一种舵机驱动装置的制作方法

：
1.本发明提供了一种舵机驱动装置，属于船舶领域。


背景技术：

2.船用电动舵机多采用双电动缸驱动，以增大舵机驱动扭矩，但舵机整体尺寸较大，同时，由于舵机装配间隙、伺服电机控制精度等因素的限制，使得双缸电动舵机存在结构内力，舵机有效驱动扭矩较低，且电机极易出现过载现象，严重影响电动舵机的静动态性能。


技术实现要素：

3.本发明是为了解决现有船舶双缸电动舵机体积大、且运动过程中存在结构内力，使得有效驱动扭矩较低的问题，提供了一种舵机驱动装置。
4.本发明所述一种舵机驱动装置，它包括ethercat总线接口电路(101a)、(101b)、can总线接口电路(102a)、(102b)、串口接口电路(103a)、(103b)、主控制器(104)、无线装置(105a)、(105b)，伺服电机驱动器1(106)、伺服电机驱动器2(107)、微控制器(108)、基座惯性测量单元(109)、框架惯性测量单元(110)、伺服电机(201a)、(201b)、联轴器(202a)、(202b)、转接板(203a)、(203b)、基座(204a)、(204b)、交叉滚子轴承(205a)、(205b)、(205c)、圆锥滚子轴承盖(206a)、(206b)、(206c)、圆锥滚子轴承(207a)、(207b)、(207c)、输入轴(208a)、(208b)、锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)、滚针轴承(210a)、(210b)、(210c)、保持架(211)、框架(212)、输出轴(213)、内球笼连接件(214)、内球笼三叉轴(215a)、(215b)、内球笼钟形壳(216)、舵叶转轴(217)。
5.所述主控制器(104)与ethercat总线接口电路(101a)、can总线接口电路(102a)、串口接口电路(103a)、无线装置(105a)、伺服电机驱动器1(106)、伺服电机驱动器(107)连接。所述伺服电机驱动器1(106)与伺服电机(201a)连接，所述伺服电机驱动器2(107)与伺服电机(201b)连接。
6.所述基座惯性测量单元(109)、框架惯性测量单元(110)输出端与微控制器(108)输入端连接，所述微控制器(108)与ethercat总线接口电路(101b)、can总线接口电路(102b)、串口接口电路(103b)、无线装置(105b)与微控制器(108)连接。
7.所述伺服电机(201a)通过螺栓与转接板(203a)连接，所述转接板(203a)通过螺栓与基座(204a)连接，所述基座(204a)通过螺栓与交叉棍子轴承(205a)内圈连接，所述交叉棍子轴承(205a)外圈通过螺栓与框架(212)连接。
8.所述伺服电机(201a)输出轴通过联轴器(202a)与输入轴(208a)连接。所述输入轴(208a)轴颈分别与圆锥滚子轴承(207a)内圈、锥齿轮(209a)、滚针轴承(210a)内圈连接，所述圆锥滚子轴承(207a)外圈与框架(212)连接。圆锥滚子轴承(207a)通过输入轴(208a)和圆锥滚子轴承盖(206a)实现轴向定位，所述圆锥滚子轴承盖(206a)通过螺钉与框架(212)连接，所述滚针轴承(210a)外圈与保持架(211)连接。
9.所述伺服电机(201b)通过螺栓与转接板(203b)连接，所述转接板(203b)通过螺栓
与基座(204b)连接，所述基座(204b)通过螺栓与交叉棍子轴承(205b)内圈连接，所述交叉棍子轴承(205b)外圈通过螺栓与框架(212)连接。
10.所述伺服电机(201b)输出轴通过联轴器(202b)与输入轴(208b)连接。所述输入轴(208b)轴颈分别与圆锥滚子轴承(207b)内圈、锥齿轮(209b)、滚针轴承(210b)内圈连接，所述圆锥滚子轴承(207b)外圈与框架(212)连接。圆锥滚子轴承(207b)通过输入轴(208b)和圆锥滚子轴承盖(206b)实现轴向定位，所述圆锥滚子轴承盖(206b)通过螺钉与框架(212)连接，所述滚针轴承(210b)外圈与保持架(211)连接。
11.所述输出轴(213)轴颈分别与圆锥滚子轴承(207c)内圈、锥齿轮(209c)、滚针轴承(210c)内圈连接，圆锥滚子轴承(207c)外圈与框架(212)连接，圆锥滚子轴承(207c)通过输出轴(213)和圆锥滚子轴承盖(206c)实现轴向定位，所述圆锥滚子轴承盖(206c)通过螺钉与框架(212)连接，所述框架(212)通过螺栓与交叉滚子轴承(205c)外圈连接，所述交叉滚子轴承(205c)内圈通过螺钉与内球笼连接件(214)连接，所述滚针轴承(210c)外圈与保持架(211)连接。
12.所述内球笼连接件(214)与内球笼三叉轴(215a)一端通过花键连接，所述内球笼三叉轴(215a)另一端与内球笼钟形壳(216)连接，所述内球笼钟形壳(216)另一端与内球笼三叉轴(215b)一端连接，所述内球笼三叉轴(215b)另一端通过花键与舵叶转轴(217)连接。
13.所述基座惯性测量单元(109)通过螺栓与基座(204a)连接，所述框架惯性测量单元(110)通过螺栓与框架(212)连接。
14.所述主控制器(104)为plc，所述微控制器(108)可为pc机、浮点型dsp、单片机、arm、fpga。
15.所述基座惯性测量单元(109)、框架惯性测量单元(110)能够检测笛卡尔坐标系下的三轴角速度、三轴加速度信息。
16.所述内球笼三叉轴(215a)、(215b)与内球笼钟形壳(216)组成万向节，且可相互移动。
17.本发明的优点：本发明提供了一种舵机驱动装置，减小了舵机装置的总体尺寸、使得舵机结构更加紧凑。且可依据工况进行单、双电机驱动自由组合，能量利用率高，同时，该装置在双电机驱动时具有结构内力调节功能，舵机有效驱动扭矩较大。舵机静动态性能较好。
附图说明
18.图1上位机控制器结构图
19.图2下位机控制器结构图
20.图3舵机驱动装置结构图
21.图4内球笼三叉轴
22.图5内球笼钟形壳
23.图6内球笼
具体实施方式
24.具体实施方式：下面结合图1、图2、图3、图4、图5和图6说明舵机驱动装置。本发明
所述一种舵机驱动装置，它包括ethercat总线接口电路(101a)、(101b)、can总线接口电路(102a)、(102b)、串口接口电路(103a)、(103b)、主控制器(104)、无线装置(105a)、(105b)，伺服电机驱动器1(106)、伺服电机驱动器2(107)、微控制器(108)、基座惯性测量单元(109)、框架惯性测量单元(110)、伺服电机(201a)、(201b)、联轴器(202a)、(202b)、转接板(203a)、(203b)、基座(204a)、(204b)、交叉滚子轴承(205a)、(205b)、(205c)、圆锥滚子轴承盖(206a)、(206b)、(206c)、圆锥滚子轴承(207a)、(207b)、(207c)、输入轴(208a)、(208b)、锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)、滚针轴承(210a)、(210b)、(210c)、保持架(211)、框架(212)、输出轴(213)、内球笼连接件(214)、内球笼三叉轴(215a)、(215b)、内球笼钟形壳(216)、舵叶转轴(217)。
25.所述主控制器(104)与ethercat总线接口电路(101a)、can总线接口电路(102a)、串口接口电路(103a)、无线装置(105a)、伺服电机驱动器1(106)、伺服电机驱动器(107)连接。所述伺服电机驱动器1(106)与伺服电机(201a)连接，所述伺服电机驱动器2(107)与伺服电机(201b)连接。
26.所述基座惯性测量单元(109)、框架惯性测量单元(110)输出端与微控制器(108)输入端连接，所述微控制器(108)与ethercat总线接口电路(101b)、can总线接口电路(102b)、串口接口电路(103b)、无线装置(105b)与微控制器(108)连接。
27.所述伺服电机(201a)通过螺栓与转接板(203a)连接，所述转接板(203a)通过螺栓与基座(204a)连接，所述基座(204a)通过螺栓与交叉棍子轴承(205a)内圈连接，所述交叉棍子轴承(205a)外圈通过螺栓与框架(212)连接。
28.所述伺服电机(201a)输出轴通过联轴器(202a)与输入轴(208a)连接。所述输入轴(208a)轴颈分别与圆锥滚子轴承(207a)内圈、锥齿轮(209a)、滚针轴承(210a)内圈连接，所述圆锥滚子轴承(207a)外圈与框架(212)连接。圆锥滚子轴承(207a)通过输入轴(208a)和圆锥滚子轴承盖(206a)实现轴向定位，所述圆锥滚子轴承盖(206a)通过螺钉与框架(212)连接，所述滚针轴承(210a)外圈与保持架(211)连接。
29.所述伺服电机(201b)通过螺栓与转接板(203b)连接，所述转接板(203b)通过螺栓与基座(204b)连接，所述基座(204b)通过螺栓与交叉棍子轴承(205b)内圈连接，所述交叉棍子轴承(205b)外圈通过螺栓与框架(212)连接。
30.所述伺服电机(201b)输出轴通过联轴器(202b)与输入轴(208b)连接。所述输入轴(208b)轴颈分别与圆锥滚子轴承(207b)内圈、锥齿轮(209b)、滚针轴承(210b)内圈连接，所述圆锥滚子轴承(207b)外圈与框架(212)连接。圆锥滚子轴承(207b)通过输入轴(208b)和圆锥滚子轴承盖(206b)实现轴向定位，所述圆锥滚子轴承盖(206b)通过螺钉与框架(212)连接，所述滚针轴承(210b)外圈与保持架(211)连接。
31.所述输出轴(213)轴颈分别与圆锥滚子轴承(207c)内圈、锥齿轮(209c)、滚针轴承(210c)内圈连接，圆锥滚子轴承(207c)外圈与框架(212)连接，圆锥滚子轴承(207c)通过输出轴(213)和圆锥滚子轴承盖(206c)实现轴向定位，所述圆锥滚子轴承盖(206c)通过螺钉与框架(212)连接，所述框架(212)通过螺栓与交叉滚子轴承(205c)外圈连接，所述交叉滚子轴承(205c)内圈通过螺钉与内球笼连接件(214)连接，所述滚针轴承(210c)外圈与保持架(211)连接。
32.所述内球笼连接件(214)与内球笼三叉轴(215a)一端通过花键连接，所述内球笼
三叉轴(215a)另一端与内球笼钟形壳(216)连接，所述内球笼钟形壳(216)另一端与内球笼三叉轴(215b)一端连接，所述内球笼三叉轴(215b)另一端通过花键与舵叶转轴(217)连接。
33.所述基座惯性测量单元(109)通过螺栓与基座(204a)连接，所述框架惯性测量单元(110)通过螺栓与框架(212)连接。
34.所述主控制器(104)为plc，所述微控制器(108)可为pc机、浮点型dsp、单片机、arm、fpga。
35.所述基座惯性测量单元(109)、框架惯性测量单元(110)能够检测笛卡尔坐标系下的三轴角速度、三轴加速度信息。
36.所述内球笼三叉轴(215a)、(215b)与内球笼钟形壳(216)组成万向节，且可相互移动。
37.锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)传动过程中无内力时，舵机驱动扭矩为双电机驱动扭矩和。输入轴(208a)、(208b)转动方向相反，转速相同，框架(212)无转动，输出轴(213)、内球笼三叉轴(215a)、(215b)、内球笼钟形壳(216)轴线共线，驱动舵叶转轴(217)转动，实现舵机转动。
38.锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)传动过程中有内力时，舵机驱动扭矩小于双电机驱动扭矩和。输入轴(208a)、(208b)转动方向相反，转速相同，框架(212)转动，内球笼三叉轴(215a)、(215b)、内球笼钟形壳(216)存在相互运动，补偿框架(212)转动，并驱动舵叶转轴(217)转动。微控制器(108)依据基座惯性测量单元(109)和框架惯性测量单元(110)输出的信息计算框架(212)转动的角度、角速度和角加速度信息，依据交叉滚子轴承(205a)、(205b)、(205c)、圆锥滚子轴承盖(206a)、(206b)、(206c)、圆锥滚子轴承(207a)、(207b)、(207c)、输入轴(208a)、(208b)、锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)、滚针轴承(210a)、(210b)、(210c)、保持架(211)、框架(212)、输出轴(213)和内球笼连接件(214)的质量计算出锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)传动内力大小，并将内力值反馈至主控制器(104)，主控制器(104)依据内力大小，调整伺服电机(201a)、(201b)转速，消除锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)传动内力，增大有效驱动扭矩，并使输出轴(213)、内球笼三叉轴(215a)、(215b)、内球笼钟形壳(216)轴线重新共线，恢复至原平衡状态。
39.本发明运行包括如下工况：
40.工况一：锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)传动过程中无内力时，输入轴(208a)、(208b)转动方向相反，转速相同，框架(212)无转动，输出轴(213)、内球笼三叉轴(215a)、(215b)、内球笼钟形壳(216)轴线共线，驱动舵叶转轴(217)转动，实现舵机转动。
41.工况二：锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)传动过程中有内力时，输入轴(208a)、(208b)转动方向相反，转速相同，框架(212)转动，内球笼三叉轴(215a)、(215b)、内球笼钟形壳(216)存在相互运动，补偿框架(212)转动，并驱动舵叶转轴(217)转动。微控制器(108)依据基座惯性测量单元(109)和框架惯性测量单元(110)输出的信息计算框架(212)转动的角度、角速度和角加速度信息，依据交叉滚子轴承(205a)、(205b)、(205c)、圆锥滚子轴承盖(206a)、(206b)、(206c)、圆锥滚子轴承(207a)、(207b)、(207c)、输入轴(208a)、(208b)、锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)、滚针轴承(210a)、(210b)、(210c)、保持架(211)、框架(212)、输出轴(213)和内球笼连接件(214)的质量计算出锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)传动内力大小，并将内力值反馈至主控制器(104)，主控制器(104)依据内力大小，调整伺服电机
(201a)、(201b)转速，消除锥齿轮(209a)、(209b)、(209c)传动内力，增大有效驱动扭矩，并使输出轴(213)、内球笼三叉轴(215a)、(215b)、内球笼钟形壳(216)轴线重新共线。