CN217436044U - 适用于无人机舵系统的驱动设备和驱动设备的安装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于无人机领域，尤其涉及适用于无人机舵系统的驱动设备和驱动设备的安装结构，包括用于对外部电源进行转换的电压转换模块、用于为舵系统控制信号提供转换的控制模块、用于为转换后的控制信号提供驱动的隔离放大模块；电压转换模块与无人机配电盒分离设置，从而分散热量，从而提高无人机配电盒的散热效率；控制模块同样与无人机飞行控制系统分离设置，对舵系统驱动设备进行迭代时，不需要更换配电盒和飞行控制系统，从而降低迭代成本；同时，设置隔离放大模块对控制模块转换的控制信号进行隔离和放大，避免了舵机在启动瞬间导致飞行控制系统不稳定的情况发生。

Description

适用于无人机舵系统的驱动设备和驱动设备的安装结构

技术领域

本实用新型属于无人机领域，尤其涉及适用于无人机舵系统的驱动设备和驱动设备的安装结构。

背景技术

无人机中的舵系统，例如无人机左右翼的升降舵机、尾翼的转向舵机、推进用的电机等，是无人机重要组成部分。

目前无人机的舵系统驱动设备，通常分为配电与控制两部分。配电部分集成于整个无人机系统的配电盒中。控制部分则通过PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号直接与飞行控制系统连接，或者通过电子调速器间接与飞行控制系统连接。现有的舵系统存在以下缺陷：

(1)舵系统的配电部分集成在无人机的系统配电盒中会导致大热量电路过度集中，散热很难达到理想的状态；

(2)舵系统的配电部分集成于无人机的系统配电盒，舵系统的控制部分集成于飞行控制系统，当无人机的舵系统改型时，必须同步更改无人机系统配电盒和飞行控制系统，迭代成本比较高；

(3)舵系统的控制部分集成在飞行控制系统中，并通过传输线传输信号，由于传输线传输损耗的存在，且没有经过隔离放大，导致控制舵系统的PWM信号经过线缆传输可靠性降低；从而导致舵系统启动瞬间不稳定。

实用新型内容

本实用新型提供了适用于无人机舵系统的驱动设备和驱动设备的安装结构，以解决现有的无人机配电盒散热效率低、驱动设备迭代成本高和无人机在启动时不稳定的技术问题。

适用于无人机舵系统的驱动设备和驱动设备的安装结构，包括用于对外部电源进行转换的电压转换模块、用于为舵系统控制信号提供转换的控制模块、用于为转换后的控制信号提供驱动的隔离放大模块；

所述电压转换模块的输入端与所述外部电源连接，所述电压转换模块的输出端与所述舵系统连接；

所述控制模块的输入端与无人机内的飞行控制系统连接，所述控制模块的输出端通过所述隔离放大模块与所述舵系统连接。

可选地，所述驱动设备还包括用于进行通信转换的通讯模块，所述控制模块通过所述通讯模块与所述飞行控制系统连接。

可选地，所述驱动设备还包括用于对所述舵系统的反馈信号进行转换的输入转换模块；

所述输入转换模块的输入端与所述舵系统连接，所述输入转换模块的输出端与所述控制模块连接。

可选地，所述驱动设备还包括：用于采集无人机机身震动的震动采集模块、用于采集舵系统工作环境的温湿度采集模块；

所述震动采集模块、所述温湿度采集模块与所述控制模块连接。

可选地，所述驱动设备还包括用于采集所述电压转换模块的输入信号的第一电压电流采集模块、用于采集所述电压转换模块的输出信号的第二电压电流采集模块；

所述第一电压电流采集模块的输入端与所述电压转换模块的输入端连接，所述电压电流采集模块的输出端与所述控制模块连接；

所述第二电压电流采集模块的输入端与所述电压转换模块的输出端连接，所述电压电流采集模块的输出端与所述控制模块连接。

可选地，所述电压转换模块为直流电压转换电路，所述外部电源为直流电源。

可选地，所述控制模块为单片机；所述震动采集模块为震动传感器；所述温湿度采集模块为温湿度传感器；所述隔离放大模块为隔离放大芯片。

本实用新型还提供一种适用于无人机舵系统的驱动设备的安装结构，包括电路板，驱动设备集成在所述电路板上；所述无人机的舵系统所在位置设有用于安装所述电路板的结构，所述电路板安装在所述结构内部。

可选地，所述结构内还设有用于对所述电路板进行散热的散热片，所述电路板通过导热硅胶垫与所述散热片贴合连接。

可选地，所述安装结构还包括用于对所述电路板进行封装的塑料外壳，所述电路板设置在所述塑料外壳内。

本实用新型提供适用于无人机舵系统的驱动设备和驱动设备的安装结构，具有以下有益效果：设置电压转换模块和控制模块，电压转换模块对输入的电源信号进行幅值转换，从而对舵系统进行供电，控制模块根据飞行控制系统的指令转换控制信号，从而控制舵系统的动作；电压转换模块与无人机配电盒分离设置分散热量，从而提高无人机配电盒的散热效率；控制模块同样与无人机飞行控制系统分离设置，对舵系统驱动设备进行迭代时，不需要更换配电盒和飞行控制系统，从而降低迭代成本；同时，设置隔离放大模块对控制模块转换的控制信号进行隔离和放大，避免了舵机在启动瞬间导致飞行控制系统不稳定的情况发生。

附图说明

图1是本实用新型的一实施例中的转换部分的供电结构示意图；

图2是本实用新型的一实施例中的驱动设备的供电和驱动结构示意图；

图3是本实用新型的一实施例中的驱动设备的详细结构示意图；

图4是本实用新型的一实施例中的驱动设备的散热机构示意图；

附图标号说明：

1 控制板

2 电源板

3 散热片

4 安装螺钉

5 铜锣柱

6 散热硅胶垫

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本实用新型实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本实用新型的实施例是显而易见的。

图1-4所示，本实用新型中的提供的适用于无人机舵系统的驱动设备，包括转换部分和控制部分；

其中转换部分包括电压转换模块；

电压转换模块，电压转换模块为DC-DC直流转换模块(DC-DC是指某一电压等级的直流电源转换为另一电压等级的直流电源)，电压转换模块的输入端与外部电源连接，电压转换模块的输出端与舵系统连接。电压转换模块将外部电源提供的电源信号进行电平幅值转换，转换为适配舵系统的直流信号，从而为舵系统进行供电；

本实施例中，外部电源为系统配电盒或者电池，系统配电盒即为无人机内部配电盒，舵系统可以通过无人机内部的系统配电盒进行供电，也可以通过电池供电；

无人机的舵系统的配电部分集中在无人机系统配电盒中会导致大热量电路过度集中，散热很难达到理想的状态；目前常见的解决方案是在无人机系统配电盒中降低系统的配电性能以解决散热问题。这样大大降低了无人机系统配电盒的适配性，大功率的舵系统(或者舵机) 根本无法适配。

而本设备将舵系统的转换部分从无人机系统配电盒中脱离出来，分散了热量，降低了无人机系统配电盒温度。同时由于转换部分设置电压转换模块，9-35V电压都可以作为输入电源，适应性较强，所以本设备不仅可以选择由系统配电盒供电，也可以选择由电池供电，这样更加降低了无人机系统配电盒的散热问题。

因为解决了系统配电盒的散热问题，所以提高了系统运行的可靠性。同时由于散热能力的提高，同步也提高了系统配电盒和舵系统的配电性能，使得无人机可以带更多更大功率的载荷，也解决了对大功率舵系统的适配问题。

控制部分包括控制模块、隔离放大模块、第一电压电流采集模块、第二电压电流采集模块、输入转换模块、震动采集模块和温湿度采集模块；

其中，控制部分还包括用于转换通信协议的通讯模块，控制模块通过通讯模块与飞行控制系统连接；在一些实施例中，控制模块为微型单片机，例如HK32F103CBT6，也可选用其他可实现相同功能的MCU或者其他类型处理器，如CPLD(Complex Programmable logicdevice，复杂可编程逻辑器件)，SOC(System on Chip，系统级芯片)等；通讯模块通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线与飞行控制系统连接，飞行控制系统通过通讯模块发送指令给控制模块，控制模块将飞行控制系统发送的指令解码成舵系统需要的PWM信号。

隔离放大模块的输入端与控制模块连接，隔离放大模块的输出端与舵系统连接，隔离放大模块用于对控制模块转换的PWM信号进行隔离和放大，隔离放大模块可以有效地消除干扰信号，解决线缆传输中的信号失真问题；具体地，隔离放大模块采用隔离放大芯片，例如 IX4427MTR，也可以是其他具备类似功能的芯片或者组合电路；

舵系统接收经过隔离放大后的PWM信号后，按照PWM信号执行对应动作，在运转时舵系统会产生一些反馈信号，因此设置输入转换模块；

输入转换模块的输入端与舵系统连接，输入转换模块的输出端与控制模块连接，输入转换模块用于采集舵系统反馈的PWM信号，并将其转换为控制模块能够识别的信号；

本实施例中设置两路电压电流采集模块完成对电源信号的检测，第一电压电流采集模块用于对电压转换模块输入的电源信号进行采样，并发送至控制模块，例如采用无人机系统配电盒供电时，采集的是无人机系统配电盒输出的电源信号；电池供电时，采集的是电池输出的电源信号；第二电压电流采集模块用于采样电压转换模块的输出的电源信号；第一电压电流采集模块的输入端与电压转换模块的输入端连接，电压电流采集模块的输出端与控制模块连接；第二电压电流采集模块的输入端与电压转换模块的输出端连接，电压电流采集模块的输出端与控制模块连接。

震动采集模块用于采集无人机或者舵系统在工作时的震动情况，震动采集模块与控制模块连接，控制模块可以通过震动采集模块监控无人机或者舵系统的异常震动情况，消除安全隐患；在一些实施例中，震动采集模块为惯性测量单元(IMU)，例如ICM-20600，也可以选用其他型号IMU，或者陀螺仪等可测量震动数据的传感器；

温湿度采集模块用于采集舵系统工作环境的温湿度，温湿度采集模块与控制模块连接，控制模块可以通过温湿度采集模块监控舵系统的工作环境，及时发现异常的工作环境，消除安全隐患；温湿度采集模块可以是任意温湿度传感器，或者是带有温湿度采集功能的多功能器件；在一些实施例中，温湿度采集模块采用温湿度传感器，例如AHT10；

现有的舵系统的配电部分集成于无人机的系统配电盒中，舵系统控制电路集成于飞控，当无人机舵系统改型时，必须同步更改无人机的系统电盒和飞行控制系统，迭代成本比较高。针对这一问题目前没有常规解决方案。有部分方案为了避免更换飞行控制系统，将舵系统的控制部分集成于系统配电盒。但系统配电盒的迭代成本也并不低。

而本设备将驱动设备与飞行控制系统、无人机的系统配电盒分离，舵系统更新迭代时只需要更新驱动设备即可，相比于现有技术，迭代成本更低。

本实用新型提供适用于无人机舵系统的驱动设备，设置电压转换模块和控制模块，电压转换模块对输入电源进行幅值转换，从而对舵系统进行供电，控制模块根据飞行控制系统的指令转换控制信号，从而控制舵系统的动作；电压转换模块与无人机配电盒分离设置，从而分散热量，从而提高无人机配电盒的散热效率；控制模块同样与无人机飞行控制系统分离设置，对舵系统驱动设备进行迭代时，不需要更换配电盒和飞行控制系统，从而降低迭代成本；同时，设置隔离放大模块对控制模块转换的控制信号进行隔离和放大，避免了舵机在启动瞬间导致飞行系统不稳定的情况发生。

此外，为了进一步提高舵系统的散热性能，如图4所示，本实施例中还提供一种适用于无人机舵系统的驱动设备的安装结构，包括电路板；

将舵系统驱动设备的转换部分和控制部分集成在电路板上，分别为控制板1、电源板2，控制板1和电源板2之间的固定方式采用安装螺钉4与铜锣柱5对接的方式固定，也可选用其它可实现相同固定功能的方式，比如锁扣、支撑柱、压接、连接器；

控制板1、电源板2通过热缩管进行塑封，热缩管受热后自动缩小贴合在驱动设备上，驱动设备的内部设置散热片3，电源板2上的电子器件通过散热硅胶垫6与散热片3贴合连接；也可选用其它可实现相同散热功能的方式，如导热硅胶+散热组件等；采用塑封的方式便于迭代时，更换舵系统驱动设备；

本实施例中的电源板2与散热片3固定连接，固定方式采用安装螺钉4与铜锣柱5对接的方式固定，也可选用其它可实现相同固定功能的方式，比如粘贴、焊接、锁扣、支撑住、压接、连接器。

本实施例中的控制板1、电源板2在驱动设备内堆叠放置，也可选用其它可实现相同堆叠功能的方式，比如单个电路板、多个电路板堆叠。

本实施例中的控制板1、电源板2连接方式采用单排针焊接，也可选用其它可实现相同连接功能的方式，比如其它连接器焊接、其它连接器插接、焊线连接、FPC相连。

本实施例中的控制板1、电源板2中的电源及信号采用焊线方式引出，也可选用其它可实现相同连接功能的方式，比如连接器焊接、连接器插接。

本实施例中的舵系统驱动设备采用整体塑封方式，将电路板封装在热缩管内，也可选用其它可实现相同轻型功能的封装方式，比如无壳体或其它轻型材料作为壳体。

在上述实施例中，尽管已经结合了本实用新型的具体实施例对本实用新型进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变形对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.适用于无人机舵系统的驱动设备，其特征在于，包括用于对外部电源进行转换的电压转换模块、用于为舵系统控制信号提供转换的控制模块、用于为转换后的控制信号提供驱动的隔离放大模块；

所述电压转换模块的输入端与所述外部电源连接，所述电压转换模块的输出端与所述舵系统连接；

所述控制模块的输入端与无人机内的飞行控制系统连接，所述控制模块的输出端通过所述隔离放大模块与所述舵系统连接。

2.根据权利要求1所述的适用于无人机舵系统的驱动设备，其特征在于，所述驱动设备还包括用于进行通信转换的通讯模块，所述控制模块通过所述通讯模块与所述飞行控制系统连接。

3.根据权利要求1所述的适用于无人机舵系统的驱动设备，其特征在于，所述驱动设备还包括用于对所述舵系统的反馈信号进行转换的输入转换模块；

所述输入转换模块的输入端与所述舵系统连接，所述输入转换模块的输出端与所述控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的适用于无人机舵系统的驱动设备，其特征在于，所述驱动设备还包括：用于采集无人机机身震动的震动采集模块、用于采集舵系统工作环境的温湿度采集模块；

所述震动采集模块、所述温湿度采集模块与所述控制模块连接。

5.根据权利要求1所述的适用于无人机舵系统的驱动设备，其特征在于，所述驱动设备还包括用于采集所述电压转换模块的输入信号的第一电压电流采集模块、用于采集所述电压转换模块的输出信号的第二电压电流采集模块；

所述第一电压电流采集模块的输入端与所述电压转换模块的输入端连接，所述电压电流采集模块的输出端与所述控制模块连接；

所述第二电压电流采集模块的输入端与所述电压转换模块的输出端连接，所述电压电流采集模块的输出端与所述控制模块连接。

6.根据权利要求1所述的适用于无人机舵系统的驱动设备，其特征在于，所述电压转换模块为直流电压转换电路，所述外部电源为直流电源。

7.根据权利要求4所述的适用于无人机舵系统的驱动设备，其特征在于，所述控制模块为单片机；所述震动采集模块为震动传感器；所述温湿度采集模块为温湿度传感器；所述隔离放大模块为隔离放大芯片。

8.适用于无人机舵系统的驱动设备的安装结构，其特征在于，包括电路板，驱动设备集成在所述电路板上；所述无人机的舵系统所在位置设有用于安装所述电路板的结构，所述电路板安装在所述结构内部。

9.根据权利要求8所述的适用于无人机舵系统的驱动设备的安装结构，其特征在于，所述结构内还设有用于对所述电路板进行散热的散热片，所述电路板通过导热硅胶垫与所述散热片贴合连接。

10.根据权利要求8所述的适用于无人机舵系统的驱动设备的安装结构，其特征在于，所述安装结构还包括用于对所述电路板进行封装的塑料外壳，所述电路板设置在所述塑料外壳内。

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