专利名称：直线执行机构的制作方法本世纪初以来，根据微型遥控模型直升机、才莫型飞机的需要，微型电动 动力直线的执行机构已有产品出现，这种直线执行机构由于一开始主要用来 操作舵面，控制模型的转向等动作，因此一般被称为舵机，随着技术的发展， 在航空模型里它也可以用来拉动发动机的油门、起落架，在汽车模型里则可 以用来拉动方向操纵机构，但其共同特征都是一种执行机构，是用来提供直 线运动的驱动装置，它能利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下做直线 运动。微型直线执行机构的现有设计思路从结构上来说，是在一个直线执行 机构的驱动电路的底板上，分别固定直线执行机构的动力电机、减速系统、 直线电位器及传动臂。中国专利200720069025.2公开了 一种用于微型模型的结构简单、重量较 轻的一种直线执行机构即舵机的具体结构，但其动力电机部分也在驱动电路 板上占据相应位置，机械结构的设计仍是传统的设计方法。由于对于在空中 飞行的微型模型来说，严格控制结构重量是设计中十分重要的技术要求，对 于单一部件来说，有时候就是减轻O. l克都是要追求的。而上述专利中，直 线执行机构中的动力电机也在驱动电路板占有一定面积，从而增加了驱动电 路板的整体面积，需要进一步改进。4从工作原理的角度分析，在现有技术中，应用在模型中的直线执行机构即舵机，是一种具有单独控制电路的直线执行机构单元。图6示意了一种常 见的遥控模型直升机的接收机和舵机组合工作原理，如图6所示，可以看出， 遥控模型的接收机与舵机是相互独立的单元，舵机拥有自己的独立控制电路 板，如图6中的航机控制电路板虚线框所示，这种舵机独立控制电路板中包 含舵机专用集成电路、MOS (也可以是晶体管)开关电路、行程反馈电位器 三个模块组成，接收机在操纵直线执行机构即舵机动作时，发出操纵指令给 舵机的专用集成电路，操纵指令是在每20毫秒宽度的间隔中，以1.5毫秒加 或减O. 5毫秒的一串脉沖的信号(脉冲宽度调制)输入独立直线执行机构的 专用集成电路，经直线执行机构专用集成电路处理以后驱动该直线执行机构 的电机，通过减速系统驱动直线电位器，直线电位器将位置信号反馈给驱动 电路，实现比例控制，最终由直线传动臂完成比例操纵指令。各类控制信号 混控计算结果经过单片机以PWM( Pules Width Modulation,脉沖宽度调制) 信号方式向管理动力电动才几的MOS (Metal Oxide Semiconductor,金属氧 化物场效应管)电路发出调速控制信号。图6示意的系统有两组独立的直线 执行机构(舵机)，这两组直线执行机构在模型直升机里是控制模型的前后 运动和模型的左右侧向运动。当近几年流行微型模型直升机、模型飞机以后，对直线执行机构要求更 轻，但囿于原先常规设计思路，微型直线执行机构总体设计总体布局上仍保 留着原有格局。
本发明要解决的技术问题是从机械结构的总体布局到具体结构零件及 电子线路布图都提高集成度，达到总体减轻结构重量、提高设备的可靠性， 以适应微型模型飞机、微型模型直升机对机载电子设备及执行机构的总体结 构的微小化、结构重量轻型化的严格要求。为了解决上述问题，本发明提供一种用于模型的直线执行机构，包括底 板、驱动部分、传动部分和直线执行部分，所述驱动部分与直线执行部分分别安装在底^1两侧；
其中，所述底板可以为驱动电路板(6)，所述驱动部分包括电机(2) 和电机座(9),所述传动部分包括主动齿轮(8)、从动齿轮(7),所述 直线执行部分由箱体(1)、螺杆(4)、滑动组件(5)组成，所述电机(2) 放置在电机座(9)内，电机的一端安装主动齿轮(8),所述箱体(1)形 成导向滑槽(3)，所述螺杆(4)穿过箱体(1)， 一端连接从动齿轮(7) 并与所述主动齿轮(8)相互啮合，螺杆上安装滑动组件(5)。
其中，所述滑动组件(5)可以由传动臂51、具有内螺紋的滑块(52) 以及具有梢孔(54)的球头(53)组成，所述滑块(52)通过与螺杆(4) 相配合的内螺紋连接在螺杆上，所述传动臂(51)通过球头(53)与具有球 头套的连杆可实现万向传动功能；传动臂(51)上的梢孔(54)可通过具有 梢子的连杆实现传动功能；
其中，所述螺杆可以是具有双环定位圈(41a)的防轴向移动结构；
进一步的，所述螺杆(4 )的末端在螺杆加工工序中做出定位结构(41b ), 而螺杆另一部在(71b)部分是与被动齿轮(7)的轴孔配合的结构，实现螺 杆(4)在箱体(1)上的轴向定位功能；
其中，所述滑动组件(5)通过电刷(10)跨接在电路板(6)上面的碳 膜(61a、 61b)和导电膜(62a、 62b)上实现电性连接；
进一步的，所述底板(6)可以为遥控接收机的电子线路板，所述电子 线路板包括
(1)接收模块，用于接收遥控器发射的控制信号并传送给中央处理器
模块；(2) 中央处理器模块，用于对接收模块传送的控制信号完成信息解码、 模拟/数字信号转换、数据处理、反馈信号数据比较，并生成电机驱动信号;
(3) 开关电路模块，用于接收中央处理器的信号并控制直线执行机构 中电机的开通、关闭，以及所述驱动部分电机的调速；
(4 )位置反馈电位器，用来反馈直线执行机构中传动臂的位置信号。
其中，所述的中央处理器模块包括
(1) 数据解码处理模块，用来将接收模块传来的控制信号进行解码；
(2) 混控器模块，用于将接收的信号进行混合控制运算；
(3) 综合运算模块，用于将接收到的操纵信号与各直线执行机构的传 动臂位置的反馈信号进行综合运算，运算结果输入各电子调速器；
(4) 电子调速器模块，用于将混控器模块的运算结果通过中央处理器 模块发出脉沖宽度调制信号经开关电路驱动相应电机，以及根据综合运算模 块运算结果操纵对应的电子调速器，驱动直线执行部分中的电机，实现比例 控制操纵。
其中，所述电子线路板上可以安装至少两组驱动部分、传动部分和直线 执行部分的组合以实现模型的多通道控制；
其中，所述的模型为双旋翼直升机或单旋翼直升机，所述的电子线路板 上还包括电子陀螺模块，用于自动检测绕模型竖轴的角速度，并生成陀螺信 号输入所述的中央处理器模块。
与现有技术相比，本发明提供的直线执行机构的取消了直线执行运动机 构中电机在电路底板上的占位，突破了惯有的设计思路，提高包括直线执行 机构在内的机载设备集成度，在模型用直线执行机构即传统的直线舵机的结 构设计上力求结构上更合理和轻巧，进一步的，将多项功能性，结构集成， 合并生产工艺流程，简化生产工艺，使生产工艺更趋合理，以适应微型飞行 器对机载设备的综合要求。


图1A是本发明直线执行机构正向立体示意； 图1B是本发明直线执行机构倒置立体示意；
图2是本发明螺杆、直线输出传动臂组件、箱体局部剖面结构示意； 图3A是具有双环定位圏的防轴向移动结构的微型螺杆示意； 图3B是螺杆末端具有定位圈的防轴向移动结构的微型螺杆示意； 图3C是图3B所示螺杆及直线输出传动臂和内螺紋滑块组件及箱体局部 结构示意；
图4A是电子线路板及直线执行机构双机位布局(正向)示意； 图4B是电子线路板及直线执行机构驱动电机双机位布局(反向)示意； 图5是电子线鴻4反及双机位直线才丸行机构布局立体分解示意； 图6是现有四合一 电子接收系统方框图； 图7是本发明的五合一数字电子接收系统方框图。 零件标号
直线执行机构箱体 la---右直线执行4几构箱体 1 b-…左直线执行机构箱体
11 a—右直线执行机构箱体底座 11 b左直线执行机构箱体底座 1 2 a --右直线执行机构箱体上盖 1 2b—-左直线执行机构箱体上盖 13-…直线执4亍机构箱体上的螺杆轴孔 13a --右螺杆轴孔(或半环示意) Bb-—左螺杆轴孔(或半环示意) 14-—直线执行机构箱体的固定柱
814a--右直线执行机构箱体固定柱 14b--左直线执行机构箱体固定柱 2--直线扭J于4几构的动力电才几
2 a—右电机 2b-—-左电才几
3-—导向槽
3 a—右导向槽 3b——左导向槽
4--螺杆
4 a—右螺杆 4b—-左螺杆
41 a--螺杆轴向限位双环结构 41b--螺杆末端轴向限位结构 5--直线运动输出传动臂和内螺紋滑块组件
5 a—右直线运动输出传动臂和内螺紋滑块组件 5 b--左直线运动输出传动臂和内螺紋滑块组件
51— —直线运动输出传动臂
51 a --右直线运动输出传动臂 51 b--左直线运动输出传动臂
52- -内螺紋滑块
52 a—右内螺紋滑块 52 b--左内螺紋滑块 53--直线运动输出传动臂传动球头 53 a ——右球头 53 b—-左球头54—-直线运动输出传动臂的传动梢孔
54 a ——右直线运动输出传动臂的传动梢孔 54 b -—左直线运动输出传动臂的传动梢孔
6--—电子线鴻4反
61 a-—右碳膜 61b--左碳膜
62 a —右镀金铜膜
62 b——左镀金铜膜
63--直线直线执行机构箱体固定孔
63 a--右直线直线执行机构箱体固定孔 63 b--左直线直线执行机构箱体固定孔
7— —被动齿轮
7 a—右被动齿轮
7 b-—左^皮动齿4仑
8— —主动齿轮
8 a--右主动齿4仑
8 b——左主动齿轮 9—电机座套
9 a—-右电才几座套 9 b—左电冲几座套
91 ——_电机座套上的螺杆卡位环的半轴孔嵌入块
91 a --右电机座套上的螺杆卡位环的半轴孔嵌入块 91 b--左电机座套上的螺杆卡位环的半轴孔嵌入块 92a-—右电^/L座套上的固定孔 92b左电机座套上的固定孔
1010——电刷
10 a—-右电刷10 b--—左电刷101——电才几固定螺丝
101a---右电机固定螺丝101b--左电才几固定螺丝102--限止螺杆轴向位移的轴套102a--右轴套102b——右轴套

遥控模型所用的直线执行机构，一4殳为独立舵机，本发明的主要指导思想是进一 步提高模型的直线执行机构与其他系统特别是接收机系统的集成度，从机械结构及功能上都进行一定的集成，进一步降低模型的重量和体积，获取最佳的性能。
下面结合附图对本发明进一步详细的阐述。在以下的说明中，本说明书将以遥控模型直升机作为一个具体实施例进行详细说明，但这种说明只是示意性的，对这种具体模型的阐述并不能表明对本发明要求保护范围的限制，本发明对固定翼模型飞机、船模、车模同样适用，本发明的保护范围应以权利要求书所要求保护的范围为准。
图1A、图1B示意了本发明的一个具体实施例中， 一种直线执行机构的结构和布局在电路板6—面设置直线执行机构的箱体1，这一面有相互啮合的一级齿轮减速系统包括被动齿轮7和主动齿轮8、螺杆4、内螺紋滑块、传动臂组件5，而直线执行机构的电机2在电路板6、直线执行机构的箱体l的背面，电机无需在电路板6单独占位，使直线执行机构的整体占位面积减小30%左右，有效减少了结构重量。
图2中直线l丸行;^构的减速系统局部剖面示意，其中零件标号51、 52、53、 54为直线行走输出传动臂与内螺紋滑块组件的各功能示意，结合图U可看出传动臂51在直线执行机构厢体的导向滑槽3内作直线双向运动；传动臂和滑块组件上有与螺杆配合的具有内螺紋的滑块52;传动臂51通过球头53与具有球头套的连杆可实现万向传动功能；传动臂51上的梢孔54可通过具有梢子的连杆实现传动功能。在直线行走输出传动臂5的设计中，由于将万向传动功能的球头传动机构与转轴的梢孔结构的集成，使一个直线行走传动臂的传动功能适应航空模型的上述两种不同的传动方式的要求。
图3A示意了微型螺杆的一种新型设计。在大件螺杆设计中，由于加工工艺的要求，不可能将很粗直径的棒材加工成具有固定端盖的螺杆，而防止螺杆轴向移动都是另加端盖固定在螺杆的头尾。这种常见的设计思路仍在微型直线执行机构中出现。本发明的一个实施例中，在微型螺杆被动齿轮端轴套部分增设环形制动圈(环)，取消了端盖，在螺杆4的一头具有阻止螺杆轴向移动的环形定位槽41，省掉了常规设计中的在螺杆的另一头设置挡圈；这定位槽具体结构由两个定位环组成。这种结构的优点在于这个定位槽是在螺杆加工中同时完成的，其优点、还在于安装工艺性好，被动齿轮在螺杆上的安装可在一个安装工位，用一套安装工具进行，可保证有较大长度微型螺杆在齿轮与螺杆紧配安装过程中不受损；而且在减速箱体靠被动齿轮一头，箱体从螺杆轴心处分成上下两半，上为箱盖，下位底座ll;对于微型直线执行机构，
本身机械尺寸就小，较长的螺杆如果连穿两个微小轴孔安装工艺有难度，进度慢，而本方案中螺杆只要穿一个小轴孔，然后将螺杆、定位槽入位，将箱盖与底座对合上即可。微小型螺杆，例如本发明上述实施例中涉及的微型螺杆直径不到一毫米，只要摆脱原来常规螺杆的设计思路，向微型螺杆加工企业提出如图3A的设计，现代微型螺杆加工工艺中可同时制造出图3A中41A所示的具有双环定位圈的防轴向移动结构，并不会附加成本。这种结构特点还在于可用专用工夹具固定螺杆，在螺杆71a头部安装减速齿轮7;在71a轴与齿轮轴孔过盈配合的安装工序中，利用工夹具可确保孩i型螺杆不弯曲受损。
结合图5所示，电路板上有精确的直线执行机构的固定孔，直线执行机构的箱体固定柱14a、 14b穿过电路板6的固定孔63a、 63b，将箱体自身及电机固定座91a、 61b固定住，而不再用螺钉固定，可用溶剂、胶水或将塑料柱14头部加热压铆的办法固定。这种工艺不仅仅节省了螺钉，最大的长处在于筒化了安装工艺、提高了工效、有利于提高微小型零件安装精度。当然，为了可靠起见，也可用固定螺丝101a、 101b加强固定驱动电机。
本案的机械结构的设计，充分研究了当前微型机械加工工艺水平和精密注塑的技术水准，从改善微型直线执行机构的安装工艺角度，做出了结构设计的改进。
当然，根据上述的设计思路，具体结构设计上仍有多种方案，例如图犯示意了螺杆4b的未端在螺杆加工工序中做出定位结构41b，而螺杆另一部在71b部分是与被动齿轮7的轴孔配合，此结构在箱体上也能轴向定位，图3C就示意了这种结构在箱体的结构，只是安装工艺中有变化，参考图5并对照零件标号，螺杆4b小头在71b端，71b这端先穿进并伸进箱体内的轴孔13,后旋入滑块传动臂组件5的内螺紋孔，71b头部穿出箱体上的另一头轴孔后，再安装被动齿轮7，以后的安装步骤与图2所示的相同。螺杆上的41b结构和另一头后安装上去的齿轮，起到限止螺杆轴向运动的作用。
图4A、图4B是一种在直升机遥控模型中使用的双机位直线执行机构在电子线路板机上的布局示意，图5是这种具有双机位直线执行机构电子线路板的立体分解示意图。该实施方式中将直线执行机构的机械系统直接布局在遥控接收机的电子线路板上，与图6的现有接收机和独立舵机的结构相比较，该电子线路板上集成了直升机遥控模型常见的无线电信号接收、电子陀螺仪稳定、混控器、综合运算、电子调速器以及直线执行机构的众多功能，其最大特点是，将原先直线执行机构控制电路与接收机电子接收部分功能的电子线路都集成在一块电子线路板上，原先的独立执行机构与接收机间的联接导
线、接插件均得已取消，以前接收机把l、 2通道的操纵信号以标准的1. 5毫秒加减O. 5毫秒脉冲信号输出，通过接插件传递给独立舵机，这个信号在独立舵机里经过舵机专用集成电路的处理然后来控制舵机传动臂的位置。而在本具体实施例中，充分利用原来接收机电子线路板上的单片才几强大的数据处理功能，省掉了原来舵机里的专用集成电路，改变了原来电子板和舵机之间信号传递的格式，并在机械结构上，将在原来电子线路板上独立占位的舵机用动力电机安装在电子线路板的背面，这样不仅降低了成本又减轻了重量和体积，而且加快了数据处理的速度又提高了控制精度，不仅使微型遥控模型设备更小型化、遥控模型总体结构重量得己减轻，更利于提高设备的可靠性，有利于优化模型直升机、模型飞机的飞行性能。
图7显示了本发明一个具体实施例中四通道模型直升机为例的这种集成电子线路板结构的组成原理，该电子线路板集成结构一般包括高频接收l、解码数据处理2、电子陀螺3、混控器4、数据比较7、电子调速器、M0S开关电路、和直线执行机构的机械部分的行程反馈电位器和电动机。其核心特点是采用了当今发展速度最快、应用范围最广、体积小、重量轻、功能强的单片机(图内双点划线框)，机上的解码、模拟/数字转换、数据处理、反馈信号数据比较、电机驱动信号产生等所有的处理、运算工作全部由它担当。
从逻辑层面的角度，这种电子线路板集成结构集成了接收机和舵机的全部功能，所集成的模块至少应包括(l)接收模块，用于接收遥控器发射的控制信号并传送给中央处理器^t块；(2)中央处理器冲莫块，用于对接收模块传送的控制信号完成信息解码、模拟/数字信号转换、数据处理、反馈信
14号数据比较，并生成电机驱动信号；U)开关电路模块，用于接收中央处 理器的信号并控制直线执行机构中电机的开通、关闭，以及所述驱动部分电 机的调速；(4 )位置反馈电位器模块，用来反馈直线执行机构中传动臂的 位置信号。在模型直升机中还应包括电子陀螺模块，用于自动检测绕模型竖 轴的角速度，并将信号输入混控器。
其中所述的中央处理器模块又具体包括(l)数据解码处理模块，用 来将接收模块传来的控制信号进行解码；(2)混控器4莫块，用于将接收的 信号进行混合控制运算；(3 )综合运算模块，用于将接收到的操纵信号与 各直线执行机构的传动臂位置的反馈信号进行综合运算，运算结果输入各电 子调速器；(4)电子调速器模块，用于将混控器模块的运算结果通过中央 处理器模块发出脉冲宽度调制信号经开关电路驱动相应旋翼或尾螺旋桨的 动力电机，以及根据综合运算模块的运算结果操纵对应的电子调速器，驱动 直线执行部分中的电机，实现比例控制操纵。本实施例中所述的电子调速器 实际上是由单片机控制的MOS管组成，单片机发出电子调速信号后，通itM0S 管调节电机的转速。
由此可知，该电子线路版主要集成了以下的功能
1.无线电信号接收一接收遥控器发射的信息并且把这些信息解码成操 纵信号；2.电子陀螺仪一自动检测绕模型竖轴的角速度，并将信号输入混 控器；3,混控器功能一操纵信号和陀螺信号的混合控制运算；4.综合运算功 能一把接收到的操纵信号与各直线执行机构的传动臂位置的反馈信号进行 综合运算，运算结果输入各电子调速器；5.电子调速器功能，包括以下两种 功能，即a.把混控器的运算结果通过电子调速器驱动动力电动机；b.根据 综合运算结果通过各操纵通道对应的电子调速器，驱动各通道的执行机构里 的电动机，通过直线执行机构的传动臂完成对各通道的操纵指令，实现比例控制操纵；6.直线执行沖几构的机械部分，即动力电机在电路板背面的直线执 行机构。
这种集成结构仍然是按照一般的直升飞机遥控模型的工作原理来工作， 但由于直线执行机构进行了进一步的集成，上述功能l里的解码功能和功能 3、 4、 5的全部功能都要由单片机的一个集成电路来承担，而不再有单独存 在的"舵机的驱动电路板"，也不再使用舵机的专用集成电路，因此整个电 子线路板上集成了五合一的电子部分功能再加上直线执行机构的机械结构。
以四通道遥控模型直升飞机为例，在具体在运行时，高频信号经过第l 部分"高频接收"电路转换成低频数据信号，这些数据由第2部分单片机进 行解码，分解成各个通道的操纵数据。l通道、2通道操纵数据进入第7部分， 分别和它们的位置反馈电位器的信号进行比较，然后分別利用第8和第9两个 MOS电路来控制这第10和第11两个电动执行机构里电动机的转动，当操纵信 号和位置反馈信号达到平衡状态的时候就停止电动机的转动，这样就实现这 两个通道的比例操纵目的。第3部分电子陀螺的信号输入第4部分混控器，3 通道信号和4通道的信号也输入混控器，进行混控计算以后分别通过第6和第 9MOS电路来控制上、下旋翼电动机的转速，这样就可以实现用3通道控制直 升机的升降，用4通道控制直升机的方向。
在前述具体实施例中，执行第1通道和第2通道搡纵指令，是计算机直接 把接收到的操纵控制的数字数据与直线电位器的位置反馈信号进行运算，以 后由计算机直接控制电子调速器驱动直线执行机构的电动机，由该电动机驱 动直线电位器的滑块-传动臂组件，最终由直线扭j亍才几构的传动臂完成比例 操纵指令。第4通道操纵控制信号和陀螺反馈信号以及第3通道(油门)的控 制信号混控计算结果经过单片机以PWM方式向管理动力电动机的MOS电路发 出调速控制信号。在实际应用中，例如双旋翼直升机里是控制上下两组旋翼
16的转速之差，在单旋翼直升机里是控制主旋翼和尾螺旋桨的转速，从而达到 控制飞行方向的目的。
本专利的无线遥控技术采用2. 4G通讯标准，该标准的信号都是数码信 号，油门信号+陀螺信号+方向操纵信号就是方向控制信号，当然是要按一定 的比例，还要有一系列数字化处理。
虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离 本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的 范围由所附的权利要求来限定。例如，在固定翼模型飞机中，集成的电子线 路板中可能不需要有电子陀螺仪模块，因此本发明所要求保护的范围应以权 利要求书为准。


本发明公开了一种用于模型的直线执行机构，包括底板、驱动部分、传动部分和直线执行部分，所述驱动部分与直线执行部分分别安装在底板两侧。应用本发明提供的直线执行机构，可以取消直线执行运动机构中电机在底板上的占位，突破了惯有的设计思路，提高包括直线执行机构在内的模型飞机的机载设备集成度。