CN101434295B - 一种适用于无人机的前轮转向结构 - Google Patents

Abstract

一种适用于无人机的前轮转向结构，包括驱动部分、离合器和从动部分，驱动部分藏于机体内，离合器配合安装在驱动部分上，从动部分安装在前轮上，驱动部分与从动部分通过钢丝拉线连接，电磁离合器的吸合或者断开控制驱动部分通过钢丝拉线带动从动部分控制前轮的转向。本发明将曲柄连杆机构演变为柔性钢丝拉线式连杆机构，避免了起落架部分机构过于庞大或复杂，驱动部分内藏于机体，有利于前起落架的收放，前轮转向由舵机驱动，通过对电磁离合器的控制可实现对前轮的控制，适用于人工遥控前轮转向。本发明相比较于齿轮齿条或者曲柄连杆机构结构简单，便于维护，相比液压缸形式也减轻了重量。

Description

一种适用于无人机的前轮转向结构

技术领域

本发明涉及一种适用于无人机的前轮转向结构，尤其涉及一种应用于前三点式无人机前轮转向结构。

背景技术

无人机的前轮转向系统，对于无人机起降过程尤其重要，在起降过程无人机在跑道上滑跑时，一定要保证无人机是沿跑道中线附近直线行进，以免无人机在起飞前冲出跑道。为保证这一点，系统采用主轮差动刹车来控制，当无人机偏离跑道中线时，调整相反方向对应主轮的刹车，来纠正无人机的偏航角及侧偏距离，从而使无人机回到跑道的中线并以稳定的直线滑行，要做到这一点这就要求前轮转向是自由的，因为在两个主轮在调整刹车大小的时候，前轮能随着主轮刹车力矩的大小随时调整航向角，从而实现无人机沿跑道中线滑行。目前无人机自主起降纠偏控制采用后轮差动刹车形式，故在自动起降过程中前轮必须是自由的，可随主轮刹车控制改变方向；而在人工遥控前轮转向时需要动力驱动。由于前轮转向的操纵力矩较大，需使用大扭矩舵机，现有的大扭矩舵机多采用大减速比的谐波齿轮，以达到大扭矩的目的，然而谐波齿轮有一定的自锁性，这样在自主起降时，前轮即被约束，影响主轮纠偏。

传统的前轮转向伺服一般采用液压缸、齿轮齿条或者曲柄连杆机构；但如采用液压缸形式，还需增加液压源，体积重量将无法达到总体的要求，而且系统比较复杂，液压系统的维护检修均较复杂。而采用齿轮齿条或者曲柄连杆形式，一方面机构比较庞大，另外安装于前轮处，增加了整个前起落架的重量，对前起落架的收放增加了负载，需要更大的驱动力及更强的机构。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适用于无人机的前轮转向结构，本发明结构简单，便于维护，重量轻于液压缸式转向系统。

本发明的技术解决方案：一种适用于无人机的前轮转向结构，包括驱动部分、离合器和从动部分，驱动部分藏于机体内，离合器配合安装在驱动部分上，从动部分安装在前轮上，驱动部分与从动部分通过钢丝拉线连接，电磁离合器的吸合或者断开控制驱动部分通过钢丝拉线带动从动部分控制前轮的转向。

所述的驱动部分包括驱动盘、调节杆、舵机，驱动盘、调节杆、舵机安装在安装架上，驱动盘通过固定轴与舵机相连接，调节杆通过钢丝拉线与驱动盘相连接。固定轴下部为圆形，上部为方形，驱动盘位于固定轴的下部时绕舵机转动，位于固定轴的上部时驱动盘与舵机相对静止。

所述的离合器为定位牙嵌式离合器，电磁离合器通电时吸合驱动盘，驱动盘固定在固定轴的上部，电磁离合器断电时，驱动盘绕固定轴转动。

本发明与现有技术相比的优点如下：本发明将曲柄连杆机构演变为柔性钢丝拉线式连杆机构，一方面，避免了起落架部分机构过于庞大或负复杂，另一方面连杆机构传动采用钢丝拉线方式，驱动部分内藏于机体，有利于前起落架的收放，前轮转向由前轮转向舵机驱动，通过对电磁离合器的控制，吸合或者断开连杆机构，从而接通或断开对前轮的控制，保证了无人机自主起降时前轮转向必须自由的，同时也保证了能够人工遥控前轮转向。本发明相比较于齿轮齿条或者曲柄连杆机构结构简单，便于维护，相比液压缸形式也减轻了重量。

附图说明

图1为前轮转向驱动部分结构图；

图2为前轮转向从动部分结构图；

图3为前轮操纵伺服系统原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括驱动部分、离合器和从动部分，驱动部分与从动部分采用钢丝拉线方式，前轮转向由驱动部分的舵机驱动，通过对电磁离合器的控制，吸合或者断开连杆机构，从而接通或断开对前轮的控制。考虑到前起落架收放，驱动部分内藏于机体。

如图2所示，驱动部分包括驱动盘1、调节杆2、舵机3，驱动盘1、调节杆2、舵机3均安装在驱动部分的安装架4上，驱动盘1通过固定轴固定在舵机3上，固定轴下部为圆形，上部为方形，驱动盘1平时安装在固定轴的圆形部分可绕固定轴转动，电磁离合器安装在驱动盘的上部，当电磁离合器通电时，电磁离合器吸合驱动盘1，使驱动盘1固定在固定轴的上部，驱动盘1不再绕固定轴转动，当电磁离合器断电时，驱动盘1仍可绕固定轴转动。钢丝拉线穿过调节杆2安装在驱动盘1上，调整调节杆2的位置可微调前轮中立位置，也可以通过其增加钢丝的预紧力，避免正反转切换时产生间隙，驱动盘1采用圆形驱动盘，保证了整个旋转过程中输出拉力的方向与力大小恒定，驱动部分通过钢丝拉线将拉力传递到从动部分。

如图3所示，从动部分主要有摇臂6、固定臂5组成，摇臂6与前轮方位轴固接，固定端固定钢丝拉线，钢丝拉线连接于摇臂6两端，通过对左右两根钢丝分别加力实现前轮的转向。

电磁离合器选择：牙嵌电磁离合器与其它电磁离合器相比扭矩、体积比较大，转速不丢转无滑差，对传动比要求非常严格的场合和对有要求同步分支运动情况更为适合。一般用于体积空间小，低速大扭矩场合，不宜在高速传动系统中使用。根据前轮转向的实际需要，仅在遥控起飞着陆时使用前轮转向机构，系统多数时间处于非工作状态，故选用牙嵌电磁离合器，即通电结合、断电脱开。这样避免电磁铁长时间工作。前轮转向机构从断开状态切换至吸合状态时，前轮必须处于中立位置，即与舵机零位一致，但普通牙嵌式电磁铁，采用均布齿啮合，无法唯一定位，这样离合器吸合的位置是随机的。不能满足实际使用要求。为解决此问题，我们采取了定位牙嵌离合器方案：定位牙嵌离合器区别在于结合的端面齿盘为不等矩齿，从而保证每次牙嵌副结合时相对位置不变，但这样必须在离合器吸合后进行寻位，即转向舵机在25°范围内转动，以找到定位牙嵌副。并在零位处安装行程开关，以反馈于飞控。

前轮转向驱动能力计算：根据前轮产生滑动摩擦为临界条件计算，前轮所需最大的操纵扭矩TN：

TN＝μmaxPNL＝0.8×554.9×0.12＝53.3NM

按照前轮转向范围不小于±5°的要求，设计连杆机构采用1:4的传动比，转向驱动电机需要约13.3NM的扭矩输出能力，系统传动效率按90％计算，可选用现有的15NM舵机。

舵机行程范围为±25°，经1:4传动比，前轮转向能力范围为±6.25°。能够满足转向范围和力矩的要求。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (2)

1.一种适用于无人机的前轮转向结构，其特征在于包括：驱动部分、离合器和从动部分，驱动部分藏于机体内，离合器配合安装在驱动部分上，从动部分安装在前轮上，驱动部分与从动部分通过钢丝拉线连接，电磁离合器的吸合或者断开控制驱动部分通过钢丝拉线带动从动部分控制前轮的转向；

所述的驱动部分包括驱动盘(1)、调节杆(2)、舵机(3)，驱动盘(1)、调节杆(2)、舵机(3)安装在安装架(4)上，驱动盘(1)通过固定轴与舵机(3)相连接，调节杆(2)通过钢丝拉线与驱动盘(1)相连接；

所述固定轴下部为圆形，上部为方形，驱动盘(1)平时安装在固定轴的圆形部分可绕固定轴转动，电磁离合器安装在驱动盘(1)的上部，当电磁离合器通电时，电磁离合器吸合驱动盘(1)，使驱动盘(1)固定在固定轴的方形部分，驱动盘(1)不再绕固定轴转动，当电磁离合器断电时，驱动盘(1)落回固定轴的圆形部分仍可绕固定轴转动。

2.根据权利要求1所述的一种适用于无人机的前轮转向结构，其特征在：所述的离合器为定位牙嵌式离合器。

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