CN106741854A - 一种刚性解耦尾翼调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚性解耦尾翼调节机构，包括方向控制单元、本体骨架、尾翼单元，其中，所述方向控制单元包括舵机和拉杆，所述尾翼单元包括开有限位槽的半圆环、尾翼万向节和尾翼摇摆件；所述本体骨架用于安置舵机、半圆环和尾翼万向节，所述拉杆用于连接舵机和半圆环，所述尾翼摇摆件穿过限位槽并连接尾翼万向节；所述舵机通过拉杆联动半圆环以驱动尾翼摇摆件。本发明通过设有限位槽的半圆环以限定尾翼移动范围，舵机设置于需要飞行器的本体，使用舵机和拉杆的联动以移动尾翼摇摆件，可以降低尾部的负担，提高运动过程的效率。

Description

一种刚性解耦尾翼调节机构

技术领域

本发明涉及一种刚性解耦尾翼调节机构，属于机械机构领域。

背景技术

当今社会，科技高速发展,一些新兴产业一方面在为人们带来便利与福音的同时,也往往会同时带来各种防不胜防的灾害，诸如核辐射与和核泄漏事故、生化灾难等。这些核生化事故等通常都会形成令事故处理人员难以接近的高危核化污染区,也因此使得对于事故现场的灾情勘测与判断会非常困难。针对这类不利的情形,我们需要使用一种适合于在高危环境下进行监测与侦察的机器人,通过获取灾害现场的视频图像、环境参数和污染数据等信息,为救援指挥决策提供及时准确的依据,以利于控制事态的发展、降低灾害所带来的损失。

目前多旋翼无人机在灾害救援及环境探测方面已经得到了初步和较广泛的应用。然而，多旋翼无人机的载荷自重比低，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，这些都大大限制了其在复杂服役环境下的使用。大型仿生飞行机器人以大型飞鸟作为仿生对象，在外形、结构以及飞行方式上通过模拟鸟类，使得整个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，携带更多种类的探测设备（如光学、红外成像设备，以及核与辐射剂量、温度、湿度、烟雾、生命迹象等探测设备等），为灾害救援及环境探测提供更多更丰富的信息。

大型仿生飞行机器人是一个新兴的领域，相关基础研究并不完善，正处于探索研究中，其中尾部机构是仿生飞行机器人重要的组成部分，尾翼调整机构设计的好坏直接关系到飞行机器人的性能，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或者是串联的，也就是说其中一个舵机是通过控制系统解算实现解耦，这样就会带来解耦效率低、精度低、效应速度慢等缺点；而一些俯仰和偏航运动解耦的尾翼调节机构均为串联式布局，都把舵机放置在尾部的运动机构上，这样一来就增加了尾部的重量，使得尾部更加臃肿。

发明内容

为了解决上述问题，本发明通过提供一种刚性解耦尾翼调节机构。

本发明采用的技术方案为一种刚性解耦尾翼调节机构，包括方向控制单元、本体骨架、尾翼单元，其中，所述方向控制单元包括舵机和拉杆，所述尾翼单元包括开有限位槽的半圆环、尾翼万向节和尾翼摇摆件；所述本体骨架用于安置舵机、半圆环和尾翼万向节，所述拉杆用于连接舵机和半圆环，所述尾翼摇摆件穿过限位槽并连接尾翼万向节；所述舵机通过拉杆联动半圆环以驱动尾翼摇摆件。

优选地，所述舵机包括偏航舵机和俯仰舵机，俯仰舵机通过拉杆连接对应的半圆环，偏航舵机通过金属绳连接对应的半圆环，标记所述半圆环为俯仰半圆环和偏航半圆环，所述俯仰半圆环与偏航半圆环的位置相互垂直。

优选地，还包括尾翼固定连接件，该尾翼固定连接件包括连接部和主体部，所述连接部用于连接本体骨架，所述主体部用于容纳尾翼万向节和连接半圆环。

优选地，所述拉杆基于球头关节连接舵机和半圆环。

本发明的有益效果为通过设有限位槽的半圆环以限定尾翼移动范围，舵机设置于需要飞行器的本体，使用舵机和拉杆的联动以移动尾翼摇摆件，可以降低尾部的负担，提高运动过程的效率。

附图说明

图1所示为基于本发明实施例的一种刚性解耦尾翼调节机构的侧面视图；

图2所示为基于本发明实施例的一种刚性解耦尾翼调节机构的底面视图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行说明。

基于发明的实施例，如图1、2所示一种刚性解耦尾翼调节机构的视图，包括方向控制单元、本体骨架1、尾翼单元，其中，所述方向控制单元包括舵机2和拉杆3，所述尾翼单元包括开有限位槽的半圆环、尾翼万向节6和尾翼摇摆件7；所述本体骨架用于安置舵机、半圆环和尾翼万向节，所述拉杆用于连接舵机和半圆环，所述尾翼摇摆件穿过限位槽并连接尾翼万向节；所述舵机通过拉杆联动半圆环以驱动尾翼摇摆件。

在仿生飞行器的主体构架上安排一个区域或者设置一个本体骨架，用于安装与尾翼控制相关的调节机构，尾翼单元的连接部连接在仿生飞行机器人机身上（即本体骨架上），舵机安装板组装在本体骨架上，偏航舵机和俯仰舵机均安装在舵机安装板上，舵机通过摇臂8连接拉杆，拉杆连接半圆环，通过舵机、摇臂、拉杆和半圆环的联动，将尾翼摇摆件（金属杆，用于连接尾翼的组件借以带动尾翼9）沿半圆环的直口槽(限位槽)中移动。

所述舵机包括偏航舵机和俯仰舵机，俯仰舵机通过拉杆连接对应的半圆环，偏航舵机通过金属绳连接对应的半圆环，标记所述半圆环为俯仰半圆环4和偏航半圆环5，所述俯仰半圆环与偏航半圆环的位置相互垂直。

俯仰舵机与尾翼俯仰件（俯仰半圆环）的拉杆为正常硬质杆，偏航舵机与尾翼偏航件连接的为钢丝绳，俯仰舵机的舵盘的摆动通过拉杆带动尾翼做俯仰运动。俯仰运动为刚性传动，因此必须放在运动链前段。

偏航驱动机构包括安装在舵机安装板上的偏航舵机、安装在尾翼俯仰件上的尾翼偏航件（偏航半圆环）以及连接偏航舵机和尾翼偏航件的两根钢丝绳等，安装在偏航舵机上的摇臂的最外侧的孔距与尾翼偏航件与钢丝绳相连的两孔的孔距相等，以保证在运动的时候偏航舵机的转动角度与尾翼偏航运动的角度相等并且保证绳子的张紧，两绳子穿过对顶球头的孔内以保证尾翼在做俯仰运动时，绳子能在限位处折弯。

两个驱动舵机对称的布置在机身内部，这样一来既减少了尾部的复杂度，同时减轻了尾部的重量，又保证了机身质量的对称分布，为后续的控制系统的设计提供良好的平台。俯仰调节采用刚性传动并且布置在前端，偏航调节采用柔性传动并且布置在后端，如此一来，在尾翼做俯仰调节的时候，钢丝绳可以在俯仰运动的转轴处折弯，此时俯仰运动就不会影响尾部的偏航运动；尾翼在做偏航运动的时候，钢丝绳又可以在限位孔内运动，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。

万向节是实现变角度动力传递的机件，加上由两个半圆环组成的空间四杆机构（在直口槽的范围内，运动范围基本是0~180°），能够实现尾翼摇摆件在半球范围的移动。

结构还包括尾翼固定连接件，该尾翼固定连接件包括连接部10和主体部11，所述连接部用于连接本体骨架，所述主体部用于容纳尾翼万向节和连接半圆环。

出于维护或者模块化的需要，设置一个连接件以容纳尾翼单元，当本体骨架损坏的时候，就可以之间拆除尾翼固定连接件以放置到其他的骨架上，包括用于与骨架连接的连接部，主要是一个叉子形状的一对铁片（即用来夹持骨架，基于骨架的形状有所不同），主体部类似火炬，伸出四根柱子（呈现为圆的四等分）以作为固定半圆环的支柱，将尾翼万向节定位在火炬的内部。

拉杆基于球头关节连接舵机和半圆环。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (4)

1.一种刚性解耦尾翼调节机构，其特征在于，包括方向控制单元、本体骨架、尾翼单元，其中，所述方向控制单元包括舵机和拉杆，所述尾翼单元包括开有限位槽的半圆环、尾翼万向节和尾翼摇摆件；

所述本体骨架用于安置舵机、半圆环和尾翼万向节，所述拉杆用于连接舵机和半圆环，所述尾翼摇摆件穿过限位槽并连接尾翼万向节；

所述舵机通过拉杆联动半圆环以驱动尾翼摇摆件。

2.根据权利要求1所述的一种刚性解耦尾翼调节机构，其特征在于，所述舵机包括偏航舵机和俯仰舵机，俯仰舵机通过拉杆连接对应的半圆环，偏航舵机通过金属绳连接对应的半圆环，标记所述半圆环为俯仰半圆环和偏航半圆环，所述俯仰半圆环与偏航半圆环的位置相互垂直。

3.根据权利要求2所述的一种刚性解耦尾翼调节机构，其特征在于，还包括尾翼固定连接件，该尾翼固定连接件包括连接部和主体部，所述连接部用于连接本体骨架，所述主体部用于容纳尾翼万向节和连接半圆环。

4.根据权利要求2所述的一种刚性解耦尾翼调节机构，其特征在于，所述拉杆基于球头关节连接舵机和半圆环。