CN105151281B - 一种飞行器用俯仰和偏航有条件解耦的尾翼调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器用俯仰和偏航有条件解耦的尾翼调节机构，包括设置在飞行器尾部上的尾翼固定件和尾翼活动件，尾翼固定件形成有关节轴承，在关节轴承内套接有转轴，转轴与尾翼活动件固联，还包括设置在飞行器主体上的偏航舵机和俯仰舵机，偏航舵机与转轴之间通过偏航连杆刚性传动连接，俯仰舵机与尾翼活动件之间通过俯仰连杆刚性传动连接，俯仰舵机和偏航舵机布置在飞行器主体机身内，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；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可以实现尾翼机构在一定路径下的机械解耦，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。

Description

一种飞行器用俯仰和偏航有条件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、调节精确、刚性好的飞行器用俯仰和偏航有条件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有条件解耦的尾翼调节机构，包括设置在飞行器尾部上的尾翼固定件和尾翼活动件，所述尾翼固定件和尾翼活动件均具有用以彼此活动连接的U形连接臂，所述尾翼固定件的U形连接臂开有限位槽，在所述尾翼固定件的U形连接臂内部固定有关节轴承，在所述关节轴承内套接有两端分别伸出限位槽的转轴，所述转轴与尾翼活动件的U形连接臂固联使得尾翼活动件可以相对于尾翼固定件绕转轴轴线转动，还包括设置在飞行器主体上的偏航舵机和俯仰舵机，所述偏航舵机与转轴其中一端之间通过一偏航连杆刚性传动连接，所述偏航舵机转动带动偏航连杆移动以驱动转轴绕关节轴承中心摆动，所述俯仰舵机与尾翼活动件顶端或底端之间通过一俯仰连杆刚性传动连接，所述俯仰舵机转动带动俯仰连杆移动以驱动尾翼活动件绕转轴轴线摆动。

进一步地，所述俯仰舵机输出轴联接有俯仰摆臂，所述俯仰连杆一端通过关节轴承连接至俯仰摆臂的一端，所述俯仰连杆另一端通过关节轴承连接至尾翼活动件的底端。

进一步地，所述偏航舵机输出轴联接有偏航摆臂，所述偏航连杆一端通过关节轴承连接至偏航摆臂的一端，所述偏航连杆另一端通过关节轴承连接至转轴的其中一端

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，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，简化了飞行器尾部的结构；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中尾翼俯仰调节和尾翼偏航调节均采用刚性传动调节，可以实现尾翼机构在一定路径下的机械解耦，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有条件解耦的尾翼调节机构，包括设置在飞行器尾部上的尾翼固定件10和尾翼活动件20，尾翼固定件10固定安装在飞行器尾部，尾翼固定件10和尾翼活动件20之间通过一转轴30活动连接在一起，尾翼模块40与尾翼活动件20固定连接，尾翼固定件10和尾翼活动件20均具有用以彼此活动连接的U形连接臂，两个U形连接臂一大一小配合连接，两个U形连接臂的开口朝向相反，较小的U形连接臂容纳处于较大的U形连接臂内部，本实施例中，尾翼固定件10的U形连接臂作为较大的U形连接臂，尾翼固定件10的U形连接臂开有限位槽12，尾翼固定件10形成有位于U形连接臂内部的关节轴承11，关节轴承11的位置与两侧的限位槽12相对应处于同一平面，该关节轴承11内套接着转轴30，转轴30可绕自身轴线转动，转轴30又与尾翼活动件20固定联接形成一体，从而尾翼活动件20在外力作用下可相对于尾翼固定件10绕转轴30轴线摆动，进而可以实现尾翼模块40的俯仰运动。转轴30的两端还分别从两侧的限位槽12伸出，驱动转轴30的其中一端沿限位槽12的方向移动，便可驱动转轴30绕关节轴承11中心摆动，由于两侧限位槽12的限位作用，转轴30只能绕经过关节轴承11中心并垂直转轴的轴线摆动，进而可以实现尾翼模块40的偏航运动。

尾翼模块40的俯仰运动和偏航运动通过设置在飞行器主体内的偏航舵机50和俯仰舵机60驱动，具体地，偏航舵机50与转轴30其中一端之间通过一偏航连杆70刚性传动连接，偏航舵机50的输出轴联接有偏航摆臂51，偏航连杆70的一端通过关节轴承活动连接至偏航摆臂51的一端，偏航连杆70的另一端通过关节轴承活动连接至转轴30的其中一端，偏航舵机50转动带动偏航摆臂51摆动，偏航摆臂51带动偏航连杆70移动以驱动转轴30绕关节轴承11中心在水平面内摆动，进而实现尾翼模块40偏航运动。

俯仰舵机60与尾翼活动件20之间通过一俯仰连杆80刚性传动连接，俯仰舵机60的输出轴联接有俯仰摆臂61，俯仰连杆80的一端通过关节轴承活动连接至俯仰摆臂61的一端，俯仰连杆80的另一端通过关节轴承活动连接至尾翼活动件20底端，俯仰舵机60转动带动俯仰摆臂61摆动，俯仰摆臂61带动俯仰连杆80移动以驱动尾翼活动件20绕转轴30轴线摆动，进而实现尾翼模块40俯仰运动。

尾翼模块40的俯仰运动和偏航运动均采用刚性传动，先由偏航舵机50带动转轴30绕关节轴承11中心在水平面内摆动一定角度，尾翼模块40也随着相应摆动一定角度，此时再由俯仰舵机60带动尾翼活动件20绕转轴30轴线摆动一定角度，此时尾翼的俯仰运动并不影响尾翼的偏航运动状态，二者的运动并不干涉，既俯仰运动和偏航运动是解耦的。

其中，俯仰舵机60和偏航舵机50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60和偏航舵机50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 (3)

1.一种飞行器用俯仰和偏航有条件解耦的尾翼调节机构，其特征在于：包括设置在飞行器尾部上的尾翼固定件和尾翼活动件，所述尾翼固定件和尾翼活动件均具有用以彼此活动连接的U形连接臂，所述尾翼固定件的U形连接臂开有限位槽，在所述尾翼固定件的U形连接臂内部固定有关节轴承，在所述关节轴承内套接有两端分别伸出限位槽的转轴，所述转轴与尾翼活动件的U形连接臂固联使得尾翼活动件可以相对于尾翼固定件绕转轴轴线转动，还包括设置在飞行器主体上的偏航舵机和俯仰舵机，所述偏航舵机与转轴其中一端之间通过一偏航连杆刚性传动连接，所述偏航舵机转动带动偏航连杆移动以驱动转轴绕关节轴承中心摆动，所述俯仰舵机与尾翼活动件顶端或底端之间通过一俯仰连杆刚性传动连接，所述俯仰舵机转动带动俯仰连杆移动以驱动尾翼活动件绕转轴轴线摆动。

2.根据权利要求1所述的飞行器用俯仰和偏航有条件解耦的尾翼调节机构，其特征在于：所述俯仰舵机输出轴联接有俯仰摆臂，所述俯仰连杆一端通过关节轴承连接至俯仰摆臂的一端，所述俯仰连杆另一端通过关节轴承连接至尾翼活动件的底端。

3.根据权利要求1或2所述的飞行器用俯仰和偏航有条件解耦的尾翼调节机构，其特征在于：所述偏航舵机输出轴联接有偏航摆臂，所述偏航连杆一端通过关节轴承连接至偏航摆臂的一端，所述偏航连杆另一端通过关节轴承连接至转轴的其中一端。