CN105151280B - 一种飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构，包括前后依次设置在飞行器尾部上的尾翼固定件、尾翼俯仰件及尾翼偏航件，尾翼固定件与尾翼俯仰件之间相铰接，尾翼俯仰件与尾翼偏航件之间相铰接，还包括设置在飞行器主体上的俯仰舵机和偏航舵机，俯仰舵机转动带动连杆移动以驱动尾翼俯仰件绕俯仰转轴的轴线摆动，偏航舵机转动牵引拉动两牵引线绳移动以驱动尾翼偏航件绕偏航转轴轴线摆动，该尾翼调节机构摒弃传统将驱动舵机布置在飞行器尾部的结构形式，有效减轻了飞行器尾部重量；而且，相对于传统运动耦合的尾翼调节机构，本发明尾翼调节机构通过机械解耦实现尾翼调节，大大提高了系统的可靠性、稳定性和调节精度。

Description

一种飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，特别涉及一种仿生飞行机器人尾翼调节机构。
背景技术
由于技术相对成熟，固定翼飞行器及多旋翼飞行器在灾害救援、环境探测及空中巡航等领域已经得到了初步和较广泛的应用。
其中，固定翼飞行器一般采用水平起降的方式，依靠固定翼的产生的升力进行起降和巡航，其优点是飞行速度快，航程和续航时间较长，但是固定翼飞行器的起降距离较长，对起降跑道的要求也较高，限制了其广泛应用。
多旋翼飞行器是依靠旋翼产生升力，可以进行垂直起降，对起降环境要求低。多旋翼飞行器除了垂直起降外，还可以对各旋翼升力的不同分配来实现飞行姿态控制，灵活性高。然而，多旋翼飞行器的载荷自重比低，能量利用率不高，续航时间短，对于非稳定气流的适应能力较差，这都大大限制了其在复杂服役环境下的使用。
仿生飞行机器人是以飞鸟的作为仿生对象，在外形、结构以及飞行方式上通过模拟飞鸟，使得整个飞行系统可以适应于复杂的气流环境。相对于传统的多旋翼与固定翼飞行器，可以大大提高载荷自重比和飞行效率。目前，仿生飞行机器人还是一个新兴的领域，相关基础研究并不完善，正处于探索研究中，其中尾翼机构部分是仿生飞行机器人重要的组成部分，尾翼调整设计的好坏直接关系到仿生飞行机器人的性能，甚至是研究的成败与否。
现有的仿生飞行机器人的尾翼调节机构多为俯仰和偏航耦合的，通过控制系统解算来实现解耦，这样就会带来解耦效率低、精度低、响应速度慢等缺点；而且现有部分的俯仰和偏航运动解耦的尾翼调节机构均为串联式布局，均是把舵机放置在飞行器尾部的运动机构上，增加了飞行器尾部重量，使得飞行器尾部更加臃肿庞大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、控制精确、调节灵活的飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构，包括前后依次设置在飞行器尾部上的尾翼固定件、尾翼俯仰件及尾翼偏航件，所述尾翼固定件与尾翼俯仰件之间通过一俯仰转轴相铰接，所述尾翼俯仰件与尾翼偏航件之间通过一偏航转轴相铰接，所述俯仰转轴的轴线与偏航转轴的轴线相垂直，还包括设置在飞行器主体上的俯仰舵机和偏航舵机，所述俯仰舵机与尾翼俯仰件之间通过一连杆刚性传动连接在一起，所述俯仰舵机转动带动连杆移动以驱动尾翼俯仰件绕俯仰转轴的轴线摆动，所述偏航舵机与尾翼偏航件之间通过两牵引线绳柔性传动连接在一起，所述偏航舵机转动牵引拉动两牵引线绳移动以驱动尾翼偏航件绕偏航转轴的轴线摆动。
进一步地，所述俯仰舵机的输出轴联接有俯仰摆臂，所述连杆两端分别连接至俯仰摆臂的一端与尾翼俯仰件的底端。
进一步地，所述偏航舵机的输出轴联接有偏航摆臂，两所述牵引线绳分别对应连接在偏航摆臂的左、右两端与尾翼偏航件的左、右两侧端之间，在所述尾翼固定件的左、右两侧端对应分别形成有供牵引线绳穿过的限位孔。
进一步地，两所述牵引线绳与偏航摆臂的两连接点距离等于两牵引线绳与尾翼偏航件的两连接点距离。
进一步地，两所述牵引线绳与尾翼偏航件的两连接点与偏航转轴的轴线处于同一个平面。
进一步地，两所述限位孔处于俯仰转轴的轴线上。
进一步地，所述连杆的一端通过关节轴承活动连接至俯仰摆臂的一端，所述连杆的另一端通过关节轴承活动连接至尾翼俯仰件的底端。
进一步地，所述限位孔由设置尾翼固定件左、右两侧端的关节轴承的内圈构成。
进一步地，两所述关节轴承为杆端关节轴承，两所述杆端关节轴承之间通过一丝杆相连接以构成俯仰转轴。
有益效果：此尾翼调节机构中，俯仰舵机和偏航舵机布置在飞行器主体机身内，尾翼俯仰件和尾翼偏航件则布置在飞行器尾部，摒弃传统将驱动舵机布置在飞行器尾部的结构形式，有效减轻了飞行器尾部重量；而且，相对于传统运动耦合的尾翼调节机构，本发明提供的尾翼调节机构可实现了尾翼机构的机械解耦，而不用通过软件解算实现解耦，大大提高了系统的可靠性、稳定性和调节精度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明一种飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构，包括前后依次设置在飞行器尾部上的尾翼固定件10、尾翼俯仰件20及尾翼偏航件30，尾翼固定件10固定安装在飞行器尾部，尾翼固定件10与尾翼俯仰件20之间通过一俯仰转轴相铰接，俯仰转轴的轴线为水平走向，从而使得尾翼俯仰件20可相对于尾翼固定件10绕俯仰转轴的轴线上下摆动，尾翼俯仰件20与尾翼偏航件30之间通过一偏航转轴相铰接，偏航转轴的轴线为垂直走向，从而使得尾翼偏航件30可相对于尾翼俯仰件20绕偏航转轴的轴线左右摆动，尾翼模块40与尾翼偏航件30固定连接。
尾翼俯仰件20和尾翼偏航件30分别通过的设置在飞行器主体上的俯仰舵机50和偏航舵机60驱动，具体地，俯仰舵机50与尾翼俯仰件20之间通过一连杆70刚性传动连接在一起，俯仰舵机50的输出轴联接俯仰摆臂51，连杆70一端通过关节轴承活动连接在俯仰摆臂51的端部，而连杆70的另一端通过关节轴承活动连接在尾翼俯仰件20的下端部，俯仰舵机50带动俯仰摆臂51摆动，俯仰摆臂51带动连杆70移动以驱动尾翼俯仰件20绕俯仰转轴的轴线摆动，进而实现尾翼模块40的俯仰运动。
偏航舵机60与尾翼偏航件30之间通过两牵引线绳80柔性传动连接在一起，偏航摆臂61的中部与偏航舵机60的输出轴联接，偏航摆臂61左右对称，偏航舵机60工作带动偏航摆臂61绕输出轴的轴线转动，两牵引线绳80选用为钢丝绳，两牵引线绳80的一端分别绑扎固定在偏航摆臂61左、右两侧端，两牵引线绳80的另一端则对应绑扎固定在尾翼偏航件30左、右两侧端，偏航摆臂61转动时，牵引拉动两条牵引线绳80一来一回移动以驱动尾翼偏航件30绕偏航转轴轴线摆动，进而实现尾翼模块40的偏航运动。
其中，两牵引线绳80与尾翼偏航件30的两连接点与偏航转轴的轴线处于同一个平面，即两牵引线绳80与尾翼偏航件30的两连接点连线与偏航转轴的轴线垂直相交。
在尾翼固定件10的左、右两侧端对应分别形成有供牵引线绳80穿过的限位孔11，两限位孔11处于俯仰转轴的轴线上，即两限位孔11的中心连线与俯仰转轴的轴线重合，与偏航转轴的轴线垂直。如此一来，尾翼模块40进行俯仰运动时，牵引线绳80可以在尾翼固定件10的左、右两侧的限位孔11处折弯，此时俯仰运动就不会影响偏航运动；尾翼模块40进行偏航运动时，牵引线绳80又可以在限位孔11内运动，且不会影响俯仰运动的状态，因此俯仰运动和偏航运动实现了完全的解耦。
作为优选，限位孔11由关节轴承的内圈构成，关节轴承主要是由一个有外球面的内圈和一个有内球面的外圈配合构成的滑动轴承，由于滑动表面为球面形，因此内圈的轴线可以在一定角度范围内摆动，从而使得牵引线绳80在限位孔11处折弯移动时不会出现卡滞。
此外，两牵引线绳80与偏航摆臂61的两连接点距离应等于两牵引线绳80与尾翼偏航件30的两连接点距离，以保证在运动的时候偏航舵机60的转动角度与尾翼偏航件30的偏航运动角度相等。
其中，俯仰舵机50和偏航舵机60左右对称安装在舵机安装板90上，舵机安装板90处于飞行器主体机身内，摒弃了传统将驱动舵机布置在飞行器尾部的结构形式，通过将俯仰舵机50和偏航舵机60前置并对称布置在机身内，可有效减少飞行器尾部的构件、减轻了飞行器尾部的重量，又保证了机身质量的对称分布，提高了空间布局的可操作性，为机身整体的重心布局提供了良好的基础。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构，其特征在于：包括前后依次设置在飞行器尾部上的尾翼固定件、尾翼俯仰件及尾翼偏航件，所述尾翼固定件与尾翼俯仰件之间通过一俯仰转轴相铰接，所述尾翼俯仰件与尾翼偏航件之间通过一偏航转轴相铰接，所述俯仰转轴的轴线与偏航转轴的轴线相垂直，还包括设置在飞行器主体上的俯仰舵机和偏航舵机，所述俯仰舵机与尾翼俯仰件之间通过一连杆刚性传动连接在一起，所述俯仰舵机转动带动连杆移动以驱动尾翼俯仰件绕俯仰转轴的轴线摆动，所述偏航舵机与尾翼偏航件之间通过两牵引线绳柔性传动连接在一起，所述偏航舵机转动牵引拉动两牵引线绳移动以驱动尾翼偏航件绕偏航转轴的轴线摆动，所述俯仰舵机的输出轴联接有俯仰摆臂，所述连杆两端分别连接至俯仰摆臂的一端与尾翼俯仰件的底端，所述偏航舵机的输出轴联接有对称的偏航摆臂，两所述牵引线绳分别对应连接在偏航摆臂的左、右两端与尾翼偏航件的左、右两侧端之间，在所述尾翼固定件的左、右两侧端对应分别形成有供牵引线绳穿过的限位孔。
2.根据权利要求1所述的飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构，其特征在于：两所述牵引线绳与偏航摆臂的两连接点距离等于两牵引线绳与尾翼偏航件的两连接点距离。
3.根据权利要求1所述的飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构，其特征在于：两所述牵引线绳与尾翼偏航件的两连接点与偏航转轴的轴线处于同一个平面。
4.根据权利要求1所述的飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构，其特征在于：两所述限位孔处于俯仰转轴的轴线上。
5.根据权利要求1所述的飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构，其特征在于：所述连杆的一端通过关节轴承活动连接至俯仰摆臂的一端，所述连杆的另一端通过关节轴承活动连接至尾翼俯仰件的底端。
6.根据权利要求1所述的飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构，其特征在于：所述限位孔由设置尾翼固定件左、右两侧端的关节轴承的内圈构成。
7.根据权利要求6所述的飞行器用俯仰和偏航完全解耦的尾翼调节机构，其特征在于：两所述关节轴承为杆端关节轴承，两所述杆端关节轴承之间通过一丝杆相连接以构成俯仰转轴。
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