专利名称：多舵面集束式电动舵机系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电动舵机系统及其控制方法，特别是一种多舵面集束式电动舵机系统及其控制方法，尤其适用于遥控模型玩具。
背景技术：
舵机是船舶、飞机等运载工具上的重要机械设备。在遥控模型玩具中，舵机亦是遥控模型姿态控制的关键。申请号为200620058245的中国发明专利申请公开了一种模型舵机。该舵机内部收容线路板、变速齿轮组、马达及电位器。变速齿轮组包括布置在马达一侧的马达齿轮、布置在电位器一侧的第四、五变速齿轮及布置于两侧之间的第一、二、三变速齿轮。马达齿轮架设于马达轴上并与第一变速齿轮的小齿啮合；第一变速齿轮的大齿与第二变速齿轮的大齿啮合；第二变速齿轮的小齿与第四变速齿轮的大齿啮合，第四变速齿轮的小齿与第三变速齿轮的大齿啮合，第三变速齿轮的小齿与第五变速齿轮的大齿啮合； 电位器的电位器轴向上穿过第四、五变速齿轮而与直升飞机模型的摆杆连接。然而，该舵机为单舵面舵机，在实际使用过程当中无法满足多舵面模型的要求。如果简单叠加舵机数量， 虽然理论上可以完成多舵面控制，但其又会占用很大的空间。另外，该舵机零件繁多，结构复杂，舵机系统整体的可靠性较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的电动舵机及其控制方法，其克服了因现有的舵机结构而造成的可靠性差、空间占用多的问题。本发明的目的通过如下技术方案来实现一种多舵面集束式电动舵机系统，其包括限位部分、执行部分、传感部分和控制部分。所述限位部分包括中间体十字架和转接体。 所述执行部分包括至少四个电机、若干齿轮和至少四根输出轴。所述传感部分包括至少四个转角位置传感器。所述控制部分包括至少一个集成电路控制模块。所述中间体十字架具有底面和侧壁。所述中间体十字架的底面对称置有与各个电机相对应的电机端孔。所述电机通过所述电机端孔与位于中间体十字架底面的另一侧的齿轮固接。每个所述电机分别驱动一根与其对应的输出轴，各电机产生的扭矩通过其对应的输出轴输出。所述转接体上对称置有与各个输出轴相对应的输出轴安装孔，所述中间体十字架的侧壁亦对称置有与各个输出轴对应的输出轴安装孔。依靠所述输出轴安装孔的限位功能，所述中间体十字架、所述输出轴和所述转接体之间的位置得到固定。所述转接体内部为中空，其包括转接体内腔、转接体上盖和转接体下盖。所述转角位置传感器设置于所述转接体内腔。每个所述转角位置传感器分别对应一根所述输出轴，并通过转接体上的输出轴安装孔与相应的输出轴固接， 进而实现对相应电机的转角位置的测定。所述集成电路控制模块的外接线路分别与所述转角位置传感器和所述电机相连，以实现对电机的开关控制和对电机位置反馈信号的接收。在本发明的最佳实施例中，所述执行部件具有四个电机、四个大锥齿轮、四个小锥齿轮和四根输出轴，所述传感部件具有四个转角位置传感器，这样的优点是在满足遥控模型变向灵活度的前提下减少零件数量，进而提高系统可靠性、缩小系统尺寸，降低系统质量。所述小锥齿轮分别与相应的电机固接，所述大锥齿轮分别与相应的输出轴固接，每组大锥齿轮与小锥齿轮保持啮合状态，以便对电机产生的动力进一步降速增扭。优选的是，所述中间体十字架采用铝合金制成，以便降低舵机系统的质量。在本发明的最佳实施例中，所述中间体十字架采用铝合金制成，这样可以在实现舵机系统轻质化的同时保证其具备较高的强度。优选的是，所述转接体采用铝合金制成，以便降低舵机系统的质量。在本发明的最佳实施例中，所述转接体采用铝合金制成，这样可以在实现舵机轻质化的同时保证其具备较高的强度。在本发明的最佳实施例中，所述电机为直流式行星轮减速电机，其具有增强舵机扭矩的作用。优选的是，所述转接体的输出轴安装孔处具有滚动轴承，以减少输出轴的转动磨损，提高舵机系统的可靠性。在本发明的最佳实施例中，所述控制部分具有四个集成电路控制模块，分别对应四个电机，以便独立采集电机位置反馈信号、发出驱动电机信号和接收系统控制信号，提高系统可靠性。优选的是，所述控制部分还包括一个无线信号接收模块和一个无线信号发射模块，所述无线信号接收模块和所述无线信号发射模块均与各个所述集成电路控制模块相连接，以便所述控制部分能够接收来自外界的遥控信号，并发射来自各个集成电路控制模块的电机位置反馈信号，进而实现外界对舵机系统的无线控制。在本发明的最佳实施例中，所述无线信号接收模块和无线信号发射模块采用无线电信号，其具有抗干扰能力强、范围远的优点，适用于高速遥控模型；另一种实施例中，所述无线信号接收模块和无线信号发射模块采用红外线信号，其具有成本低廉的优点，适用于低速遥控模型。优选的是，所述转角位置传感器采用电位计式传感器，其具有成本低、体积小、抗干扰能力强的优点。另一种替代方案是，所述转角位置传感器采用霍尔式传感器，其具有精度高、响应快、抗干扰能力强的优点。所述无线信号接收模块和无线信号发射模块采用无线电信号的多舵面集束式电动舵机系统的控制方法，其包括如下步骤
(a)遥控人员通过操作无线电遥控器向舵机系统发射无线电指令信号；
(b)无线信号接收模块接收到无线电波后，其内嵌的单片机对信号进行处理，并传至相应电机的集成电路控制模块；
(c)相应的集成电路控制模块收到指令信号后，其内嵌的单片机控制相应的电机转
动；
(d)电机的动力通过若干齿轮传导后带动相应的输出轴转动，输出轴直接或间接调整舵面姿态；
(e)输出轴转动的同时带动了相应的转角位置传感器，该转角位置传感器将电机位置反馈信号传回相应的集成电路控制模块，集成电路控制模块对电机进行闭环控制；
(f)相应的集成电路控制模块还将电机位置反馈信号传输至无线信号发射模块，无线信号发射模块将电压形式信号转换为无线电波形式信号后传回遥控操作人员。
本发明的多舵面集束式电动舵机系统与现有技术相比，其具有尺寸小、工艺性好、 抗干扰能力强、结构坚固的优点。而且，本发明的各个舵面能够独立灵活转动并进行精准定位。
为了使本发明便于理解，现在结合附图描述本发明的最佳实施例。图1为本发明的多舵面集束式电动舵机系统的最佳实施例的整体示意图。图2为图1所示的多舵面集束式电动舵机系统的最佳实施例的分解示图。1.中间体十字架，2.中间体十字架底面，3.电机，4.大锥齿轮，5.转接体上盖， 6.小锥齿轮，7.转接体下盖，8.输出轴，9.电机端孔，10.中间体十字架侧壁，11.转接体内腔，12.输出轴安装孔，13.转接体，14.转角位置传感器，15.轴承，16.集成电路控制模块， 17.无线信号接收模块，18.无线信号发射模块。
具体实施例方式下文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了说明的方便， 基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。下面结合附图，对本发明的多舵面集束式电动舵机系统的最佳实施例进行结构描述。如图所示，中间体十字架1具有底面2和侧壁10。中间体十字架底面2对称设置有与四个电机3相对应的电机端孔9。四个电机3依靠螺纹连接分别固定在电机端孔9的下方， 并通过电机端孔9与位于中间体十字架底面2的另一侧的小锥齿轮6固接。四个小锥齿轮 6分别与四个固接在输出轴8上的大锥齿轮4啮合。转接体13上对称置有四个与输出轴8 相对应的输出轴安装孔12，中间体十字架侧壁10亦对称置有与四个与输出轴8对应的输出轴安装孔12。输出轴8的一端安装于转接体13上的对应的输出轴安装孔12，其另一端安装于中间体十字架侧壁10上的对应的输出轴安装孔12。转接体上盖5和转接体下盖7通过螺纹连接固定。四个转角位置传感器14固定于转接体内腔11中，并分别利用转接体13 上相应的输出轴安装孔12与相应的输出轴8固接。集成电路控制模块16的外接线路分别与转角位置传感器14和电机3相连。无线信号接收模块17和无线信号发射模块18均与四个集成电路控制模块16相连接。下面说明图示最佳实施例的工作过程。遥控人员通过操作无线电遥控器(图中未示出)向舵机系统发射无线电指令信号。无线信号接收模块17接收到无线电波后，其内嵌的单片机对信号进行处理，并传至相应电机的集成电路控制模块16。相应的集成电路控制模块16收到指令信号后，其内嵌的单片机将控制相应的电机3转动。电机3的动力通过小锥齿轮、大锥齿轮传导，最终带动相应的输出轴8转动，输出轴8直接或间接调整舵面(图中未示出)姿态。输出轴8转动的同时带动了相应的转角位置传感器14。该转角位置传感器 14将电机位置反馈信号传回相应的集成电路控制模块16，集成电路控制模块16对电机进行闭环控制。该相应的集成电路控制模块16还将电机位置反馈信号传至无线信号发射模块18，无线信号发射模块18将电压形式信号转换为无线电波形式信号传向遥控操作人员， 供操作人员监控。
以上结合本发明的最佳实施例做了详细描述，但这并非是对本发明的限制，凡是根据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范畴。
权利要求
1.多舵面集束式电动舵机系统，其包括限位部分、执行部分、传感部分和控制部分，所述控制部分包括至少一个集成电路控制模块，所述执行部分包括至少四个电机、若干齿轮和至少四根输出轴，所述传感部分包括至少四个转角位置传感器，所述集成电路控制模块的外接线路分别与所述转角位置传感器和所述电机相连，其特征在于所述限位部分包括中间体十字架和转接体；所述中间体十字架具有底面和侧壁；所述中间体十字架的底面对称置有与各个电机相对应的电机端孔；所述电机通过所述电机端孔与位于中间体十字架底面的另一侧的齿轮固接；每个所述电机分别驱动与其对应的输出轴；所述转接体上对称置有与各个输出轴相对应的输出轴安装孔，所述中间体十字架的侧壁亦对称置有与各个输出轴对应的输出轴安装孔；所述转接体内部为中空，其包括转接体内腔、转接体上盖和转接体下盖；所述转角位置传感器设置于所述转接体内腔；每个所述转角位置传感器通过转接体上的输出轴安装孔与相应的输出轴固接。
2.如权利要求1所述的多舵面集束式电动舵机系统，其特征在于所述执行部件具有四个电机、四个大锥齿轮、四个小锥齿轮和四根输出轴，所述传感部件具有四个转角位置传感器，所述小锥齿轮分别与相应的电机固接，所述大锥齿轮分别与相应的输出轴固接，每组大锥齿轮与小锥齿轮保持啮合状态；所述控制部分具有四个集成电路控制模块，分别对应四个电机。
3.如权利要求1所述的多舵面集束式电动舵机系统，其特征在于所述中间体十字架采用铝合金制成。
4.如权利要求1所述的多舵面集束式电动舵机系统，其特征在于所述转接体采用铝合金制成。
5.如权利要求1所述的多舵面集束式电动舵机系统，其特征在于所述电机为直流式行星轮减速电机。
6.如权利要求1所述的多舵面集束式电动舵机系统，其特征在于所述转接体的输出轴安装孔处具有滚动轴承。
7.如权利要求1所述的多舵面集束式电动舵机系统，其特征在于所述控制部分还包括一个无线信号接收模块和一个无线信号发射模块，所述无线信号接收模块和所述无线信号发射模块均与各个所述集成电路控制模块相连接。
8.如权利要求7所述的多舵面集束式电动舵机系统，其特征在于所述无线信号接收模块和无线信号发射模块采用无线电信号。
9.如权利要求7所述的多舵面集束式电动舵机系统，其特征在于所述无线信号接收模块和无线信号发射模块采用红外线信号。
10.如权利要求1所述的多舵面集束式电动舵机系统，其特征在于所述转角位置传感器采用电位计式传感器。
全文摘要
本发明涉及一种电动舵机系统及其控制方法，特别是一种多舵面集束式电动舵机系统及其控制方法，其包括限位部分、执行部分、传感部分和控制部分。所述限位部分包括中间体十字架和转接体。所述执行部分包括至少四个电机、若干齿轮和至少四根输出轴。所述传感部分包括至少四个转角位置传感器。依靠所述输出轴安装孔的限位功能，所述中间体十字架、所述输出轴和所述转接体之间的位置得到固定。所述转角位置传感器设置于所述转接体内腔。每个所述转角位置传感器通过转接体上的输出轴安装孔与相应的输出轴固接。与现有技术相比，本发明具有尺寸小、工艺性好、抗干扰能力强、结构坚固的优点；其次各个舵面能够独立灵活转动并进行精准定位。
文档编号A63H23/00GK102188823SQ201110056258
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者张建成, 毛智勇, 郭洪红 申请人:北京联合大学