CN105173066B - 一种无人机电驱动前轮转弯装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机电驱动前轮转弯装置，包括：转弯驱动舵机、转弯扭力臂、连杆组件、转筒组件；转弯驱动舵机中的电机通过传动机构驱动输出轴旋转；转弯扭力臂随输出轴旋转，转弯扭力臂通过关节轴承连接到连杆组件，连杆组件驱动转筒组件旋转；转筒组件连接起落架扭力臂的上扭力臂，通过起落架扭力臂驱动前轮转弯。本发明提出的电驱动前轮转弯装置采用电机驱动，具有重量轻、可靠性和可维护性高等优点，更适用于中小型的无人机飞行器起落架系统。本发明在现有起落架结构的基础上进行改进获得，无需重新设计起落架，避免了重新设计起落架带来的高成本。

Description

一种无人机电驱动前轮转弯装置

技术领域

本发明涉及一种无人机电驱动前轮转弯装置，用于小型无人机前起落架在着陆滑跑过程中提供转弯纠偏能力，属于飞机起落架技术领域。

背景技术

前轮转弯装置是飞机起落架系统在着陆滑跑过程中进行前轮转弯纠偏控制的执行机构。传统飞机前轮转弯装置采用液压驱动，其特点是需要飞机提供液压动力源支持，是机械与液压驱动的混合系统。液压动力源通常较重，液压驱动的前轮转弯装置存在泄漏风险，维护复杂，成本高，不适用于没有全机液压系统的小型无人机。目前，随着机电装置的技术水平不断进步，多电飞机/全电飞机已经成为航空领域的热点技术趋势，其特点是可靠性高，环境适应性、维修性和保障性好，响应速度快，生存能力强，性价比高等优点。对于小型无人机，如何设计采用电驱动方式的前轮转弯装置设计已经成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种小型无人机电驱动前轮转弯装置，解决小型无人机起落架中轻小型化电驱动前轮转弯装置问题。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种无人机电驱动前轮转弯装置，包括：转弯驱动舵机1、转弯扭力臂2、连杆组件3、转筒组件4；

转弯驱动舵机1包括电机11、传动机构和输出轴5，所述电机11通过传动机构驱动输出轴5旋转；转弯驱动舵机1固定安装在起落架支柱外筒6上；

转弯扭力臂2包括夹持口连接端21和铰接连接端22，夹持口连接端21与输出轴5固定连接，转弯扭力臂2随输出轴5旋转；铰接连接端22安装有关节轴承，与连杆组件3的一端31连接；

连杆组件3另一端31与转弯扭力臂2铰接连接端22连接；另一端32连接转筒组件4的连杆连接端42，驱动转筒组件4旋转；

转筒组件4具有扭力臂连接端41和连杆连接端42；扭力臂连接端41连接起落架扭力臂8的上扭力臂；连杆连接端42连接连杆组件3的另一端32；转筒组件4套设在起落架支柱外筒6下端；转筒组件4在连杆组件3的驱动下旋转，通过起落架扭力臂8驱动前轮转弯。

优选的，还包括角度位移测量机构，检测检测转筒组件4的转动角度，反馈给前轮转弯控制器。

优选的，角度位移测量机构包括角位移传感器51、齿条52和保护盖53，角位移传感器51安装在起落架支柱外筒6的耳片上，具有齿轮，齿条安装在转筒组件4上，齿条转动带动齿轮转动，检测转筒组件4的转动角度，该角度近似前轮的转弯角度，保护盖53放置在齿轮和齿条52的外部。

优选的，转弯驱动舵机1包括电机11、输出轴5，以及第一级减速齿轮12、第二级减速齿轮13、离合器14、滚珠丝杠15、丝杠螺母16、滑块17、拨叉转轴18、螺母连杆19构成的传动机构；电机11输出转动运动，通过两级齿轮12、13减速将转动运动进行减速后传递到离合器14，在分离的情况下，离合器14不驱动滚珠丝杠15，在结合的情况下，离合器14将旋转运动传递给滚珠丝杠15；丝杠螺母16旋在滚珠丝杠15上；丝杠螺母16上固定安装有光滑的螺母连杆19，螺母连杆19上套设有滑块17，滑块17能够沿螺母连杆19上下移动，螺母连杆19放置在转弯驱动舵机1的壳体安装槽内；滑块17连接拨叉转轴18，拨叉转轴18一端与滑块17连接，另一端固定在转弯驱动舵机1的输出轴5上，滑块17随螺母连杆19平动，同时驱动拨叉转轴18带动输出轴5旋转。

优选的，转筒组件4的上端抵靠在支柱外筒6的环状突起上，转筒组件4的下端由端盖7限位，转筒组件4在连杆组件3的驱动下相对于起落架支柱外筒转动。

优选的，连杆组件3的一端31和连杆外壳33一体设置，另一端32具有螺纹杆，与连杆外壳33内螺纹匹配，通过螺母34固定相对位置；通过调整单耳片连接端32旋进连杆外壳33的长度，整个连杆组件长度可调整。

优选的，角度位移测量机构反馈角度，提供给前轮转弯控制器，前轮转弯控制器比较当前的转弯角度和目标角度，进行闭环控制，控制电机11转动方向和转动时间。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明提出的电驱动前轮转弯装置采用电机驱动，相比于常规液压驱动方式，采用机电作动方式实现前轮转弯纠偏，具有重量轻、可靠性和可维护性高等优点，更适用于中小型的无人机飞行器起落架系统。

(2)本发明在现有起落架结构的基础上进行改进获得，无需重新设计起落架，避免了重新设计起落架带来的高成本。

(3)由电机、第一级减速齿轮、第二级减速齿轮、离合器、滚珠丝杠、丝杠螺母滑块、拨叉转轴等组成的转弯驱动舵机。能够在有限的舵机安装空间内获得较大的减速比，实现大扭力输出。

(4)本发明由转弯驱动舵机、转弯扭力臂、连杆组件、转筒组件组成转弯驱动机构，通过转筒组件带动起落架扭力臂实现对前轮转弯驱动。结构简单，驱动有效。

(5)通过转筒上的角度传感器、齿条及保护盖组成的转弯角度测量机构。检测转弯角度反馈给前轮转弯控制器，前轮转弯控制器比较当前的转弯角度和目标角度，进行闭环控制，实现转弯角度的精确控制。

附图说明

图1为本发明电驱动前轮转弯机构结构示意图；

图2为本发明转弯扭力臂结构示意图；

图3为本发明连杆组件结构示意图；

图4为本发明转筒组件结构示意图；

图5为本发明转弯驱动舵机原理图；

图6为本发明角度位移测量机构结构示意图；

图7为本发明角度位移测量机构保护盖结构示意图。

具体实施方式

参见图1，电驱动前轮转弯装置包括转弯驱动舵机1、转弯扭力臂2、连杆组件3、转筒组件4组成转弯驱动机构，还包括安装在前起落架外筒上的角度位移测量机构。

如图1所示，转弯驱动舵机1通过螺栓固定安装在起落架支柱外筒6上；转弯驱动舵机1的输出轴5与转弯扭力臂2通过螺栓组装在一起，当转弯驱动舵机1的输出轴5转动时，转弯扭力臂2跟随转弯驱动舵机输出轴5转动，转弯扭力臂2带动连杆组件3运动，连杆组件3运动传递到转筒组件4上，转筒组件4通过起落架扭力臂带动起落架的活塞杆转动，实现前轮转弯。

如图2所示，转弯扭力臂2包括夹持口连接端21和铰接连接端22，夹持口连接端21的内部开口与转弯驱动舵机输出轴5的外形匹配，通过螺栓与转弯驱动舵机输出轴5进行连接固定，铰接连接端22安装有关节轴承，通过螺栓与连杆组件3的双耳片连接端31连接。

参见图3，连杆组件3双耳片连接端31通过螺栓与转弯扭力臂连接，单耳片连接端32通过螺栓与转筒组件连接。双耳片连接端31和连杆外壳33一体设置，单耳片连接端32具有螺纹杆，与连杆外壳33内螺纹匹配，通过螺母34固定相对位置。通过调整单耳片连接端32旋进连杆外壳33的长度，整个连杆组件长度可调整。在安装时根据需要调整长度后拧紧螺母34固定连杆组件长度。

如图4所示，转筒组件4具有扭力臂连接端41，扭力臂连接端41连接起落架扭力臂8的上扭力臂；连杆连接端42，连接连杆组件3。转筒组件4套设在起落架支柱外筒6下端，转筒组件4的上端抵靠在支柱外筒6的环状突起上，转筒组件4的下端由端盖7限位，限制套筒组件4的上下移动，仅能在连杆组件3的驱动下相对于起落架支柱外筒转动。

转筒组件由连杆组件3运动的运动带动，通过与其连接的起落架扭力臂8驱动前轮转弯。

参见附图5，转弯驱动舵机由电机11、第一级减速齿轮12、第二级减速齿轮13、离合器14、滚珠丝杠15、丝杠螺母16、滑块17、拨叉转轴18、螺母连杆19等组成。电机11输出转动运动，通过两级齿轮12、13减速将转动运动进行减速后传递到离合器14。离合器14可进行分离和结合控制，在分离的情况下，离合器14不驱动滚珠丝杠15，离合器14在结合的情况下将运动传递给滚珠丝杠15。

丝杠螺母16安装在滚珠丝杠15上，丝杠螺母16上固定安装有光滑的螺母连杆19，螺母连杆19放置在转弯驱动舵机1壳体的滑动槽内，只能平动，不能旋转，因此丝杠螺母16不能旋转，仅能沿着滚珠丝杠15作直线运动。滚珠丝杠15和丝杠螺母16通过丝杠副，将滚珠丝杠15的转动转化为丝杠螺母16和螺母连杆19沿着滚珠丝杠15的直线往复运动。螺母连杆19上套设有滑块17，滑块17能够沿螺母连杆19上下移动，滑块17连接拨叉转轴18，拨叉转轴18具有固定的长度，一端与滑块17铰接连接，另一端固定在转弯驱动舵机1的输出轴5上。当螺母连杆19在滚珠丝杠15转动的驱动下进行直线运动时，将通过滑块17驱动拨叉转轴18带动输出轴5旋转。

参见图6，角度位移测量机构由角位移传感器51、齿条52和保护盖53组成，角位移传感器51安装在起落架支柱外筒6的耳片上，具有齿轮，齿条安装在转筒组件4上，齿条转动带动齿轮转动，检测转筒组件4的转动角度，该角度近似前轮的转弯角度。保护盖安装在起落架支柱外筒上，用于对位移传感器与齿条接触部分进行防护，如图7所示。

转弯驱动舵机1由前轮转弯控制器控制，驱动前轮转弯，角度位移测量机构反馈角度，提供给前轮转弯控制器，前轮转弯控制器比较当前的转弯角度和目标角度，进行闭环控制，控制电机11转动方向和转动时间。

相比于现有的液压转弯系统，本发明的电动转弯系统重量减轻了35％，反应速度提高了62％。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种无人机电驱动前轮转弯装置，其特征在于包括：转弯驱动舵机(1)、转弯扭力臂(2)、连杆组件(3)、转筒组件(4)；

转弯驱动舵机(1)包括电机(11)、传动机构和输出轴(5)，所述电机(11)通过传动机构驱动输出轴(5)旋转；转弯驱动舵机(1)固定安装在起落架支柱外筒(6)上；

转弯扭力臂(2)包括夹持口连接端(21)和铰接连接端(22)，夹持口连接端(21)与输出轴(5)固定连接，转弯扭力臂(2)随输出轴(5)旋转；铰接连接端(22)安装有关节轴承，与连杆组件(3)的一端(31)连接；

连杆组件(3)的一端(31)与转弯扭力臂(2)铰接连接端(22)连接；另一端(32)连接转筒组件(4)的连杆连接端(42)，驱动转筒组件(4)旋转；

转筒组件(4)具有扭力臂连接端(41)和连杆连接端(42)；扭力臂连接端(41)连接起落架扭力臂(8)的上扭力臂；连杆连接端(42)连接连杆组件(3)的另一端(32)；转筒组件(4)套设在起落架支柱外筒(6)下端；转筒组件(4)在连杆组件(3)的驱动下旋转，通过起落架扭力臂(8)驱动前轮转弯；

还包括角度位移测量机构，检测转筒组件(4)的转动角度，反馈给前轮转弯控制器；角度位移测量机构包括角位移传感器(51)、齿条(52)和保护盖(53)；角位移传感器(51)安装在起落架支柱外筒(6)的耳片上，具有齿轮；齿条(52)安装在转筒组件(4)上；齿条转动带动齿轮转动，检测转筒组件(4)的转动角度，该角度等于前轮的转弯角度，保护盖(53)放置在齿轮和齿条(52)的外部；

转弯驱动舵机(1)包括电机(11)、输出轴(5)，以及第一级减速齿轮(12)、第二级减速齿轮(13)、离合器(14)、滚珠丝杠(15)、丝杠螺母(16)、滑块(17)、拨叉转轴(18)和螺母连杆(19)构成的传动机构；电机(11)输出转动运动，通过两级减速齿轮(12、13)，将转动运动进行减速后传递到离合器(14)，在分离的情况下，离合器(14)不驱动滚珠丝杠(15)，在结合的情况下，离合器(14)将旋转运动传递给滚珠丝杠(15)；丝杠螺母(16)旋在滚珠丝杠(15)上；丝杠螺母(16)上固定安装有光滑的螺母连杆(19)，螺母连杆(19)上套设有滑块(17)，滑块(17)能够沿螺母连杆(19)上下移动，螺母连杆(19)放置在转弯驱动舵机(1)的壳体安装槽内；滑块(17)连接拨叉转轴(18)，拨叉转轴(18)一端与滑块(17)连接，另一端固定在转弯驱动舵机(1)的输出轴(5)上，滑块(17)随螺母连杆(19)平动，同时驱动拨叉转轴(18)带动输出轴(5)旋转。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于转筒组件(4)的上端抵靠在支柱外筒(6)的环状突起上，转筒组件(4)的下端由端盖(7)限位，转筒组件(4)在连杆组件(3)的驱动下相对于起落架支柱外筒转动。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于连杆组件(3)的一端(31)和连杆外壳(33)一体设置，另一端(32)具有螺纹杆，与连杆外壳(33)内螺纹匹配，通过螺母(34)固定相对位置；通过调整连杆组件(3)另一端(32)旋进连杆外壳(33)的长度，整个连杆组件长度可调整。

4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，角度位移测量机构反馈角度，提供给前轮转弯控制器，前轮转弯控制器比较当前的转弯角度和目标角度，进行闭环控制，控制电机(11)转动方向和转动时间。