者之间可能存在间隙和回程误差。同时，现有技术中在测量常规的舵轴角度时，由于舵轴有合适的接口进行安装和定位，可以将测量装置和接口直接对接；而开展微小型抗高过载舵机舵面角度测量时，由于舵面为薄片复杂形状，且舵轴没有合适接口，同时舵机内空间小，从而无法将常规的将测量装置设置到舵轴上的方式适配到现有微小型抗高过载舵机上。

本发明所涉及的微小型抗高过载舵机，指的是直径在70mm以内，能抗万g级过载的舵机。微小型抗高过载舵机凭借其卓越的性能优势，在航空航天、机器人技术、精密仪器等领域发挥着重要作用，同时，微小型抗高过载舵机由于发射初速快，对舵机的角度精度要求高，因此需要能够精确检测微小型抗高过载舵机的舵面偏角的装置。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，用以解决常规的舵偏角测量装置无法适配微小型抗高过载舵机的问题。

一方面，本发明提供了一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，包括底座、工装舱以及角度测量组件；其中，所述工装舱用于安装待检测的舵机和舵面，并将所述舵机和舵面支承在所述底座上；所述角度测量组件包括主动件、从动件、从动轴、轴承、轴承座以及角度编码器，所述从动轴通过所述轴承、轴承座设置在所述底座上；所述主动件固定设置在所述舵面的底部，所述从动件设置在所述从动轴的一端且与所述主动件啮合；所述主动件的圆弧面的圆心在所述舵面的转动轴线上，所述从动件的转动半径与所述主动件的转动半径相等；所述角度编码器设置在所述从动轴的另一端且能够测量所述从动轴转动的角度。

进一步地，所述底座包括十字型座体和支撑框体，其中所述支撑框体位于所述十字型座体的中部并向上突出一段距离；所述十字型座体包括中部空腔和绕所述中部空腔周向均布的四个支座；每个所述支座均包括一个开口朝外的第一安装空间，所述第一安装空间用于安装所述轴承座。

进一步地，所述轴承座相对于所述第一安装空间的高度可调。

进一步地，所述支撑框体包括竖向支撑杆和顶部支撑面，所述竖向支撑杆从所述十字型座体的顶部竖直向上延伸，所述顶部支撑面固定设置在所述竖向支撑杆的顶部。

进一步地，所述顶部支撑面上具有中部通孔，围绕所述中部通孔周向均布有多个第一定位孔；所述顶部支撑面的四个角部均设置有定位块；所述第一定位孔与所述工装舱底部的定位凸起相适配，所述定位块适于夹持所述工装舱的外圆周面。

进一步地，所述主动件包括弓形片和位于所述弓形片顶部两侧的安装凸耳。

进一步地，所述安装凸耳上设置有第三安装孔，用于将所述主动件通过螺钉固定设置在所述舵面的底部。

进一步地，所述弓形片的所述圆弧面上设置有多个齿或者所述圆弧面为摩擦面。

进一步地，所述角度测量组件还包括弹性支撑片，所述弹性支撑片的一端与所述角度编码器固定连接，另一端与所述轴承座固定连接。

进一步地，所述底座还包括辅助支架，所述辅助支架包括水平支架和垂直支架；所述水平支架固定设置在所述底座的底部，所述垂直支架固定设置在所述水平支架的一侧端部。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

（1）本发明的舵偏角测量装置，采用将主动件固定设置在舵面底部同时从动件与主动件啮合的方式把舵面的偏转角度传递到从动轴上，通过使主动件的圆弧面的圆心在舵面的转动轴线上，同时从动件的转动半径与主动件的转动半径相等，进而使得从动轴的转动角度与舵面的偏转角度相等；通过测量从动轴的转动角度来获得舵偏角的实际值，实现了对微小型抗高过载舵机的舵偏角的准确测量，解决了常规的舵偏角测量装置无法适配微小型抗高过载舵机的问题；相较于常规的舵偏角测量装置测量的是舵轴的转动角度，本发明的舵偏角测量装置直接测量舵面的偏转角度，可不受舵轴和舵面之间的间隙和回程误差的影响，测量结果更为精确；同时，由于将主动件固定设置在舵面的底部，不会对舵面的气动特性造成影响；

（2）本发明通过底座的十字型座体的四个支座，提供了四个角度测量组件的安装空间，能同时对舵机的四个舵面进行舵偏角采集；通过支撑框体，提供了主动件和从动件的安装空间，使得能够将舵面的偏角无差别的传递到从动轴上；

（3）本发明通过使轴承座的高度可调，能够减少和消除主动件与从动件之间啮合间隙与回程误差，提高了舵机的舵偏角的测量精度；

（4）通过设置定位孔、定位块和定位突起，实现了舵面与角度测量组件之间的准确定位，使舵机的舵偏角能够得到准确测量。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件；

图1为一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置的结构示意图；

图2为一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置的纵向剖面图；

图3为一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置的主视图；

图4为底座的结构示意图；

图5为轴承座的结构示意图；

图6为舵面的结构示意图；

图7为主动件的结构示意图；

图8为角度编码器和弹性支撑片的结构示意图。

附图标记：

10-底座；11-十字型座体；111-支座；1111-底板；1112-第一侧板；1113-第二侧板；1114-第三侧板；11141-第一安装孔；1115-第一安装空间；1116-第二安装空间；12-支撑框体；121-竖向支撑杆；122-顶部支撑面；13-辅助支架；131-水平支架；132-垂直支架；20-工装舱；21-筒形主体；211-定位台阶面；212-第二安装孔；213-滑动轴承；30-角度测量组件；31-主动件；311-弓形片；3111-圆弧面；3112-顶面；312-安装凸耳；3121-第三安装孔；32-从动件；33-从动轴；34-滚动轴承；35-轴承座；351-轴孔；352-第四安装孔；353-U型槽；354-条状通孔；355-弹性片固定孔；36-角度编码器；37-端盖；38-定位螺钉；39-弹性支撑片；40-舵机；50-舵面。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本实施例1公开了一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，其结构如图1、图2和图3所示，用于实现对舵机舵偏角的实时采集，进而实现对舵机自身角度传感器反馈数据的评估。

本实施例的用于微小型抗高过载舵机40的舵偏角测量装置包括底座10、工装舱20以及角度测量组件30。其中，工装舱20用于安装待检测的舵机40和舵面50，并将舵机40和舵面50支承在底座10上。角度测量组件30具有多个，与舵面50一一对应地设置在底座10上。每个角度测量组件30均与对应的一个舵面50相结合，并能够感测该舵面50相对于其安装轴的转动角度。

底座10的结构如图4所示。底座10包括十字型座体11和支撑框体12，其中支撑框体12位于十字型座体11的中部并向上突出一段距离。

十字型座体11包括中部空腔和绕中部空腔周向均布的四个支座111，每个支座111均包括一个底板1111，以及分别从底板1111的三个侧边缘竖直向上延伸的第一侧板1112、第二侧板1113和第三侧板1114，其中第一侧板1112和第二侧板1113相对设置，第三侧板1114的两端分别连接第一侧板1112和第二侧板1113，且第三侧板1114靠近十字型座体11的中部。

相邻的底板1111的边缘处互相连接成为一个整体。第一侧板1112、第二侧板1113和第三侧板1114围合形成一个开口朝外的第一安装空间1115，该第一安装空间1115用于安装角度测量组件30的轴承座35。第三侧板1114上设置有多个第一安装孔11141，便于安装轴承座35。每个底板1111上均设置有螺纹孔，用于设置定位螺钉38。

优选地，该第一安装空间1115的宽度略大于轴承座35的宽度，使得轴承座35与第一安装空间1115之间为小间隙配合，从而轴承座35既能够在第一安装空间1115内上下移动，又不会发生侧倾。

所有第一侧板1112和第二侧板1113的朝向中部的端部均向内延伸，突出于第三侧板1114一段距离。任意一个支座111的第一侧板1112和相邻的支座111的第二侧板1113的靠近中部的端部相互连接成为一个整体。

支撑框体12包括竖向支撑杆121和顶部支撑面122。其中竖向支撑杆121有四个，从相邻的第一侧板1112和第二侧板1113的连接部竖直向上延伸。顶部支撑面122为正方形的平板，固定设置在竖向支撑杆121的顶部。

顶部支撑面122上具有中部通孔，围绕中部通孔周向均布有多个定位孔。在正方形的顶部支撑面122的四个角部均设置有定位块。优选地，定位块为弧形条状突起，定位块的内圆周的直径等于工装舱20的外径。将工装舱20放置到底座10上时，四个定位块正好夹住工装舱20的外圆周面底部。

进一步地，其中一个定位块的中部设置有中断凹槽，将该定位块分为两段彼此间隔的弧形条状突起。对应的，工装舱20的外圆周面底部设置有定位键，通过将该定位键卡入该中断凹槽中，实现对工装舱20的周向的定位锁紧。

相邻两个竖向支撑杆121、顶部支撑面122以及对应的第一侧板1112、第二侧板1113共同围合形成了第二安装空间1116，该第二安装空间1116用于安装主动件31和从动件32。

参见图1、图2以及图3，工装舱20为圆筒形结构，用于安装待检测的舵机40和舵面50，并将舵机40和舵面50支承在底座10上。

工装舱20包括筒形主体21，在筒形主体21的底部周向均布有多个定位凸起或者定位孔，工作时，可以将工装舱20直接放置到底座10的顶部支撑面122上，或者先在顶部支撑面122上的定位孔内安装定位销，再将工装舱20放置到顶部支撑面122上。同时，工装舱20的外圆周面被四个定位块卡紧，实现对工装舱20的定位锁定。通过底座10设置的定位孔和定位块，能够实现工装舱20轴向和周向准确定位，使得测量精度更好得到保障。

工装舱20的中心通孔分为两段，上段中心通孔的直径小于下段中心通孔的直径。上段中心通孔与下段中心通孔的连接处形成定位台阶面211，该定位台阶面211用于实现对舵机40的轴向的定位。舵机40由下向上穿过工装舱20的中心通孔，通过定位台阶面211实现定位。工装舱20的外圆周面上设有多个固定孔，可通过螺钉将舵机40固定安装在工装舱20内。

工装舱20的外圆周面上设置有四个第二安装孔212，用于安装舵面50。舵面50的安装轴通过滑动轴承213被设置在第二安装孔212内，且安装轴的端部与舵机40的舵轴传动连接并能被舵轴驱动绕安装轴的轴线转动，进而带动舵面50偏转。

本实施例所适用的微小型抗高过载舵机40的舵面50与普通舵面50相比，舵面50小而薄，主体外形为不规则楔形，如图6所示，因此不便于直接夹持和定位来实现同轴输出。

采用本实施例的舵偏角测量装置对舵面50的偏角进行测量时，需要在舵面50的底面设置两个螺纹孔，如图2、图6所示，这两个螺纹孔用于固定主动件31，以将舵面50的偏转运动传递到角度测量组件30。这两个螺纹孔沿舵面50的宽度方向布置。由于这两个螺纹孔设置在舵面50的底面，其不会对舵面50的气动特性造成影响。

角度测量组件30包括主动件31、从动件32、从动轴33、滚动轴承34、端盖37、轴承座35以及角度编码器36。其中，主动件31固定安装在舵面50的底面，从动件32与主动件31相啮合，从动件32固定安装在从动轴33的一端，角度编码器36固定安装在从动轴33的另外一端，从动轴33的中部通过滚动轴承34安装在轴承座35上，轴承座35可调节地设置在底座10的支座111上。舵面50的偏转能够通过主动件31、从动件32被传递到从动轴33上，进而被角度编码器36检测到具体转动角度。

参见图1、图3以及图7，主动件31包括弓形片311和位于弓形片311顶部两侧的安装凸耳312。弓形片311包括顶面3112和圆弧面3111，其中圆弧面3111的圆心在舵面50的安装轴的中心轴线上。弓形片311的圆弧面3111上设置有多个齿或者圆弧面3111为摩擦面。

参见图7，安装凸耳312与弓形片311的顶部齐平，每个安装凸耳312上均设置一个第三安装孔3121，这两个第三安装孔3121的间距、大小与设置在舵面50的底面两个螺纹孔的间距、大小相同，适用于通过螺钉将主动件31固定安装在舵面50的底部。从而，主动件31能够随着舵面50的偏转而绕其圆弧面3111所对应的中心轴线转动，由于主动件31的转动轴与舵面50的安装轴同轴，使得主动件31与舵面50的转动角度完全一致。舵面50与主动件31也可通过销和销孔过盈配合连接的方式固定在一起。通过舵面50底面的螺纹孔和主动件31的第三安装孔3121实现主动件31与舵面50的定位和固定，这种连接方式不会影响舵面50的气动特性。

从动件32为与主动件31相啮合的从动齿轮或从动摩擦轮。从动件32的半径与主动件31的转动半径相等。当主动件31转动时，从动件32也会随之转动相同的角度。从动件32套设在从动轴33的一端并通过螺钉固定在从动轴33上。

轴承座35的结构如图5所示。轴承座35整体为平板结构，轴承座35的上部设置有轴孔351，滚动轴承34固定设置在该轴孔351内。轴孔351的周围均布有四个第四安装孔352，用于安装端盖37。

轴承座35的下部设置有两个竖直延伸的U型槽353，U型槽353的底部设有条状通孔354。轴承座35被设置在底座10的一个支座111的第一安装空间1115内，贴靠在第三侧板1114上，通过螺钉穿过条状通孔354和第一安装孔11141，将轴承座35固定设置在底座10上。在螺钉紧固前可上下滑动轴承213座，通过上下滑动使主动件31和从动件32无间隙啮合。通过调整螺钉相对于条状通孔354的位置，即可调节轴承座35的高度位置，从而确保主动件31和从动件32的无间隙啮合，避免回程误差。轴承座35与底座10的第一安装空间1115采用小间隙配合，确保既能上下滑动，又不会发生侧倾。

定位螺钉38从下向上安装在底座10的底板1111上，并支撑轴承座35的底部。在安装轴承座35时，通过调节定位螺钉38，即可调节轴承座35的高度。

参见图2，滚动轴承34套设在从动轴33上并贴靠在从动轴33的两处轴肩处，从动轴33和滚动轴承34穿过轴承座35的轴孔351，端盖37通过螺钉固定在轴承座35的两侧并对滚动轴承34进行固定。

角度编码器36的转子套设在从动轴33上，并通过锁紧箍（图中未示出）固定在从动轴33朝外的一端的端部。角度编码器36的定子外壳通过连接件（图中未示出）与底座10固定连接或者与轴承座35固定连接。

采用本实施例1的舵偏角测量装置对微小型抗高过载舵机的舵偏角进行测量时，首先需要在舵面50的底部加工两个螺纹孔，然后将舵机40安装到工装舱20内，将舵面50安装到工装舱20的外圆周面上，并与舵机40的舵轴连接。接下来将工装舱20安装到底座10的支撑框体12上，再将主动件31固定设置到舵面50的底部。将从动件32、从动轴33、滚动轴承34、端盖37、轴承座35以及角度编码器36组装到一起，然后将轴承座35固定到底座10的第一安装空间1115内，且使得从动件32位于第二安装空间1116内，同时调节定位螺钉38，使得从动件32与主动件31无间隙啮合，然后使用螺钉固定轴承座35到底座10支座111的第三侧板1114上。将角度编码器36的定子外壳与底座10或者轴承座35固定连接。启动舵机40驱动舵面50转动，通过角度编码器36测量舵面50的舵偏角。

与现有技术相比，本实施例1的用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，能够采用非同轴测量方式实现采集和换算舵面偏转的角度，可同时采集四路舵偏角数据。

实施例2

本实施例2涉及一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，在实施例1的基础上，还具有以下区别：角度测量组件30还包括弹性支撑片39，底座10还包括辅助支架13。

弹性支撑片39的结构参见图1、图2以及图8所示。

弹性支撑片39为台阶式片状件，可通过将弹性薄片多次弯折获得。弹性支撑片39的一端固定在角度编码器36的内侧端面上，另一端通过螺钉固定在轴承座35侧面。对应的，轴承座35的下部还设置有弹性片固定孔355，弹性片固定孔355位于两个U型槽353之间。

弹性支撑片39能够约束角度编码器36的定子外壳的旋转自由度，同时能够对角度编码器36起到辅助支撑作用，进而避免在角度编码器36的重力作用下从动轴33的弯曲变形导致的测量误差，进一步提高测量的精确性。

通过弹性支撑片39实现角度编码器36的弹性支撑，既能提供支撑作用，又不会对从动轴33产生多余应力，弹性支撑片39为台阶结构，提供较高的刚度同时便于安装在底座10上。

弹性支撑片39的材质可以为弹性金属材料，也可以是具有一定弹性和刚度的塑胶材料。

辅助支架13包括水平支架131和垂直支架132。水平支架131通过螺钉固定在底座10的底部，垂直支架132通过螺钉与水平支架131固定，如图1和图2所示。

水平支架131和垂直支架132能够实现本实施例2的舵偏角测量装置的轴向水平放置，便于对定位螺钉38进行调整，又可作为提手使用，便于搬运携带。

此外，在安装过程中，由于设置了水平支架131和垂直支架132，使得本实施例的舵偏角测量装置既可以横向放置，又可以纵向放置，便于装配和调节定位螺钉38。

与现有技术相比，本实施例2的用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，能够克服从动轴33的弯曲变形带来的测量误差，同时便于安装及携带。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，用于测量所述微小型抗高过载舵机的舵面的偏角，所述舵面为薄片且主体外形为不规则楔形；其特征在于，包括底座、工装舱以及角度测量组件；其中，所述工装舱用于安装待检测的舵机和舵面，并将所述舵机和舵面支承在所述底座上，所述舵机安装在所述工装舱内，所述舵面安装在所述工装舱的外圆周面上，并与所述舵机的舵轴连接；所述角度测量组件包括主动件、从动件、从动轴、轴承、轴承座以及角度编码器，所述从动轴通过所述轴承、轴承座设置在所述底座上，所述从动轴的轴线与所述舵面的转动轴线不重合；所述底座包括十字型座体和支撑框体，其中所述支撑框体位于所述十字型座体的中部并向上突出一段距离；所述十字型座体包括中部空腔和绕所述中部空腔周向均布的四个支座；每个所述支座均包括一个底板，以及分别从所述底板的三个侧边缘竖直向上延伸的第一侧板、第二侧板和第三侧板，所述第一侧板、第二侧板和第三侧板围合形成一个开口朝外的第一安装空间，所述第一安装空间用于安装所述轴承座，所述轴承座相对于所述第一安装空间的高度可调，且所述轴承座与所述第一安装空间之间为小间隙配合；所述主动件包括弓形片和位于所述弓形片顶部两侧的安装凸耳，所述安装凸耳上设置有第三安装孔，用于将所述主动件通过螺钉固定设置在所述舵面的底部；所述从动件设置在所述从动轴的一端且与所述主动件啮合；所述主动件的圆弧面的圆心在所述舵面的转动轴线上，所述从动件的转动半径与所述主动件的转动半径相等；所述角度编码器设置在所述从动轴的另一端且能够测量所述从动轴转动的角度。

2.根据权利要求1所述的用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，其特征在于，所述支撑框体包括竖向支撑杆和顶部支撑面，所述竖向支撑杆从所述十字型座体的顶部竖直向上延伸，所述顶部支撑面固定设置在所述竖向支撑杆的顶部。

3.根据权利要求2所述的用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，其特征在于，所述顶部支撑面上具有中部通孔，围绕所述中部通孔周向均布有多个第一定位孔；所述顶部支撑面的四个角部均设置有定位块；所述第一定位孔与所述工装舱底部的定位凸起相适配，所述定位块适于夹持所述工装舱的外圆周面。

4.根据权利要求1所述的用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，其特征在于，所述弓形片的所述圆弧面上设置有多个齿或者所述圆弧面为摩擦面。

5.根据权利要求1所述的用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，其特征在于，所述角度测量组件还包括弹性支撑片，所述弹性支撑片的一端与所述角度编码器固定连接，另一端与所述轴承座固定连接。

6.根据权利要求1所述的用于微小型抗高过载舵机的舵偏角测量装置，其特征在于，所述底座还包括辅助支架，所述辅助支架包括水平支架和垂直支架；所述水平支架固定设置在所述底座的底部，所述垂直支架固定设置在所述水平支架的一侧端部。