專利名稱：多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)及其控制方法，特別是一種多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)及其控制方法，尤其適用于遙控模型玩具。
背景技術(shù)：
舵機(jī)是船舶、飛機(jī)等運(yùn)載工具上的重要機(jī)械設(shè)備。在遙控模型玩具中，舵機(jī)亦是遙控模型姿態(tài)控制的關(guān)鍵。申請(qǐng)?zhí)枮?00620058245的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種模型舵機(jī)。該舵機(jī)內(nèi)部收容線路板、變速齒輪組、馬達(dá)及電位器。變速齒輪組包括布置在馬達(dá)一側(cè)的馬達(dá)齒輪、布置在電位器一側(cè)的第四、五變速齒輪及布置于兩側(cè)之間的第一、二、三變速齒輪。馬達(dá)齒輪架設(shè)于馬達(dá)軸上并與第一變速齒輪的小齒嚙合；第一變速齒輪的大齒與第二變速齒輪的大齒嚙合；第二變速齒輪的小齒與第四變速齒輪的大齒嚙合，第四變速齒輪的小齒與第三變速齒輪的大齒嚙合，第三變速齒輪的小齒與第五變速齒輪的大齒嚙合； 電位器的電位器軸向上穿過第四、五變速齒輪而與直升飛機(jī)模型的擺桿連接。然而，該舵機(jī)為單舵面舵機(jī)，在實(shí)際使用過程當(dāng)中無(wú)法滿足多舵面模型的要求。如果簡(jiǎn)單疊加舵機(jī)數(shù)量， 雖然理論上可以完成多舵面控制，但其又會(huì)占用很大的空間。另外，該舵機(jī)零件繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，舵機(jī)系統(tǒng)整體的可靠性較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的電動(dòng)舵機(jī)及其控制方法，其克服了因現(xiàn)有的舵機(jī)結(jié)構(gòu)而造成的可靠性差、空間占用多的問題。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，其包括限位部分、執(zhí)行部分、傳感部分和控制部分。所述限位部分包括中間體十字架和轉(zhuǎn)接體。 所述執(zhí)行部分包括至少四個(gè)電機(jī)、若干齒輪和至少四根輸出軸。所述傳感部分包括至少四個(gè)轉(zhuǎn)角位置傳感器。所述控制部分包括至少一個(gè)集成電路控制模塊。所述中間體十字架具有底面和側(cè)壁。所述中間體十字架的底面對(duì)稱置有與各個(gè)電機(jī)相對(duì)應(yīng)的電機(jī)端孔。所述電機(jī)通過所述電機(jī)端孔與位于中間體十字架底面的另一側(cè)的齒輪固接。每個(gè)所述電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)一根與其對(duì)應(yīng)的輸出軸，各電機(jī)產(chǎn)生的扭矩通過其對(duì)應(yīng)的輸出軸輸出。所述轉(zhuǎn)接體上對(duì)稱置有與各個(gè)輸出軸相對(duì)應(yīng)的輸出軸安裝孔，所述中間體十字架的側(cè)壁亦對(duì)稱置有與各個(gè)輸出軸對(duì)應(yīng)的輸出軸安裝孔。依靠所述輸出軸安裝孔的限位功能，所述中間體十字架、所述輸出軸和所述轉(zhuǎn)接體之間的位置得到固定。所述轉(zhuǎn)接體內(nèi)部為中空，其包括轉(zhuǎn)接體內(nèi)腔、轉(zhuǎn)接體上蓋和轉(zhuǎn)接體下蓋。所述轉(zhuǎn)角位置傳感器設(shè)置于所述轉(zhuǎn)接體內(nèi)腔。每個(gè)所述轉(zhuǎn)角位置傳感器分別對(duì)應(yīng)一根所述輸出軸，并通過轉(zhuǎn)接體上的輸出軸安裝孔與相應(yīng)的輸出軸固接， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)角位置的測(cè)定。所述集成電路控制模塊的外接線路分別與所述轉(zhuǎn)角位置傳感器和所述電機(jī)相連，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的開關(guān)控制和對(duì)電機(jī)位置反饋信號(hào)的接收。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，所述執(zhí)行部件具有四個(gè)電機(jī)、四個(gè)大錐齒輪、四個(gè)小錐齒輪和四根輸出軸，所述傳感部件具有四個(gè)轉(zhuǎn)角位置傳感器，這樣的優(yōu)點(diǎn)是在滿足遙控模型變向靈活度的前提下減少零件數(shù)量，進(jìn)而提高系統(tǒng)可靠性、縮小系統(tǒng)尺寸，降低系統(tǒng)質(zhì)量。所述小錐齒輪分別與相應(yīng)的電機(jī)固接，所述大錐齒輪分別與相應(yīng)的輸出軸固接，每組大錐齒輪與小錐齒輪保持嚙合狀態(tài)，以便對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力進(jìn)一步降速增扭。優(yōu)選的是，所述中間體十字架采用鋁合金制成，以便降低舵機(jī)系統(tǒng)的質(zhì)量。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，所述中間體十字架采用鋁合金制成，這樣可以在實(shí)現(xiàn)舵機(jī)系統(tǒng)輕質(zhì)化的同時(shí)保證其具備較高的強(qiáng)度。優(yōu)選的是，所述轉(zhuǎn)接體采用鋁合金制成，以便降低舵機(jī)系統(tǒng)的質(zhì)量。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)接體采用鋁合金制成，這樣可以在實(shí)現(xiàn)舵機(jī)輕質(zhì)化的同時(shí)保證其具備較高的強(qiáng)度。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，所述電機(jī)為直流式行星輪減速電機(jī)，其具有增強(qiáng)舵機(jī)扭矩的作用。優(yōu)選的是，所述轉(zhuǎn)接體的輸出軸安裝孔處具有滾動(dòng)軸承，以減少輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)磨損，提高舵機(jī)系統(tǒng)的可靠性。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，所述控制部分具有四個(gè)集成電路控制模塊，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)電機(jī)，以便獨(dú)立采集電機(jī)位置反饋信號(hào)、發(fā)出驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號(hào)和接收系統(tǒng)控制信號(hào)，提高系統(tǒng)可靠性。優(yōu)選的是，所述控制部分還包括一個(gè)無(wú)線信號(hào)接收模塊和一個(gè)無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊，所述無(wú)線信號(hào)接收模塊和所述無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊均與各個(gè)所述集成電路控制模塊相連接，以便所述控制部分能夠接收來(lái)自外界的遙控信號(hào)，并發(fā)射來(lái)自各個(gè)集成電路控制模塊的電機(jī)位置反饋信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)外界對(duì)舵機(jī)系統(tǒng)的無(wú)線控制。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，所述無(wú)線信號(hào)接收模塊和無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊采用無(wú)線電信號(hào)，其具有抗干擾能力強(qiáng)、范圍遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，適用于高速遙控模型；另一種實(shí)施例中，所述無(wú)線信號(hào)接收模塊和無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊采用紅外線信號(hào)，其具有成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，適用于低速遙控模型。優(yōu)選的是，所述轉(zhuǎn)角位置傳感器采用電位計(jì)式傳感器，其具有成本低、體積小、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。另一種替代方案是，所述轉(zhuǎn)角位置傳感器采用霍爾式傳感器，其具有精度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。所述無(wú)線信號(hào)接收模塊和無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊采用無(wú)線電信號(hào)的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)的控制方法，其包括如下步驟
(a)遙控人員通過操作無(wú)線電遙控器向舵機(jī)系統(tǒng)發(fā)射無(wú)線電指令信號(hào)；
(b)無(wú)線信號(hào)接收模塊接收到無(wú)線電波后，其內(nèi)嵌的單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并傳至相應(yīng)電機(jī)的集成電路控制模塊；
(c)相應(yīng)的集成電路控制模塊收到指令信號(hào)后，其內(nèi)嵌的單片機(jī)控制相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)
動(dòng)；
(d)電機(jī)的動(dòng)力通過若干齒輪傳導(dǎo)后帶動(dòng)相應(yīng)的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸直接或間接調(diào)整舵面姿態(tài)；
(e)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)了相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置傳感器，該轉(zhuǎn)角位置傳感器將電機(jī)位置反饋信號(hào)傳回相應(yīng)的集成電路控制模塊，集成電路控制模塊對(duì)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制；
(f)相應(yīng)的集成電路控制模塊還將電機(jī)位置反饋信號(hào)傳輸至無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊，無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊將電壓形式信號(hào)轉(zhuǎn)換為無(wú)線電波形式信號(hào)后傳回遙控操作人員。
本發(fā)明的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其具有尺寸小、工藝性好、 抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的優(yōu)點(diǎn)。而且，本發(fā)明的各個(gè)舵面能夠獨(dú)立靈活轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)行精準(zhǔn)定位。


為了使本發(fā)明便于理解，現(xiàn)在結(jié)合附圖描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。圖1為本發(fā)明的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)的最佳實(shí)施例的整體示意圖。圖2為圖1所示的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)的最佳實(shí)施例的分解示圖。1.中間體十字架，2.中間體十字架底面，3.電機(jī)，4.大錐齒輪，5.轉(zhuǎn)接體上蓋， 6.小錐齒輪，7.轉(zhuǎn)接體下蓋，8.輸出軸，9.電機(jī)端孔，10.中間體十字架側(cè)壁，11.轉(zhuǎn)接體內(nèi)腔，12.輸出軸安裝孔，13.轉(zhuǎn)接體，14.轉(zhuǎn)角位置傳感器，15.軸承，16.集成電路控制模塊， 17.無(wú)線信號(hào)接收模塊，18.無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊。
具體實(shí)施例方式下文中所采用的描述方位的詞語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”等均是為了說(shuō)明的方便， 基于附圖中圖面所示的方位而言的，在實(shí)際裝置中這些方位可能由于裝置的擺放方式而有所不同。下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)的最佳實(shí)施例進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述。如圖所示，中間體十字架1具有底面2和側(cè)壁10。中間體十字架底面2對(duì)稱設(shè)置有與四個(gè)電機(jī)3相對(duì)應(yīng)的電機(jī)端孔9。四個(gè)電機(jī)3依靠螺紋連接分別固定在電機(jī)端孔9的下方， 并通過電機(jī)端孔9與位于中間體十字架底面2的另一側(cè)的小錐齒輪6固接。四個(gè)小錐齒輪 6分別與四個(gè)固接在輸出軸8上的大錐齒輪4嚙合。轉(zhuǎn)接體13上對(duì)稱置有四個(gè)與輸出軸8 相對(duì)應(yīng)的輸出軸安裝孔12，中間體十字架側(cè)壁10亦對(duì)稱置有與四個(gè)與輸出軸8對(duì)應(yīng)的輸出軸安裝孔12。輸出軸8的一端安裝于轉(zhuǎn)接體13上的對(duì)應(yīng)的輸出軸安裝孔12，其另一端安裝于中間體十字架側(cè)壁10上的對(duì)應(yīng)的輸出軸安裝孔12。轉(zhuǎn)接體上蓋5和轉(zhuǎn)接體下蓋7通過螺紋連接固定。四個(gè)轉(zhuǎn)角位置傳感器14固定于轉(zhuǎn)接體內(nèi)腔11中，并分別利用轉(zhuǎn)接體13 上相應(yīng)的輸出軸安裝孔12與相應(yīng)的輸出軸8固接。集成電路控制模塊16的外接線路分別與轉(zhuǎn)角位置傳感器14和電機(jī)3相連。無(wú)線信號(hào)接收模塊17和無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊18均與四個(gè)集成電路控制模塊16相連接。下面說(shuō)明圖示最佳實(shí)施例的工作過程。遙控人員通過操作無(wú)線電遙控器(圖中未示出)向舵機(jī)系統(tǒng)發(fā)射無(wú)線電指令信號(hào)。無(wú)線信號(hào)接收模塊17接收到無(wú)線電波后，其內(nèi)嵌的單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并傳至相應(yīng)電機(jī)的集成電路控制模塊16。相應(yīng)的集成電路控制模塊16收到指令信號(hào)后，其內(nèi)嵌的單片機(jī)將控制相應(yīng)的電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)3的動(dòng)力通過小錐齒輪、大錐齒輪傳導(dǎo)，最終帶動(dòng)相應(yīng)的輸出軸8轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸8直接或間接調(diào)整舵面(圖中未示出)姿態(tài)。輸出軸8轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)了相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置傳感器14。該轉(zhuǎn)角位置傳感器 14將電機(jī)位置反饋信號(hào)傳回相應(yīng)的集成電路控制模塊16，集成電路控制模塊16對(duì)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。該相應(yīng)的集成電路控制模塊16還將電機(jī)位置反饋信號(hào)傳至無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊18，無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊18將電壓形式信號(hào)轉(zhuǎn)換為無(wú)線電波形式信號(hào)傳向遙控操作人員， 供操作人員監(jiān)控。
以上結(jié)合本發(fā)明的最佳實(shí)施例做了詳細(xì)描述，但這并非是對(duì)本發(fā)明的限制，凡是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范疇。
權(quán)利要求
1.多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，其包括限位部分、執(zhí)行部分、傳感部分和控制部分，所述控制部分包括至少一個(gè)集成電路控制模塊，所述執(zhí)行部分包括至少四個(gè)電機(jī)、若干齒輪和至少四根輸出軸，所述傳感部分包括至少四個(gè)轉(zhuǎn)角位置傳感器，所述集成電路控制模塊的外接線路分別與所述轉(zhuǎn)角位置傳感器和所述電機(jī)相連，其特征在于所述限位部分包括中間體十字架和轉(zhuǎn)接體；所述中間體十字架具有底面和側(cè)壁；所述中間體十字架的底面對(duì)稱置有與各個(gè)電機(jī)相對(duì)應(yīng)的電機(jī)端孔；所述電機(jī)通過所述電機(jī)端孔與位于中間體十字架底面的另一側(cè)的齒輪固接；每個(gè)所述電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)與其對(duì)應(yīng)的輸出軸；所述轉(zhuǎn)接體上對(duì)稱置有與各個(gè)輸出軸相對(duì)應(yīng)的輸出軸安裝孔，所述中間體十字架的側(cè)壁亦對(duì)稱置有與各個(gè)輸出軸對(duì)應(yīng)的輸出軸安裝孔；所述轉(zhuǎn)接體內(nèi)部為中空，其包括轉(zhuǎn)接體內(nèi)腔、轉(zhuǎn)接體上蓋和轉(zhuǎn)接體下蓋；所述轉(zhuǎn)角位置傳感器設(shè)置于所述轉(zhuǎn)接體內(nèi)腔；每個(gè)所述轉(zhuǎn)角位置傳感器通過轉(zhuǎn)接體上的輸出軸安裝孔與相應(yīng)的輸出軸固接。
2.如權(quán)利要求1所述的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述執(zhí)行部件具有四個(gè)電機(jī)、四個(gè)大錐齒輪、四個(gè)小錐齒輪和四根輸出軸，所述傳感部件具有四個(gè)轉(zhuǎn)角位置傳感器，所述小錐齒輪分別與相應(yīng)的電機(jī)固接，所述大錐齒輪分別與相應(yīng)的輸出軸固接，每組大錐齒輪與小錐齒輪保持嚙合狀態(tài)；所述控制部分具有四個(gè)集成電路控制模塊，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)電機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述中間體十字架采用鋁合金制成。
4.如權(quán)利要求1所述的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)接體采用鋁合金制成。
5.如權(quán)利要求1所述的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述電機(jī)為直流式行星輪減速電機(jī)。
6.如權(quán)利要求1所述的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)接體的輸出軸安裝孔處具有滾動(dòng)軸承。
7.如權(quán)利要求1所述的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述控制部分還包括一個(gè)無(wú)線信號(hào)接收模塊和一個(gè)無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊，所述無(wú)線信號(hào)接收模塊和所述無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊均與各個(gè)所述集成電路控制模塊相連接。
8.如權(quán)利要求7所述的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)線信號(hào)接收模塊和無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊采用無(wú)線電信號(hào)。
9.如權(quán)利要求7所述的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)線信號(hào)接收模塊和無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊采用紅外線信號(hào)。
10.如權(quán)利要求1所述的多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)角位置傳感器采用電位計(jì)式傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)及其控制方法，特別是一種多舵面集束式電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)及其控制方法，其包括限位部分、執(zhí)行部分、傳感部分和控制部分。所述限位部分包括中間體十字架和轉(zhuǎn)接體。所述執(zhí)行部分包括至少四個(gè)電機(jī)、若干齒輪和至少四根輸出軸。所述傳感部分包括至少四個(gè)轉(zhuǎn)角位置傳感器。依靠所述輸出軸安裝孔的限位功能，所述中間體十字架、所述輸出軸和所述轉(zhuǎn)接體之間的位置得到固定。所述轉(zhuǎn)角位置傳感器設(shè)置于所述轉(zhuǎn)接體內(nèi)腔。每個(gè)所述轉(zhuǎn)角位置傳感器通過轉(zhuǎn)接體上的輸出軸安裝孔與相應(yīng)的輸出軸固接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有尺寸小、工藝性好、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的優(yōu)點(diǎn)；其次各個(gè)舵面能夠獨(dú)立靈活轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)行精準(zhǔn)定位。
文檔編號(hào)A63H23/00GK102188823SQ201110056258
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者張建成, 毛智勇, 郭洪紅 申請(qǐng)人:北京聯(lián)合大學(xué)