本發(fā)明涉及屬于遙控模型動力器件領(lǐng)域，具體涉及一種基于空心杯電機(jī)的數(shù)字舵機(jī)。

背景技術(shù)：

目前，在普通的舵機(jī)中，采用無刷直流電機(jī)或者普通直流電機(jī)作為動力，不能解決舵機(jī)體積與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速之間的矛盾。大部分電路板放在舵機(jī)底部，不利于舵機(jī)向小型大力矩方向發(fā)展。普通舵機(jī)中控制方法包括數(shù)字型和模擬型。另外本發(fā)明增加一根信號線，加強(qiáng)舵機(jī)與上位機(jī)交互性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明在目前舵機(jī)發(fā)展基礎(chǔ)上，提出了一種基于空心杯電機(jī)的數(shù)字舵機(jī)，對比同等級別舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速更快，轉(zhuǎn)矩更大。

為達(dá)到上述目的，可以采取以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)，一種基于空心杯電機(jī)的數(shù)字舵機(jī)，包括其中控制電路板及其伺服控制算法模塊，控制電路板采集到旋轉(zhuǎn)電位計測得的當(dāng)前舵盤位置，通過與輸入位置比較及信號處理后，通過驅(qū)動電路輸出空心杯電機(jī)驅(qū)動信號，經(jīng)過減速器，帶動輸出軸轉(zhuǎn)動直到舵面到達(dá)輸入位置，從而形成閉環(huán)控制，根據(jù)輸入信號實(shí)時調(diào)整舵盤位置。

進(jìn)一步的，輸出齒輪和減速器最后一級齒輪及旋轉(zhuǎn)電位計通過輸出軸同軸連接，保證位置反饋的實(shí)時性，第二外殼上鑄體與減速器最后一級齒輪上的金屬棒配合對輸出軸進(jìn)行0-180度限位。

進(jìn)一步的，控制電路板總體尺寸控制在10mm*12mm*3mm，側(cè)放置在第二外殼和第三外殼之間，緊貼著電機(jī)，之間用絕緣雙面膠絕緣固定，控制電路板以STC15W系列單片機(jī)為核心，自帶A/D轉(zhuǎn)換、時鐘電路和PWM輸出模塊，控制電路還包括穩(wěn)壓輸出電路和功率驅(qū)動電路，從而構(gòu)成完整的信號處理和功率驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)電機(jī)位置伺服控制。

進(jìn)一步的，減速器包括5級減速齒輪，減速比高達(dá)1:320。

進(jìn)一步的，線孔在第三外殼側(cè)面，其中有4根線連接內(nèi)部電路和外部驅(qū)動電路，包括兩根電源線，一根信號線，一根反饋線，電源5V，反饋線輸出當(dāng)前位置信號。

進(jìn)一步的，空心杯電機(jī)采用716超高速空心杯電機(jī)，轉(zhuǎn)速最高在55000RPM左右，堵轉(zhuǎn)電流最高達(dá)2A，顯著特點(diǎn)就是超高轉(zhuǎn)速，超強(qiáng)力量。

本發(fā)明的原理在于：

基本可以分為三個過程：采樣—信號處理—驅(qū)動電機(jī)，這樣一個反復(fù)循環(huán)的過程。控制電路采集到旋轉(zhuǎn)電位計測得的當(dāng)前舵盤位置，通過與輸入位置比較及信號處理后，通過驅(qū)動電路輸出空心杯電機(jī)驅(qū)動信號，經(jīng)過減速器，帶動輸出軸轉(zhuǎn)動直到舵面到達(dá)輸入位置。從而形成閉環(huán)控制。根據(jù)輸入信號實(shí)時調(diào)整舵盤位置。在上述基礎(chǔ)上電機(jī)采用空心杯電機(jī)，設(shè)計相應(yīng)的功率驅(qū)動電路，優(yōu)化閉環(huán)算法。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)、本發(fā)明充分利用了空心杯電機(jī)的特性，比較同一級別的舵機(jī)，有效的提高了舵機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩，從而使舵機(jī)能夠適用于更加復(fù)雜的應(yīng)用場景。

(2)、本發(fā)明采用的空心杯電機(jī)尺寸7mm*16mm,電路板夾在電機(jī)與點(diǎn)位器之間的空隙中，對比同一級別的舵機(jī)，大大節(jié)約了空間。

(3)、本發(fā)明接口中有一根信號反饋即舵面位置的輸出，便于上位機(jī)監(jiān)測和報錯。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于空心杯電機(jī)的數(shù)字舵機(jī)原理圖。

圖2為本發(fā)明控制電路原理框圖。

圖3為本發(fā)明中位置伺服算法流程圖。

圖中附圖標(biāo)記含義為：1為第一外殼，2為固定孔，3為減速器，4為輸出軸，5為第二外殼，6為控制電路板，7為旋轉(zhuǎn)電位計，8為空心杯電機(jī)，9為線孔，10為第三外殼，11為輸出齒輪，12為金屬棒，13為鑄體。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種基于空心杯電機(jī)的數(shù)字舵機(jī)，包括其中電路板及其伺服控制算法模塊，控制電路板6采集到旋轉(zhuǎn)電位計7測得的當(dāng)前舵盤位置，通過與輸入位置比較及信號處理后，通過驅(qū)動電路輸出空心杯電機(jī)8驅(qū)動信號，經(jīng)過減速器3，帶動輸出軸4轉(zhuǎn)動直到舵面到達(dá)輸入位置。從而形成閉環(huán)控制。根據(jù)輸入信號實(shí)時調(diào)整舵盤位置。

由原理圖1所示，輸出齒輪11和減速器3最后一級齒輪及旋轉(zhuǎn)電位計7通過輸出軸4同軸連接。保證位置反饋的實(shí)時性。第二外殼5上鑄體13與減速器3最后一級齒輪上的金屬棒12配合對輸出軸進(jìn)行限位0-180度。

控制電路板6總體尺寸控制在10mm*12mm*3mm，側(cè)放置在第二外殼5和第三外殼6之間，緊貼著電機(jī)，之間用絕緣雙面膠絕緣固定?？刂齐娐芬許TC15W系列單片機(jī)為核心，自帶A/D轉(zhuǎn)換、時鐘電路和PWM輸出模塊?？刂齐娐愤€包括穩(wěn)壓輸出電路和功率驅(qū)動電路。從而構(gòu)成完整的信號處理和功率驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)電機(jī)位置伺服控制。

減速器3包括5級減速齒輪，減速比高達(dá)1:320。

線孔9在第三外殼10側(cè)面，其中有4根線連接內(nèi)部電路和外部驅(qū)動電路。包括兩根電源線，一根信號線，一根反饋線。電源5V，反饋線輸出當(dāng)前位置信號。

空心杯電機(jī)8采用716超高速空心杯電機(jī)，轉(zhuǎn)速最高在55000RPM左右，堵轉(zhuǎn)電流最高達(dá)2A。顯著特點(diǎn)就是超高轉(zhuǎn)速，超強(qiáng)力量。

具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

控制電路負(fù)責(zé)采集、接收和處理信號，通過穩(wěn)壓電路輸出旋轉(zhuǎn)電位計7電源電壓2.5V±0.1V。對旋轉(zhuǎn)電位計7信號端進(jìn)行采樣A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號PT(目標(biāo)位置)。讀取接收到的PWM信號，得到PN(當(dāng)前給定位置)。通過算法處理得到驅(qū)動脈寬pwm_(k)＝kp(PT_(k)-PN)+ki(PT_(k)-PN)/n+kd(PT_(k-1)-PN)；驅(qū)動電路驅(qū)動電機(jī)，經(jīng)過減速器到輸出軸，直到PT＝PN。

需要說明的是，輸出軸4與旋轉(zhuǎn)電位計7輸出軸與輸出齒輪同軸安裝，減速器3最后一級齒輪在支撐體外，有一根長達(dá)第二外殼5的軸，配合第二外殼5上的鑄體對輸出軸進(jìn)行限位。第二外殼5為半封閉式箱體，上表面要軸承安裝孔和通孔，輸出軸4與電位計輸出軸之間有一個特殊結(jié)構(gòu)的膠體連接。

電路設(shè)計框圖如圖2所示，電路設(shè)計包括6部分，包括信號處理電路、時鐘電路、功率驅(qū)動電路、穩(wěn)壓電路、信號調(diào)理電路和通訊電路。信號處理電路以STC15W408單片機(jī)為核心；功率驅(qū)動電路以電機(jī)驅(qū)動芯片LG9110為核心，單片機(jī)兩路PWM提供驅(qū)動信號；RS232電路不集成到電路板上，提前燒寫程序；信號調(diào)理電路主要濾波，通過單片機(jī)內(nèi)部8路A/D轉(zhuǎn)換用來采集信號；穩(wěn)壓電路為旋轉(zhuǎn)電位計提供2.5V±0.1V電壓信號；

算法采用改進(jìn)的PID算法，經(jīng)過離散化處理之后得到輸出pwm_(k)＝kp(PT_(k)-PN)+ki(PT_(k)-PN)/n+kd(PT_(k-1)-PN)。采用經(jīng)驗(yàn)法對kp，ki，kd進(jìn)行整定。

總體上，本發(fā)明所述的一種基于空心杯電機(jī)的數(shù)字舵機(jī)，具有較好的穩(wěn)定性，對比同等級別的普通舵機(jī)，轉(zhuǎn)速較快，扭矩較大，體積更小。使本發(fā)明能夠應(yīng)用在更加復(fù)雜特殊的場合。本發(fā)明未詳細(xì)闡述的技術(shù)和原理屬于本發(fā)明領(lǐng)域人員所公知的技術(shù)。