一种闭环控制的紧凑型玩具齿箱装置的制作方法

本实用新型涉及玩具技术领域，特别是涉及一种闭环控制的紧凑型玩具齿箱装置。

背景技术：

一般玩具用齿箱装置是将微型电机高转速低扭力的旋转，转化为速度低、扭力大的旋转。基本采用开环控制，开环就是对输出结果没有检测，不对输出进行修正。闭环就是对输出结果进行检测，并且根据输出结果与理论要求的差异进行修正。精度的话肯定是开环精度低了，因为他不考虑实际输出结果，而闭环因为有反馈，所以精度会高。多数齿箱装置为不可调速，最为普遍玩具模型遥控车用的减速齿箱，采用五能功能芯片控制前进后退，直接连续加驱动电机。少数采用PWM开环控制对电机进行调速，实现遥控车可以跑快和跑慢，PWM开环调速对于一般轮子速度要求不高，速度较快，负载扰动较小是可以用的，可以提高些可玩性。但一般玩具用齿箱使用铁芯微型电机，如RF130，对PWM驱动时，输出扭力对PWM线性非常差，堵转扭矩也很小，负载扰动对速度影响很大，速度很难控制准确，甚至要么转不动，但转动后速度就很高。对于一些产品速度要求高些，负载扰动变化大的，驱动过程中负载有变化的场合，开环控制很难适用。特别是四轮全向车的驱动，其前后退时，前轮和后轮同向转动，负载阻力较小，而侧行时，前轮和后轮反向转动，负载阻力较大，轮子转速不稳定时，车子运动的直线性就很差；例如这种场合下开环PWM 调速就很难适应；使产品有缺陷，降低可玩具性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种能实现对玩具车轮进行闭环控制，提高速度控制精度的闭环控制的紧凑型玩具齿箱装置。驱动不同使用模式转速相差较大、相同使用模式负载扰动较大的玩具车，采用每个车轮独立驱动，实现不使用状态下，具有良好稳定性的速度和良好的抗负载扰动。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型所述闭环控制的紧凑型玩具齿箱装置，包括齿箱壳体和转动驱动部分，所述转动驱动部分包括微型驱动电机、齿轮传动组，所述齿轮传动组包括装置于微型驱动电机上的电机轴齿轮、与电机轴齿轮啮合传动的减速齿轮组，其特点是：所述转动驱动部分还包括有转速检测控制装置，所述转速检测控制装置包括转速检测部分和转速驱动控制电路部分，所述转速检测部分包括与电机轴齿轮同步转动的带透光槽的编码盘、红外发射和接收装置，所述编码盘与电机轴齿轮同步转动，所述红外发射和接收装置检测到编码盘的转速(此处的转速也可叫转动周期信号)后，输送至转速驱动控制电路部分，该驱动控制电路部分根据得到的转速与理论要求的差异进行修正，实现转速闭环控制。

所述转速驱动控制电路部分包括主控MCU、驱动PCB板、驱动芯片；由红外发射和接收装置得到编码盘的转动周期信号，输入至主控 MCU后，通过计算，得到速度偏差后，通过计算输出结果与理论要求的差异进行修正驱动的PWM信号，输出于驱动芯片和微型驱动电机，增加或降低微型驱动电机转速，使其精确地接近理论值；从而实现微型驱动电机转动速度的闭环控制。

为使本实用新型结构更简单，所述红外发射和接收装置为贴片式的红外发射管和红外接收管，所述的编码盘使用隔光材料制作，外周开有多个所述透光槽，编码盘外侧穿过红外发射管和红外接收管中间，用于红外发射管和红外接收管的对射光线，当编码盘的透光槽转动至红外接收管和红外发射管中间，红外接收管能收到由透光槽穿过来的发射信号而导通。当编码盘的透光槽离开红外接收管和红外发射管的中间位置后，红外发射管发射的光线被编码盘隔开，红外接收管无法接收到红外光线而断开。导通和断开信号输入至微型驱动电机的驱动芯片，通过计算导通和断开周期就可以得到微型驱动电机的转动速度，实现微型驱动电机速度检测。

为使本实用新型能同时控制两个车轮的转速，又结构紧凑，所述齿箱壳体包括上盖和下盖，齿箱壳体的内部采用对称安装的方式装有两个驱动单元来分别独立驱动两个玩具车轮转动，各驱动单元包括一个所述微型驱动电机、一套所述减速齿轮组和转速检测部分，这种安装方式有利于节省空间，减小安装位置，使齿箱装置的结构更加紧凑。为使其结构更紧凑和可靠，两套减速齿轮组分别设置在齿箱壳体的内腔两侧，并通过设置的中间主轴相连，两组转速检测部分可以同时对两个微型驱动电机进行检测。

所述电机轴齿轮设置在微型驱动电机的转轴上，所述编码盘连接于电机轴齿轮上；所述减速齿轮组包括套装在中间主轴上的从动双联齿轮一及与该从动双联齿轮一啮合传动的从动双联齿轮二，所述从动双联齿轮二通过设置的辅助固定小轴连接于齿箱壳体上，该从动双联齿轮二的一侧设有从动齿轮三，从动齿轮三的一侧设有轮子固定轴，用于安装玩具车轮。

所述驱动PCB板设置在齿箱壳体的上盖上，两端分别延伸至两微型驱动电机的转轴上方，所述红外发射和接收装置安装在驱动PCB板下方位置，上方设置主控MCU和驱动芯片。

进一步方案是：所述上盖的左右位置设置有两个能安装减震弹簧的固定锥形胶柱，上盖设置有可安装驱动PCB的固定槽。

上盖设置有固定连接电线的卡槽；齿箱壳体前后两侧的中间设有固定圆形柱，使齿箱壳体由固定圆形柱构成中心悬挂固定，前后两侧方向被固定，左右两侧可以转动，通过左右两侧安装的减震弹簧的弹性固定，使左右两侧具有减震功能，而前后方向被固定而不影响前后移动的推力；用于实现四轮独立减震功能。

该玩具齿箱装置采用编码盘与红外接收管和红外发射管相结合，使用对射式方向检测信号，有效提高信号检测的可靠性，精确度。使用转速驱动控制电路部分独立安装在减速齿箱组上边，微机驱动电机直接焊接或连接在驱动芯片上，驱动芯片仅需少数的供电电线和信号线连接至产品的主控MCU(主控电路板)，转动速度信号检测的红外接收管和红外发射管直接焊接或贴装在驱动PCB板上，大大缩短了连接电线长度和有效减小控制连接线的数量，减少干扰，提高可靠性，实现了结构紧凑，并且一个齿箱装置同时独立驱动两个车轮，有效减小了体积，更加方便安装。

本实用新型采用了微型驱动电机闭环控制，提高速度控制精确度，并且增加了速度抗负载扰动能力，适应负载不停变化场合，使齿箱装置的应用范围更广泛。提高电动玩具，特别是遥控全向车的可玩性，更好操控制性，和可靠性。与目前常用的普通开环控制的齿箱装置相比，明显提高玩具车的速度稳定性，

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1打开上盖后的结构示意图；

图3为图2的主视结构示意图；

图4为图1中电机轴齿轮与编码盘结合的结构示意图；

图5为转速驱动控制电路部分与红外发射和接收装置的连接结构示意图。

具体实施方式

如图1-图5所示，本实用新型所述闭环控制的紧凑型玩具齿箱装置，包括齿箱壳体1和转动驱动部分；所述转动驱动部分包括微型驱动电机 2、齿轮传动组3，所述齿轮传动组3包括装置于微型驱动电机2上的电机轴齿轮31、与电机轴齿轮31啮合传动的减速齿轮组32，所述转动驱动部分还包括有转速检测控制装置，所述转速检测控制装置包括转速检测部分和转速驱动控制电路部分30，所述转速检测部分包括与电机轴齿轮31同步转动的带透光槽331的编码盘33、红外发射和接收装置，所述编码盘33与电机轴齿轮31同步转动，所述红外发射和接收装置检测到编码盘33的转速后，输送至转速驱动控制电路部分30，该驱动控制电路部分30根据得到的转速与理论要求的差异进行修正，实现转速闭环控制。其中，所述转速驱动控制电路部分30包括主控MCU、驱动PCB板、驱动芯片及其它配合电子元件；由红外发射和接收装置得到编码盘33的转动周期信号(或叫转速)，输入至主控MCU后，通过计算，得到速度偏差后，通过计算输出结果与理论要求的差异进行修正驱动的PWM信号，输出于驱动芯片和微型驱动电机2，增加或降低微型驱动电机2转速，使其精确地接近理论值；从而实现微型驱动电机2转动速度的闭环控制。为使本实用新型结构更简单，所述红外发射和接收装置为贴片式的红外发射管34和红外接收管35，所述编码盘33 使用隔光材料制作，外周开有多个所述透光槽331，编码盘33外侧穿过红外发射管34和红外接收管35中间，用于红外发射管34和红外接收管35的对射光线，当编码盘33的透光槽331转动至红外接收管35和红外发射管34中间，红外接收管35能收到由透光槽331穿过来的发射信号而导通。当编码盘33的透光槽331离开红外接收管 35和红外发射管34的中间位置后，红外发射管34发射的光线被编码盘33隔开，红外接收管35无法接收到红外光线而断开。导通和断开信号输入至微型驱动电机的驱动芯片，通过计算导通和断开周期就可以得到微型驱动电机的转动速度，实现微型驱动电机速度检测。

为使本实用新型能分别独立驱动两个车轮转动，有利节省空间，减小安装位置，使齿箱结构更加紧凑，所述齿箱壳体1包括上盖和下盖，齿箱壳体1的内部采用对称安装的方式装有两个驱动单元来分别独立驱动两个玩具车轮转动，各驱动单元包括一个所述微型驱动电机 2、一套所述减速齿轮组32和转速检测部分。两套减速齿轮组32分别设置在齿箱壳体1的内腔两侧，并通过设置的中间主轴6相连，两组转速检测部分可以同时对两个微型驱动电机2进行检测。所述电机轴齿轮31设置在微型驱动电机2的转轴上，所述编码盘33连接于电机轴齿轮31上；所述减速齿轮组32包括套装在中间主轴6上的从动双联齿轮一及与该从动双联齿轮一啮合传动的从动双联齿轮二，所述从动双联齿轮通过设置的辅助固定小轴连接于齿箱壳体1上，该从动双联齿轮二的一侧设有从动齿轮三321，从动齿轮三321的一侧设有轮子固定轴5，用于安装玩具车轮。其中，从动双联齿轮一包括大齿轮一和小齿轮一，大齿轮一为一级传动的从动齿，小齿轮一为二级传动的主动齿轮，从动双联齿轮二包括与小齿轮一配合传动的大齿轮二、小齿轮二，小齿轮二为三级传动的主动齿轮，带动从动齿轮三。

所述驱动PCB板设置在齿箱壳体1的上盖上，两端分别延伸至两微型驱动电机2的转轴上方，所述红外发射和接收装置安装在驱动 PCB板下方位置，驱动PCB板上方设置所述主控MCU和驱动芯片。所述上盖的左右位置设置有两个能安装减震弹簧的固定锥形胶柱4，上盖设置有可安装驱动PCB的固定槽。上盖设置有固定连接电线的卡槽；齿箱壳体1前后两侧的中间设有固定圆形柱7，使齿箱壳体1由固定圆形柱构成中心悬挂固定，前后两侧方向被固定，左右两侧可以转动，通过左右两侧减震弹簧的弹性固定，使左右两侧具有减震功能，而前后方向被固定而不影响前后移动的推力；用于实现四轮独立减震功能。

本实用新型采用转速驱动控制电路部分与转速检测部分配合，对微型驱动电机的输出转速进行检测，并且根据输出转速结果与理论要求的差异进行修正，实现速度闭环控制，提高速度控制精度，特别是负载扰动较大的玩具车，实现速度稳定性的提高。特别适用于驱动全向车轮(车轮也叫轮子)，全向轮子转速低，前后轮子同向转动和前后轮子反向转动，负载变化很大，采用这种闭环控制的玩具齿箱装置，能很好改进车子的运动稳定性。与目前常用的普通开环控制的齿箱相比，明显提高车子的速度稳定性，本玩具齿箱装置使用对称紧凑结构设计，一个齿箱装置同时驱动两个轮子，可以方便实现四轮独立驱动，非常适用于玩具遥控车，特别是全向遥控车，对提高全向遥控车实际应用到玩具行业有积极的意义；提高遥控玩具的可玩性，产品性能，有很好实际应用价值，推动遥控玩具的发展。尽管本实用新型是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本实用新型构成限制。参照本实用新型的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。