CN201949642U - 无人机舵机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机舵机，包括电机、齿轮组、舵机输出轴和电位器，所述电机为微型直流伺服电机，齿轮组为四级减速齿轮组，舵机输出轴的上部轴杆面上有一段锥形面，齿轮组的末级齿轮中心孔亦为锥形面，两锥形面相匹配，舵机输出轴和末级齿轮通过弹片式离合器组件相连接，末级减速齿轮与输出轴通过所述锥形面之间的摩擦力来传递力矩；电机和电位器与一个IC控制电路板连接。IC控制电路板控制电机的转动，通过齿轮组带动输出轴转动。本实用新型结构紧凑，体积小，重量轻，输出力矩大，且具有实时反馈功能和自保护功能，运行安全可靠。

Description

无人机舵机

技术领域

本实用新型属于无人机舵面的驱动设备，涉及的是一种无人机的舵机。

背景技术

目前，无人模型机中常用的舵机主要由电机、减速齿轮组、电位器、控制模块组成。舵机工作时，控制模块的信号解调电路将接收到的PWM信号解调成一个直流偏置电压并将此电压与电位器的电压比较后获得一个电压差，该电压差被送入电机驱动集成电路中使电机正转或反转，同时带动电位器旋转至电压差到零，电机停止转动。这种舵机不同程度存在以下几点不足：1、输出力矩小，不能满足无人机飞行中的力矩要求；2、无闭环控制功能，不能实时反馈无人机机翼等的实时转角信号；3、无自保护功能，当与舵机相连的外部机械由于某种意外，对舵机施加的力矩超过舵机工作极限值时，舵机在控制信号的作用下仍会持续加力向目标位置转动，使电机长时间工作在堵转状态，导致舵机损坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种输出力矩大、控制精度高，而且具有自保护功能的无人机舵机。

实现上述目的的技术方案如下所述：

一种无人机舵机，包括电机、齿轮组、舵机输出轴和电位器，其特征在于：所述电机为微型直流伺服电机，所述齿轮组为四级减速齿轮组，所述舵机输出轴的上部轴杆面上有一段锥形面，所述齿轮组的末级齿轮中心孔亦为锥形面，所述两锥形面相匹配，舵机输出轴和末级齿轮通过弹片式离合器组件相连接，末级减速齿轮与输出轴通过所述锥形面之间的摩擦力来传递力矩；所述电机和 电位器与一个IC控制电路板连接。IC控制电路板控制电机的转动，通过齿轮组带动输出轴转动。

所述弹片式离合器组件有上弹片、下弹片、活动销轴及调整螺钉，上弹片和下弹片的中心孔形状相同，所述离合器的各组件与舵机输出轴和减速齿轮组的末级齿轮配合连接。

所述控制电路板主要由运算放大器(MCP6001U)、模数转换器(MCP3301)、三端稳压器(78L15，78L05)、单片机(ATtiny44V-10SSU)、H桥集成电路(BD6232FP)以及与电路中相匹配的电阻和电容组成。

舵机工作时，控制电路接收来自飞控系统的控制信号，该信号经过单片机处理后得出一个目标位置信号，此时电位计根据主轴的当前位置产生一个相应的电压信号，此电压信号经过模数转换器转换后传递给单片机，单片机根据当前位置与目标位置产生一个驱动电压信号，控制微型直流伺服电机转动。控制电路会实时通过固连在输出轴上的电位器来采集主轴的位置，给出电机转动的精确控制信号。电位器产生的位置电压信号还可通过运放电路发送给飞控系统，以实现闭环控制。

本实用新型舵机中的四级减速齿轮组通过转速变换使输出力矩增大；离合器的作用在于使舵机具有自保护功能；IC控制电路板是舵机的核心控制部分，它控制着舵机的转向和转角，其中运算放大器(MCP6001U)通过电位器实时采集主轴的位置信号，经放大处理后提供给飞控系统，使舵机具有闭环控制功能。

本实用新型结构紧凑，体积小，重量轻，输出力矩大，且具有实时反馈功能和自保护功能，运行安全可靠。

附图说明

图1是本实用新型的工作原理框图。

图2是本实用新型的整体结构示意图。

图3是本实用新型的离合器及与相关组件连接示意图。

图4是本实用新型的控制电路板示意图。

图中：1.舵机基座，2.上壳体，3.下壳体，4.微型直流伺服电机，5.电机输出轴齿轮，6.减速齿轮组，61.变速末级齿轮，7.舵机输出轴，8.离合器组件，81.上弹片，82.下弹片，83.挡圈，84.活动销轴，85.调整螺钉.9.电位计，10.控制电路板。

具体实施方式

下面结合附图所示对本实用新型作进一步说明。

本实用新型无人机舵机整体划分为上、下两个腔体。基座1和上壳体2组成舵机的上腔体；基座1和下壳体3组成舵机的下腔体。减速齿轮组6、离合器8和舵机输出轴5固定安装在上腔体中；带动齿轮组的微型直流伺服电机4、与舵机主轴7固定在一起的电位计9、与电机4和电位计9连接的IC控制电路板10固定安装在下腔体中(如图2所示)。微型直流伺服电机4提供舵机的动力；减速齿轮组6起转速变换和提高力矩的作用；IC控制电路板10中的运算放大器(MCP6001U)通过电位器实时采集主轴的位置信号，经放大处理后提供给飞控系统，使舵机具有闭环控制功能。IC控制电路板10对整个舵机起着控制作用。

弹片式离合器组件有上弹片81、下弹片82、活动销轴84及调整螺钉85，离合器的各组件与舵机输出轴7和减速齿轮组的末级齿轮61配合连接(如图2、3所示)，即上、下弹片套在输出轴7上，活动销轴84通过输出轴上的腰形孔直接作用在下弹片82上，调整螺钉85旋接在输出轴端面的螺纹孔中并直接作用于活动销轴83上，使上弹片81与末级齿轮61的下端面保持弹性接触，并使末级齿轮的锥形面与舵机输出轴的锥形面处于接触状态。通过改变调整螺钉85的 位置使活动销轴84发生上下移动，从而推动上下弹片，对末级减速齿轮61施加压力，通过调整该压力的大小来调整输出轴7的负载力矩。若负载力矩过载，末级齿轮61与舵机输出轴7的锥形接触面会打滑，从而实现离合器8的功能，也就避免了因负载过大而发生的大电流烧毁电机现象。

控制电路板主要由运算放大器(MCP6001U)、模数转换器(MCP3301)、三端稳压器(78L15，78L05)、单片机(ATtiny44V-10SSU)、H桥集成电路(BD6232FP)和若干电阻器、电容器组成(如图4所示)。舵机启动后，控制电路通过引出线IC-3接收来自飞控系统发出的控制信号，经单片机分析处理后得出舵机将要到达目标位置信息，此时的电位器会根据主轴当前位置产生一个相应的电压信号，此电压信号由模数转换器MCP3301的3引脚采入，电位器右侧的电阻R3与R4产生一个2.5V的中间参考电压，模数转换器根据此参考电压对电位器的电压进行编码，通过引脚6输送给单片机，单片机通过对当前位置信号与目标位置信号比较，从引脚5、6输出控制电压，此控制电压经过H桥集成电路BD6232FP的放大后加在电机上，驱动电机向目标位置转动。同时，电位器产生的位置电压信号通过电阻R2提供给运放电路，此电路将此信号放大后，通过引线IC-4输送出去，以达到闭环控制的目的。三端稳压器78L15和78L05通过两级电压变换将28V电压稳压至5V，向单片机、模数转换器提供电源。

Claims (3)

1.一种无人机舵机，包括电机、齿轮组、舵机输出轴和电位器，其特征在于：所述电机为微型直流伺服电机，所述齿轮组为四级减速齿轮组，所述舵机输出轴的上部轴杆面上有一段锥形面，所述齿轮组的末级齿轮中心孔亦为锥形面，所述两锥形面相匹配，舵机输出轴和末级齿轮通过弹片式离合器组件相连接，末级减速齿轮与输出轴通过所述锥形面之间的摩擦力来传递力矩；所述电机和电位器与一个IC控制电路板连接，IC控制电路板控制电机的转动，通过齿轮组带动输出轴转动。

2.按照权利要求1所述的无人机舵机，其特征在于：所述弹片式离合器组件有上弹片、下弹片、活动销轴及调整螺钉，上弹片和下弹片的中心孔形状相同，所述离合器的各组件与舵机输出轴和减速齿轮组的末级齿轮配合连接。

3.按照权利要求1所述的无人机舵机，其特征在于：所述控制电路板主要由运算放大器、模数转换器、三端稳压器、单片机、H桥集成电路以及与电路中相匹配的电阻和电容组成。 

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