舵机及无人机的制作方法

1.本实用新型属于舵机领域，具体地，涉及一种用于舵机的虚位自测组件及舵机。


背景技术：

2.舵机是由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统。常规舵机采用电位器用于输出轴角度检测，受电位器使用方式限制需要将电位器设置在输出轴端部；这种方式使得大部分舵机只能采用平行轴减速箱，而平行减速箱的舵机需要比较大的减速比，极易产生输出轴虚位偏大的问题，影响舵机的使用。
3.通过提高减速齿轮精度等级虽可以起到控制虚位的作用，但材料以及生产制造价格高，不利于产品化，因此如何在控制产品成本的基础上，测量虚位并消除虚位影响是无人机高效稳定的重要保障。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述不足或缺陷，本实用新型提供一种用于舵机的虚位自测组件及舵机，适用范围广，自测角度回差，消除虚位影响。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了一种舵机，所述舵机包括：
6.电机，包括电机转轴；
7.舵机输出轴；
8.舵机壳体，所述电机安装在所述舵机壳体内，所述舵机壳体与所述电机转轴同心布置；
9.输出端角度自测组件，用于检测所述舵机输出轴的输出角度；以及
10.输入端角度自测组件，用于检测所述电机转轴的输入角度并包括：
11.磁性件，安装在所述电机转轴上并与所述电机转轴同步旋转；和
12.霍尔pcb板，固定安装在所述舵机壳体的内壁并包括用于感应所述磁性件的磁场强度的磁感应元件。
13.在一些实施例中，所述磁性件安装在所述电机转轴的端部并与所述电机转轴同心布置。
14.在一些实施例中，所述磁感应元件与所述磁性件同心布置且沿所述电机转轴的轴向间隔排布。
15.在一些实施例中，所述磁性件为永磁体。
16.在一些实施例中，所述输出端角度自测组件包括：
17.磁环，固定套装于在所述舵机输出轴上；和
18.磁环感应元件，固定设置并用于感应所述磁环的磁场强度。
19.在一些实施例中，所述舵机壳体为一端呈开口状的套筒壳体。
20.在一些实施例中，在一些实施例中，所述舵机还包括：
21.减速箱，包括减速输入端和减速输出端，所述减速输入端和所述减速输出端分别
与所述电机转轴和所述舵机输出轴相连；和
22.固定罩，与所述减速箱相连并内置所述输出端角度自测组件。
23.在一些实施例中，所述减速箱为三级行星减速箱；
24.和/或，所述固定罩内还设有用于控制所述电机的舵机控制板。
25.在一些实施例中，所述舵机输出轴上设置有摆臂，所述固定罩与所述舵机输出轴之间共同形成有限位抵靠结构，所述限位抵靠结构包括：
26.限位槽，设置在所述固定罩和所述舵机输出轴中的一者上；和
27.限位柱，匹配设置在所述固定罩和所述舵机输出轴中的另一者上并伸入所述限位槽中；
28.其中，在与所述摆臂的摆动端点位置，所述限位柱限位抵靠在所述限位槽的限位壁上以固定所述舵机输出轴。
29.另外，本实用新型还提供了一种无人机，所述无人机包括上述舵机。
30.通过上述技术方案，在本实用新型的舵机中，输出端角度自测组件与输入端角度自测组件的配合使用，通过输出端角度自测组件测定舵机输出轴的角度信息，通过输入端角度自测组件测定电机转轴的角度信息，通过上述信息可获得减速箱输入端与输出端之间的角度回差，依据角度回差进行角度补偿，从而消除虚位影响，保证舵机的稳定运行，适用范围广；输入端角度自测组件位于舵机壳体内并采用端面式安装方式，易于控制成本，方便安装，结构紧凑，空间布局合理。
31.本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
32.附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
33.图1为本实用新型的一种可选实施方式的舵机的前视图；
34.图2为图1中沿a
‑
a截面剖切后的剖视图；
35.图3为图1在不同视角下的立体图；
36.图4为本实用新型的另一种可选实施方式的舵机的立体图；以及
37.图5为图4在不同视角下的局部立体图，具体展示了固定罩和齿形底座。
38.附图标记说明：
39.100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电机转轴
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
200
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
舵机输出轴
40.300
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
输入端角度自测组件
ꢀꢀ
400
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
限位抵靠结构
41.310
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
磁性件
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
320
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
霍尔pcb板
42.410
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
限位槽
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
420
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
限位柱
[0043]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
磁环
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
舵机壳体
[0044]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
减速箱
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
固定罩
[0045]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
舵机控制板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
摆臂
[0046]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
霍尔连接线
具体实施方式
[0047]
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0048]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0049]
在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
[0050]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0051]
在控制成本的基础上，为了避免舵机因虚位大而影响其运行的稳定性，本实用新型提供了一种舵机，典型地，参照如1至图3舵机包括：电机、舵机输出轴200、输出端角度自测组件和输入端角度自测组件300；
[0052]
其中，电机，包括电机转轴100；
[0053]
舵机输出轴200；
[0054]
舵机壳体2，电机安装在舵机壳体2内；输出端角度自测组件，用于检测舵机输出轴200的输出角度；以及
[0055]
输入端角度自测组件300，用于检测电机转轴100的输入角度并包括：
[0056]
磁性件310，安装在电机转轴100上并与电机转轴100同步旋转；和
[0057]
霍尔pcb板320，固定安装在舵机壳体2的内壁并包括用于感应磁性件 310的磁场强度的磁感应元件。
[0058]
本实用新型旨在提供一种舵机，以在控制成本的基础上，解决因舵机虚位值偏大而带来的问题。常规舵机采用电位器用于输出轴角度检测，受电位器使用方式限制需要将电位器设置在输出轴端部；这种方式使得大部分舵机只能采用平行轴减速箱，而平行减速箱的舵机需要比较大的减速比，极易产生输出轴虚位偏大的问题，影响舵机的稳定运行。且发明人发现通过提高减速齿轮精度等级虽可以起到控制虚位的作用，但材料以及生产制造价格高，不利于产品化。因此，为了能够解决虚位问题，发明人进行了不断的思考和创新并设计出本实用新型的舵机结构，以在控制成本的基础上实现虚位的测量，并消除虚位影响。
[0059]
在一些实施例中，该舵机可以包括电机、减速箱3、舵机输出轴200、输出端角度自测组件和输入端角度自测组件300，其中，电机作为舵机的动力源，其种类可以多种多样，可以为无刷电机、内转子有刷电机、内转子无刷电机或空心杯电机等，使得舵机的适用性广泛，且便于控制成本。电机的电机转轴100与减速箱3可以直接相连，并通过减速箱3将电机的速度成大倍数缩小，从而将电机的输出扭矩放大相应倍数并传输至舵机输出轴200。通过获得减速箱3的输入端与输出端的角度信息，即可计算得出虚位值，即角度回差信息，基于该角度回差信息可对舵机进行角度补偿，从而消除虚位影响，保证舵机的稳定运行。同时可用于判断结构老化或失效。
[0060]
在一种优选实施方式的舵机中，如图2和图3所示，减速箱3的减速输出端和减速输入端分别为舵机输出轴200和电机，其中电机中电机转轴100 的角度信息可以由位于电机外部的输入端角度自测组件300测定，舵机输出轴200的角度信息可以由输出端角度自测组件测定。由于减速箱3的减速比已知，因此，通过端角度自测组件300获得的角度信息与输出
端角度自测组件获得的角度信息，可计算减速箱3的减速输出端和减速输入端之间的虚位值，即角度回差信息，根据该角度回差对舵机进行角度补偿，从而消除虚位影响，保证舵机的稳定运行。同时该舵机的虚位自测还可用于判断结构老化或失效，便于及时检修及更换。
[0061]
在一种实施例中，发明人寻求在设计空间有限的舵机上进行结构改进设计，如图2和图3舵机的外部结构可以包括：舵机壳体2、减速箱3和固定罩4；
[0062]
其中，舵机壳体2可以为一端呈开口状的一体化套筒壳体，也可以为相互拼接而成的筒状结构，舵机壳体2与电机转轴100可以为同心布置，提高整体的集成度；
[0063]
在一种实施例中，减速箱3可以包括减速输入端和减速输出端，减速输入端和减速输出端分别可以与电机转轴100和舵机输出轴200相连；固定罩 4，与减速箱3相连，且输出端角度自测组件可以内置于固定罩4内，提高整机的集成度。
[0064]
舵机的整体外部结构可以由舵机壳体2和固定罩4构成，舵机内各元件可以沿轴向分布于外部结构内，使得舵机整体呈棒状结构，发热元件电机和减速箱3的外周壁散热性能优良，为舵机的高性能运行提供先决条件。其中舵机壳体2的结构及形状可以多种多样，舵机壳体2可以为一体结构，也可以为拼接结构，其形状可以为圆筒形也可以为方形筒，在此不做限定。
[0065]
在一些实施例中，减速箱3为三级行星减速箱；减速箱3可以为三级行星减速箱，可设定的减速比范围广，可达到50～200，同时可以对三级行星减速箱进行专门的结构设计，减小齿圈外直径，也可以减少部分未参与行星啮合部分的齿面以减轻舵机自重。
[0066]
在一些实施例中，固定罩4内还可以设有用于控制电机的舵机控制板5，舵机控制板5可用于收发信号，并根据获取信息控制电机进行调节，和舵机控制板5安装在固定罩4内并套装于舵机输出轴200上，舵机控制板5与舵机输出轴200为间隙嵌套关系，节省舵机控制板5的安装空间，提高其装配的紧凑性，缩小舵机体积且方便安装。
[0067]
在一种实施例中，输入端角度自测组件300可以包括：磁性件310和霍尔pcb板320；
[0068]
其中，磁性件310可以安装在电机转轴100上并与电机转轴100同步旋转，且磁性件310安装在电机转轴100的端部并与电机转轴100同心布置；
[0069]
和霍尔pcb板320可以固定安装并包括用于感应磁性件310的磁场强度的磁感应元件。
[0070]
这种输入端角度自测组件300可以为磁环1及磁感应元件的边侧式配合结构，但本领域技术人员能够理解的是，边侧式配合结构所占空间较大，不利于在空间有限的舵机内部实施，因此在一种实施例中，磁性件310为活动端呈块状结构，安装于电机转轴100的端面，与电机转轴100同步旋转，磁感应元件为固定端安装于霍尔pcb板320上。其中，磁性件310与磁感应元件为端面式安装，磁性件310随电机转轴100同步旋转过程中，磁感应元件通过感应其磁场强度的变化获得减速箱3的减速输入端的角度信息。并通过霍尔pcb板320和与其相连的霍尔连接线7进行信号传输。该端面式安装方式，既无需增加安装空间，又方便安装，结构紧凑，空间布局合理。
[0071]
更进一步地，磁性件310可以为永磁体。磁感应元件与磁性件310同心布置且沿电机转轴100的轴向间隔排布。磁性件310为永磁体，可长期保持其磁性，磁力性能稳定。且磁感应元件位于电机转轴100的轴向并与磁性件 310间隔设置，可准确感应磁性件310周围的磁场强度。可以理解的是，磁性件310的结构可以多样化，如本实施例中的圆块状，或t形柱
等，在此不做限定。
[0072]
同时，输出端角度自测组件可以包括：磁环1和磁环感应元件；
[0073]
其中，磁环1可以固定套装于在舵机输出轴200上；磁环感应元件可以固定设置并用于感应磁环1的磁场强度。
[0074]
输出端角度自测组件中，磁环1为活动端，与舵机输出轴200同步旋转，磁环感应元件为固定端，固定安装于固定罩4内，用于感应磁环周围的磁场强度，其中，磁环1与磁环感应元件为边侧式安装模式，磁环1随舵机输出轴200旋转过程中，磁环感应元件通过感应其磁场强度的变化获得减速箱3 的减速输出端角度信息。可以理解的是，磁环1，其内环直径与同轴向位置舵机输出轴200的直径相同，二者呈过盈配合的装配环形，保证磁环1与舵机输出轴200同步旋转，且磁环1安装于舵机输出轴200的近减速箱3端，该安装方式稳固性高，使得减速箱3可在高速比条件下运行。此外，磁环1 的结构与舵机输出轴200的连接关系可以多样化，在此不做限定。
[0075]
在一种优选实施方式中，为消除舵机虚位带来的摆臂6的自由末端的振动问题，本实用新型还增设了限位抵靠结构400。如图4和图5所示，舵机输出轴200上设置有摆臂6，固定罩4与舵机输出轴200之间共同形成有限位抵靠结构400。
[0076]
其中，摆臂6与舵机输出轴200之间可采用刚性连接，例如舵机输出轴 200与摆臂6为一体成型的l形杆。限位抵靠结构400的部分设置在舵机的固定罩4上，固定罩4是一个静态组件，且预留有相对更大的设计空间。舵机输出轴200(图中未显示)从固定罩4穿出。因此可选择地，限位抵靠结构400设置在固定罩4和舵机输出轴200上。限位抵靠结构400采用了滑块滑槽限位结构。具体地，限位抵靠结构400包括：
[0077]
限位槽410，设置在固定罩4和舵机输出轴200中的一者上；和
[0078]
限位柱420，匹配设置在固定罩4和舵机输出轴200中的另一者上并伸入限位槽410中；
[0079]
其中，在与摆臂6的摆动端点位置，限位柱420限位抵靠在限位槽410 的限位壁上以固定舵机输出轴200。
[0080]
限位柱420外凸地固定设置在固定罩4的端面上；由于舵机输出轴200 的末端与摆臂6相连，因而限位槽410设置在摆臂6连接端的外周壁上。更具体地，限位槽限定在摆臂6连接端的外周壁与固定罩4的端面之间。限位槽410伴随舵机输出轴200旋转，限位槽410的端壁将抵接限位柱420，从而阻碍舵机输出轴200进一步旋转。换言之，将舵机输出轴200固定在特定限位点。
[0081]
电机正反转时驱动摆臂6随之摆动，摆臂6摆动至限位槽410的端壁时，限位柱420，使得限位柱420限位抵靠限位槽端壁，这样，可将做钟摆摆动的摆臂6在钟摆两端的端点位置作为特定限位点，从而在摆动端点固定舵机输出轴200，进而固定摆臂6。通过增设限位抵靠结构400，可在特定限位点消除舵机虚位带来的传动终端的振动问题，减少或消除摆臂自由端的振动。
[0082]
另外，本实用新型还提供了一种无人机，无人机包括上述的舵机，该无人机可以为农用无人机，用于植保喷洒作业，无人机喷洒作业时需要对喷头的角度进行调节，可将常规的喷洒系统与无人机机体之间通过上述舵机结构连接，该无人机可以获取无人机的各旋翼产生的各自旋翼风场的方位，在无人机升力系统角度改变时，根据相应的旋翼风场的方位，
通过舵机实现喷洒系统的角度的调节，对应地调节位于旋翼下方的喷头，使得喷头的喷洒方向与旋翼风场的流动方向的朝向相同，使喷洒系统更高效的利用无人机风场进行作业，其中该无人机的结构类型可多种多样，在此不做限定。
[0083]
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型。
[0084]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0085]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0086]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0087]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0088]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0089]
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。