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CN111953142A - 一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机 - Google Patents

一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机 Download PDF

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CN111953142A CN202010985146.1A CN202010985146A CN111953142A CN 111953142 A CN111953142 A CN 111953142A CN 202010985146 A CN202010985146 A CN 202010985146A CN 111953142 A CN111953142 A CN 111953142A
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Abstract

本发明涉及舵机领域，尤指一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机。本发明高精度微型舵机通过改进电机装配、霍尔元件、磁石等创新设计使舵机微型化。其中，本发明通过凸轮、拔动磁石座、伸缩弹簧、霍尔元件等使得磁石在霍尔元件上方直线方向运动形成检测用的电位器，比传统电位器的寿命长，成本低，而且加工更加简单；而电机部件直接装配在壳体上，节约成本和空间，重要解决了微型电机安装定位难度的问题；电机刷片以及霍尔元件直接加工在PCBA电路板上，解决了传统加工工艺难度及成本控制的问题；同时在减速装置中增加离合器，保护齿轮不受瞬间冲击损坏；此外，在软件系统中加了电流过载保护和学习重复定位功能。

Description

一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机
技术领域
本发明涉及舵机领域，尤指一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机。
背景技术
传统的舵机主要是由外壳、电路板、驱动马达、减速齿轮与位置检测元件所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的I C驱动无核芯马达开始转动，通过减速齿轮将动力传至输出轴，同时由输出轴位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻或转动磁编器，当舵机转动时电压值也会随之改变，根据检测电压值便可知转动的角度。
目前，市面上流行的舵机形状和种类十分丰富，但是舵机内部的主要功能模块基本相同，其主要的组成和功能如下，舵机控制器是整个控制系统的执行机构，内部有中央控制器、数据存储器、驱动模块等，中央控制器的主板是单片机，可以人工写入语言程序，完成定向控制。
为了提高机器人的飞行性能，许多机器人产品中都使用了直流伺服舵机，使得机器人的动作控制效果更好，但是现有的部分直流伺服舵机中，一些舵机的电机安装定位较难，并且加工工艺比较难和加工成本比较高，使得舵机在使用的过程中存在着一定的局限性。此外，传统舵机的电位器寿命短，成本较高，加工工艺复杂。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机，采用全新的定位检测方式，电机部件的安装定位简单，更加易于加工和控制成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机，包括壳体、输出轴以及安装在壳体内的电机部件、PCBA电路板、减速装置和位置检测组件，所述电机部件与位置检测组件分别与PCBA电路板电性连接，所述减速装置与电机部件驱动连接，所述壳体内设有容纳电机部件的定位柱孔，所述电机部件直接安装在壳体的定位柱孔上，并且电机刷片直接加工在PCBA电路板上；所述减速装置包括减速齿轮组和设有齿轮的离合器，所述减速齿轮组与电机部件转轴驱动连接，所述减速齿轮组与离合器的齿轮啮合，所述输出轴通过齿轮与离合器的齿轮啮合；所述位置检测组件包括凸轮、拨动磁石座、霍尔元件，所述凸轮与输出轴下端固定，所述拨动磁石座与凸轮固定，所述霍尔元件直接加工在PCBA电路板上，所述拨动磁石座上设有磁石，所述输出轴转动时通过凸轮带动拨动磁石座运动，使得磁石在霍尔元件上方直线方向运动实现位置检测。
进一步地，所述拨动磁石座包括支撑块、滑块、导向轴和伸缩弹簧，所述滑块上端与凸轮下端接触，所述支撑块上端与壳体内部固定，所述导向轴一端与支撑块连接，另一端可活动设置在滑块内，所述伸缩弹簧套接在导向轴表面，并一端与支撑块弹性连接，另一端与滑块弹性连接，所述滑块下端设有卡孔，所述磁石与卡孔插接固定。
进一步地，所述减速齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮，所述第一齿轮套接在电机部件转轴上，所述第二齿轮与第一齿轮啮合，第三齿轮与第二齿轮啮合，所述离合器表面从上至下依次设有第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮和第七齿轮，所述第一齿轮与第三齿轮啮合，所述输出轴表面依次设有第八齿轮、第九齿轮和第十齿轮，所述第八齿轮、第九齿轮和第十齿轮分别与第四齿轮、第五齿轮和第六齿轮啮合。
其中，所述PCBA电路板一侧还设有信号及电源连接器。
进一步地，所述壳体包括从上至下依次包括上盖、中盖和下盖，所述PCBA电路板固定在下盖内，所述电机部件和位置检测组件设置中盖内，所述减速装置和输出轴设置在上盖中，所述上盖、中盖和下盖通过螺柱从下盖依次贯穿中盖与上盖螺接固定。
其中，所述上盖两侧还设有延伸部，所述延伸部表面设有安装孔。
进一步地，所述PCBA电路板上通过软件系统设置了电流过载保护功能，在电流过载时实现自动断电。
进一步地，所述PCBA电路板上通过软件系统设置了学习重复定位功能，对多次的定位进行学习，并且存储数据，方便下一次的定位。
本发明的有益效果在于：本发明高精度微型舵机通过改进电机装配、霍尔元件、磁石等创新设计使舵机微型化。其中，本发明通过凸轮、拔动磁石座、伸缩弹簧、霍尔元件等使得磁石在霍尔元件上方直线方向运动形成检测用的电位器，比传统电位器的寿命长，成本低，而且加工更加简单；而电机部件直接装配在壳体上，节约成本和空间，重要解决了微型电机安装定位难度的问题；电机刷片以及霍尔元件直接加工在PCBA电路板上，解决了传统加工工艺难度及成本控制的问题；同时在减速装置中增加离合器，保护齿轮不受瞬间冲击损坏；此外，在软件系统中加了电流过载保护，保护齿轮、电机部件、PCBA电路板因过载而损坏，还在软件系统中加了学习重复定位功能，更加智能化。
附图说明
图1是本实施例的爆炸图。
图2是本实施例的立体图。
图3是本实施例的内部结构图。
图4是本实施例的另一内部结构图。
图5是本实施例的剖视图。
附图标号说明：1.壳体；11.上盖；111.延伸部；12.中盖；13.下盖；14.螺柱；2.输出轴；21.第八齿轮；22.第九齿轮；23.第十齿轮；3.电机部件；31.电机刷片；32.转轴；33.磁铁；34.线圈；35.马达壳；36.换向器；4.PCBA电路板；41.信号及电源连接器；5.减速装置；51.减速齿轮组；511.第一齿轮；512.第二齿轮；513.第三齿轮；52.离合器；521.第四齿轮；522.第五齿轮；523.第六齿轮；524.第七齿轮；6.位置检测组件；61.凸轮；62.拨动磁石座；621.磁石；622.支撑块；623.滑块；624.导向轴；625.伸缩弹簧；63.霍尔元件。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。
请参阅图1-5所示，本发明关于一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机，包括壳体1、输出轴2以及安装在壳体1内的电机部件3、PCBA电路板4、减速装置5和位置检测组件6，所述电机部件3与位置检测组件6分别与PCBA电路板4电性连接，所述减速装置5与电机部件3驱动连接，所述壳体1内设有容纳电机部件3的定位柱孔，所述电机部件3直接安装在壳体1的定位柱孔上，并且电机刷片31直接加工在PCBA电路板4上；所述减速装置5包括减速齿轮组51和设有齿轮的离合器52，所述减速齿轮组51与电机部件3转轴32驱动连接，所述减速齿轮组51与离合器52的齿轮啮合，所述输出轴2通过齿轮与离合器52的齿轮啮合；所述位置检测组件6包括凸轮61、拨动磁石座62、霍尔元件63，所述凸轮61与输出轴2下端固定，所述拨动磁石座62与凸轮63固定，所述霍尔元件63直接加工在PCBA电路板4上，所述拨动磁石座62上设有磁石621，所述输出轴2转动时通过凸轮61带动拨动磁石座62运动，使得磁石621在霍尔元件63上方直线方向运动实现位置检测。
在本实施例中，所述拨动磁石座62包括支撑块622、滑块623、导向轴624和伸缩弹簧625，所述滑块623上端与凸轮61下端的凸点接触，所述支撑块622上端与壳体1内部固定，所述导向轴624一端与支撑块622连接，另一端可活动设置在滑块623内，所述伸缩弹簧625套接在导向轴624表面，并一端与支撑块622弹性连接，另一端与滑块623弹性连接，所述滑块623下端设有卡孔，所述磁石621与卡孔插接固定，所述输出轴2转动时通过凸轮61推动拨动磁石座62左右方向弹性运动，使得磁石621在霍尔元件62上方直线方向运动，通过霍尔感应实现位置检测。此外，所述PCBA电路板4一侧还设有信号及电源连接器41。
其中，所述减速齿轮组51包括第一齿轮511、第二齿轮512、第三齿轮513，所述第一齿轮511套接在电机部件3转轴32上，所述第二齿轮512与第一齿轮511啮合，第三齿轮513与第二齿轮512啮合，从而实现减速；所述离合器52表面从上至下依次设有第四齿轮521、第五齿轮522、第六齿轮523和第七齿轮524，所述第七齿轮524与第三齿轮513啮合，所述输出轴2表面依次设有第八齿轮21、第九齿轮22和第十齿轮23，所述第八齿轮21、第九齿轮22和第十齿轮23分别与第四齿轮521、第五齿轮522和第六齿轮523啮合，通过三组齿轮进行啮合，保持输出轴2的稳定性。需要进一步说明的是，本实施例的第二齿轮512和第三齿轮513分别为双齿轮，双齿轮中包括大齿轮和小齿轮，而第六齿轮523和第七齿轮524为双齿轮中的小齿轮和大齿轮，而第九齿轮22和第十齿轮23为双齿轮中的小齿轮和大齿轮，其中第一齿轮511与第二齿轮512的大齿轮啮合，第二齿轮512的小齿轮与第三齿轮513的大齿轮啮合。
在本实施例中，所述壳体1包括从上至下依次包括上盖11、中盖12和下盖13，所述PCBA电路板4固定在下盖13内，所述电机部件3和位置检测组件6设置中盖12内，所述减速装置5和输出轴2设置在上盖11中，所述上盖11、中盖12和下盖13通过螺柱14从下盖13依次贯穿中盖12与上盖11螺接固定。其中，所述上盖11两侧还设有延伸部111，所述延伸部111表面设有安装孔。
在本实施例中，所述PCBA电路板4上通过软件系统设置了电流过载保护功能，在电流过载时实现自动断电。其中，所述PCBA电路板4上通过软件系统设置了学习重复定位功能，对多次的定位进行学习，并且存储数据，方便下一次的定位。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1.通过凸轮61、拔动磁石座62、伸缩弹簧625，霍尔元件63，使得磁石621在霍尔元件63上方直线方向运动形成检测用的电位器，此处采用1个磁石621以及1个霍尔元件63形成全新的位置检测方式，比传统电位器的寿命长，成本低，而且加工更加简单；
2.电机部件3直接装配在壳体1上，节约成本和空间，重要解决了微型电机安装定位难度的问题；
3.电机刷片31以及霍尔元件63直接加工在PCBA电路板4上，解决了传统加工工艺难度及成本控制的问题；
4.在减速装置5中增加离合器52，保护齿轮不受瞬间冲击损坏；
5.在软件中加了电流过载保护，保护减速齿轮组51、电机部件3、PCBA电路板4因过载而损坏；
6.在软件中加了学习重复定位功能，更加智能自动化；
7.通过改进电机3的装配、以及霍尔元件63和磁石621等创新设计使舵机微型化；
需要进一步说明的是，本实施例的凸轮61优选偏心轮，此外，本实施例中所提及的电机部件3由电机刷片31、转轴32、磁铁33、线圈34、马达壳35和换向器36构成的常规电机部件3，在此不再赘述。除非另有明确的规定和限定，术语“连接”“固定”“设置”等术语应做广义理解，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中的具体含义。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机，包括壳体、输出轴以及安装在壳体内的电机部件、PCBA电路板、减速装置和位置检测组件，所述电机部件与位置检测组件分别与PCBA电路板电性连接，所述减速装置与电机部件驱动连接，其特征在于：
所述壳体内设有容纳电机部件的定位柱孔，所述电机部件直接安装在壳体的定位柱孔上，并且电机刷片直接加工在PCBA电路板上；
所述减速装置包括减速齿轮组和设有齿轮的离合器，所述减速齿轮组与电机部件转轴驱动连接，所述减速齿轮组与离合器的齿轮啮合，所述输出轴通过齿轮与离合器的齿轮啮合；
所述位置检测组件包括凸轮、拨动磁石座、霍尔元件，所述凸轮与输出轴下端固定，所述拨动磁石座与凸轮固定，所述霍尔元件直接加工在PCBA电路板上，所述拨动磁石座上设有磁石，所述输出轴转动时通过凸轮带动拨动磁石座运动，使得磁石在霍尔元件上方直线方向运动实现位置检测。
2.根据权利要求1所述的一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机，其特征在于：所述拨动磁石座包括支撑块、滑块、导向轴和伸缩弹簧，所述滑块上端与凸轮下端接触，所述支撑块上端与壳体内部固定，所述导向轴一端与支撑块连接，另一端可活动设置在滑块内，所述伸缩弹簧套接在导向轴表面，并一端与支撑块弹性连接，另一端与滑块弹性连接，所述滑块下端设有卡孔，所述磁石与卡孔插接固定。
3.根据权利要求1所述的一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机，其特征在于：所述减速齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮，所述第一齿轮套接在电机部件转轴上，所述第二齿轮与第一齿轮啮合，第三齿轮与第二齿轮啮合，所述离合器表面从上至下依次设有第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮和第七齿轮，所述第一齿轮与第三齿轮啮合，所述输出轴表面依次设有第八齿轮、第九齿轮和第十齿轮，所述第八齿轮、第九齿轮和第十齿轮分别与第四齿轮、第五齿轮和第六齿轮啮合。
4.根据权利要求1所述的一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机，其特征在于：所述PCBA电路板一侧还设有信号及电源连接器。
5.根据权利要求1所述的一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机，其特征在于：所述壳体包括从上至下依次包括上盖、中盖和下盖，所述PCBA电路板固定在下盖内，所述电机部件和位置检测组件设置中盖内，所述减速装置和输出轴设置在上盖中，所述上盖、中盖和下盖通过螺柱从下盖依次贯穿中盖与上盖螺接固定。
6.根据权利要求5所述的一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机，其特征在于：所述上盖两侧还设有延伸部，所述延伸部表面设有安装孔。
7.根据权利要求1所述的一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机，其特征在于：所述PCBA电路板上通过软件系统设置了电流过载保护功能，在电流过载时实现自动断电。
8.根据权利要求1所述的一种新电位器及改进电机定位的高精度微型舵机，其特征在于：所述PCBA电路板上通过软件系统设置了学习重复定位功能，对多次的定位进行学习，并且存储数据，方便下一次的定位。
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