CN106364669A - 一种丝杠拨叉式机电伺服机构 - Google Patents

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王阿萍
聂振金
岳振波
崔建
陈军
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Abstract

本发明涉及飞行器前轮转弯技术领域，尤其涉及一种丝杠拨叉式机电伺服机构，包括驱动组件和转角组件，转角组件包括丝杠、丝杠螺母、滑块和拨叉，丝杠与驱动组件连接，丝杠螺母套设于丝杠上，滑块设置于丝杠螺母的外壁上，且与丝杠螺母可转动连接，拨叉的一端设有转轴，转轴的轴线与拨叉和丝杠的轴线均垂直，且转轴与前轮轴套连接，拨叉的另一端具有缺口，滑块嵌于缺口中，以将丝杠螺母的直线运动转化为拨叉的转动，从而带动前轮轴套转动。本发明驱动组件驱动转角组件的丝杠转动，从而带动旋于丝杠上的丝杠螺母直线运动，丝杠螺母上的滑块嵌于拨叉的缺口内，当滑块跟随丝杠螺母运动时，使拨叉摆动一定角度，转轴带动前轮轴套进行相应转角的转动。

Description

一种丝杠拨叉式机电伺服机构
技术领域
本发明涉及飞行器前轮转弯技术领域，尤其涉及一种丝杠拨叉式机电伺服机构。
背景技术
目前，无人飞行器降落后可通过控制前轮转弯来控制飞行器滑行方向，飞机及无人飞行器前轮转弯多采用电液伺服机构，是机械与液压驱动的混合系统，主要存在以下问题：
1、电液伺服机构存在渗漏油问题，使用维护性较差；
2、电液伺服机构的液压系统管路复杂庞大，占用空间大，质量大，不利于飞行器整体减重；
3、响应较慢，控制精度较低；
4、若飞行器为电动飞行器，需另外布置单独的液压系统作为液压动力源进行电液伺服，设置大量的液压管路，成本高。
在DSP、数字集成电路、功率器件、稀土永磁电机等技术飞速发展的技术背景下，电传飞控逐渐得到应用，随着全电飞行器的研发，机电式前轮转弯伺服机构也在研发之中，受空间和质量限制，现有产品均为小功率、小力矩伺服机构，因此同时研发与机电伺服相配合前轮转弯结构也是提高飞行器前轮转弯的控制及传动精度和可靠性的关键所在。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有技术中在飞行器前轮转弯工作上与机电伺服驱动相配合转弯结构传动精度和可靠性较低，结构较复杂的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种丝杠拨叉式机电伺服机构，包括驱动组件和转角组件，所述转角组件包括丝杠、丝杠螺母、滑块和拨叉，所述丝杠与所述驱动组件连接，所述丝杠螺母套设于所述丝杠上，所述滑块设置于所述丝杠螺母的外壁上，且与所述丝杠螺母可转动连接，所述拨叉的一端设有转轴，所述转轴的轴线与所述拨叉和所述丝杠的轴线均垂直，且所述转轴与前轮轴套连接，所述拨叉的另一端具有缺口，所述滑块嵌于所述缺口中，以将所述丝杠螺母的直线运动转化为所述拨叉的转动，从而带动所述前轮轴套转动。
其中，还包括传感器组件，所述传感器组件包括线位移传感器和角位移传感器，所述线位移传感器设置于所述丝杠螺母上，所述角位移传感器包括齿轮和齿条，所述齿条固定于所述前轮轴套上，所述齿轮设置于前轮支柱上，且与所述齿条啮合连接。
其中，所述线位移传感器和所述角位移传感器共同运行形成双位置闭环控制。
其中，所述驱动组件包括电机和减速器，所述电机与所述减速器连接，所述减速器与所述丝杠连接，以驱动所述丝杠转动。
其中，所述电机为伺服电机，所述减速器为齿轮减速器，所述电机的输出齿轮与所述减速器的输入齿轮啮合传动。
还包括控制器，所述控制器分别与所述驱动组件和传感器组件连接。
其中，所述驱动组件和所述转角组件均设置于作动器壳体内，且所述转轴伸出所述作动器壳体通过连杆组件与所述前轮轴套连接，并形成四连杆机构，所述作动器壳体固定于所述前轮支柱上。
其中，所述缺口为U型缺口，所述滑块为与所述缺口配合的U形滑块。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明丝杠拨叉式机电伺服机构是用于无人飞行器前轮转弯的机电伺服机构，驱动组件驱动转角组件的丝杠转动，从而带动旋于丝杠上的丝杠螺母直线运动，丝杠螺母上的滑块嵌于拨叉的缺口内，拨叉的转轴由轴承固定，当滑块跟随丝杠螺母运动时，由于拨叉的阻碍会将直线运动转化为滑块的转动，使拨叉摆动一定角度，转轴连接前轮轴套并带动前轮轴套进行相应转角的转动，从而实现控制飞行器降落后滑行方向功能。本发明采用丝杠拨叉式的传动结构，输入输出轴垂直布置，结构紧凑，功率密度大，实现转轴的大扭矩输出，传动精度高，可靠性高，并且显著提高使用维护性能。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例丝杠拨叉式机电伺服机构的外部结构示意图；
图2是本发明实施例丝杠拨叉式机电伺服机构的结构示意图；
图3是本发明实施例丝杠拨叉式机电伺服机构的拨叉与滑块连接的结构示意图；
图4是本发明实施例丝杠拨叉式机电伺服机构的传感器组件控制原理图。
图中：1：驱动组件；2：转角组件；3：前轮轴套；4：传感器组件；5：前轮支柱；6：作动器壳体；7：连杆组件；11：电机；12：减速器；21：丝杠；22：丝杠螺母；23：滑块；24：拨叉；41：线位移传感器；42：角位移传感器；241：转轴；242：缺口；421：齿轮；422：齿条。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的丝杠拨叉式机电伺服机构，包括驱动组件1和转角组件2，转角组件2包括丝杠21、丝杠螺母22、滑块23和拨叉24，丝杠21与驱动组件1连接，丝杠螺母22套设于丝杠21上，滑块23设置于丝杠螺母22的外壁上，且滑块23与丝杠螺母22可转动连接，拨叉24的一端设有转轴241，转轴241的轴线与拨叉24和丝杠21的轴线均垂直，且转轴241与前轮轴套3连接，拨叉24的另一端具有缺口242，滑块23嵌于缺口242中，以将丝杠螺母22的直线运动转化为拨叉24的转动，从而带动前轮轴套3转动。
本发明丝杠拨叉式机电伺服机构是用于无人飞行器前轮转弯的机电伺服机构，驱动组件驱动转角组件的丝杠转动，从而带动旋于丝杠上的丝杠螺母直线运动，丝杠螺母上的滑块嵌于拨叉的缺口内，拨叉的转轴由轴承固定，当滑块跟随丝杠螺母运动时，由于拨叉的阻碍会将直线运动转化为滑块的转动，使拨叉摆动一定角度，转轴连接前轮轴套并带动前轮轴套进行相应转角的转动，从而实现控制飞行器降落后滑行方向功能。本发明采用丝杠拨叉式的传动结构，输入输出轴垂直布置，结构紧凑，功率密度大，实现转轴的大扭矩输出，传动精度高，可靠性高，并且显著提高使用维护性能。
其中，本发明丝杠拨叉式机电伺服机构还包括传感器组件4，传感器组件4包括线位移传感器41和角位移传感器42，线位移传感器41设置于丝杠螺母22上，角位移传感器42包括齿轮421和齿条422，齿条422固定于前轮轴套3上，齿轮421设置于前轮支柱5上，且齿轮421与齿条422啮合连接。通过实时采集转弯指令信号以及线位移传感器和角位移传感器的反馈信号，再经过一定的运算后，控制驱动组件输出转动，从而驱动转轴进行相应转角的转动，进而带动前轮轴套转动，其中前轮轴套的转角即为前轮最终转角，角位移传感器通过齿轮在前轮轴套上的齿条上的啮合转动，采集前轮轴套的转角信息并进行反馈，以对前轮轴套的转动形成闭环控制。线位移传感器检测丝杠螺母的直线位移信息并进行反馈，以对拨叉转轴的转动形成闭环控制，从而实现调整飞行器落地后滑行方向的目的。
其中，如图4所示，线位移传感器41和角位移传感器42共同运行形成双位置闭环控制。由于位移传感器为整个伺服机构的薄弱环节，因此采用三余度角位移传感器。同时线位移传感器可形成从转弯指令输入到拨叉转轴的转动输出的小闭环，角位移传感器可形成从转弯指令输入到前轮轴套的转动输出的大闭环，由此，双位置闭环设计可以提高系统控制精度，同时互为备份，形成双冗余，响应速度快，控制精度高，提高系统可靠性。
其中，驱动组件1包括电机11和减速器12，电机11与减速器12连接，减速器12与丝杠21连接，以驱动丝杠21转动。其中，电机11为伺服电机，减速器12为齿轮减速器，电机11的输出齿轮与减速器12的输入齿轮啮合传动。通过以电极与减速器的配合形成驱动组件对转角组件进行机电伺服方案，即对控制无人飞行器前轮转向驱动的机电伺服的形式，输出的功率密度大，使用维护方便，响应快，控制精度高，解决了常用液压伺服导致的驱动系统庞大，控制精度低反应速度慢的问题。同时齿轮减速器与伺服电机啮合，再与丝杠连接形成减速输出传动，能大大提高减速比，实现拨叉转轴的大扭矩输出。
其中，本发明丝杠拨叉式机电伺服机构还包括控制器，控制器分别与驱动组件1和传感器组件4连接。控制器安装在飞行器舱内，通过电缆与驱动组件相连，控制器实时采集转弯指令信号以及传感器组件反馈信号，通过一定的运算后，控制驱动组件输出转动，从而驱动转轴进行相应转角的转动，其中，角位移传感器采集前轮轴套的转角信息并进行反馈，与控制器形成对前轮轴套转动的闭环控制。线位移传感器检测丝杠螺母的直线位移信息并进行反馈，同样也与控制器形成对拨叉转轴的闭环控制。
其中，驱动组件1和转角组件2均设置于作动器壳体6内，且转轴241伸出作动器壳体6通过连杆组件7与前轮轴套3连接，并形成四连杆机构，作动器壳体6固定于前轮支柱5上。本发明安装在飞行器前轮支柱上，拨叉的转轴通过连杆组件带动前轮轴套转动，本实施例中转轴、连杆组件与前轮轴套共同组成四连杆机构，实现调整飞行器落地后滑行方向的目的。
其中，缺口421为U型缺口，滑块23为与缺口421配合的U形滑块。本发明的滑块为半圆半方的U形滑块，相比圆滑块，与拨叉的U型缺口配合时间隙更小，能够提高控制精度，同时滑块的半圆端在安装时起导向作用，装配安装简单，工艺性好。
综上所述，本发明丝杠拨叉式机电伺服机构是用于无人飞行器前轮转弯的机电伺服机构，驱动组件驱动转角组件的丝杠转动，从而带动旋于丝杠上的丝杠螺母直线运动，丝杠螺母上的滑块嵌于拨叉的缺口内，拨叉的转轴由轴承固定，当滑块跟随丝杠螺母运动时，由于拨叉的阻碍会将直线运动转化为滑块的转动，使拨叉摆动一定角度，转轴连接前轮轴套并带动前轮轴套进行相应转角的转动，从而实现控制飞行器降落后滑行方向功能。本发明采用丝杠拨叉式的传动结构，输入输出轴垂直布置，结构紧凑，功率密度大，实现转轴的大扭矩输出，传动精度高，可靠性高，并且显著提高使用维护性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种丝杠拨叉式机电伺服机构，其特征在于：包括驱动组件和转角组件，所述转角组件包括丝杠、丝杠螺母、滑块和拨叉，所述丝杠与所述驱动组件连接，所述丝杠螺母套设于所述丝杠上，所述滑块设置于所述丝杠螺母的外壁上，且与所述丝杠螺母可转动连接，所述拨叉的一端设有转轴，所述转轴的轴线与所述拨叉和所述丝杠的轴线均垂直，且所述转轴与前轮轴套连接，所述拨叉的另一端具有缺口，所述滑块嵌于所述缺口中，以将所述丝杠螺母的直线运动转化为所述拨叉的转动，从而带动所述前轮轴套转动。
2.根据权利要求1所述的丝杠拨叉式机电伺服机构，其特征在于：还包括传感器组件，所述传感器组件包括线位移传感器和角位移传感器，所述线位移传感器设置于所述丝杠螺母上，所述角位移传感器包括齿轮和齿条，所述齿条固定于所述前轮轴套上，所述齿轮设置于前轮支柱上，且与所述齿条啮合连接。
3.根据权利要求2所述的丝杠拨叉式机电伺服机构，其特征在于：所述线位移传感器和所述角位移传感器共同运行形成双位置闭环控制。
4.根据权利要求1所述的丝杠拨叉式机电伺服机构，其特征在于：所述驱动组件包括电机和减速器，所述电机与所述减速器连接，所述减速器与所述丝杠连接，以驱动所述丝杠转动。
5.根据权利要求4所述的丝杠拨叉式机电伺服机构，其特征在于：所述电机为伺服电机，所述减速器为齿轮减速器，所述电机的输出齿轮与所述减速器的输入齿轮啮合传动。
6.根据权利要求2所述的丝杠拨叉式机电伺服机构，其特征在于：还包括控制器，所述控制器分别与所述驱动组件和传感器组件连接。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的丝杠拨叉式机电伺服机构，其特征在于：所述驱动组件和所述转角组件均设置于作动器壳体内，且所述转轴伸出所述作动器壳体通过连杆组件与所述前轮轴套连接，并形成四连杆机构，所述作动器壳体固定于所述前轮支柱上。
8.根据权利要求6所述的丝杠拨叉式机电伺服机构，其特征在于：所述缺口为U型缺口，所述滑块为与所述缺口配合的U形滑块。
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