CN109502043B - 一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器设计方法，主要结构包括箱体框架结构与控制系统，动力悬架系统，链传动与咬合弹射机构，滑轨系统组成；所述箱体框架结构依靠角铝相互链接，控制系统安置在框架水平横板下方，控制系统还包括上位机设备等；三套动力悬架系统固定于其中，动力悬架系统包括电机，电机固定架，齿轮组与手动升降调节机构；两组链条分别用于串联动力源与驱动咬合弹射机构，咬合弹射机构固定在前端无人机弹射滑块；滑轨系统包括固定于箱体上端的平行滑轨，设置于滑轨上的前端无人机弹射滑块，设置于滑轨上的末端安全缓冲装置。通过上述方式，本发明可以实现无人机远程控制电动弹射过程，提高了无人机作业效率。

Description

一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器系统

技术领域

本发明涉及无人机弹射技术领域，具体涉及一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器系统。

背景技术

近年来，随着智能控制设备的发展，由于小型无人机具有机动快速，使用成本低，维护使用简单等特点，因此在各个领域都发挥着越来越重要的作用，越来越多的型号被研发出来，进而对小型无人机发射系统提出了新的要求。环境适应性要求改进传统橡筋弹射受环境温湿度影响较大的问题，机型适用性要求针对越来越多的民用小型弹射器；信息通信性要求弹射器具有无线通信与远程控制能力；机电联合集成性要求弹射器拥有可靠机械结构同时集成单片机控制；结构复杂性要求弹射器的模块化设计；操作简易性要求尽量满足单人操作；运输存放性要求体积合适拥有较高的运输可靠性等。

基于此，可以创新性的尝试采用成熟稳定环境适应性强的链传动，集成控制与通信，甚至可以智能控制集群作业，使操作简易的电动弹射方法，链传动电动弹射的远程控制设计是一种发展趋势，具有一定的探索意义。

发明内容

针对现有问题,提供了一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器系统。

一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器系统，包括箱体框架结构与控制系统，动力悬架系统，链传动与咬合弹射机构，滑轨系统组成；所述箱体框架结构依靠框架角铝，相互链接，控制系统安置在框架水平横板下方，控制系统还包括上位机设备；三套动力悬架系统固定于其中，动力悬架系统包括电机，电机固定架，传动齿轮组与手动升降调节机构；两组链条分别用于串联动力源与驱动咬合弹射机构；滑轨系统包括固定于箱体上端的平行滑轨，设置于滑轨上的前端无人机弹射滑块，设置于滑轨上的末端安全缓冲装置。

所述箱体框架结构与控制系统：箱体框架结构由两块平行亚克力板依靠垂直于两板，特定形状相似尺寸的横板，采用均布的四个框架角铝，用螺栓组相互固定构成‘H’型弹射器外部箱体框架，作为弹射器整体的机架，还可以加装发射角调节机构，改变无人机发射角度。控制系统，包括单片机、电机驱动板、无线通信模块、电源等安置在框架水平横板下方，测速传感器分别胶接在滑轨下方的侧板上，触碰开关用螺栓组安装在安全缓冲装置上，双向电磁铁是咬合弹射机构的一部分，上位机显示在终端设备上。其中无线通信模块可实现远程一对一或一对多个弹射器的发射，测控系统也经程序设定执行反馈相关信号，达到远程无线精确控制，双向状态实时反馈，操作信息实时推送。其他的控制器也直接使用，简单可靠缩短研发周期。

所述动力悬架系统：主要结构有手动升降调节机构，它包括三对定制外形的上中下三种升降块。底部升降块通过螺栓组固定于两侧板下端，依靠限位孔，分别固定安放光轴，与带有轴承和手动调节联轴器的丝杠；中部升降块，通过丝杠螺母联接丝杠，通过直线滑动轴承相合于光轴，其中部放置滚动轴承，滚动轴承配合带有齿轮组的光轴悬架该部分的传动机构，齿轮组通过螺栓与光轴加工面的配合进行轴向和周向定位；上部升降块通过螺栓组固定于两侧板上端，依靠定位孔固定光轴与丝杠，其中部含有滚动轴承孔；升降块均对称安装，通过中部升降块的滚动轴承插入带有齿轮组的传动光轴，使两端链接为一体，组成基本的手动升降调节机构，用来调节链传动系统的高度，由此可以更换不同尺寸的电动机或齿轮组。根据设计需求，首尾的动力悬架系统也需通过上部升降块的中部轴承孔插入带有齿轮组的传动光轴与轴承，用来满足咬合弹射机构的功能需求。动力悬架系统还包括电机，它通过电机固定架及螺栓组固定到水平横板上输出动力，其中的齿轮组用以改变传动比。整个动力悬架系统通过升降块的螺栓组安装在开式箱体框架结构上。

所述链传动与咬合弹射机构：包括左侧放置的串联动力源的链条，与中部安置的驱动咬合弹射机构的链条；咬合弹射机构包括，特定设计形状的壳体，其中嵌入一对双向电磁铁，电磁铁的推拉轴末端胶接一根不可转动轴，轴上焊接了标准链轮加工而来的不完全链轮。其主要作用是弹射开始时，咬合机构的电磁铁动作，咬合机构闭合，使不完全链轮咬合中置的链条，并通过压链轴使之稳定咬合，链条驱动弹射机构加速，当运行到弹射器滑轨末端一方面通过触碰开关断电动力源，一方面电磁铁动作，咬合弹射机构弹开，使不完全链轮脱离咬合链条，并产生较大间隙允许链条正常运行，此时末端安全缓冲装置减速弹射器，弹射体，靠惯性分离，弹射器减速，弹射完成。

所述滑轨系统：包括通过简易设计的一对前后端固定块联接滑轨通过螺栓组固定于箱体上端，前端固定块主要是进行机械限位防止咬合机构碰撞齿轮组，末端固定块胶接弹簧，且为对称安装，主要起导向作用；前端无人机弹射滑块包含定制形状的滑板，对称安装的一对前端滑块，滑块嵌合胶接直线滑动轴承，使滑板沿导轨稳定快速滑动，滑板前端预留咬合弹射机构槽孔，并通过角铝，相互固定，主要功能是直接驱动弹射体，整个前端无人机弹射滑块通过滑动轴承相合在滑轨上运行；末端安全缓冲装置包含定制形状的大块角铝，其上通过定位孔安装有一对液压阻尼器，下端通过对称安装的一对末端滑块，滑块嵌合胶接直线滑动轴承，尾端胶接有弹簧阻尼器，整个末端安全缓冲装置尾端与弹簧胶连接限制轴向位移，整体也通过滑动轴承相合在滑轨上运行，它通过较短的位移缓冲吸收弹射器的能量完成弹射任务，阻尼器的装配产生机械限位防止咬合机构碰撞齿轮组。

上述设计运用CATIA软件进行了三维实体建模，直观形象的展示了装置的结构特征，各个部件间的连接与装配关系。非标准零部件件可采用3D打印技术，标准零部件采用外购的方法，缩减制造经费与时间。其三维模型图和三视图见说明书附图。总体上看该装置结构紧凑合理，适合小型无人机的弹射。控制系统用C语言编写了相关代码，设计了上位机交互应用程序，实现了相关功能。

本发明的有益效果是：在信息技术高速发展的背景下，本发明不仅设计了经济安全的链传动弹射方案，而且集成了机电联合模块化设计，增强了装置的无线通信能力，通过上位机简化了操作性，可实现一组或多组发射，智能化程度符合时代发展要求，通用性、适用性强，可以提高弹射器的综合性能。

附图说明

图1是一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器的整体结构示意图；

图2是隐藏侧板的小型无人机远程控制链传动电动弹射器的整体结构示意图；

图3是动力悬架系统机构示意图；

图4是链传动与咬合弹射机构示意图；

图5是平行滑轨结构示意图；

图6是滑轨系统中的前端无人机弹射滑块结构示意图；

图7是滑轨系统中的末端安全缓冲装置结构示意图；

图8是小型无人机远程控制链传动电动弹射器的工作流程图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、箱体框架结构与控制系统，2、动力悬架系统，3、链传动与咬合弹射机构，4、滑轨系统，5、框架角铝，6、电机与电机固定架，7、齿轮组，8、手动升降调节机构，9、链条，10、平行滑轨，11、前端无人机弹射装置，12、末端安全缓冲装置，13、底部升降块，14、轴承，15、手动调节联轴器，16、丝杠，17、光轴，18、中部升降块，19、丝杠螺母，20、滚动轴承，21、直线滑动轴承，22、上部升降块，23、电机，24、齿轮1，25、齿轮2，26、传动光轴，27、链轮，28、电机固定架，29、链条，30、链条，31、壳体，32、双向电磁铁1，33、双向电磁铁2，34、不可转动轴，35、不完全链轮，36、压链轴，37、前端固定块，38、后端固定块，39、滑轨，40、弹簧，41、滑板，42、前端滑块1，43、前端滑块2，44、直线滑动轴承，45、咬合机构角铝，46、大块角铝，47、液压阻尼器，48、末端滑块，49、滑动轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，所举事例只用于解释本发明，并不用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器的整体结构示意图，包括箱体框架结构与控制系统(1)，动力悬架系统(2)，链传动与咬合弹射机构(3)，滑轨系统(4)组成；所述箱体框架结构依靠框架角铝(5)相互链接，控制系统安置在框架水平横板下方，包括单片机、电机驱动板、无线通信模块、测速传感器、触碰开关、双向电磁铁、电源、上位机等；三套动力悬架系统固定于其中，动力悬架系统包括电机和电机固定架(6)，传动齿轮组(7)与手动升降调节机构(8)；两组链条(9)分别用于串联动力源与驱动咬合弹射机构；滑轨系统包括固定于箱体上端的平行滑轨(10)，设置于滑轨上的前端无人机弹射装置(11)，设置于滑轨上的末端安全缓冲装置(12)。

如图2所示，隐藏侧板的小型无人机远程控制链传动电动弹射器的整体结构示意图，直观形象的展示了装置的结构特征，各个部件间的连接与装配关系。箱体框架结构的两个侧板和水平横板上的螺栓通孔均与螺栓间隙配合

如图3所示，动力悬架系统机构示意图，主要结构有手动升降调节机构，它包括三对定制外形的上中下三种升降块。底部升降块(13)有两个通孔间隙配合螺栓组将底部升降块固定于两侧板下端，底部升降块依靠限位孔过盈配合固定安放轴承(14)，手动调节联轴器(15)通过螺栓组顶紧丝杠(16)，同时丝杠预留长度与轴承过渡配合，光轴(17)与另一限位孔过盈配合也固定在底部升降块上；中部升降块(18)其中一个纵向通孔间隙配合放置丝杠螺母(19)联接丝杠，丝杠螺母通过螺栓组固定在中部升降块上，中部升降块另一纵向通孔含有装卸槽过盈配合直线滑动轴承(21)，滑动轴承相合于光轴，中部升降块中间位置有水平方向阶梯孔，分别过盈配合滚动轴承(20)与预留添加润滑剂；上部升降块(22)有两个通孔间隙配合螺栓组将上部升降块固定于两侧板上端，依靠定位孔过盈配合光轴与间隙配合丝杠，其中部水平方向含有滚动轴承孔过盈配合安放轴承；升降块均对称安装，装配时，齿轮组与光轴过渡配合并使用螺栓进行轴向与周向固定，然后通过中部升降块与滚动轴承过渡配合的带有齿轮组的含有加工面的传动光轴(24-27)，使两端连接为一体，组成基本的手动升降调节机构，用来调节链传动系统的高度，由此可以更换不同尺寸的电动机或齿轮组。根据设计需求，首尾的动力悬架系统也能通过上部升降块的中部弧形槽插入带有齿轮组的传动光轴与轴承，用来满足咬合弹射机构的功能需求。动力悬架系统还包括电机(23)，它通过电机固定架(28)及螺栓组固定到水平横板上输出动力，电机输出轴的齿轮组用以改变传动比。整个动力悬架系统通过升降块的螺栓组安装在开式箱体框架结构上。

如图4所示，链传动与咬合弹射机构示意图，包括左侧放置的串联动力源的链条(29)，与中部安置的驱动咬合弹射机构的链条(30)；咬合弹射机构(9)包括，特定设计形状的壳体(31)，其中嵌入双向电磁铁1(32)双向电磁铁2(33)，电磁铁的推拉轴末端胶接一根不可转动轴(34)，轴上焊接了由标准链轮加工而来的不完全链轮(35)。其主要作用是弹射开始时，咬合机构的电磁铁动作，使不完全链轮咬合中置的链条，并通过压链轴(36)使之稳定咬合，压链轴通过安装槽间歇配合在壳体的孔上，链条驱动弹射机构加速，当运行到弹射器滑轨末端时通过触碰开关断电动力源，同时电磁铁动作，使不完全链轮脱离咬合链条，并产生明显不啮合、干涉空间允许链条正常运行，之后末端安全缓冲装置减速弹射器，弹射体弹射分离，弹射器减速，弹射完成。

如图5所示，平行滑轨的前端固定块(37)含有盲孔过盈配合联接滑轨光轴(39)的一端，末端固定块含有阶梯孔分别胶接弹簧(40)与间歇配合滑轨光轴，前末端固定块均含有通孔间隙配合螺栓组固定于箱体上端，且为对称安装，以此固定滑轨起导向作用。

如图6所示，滑轨系统的前端无人机弹射滑块结构示意图，包含定制形状的滑板(41)，对称安装的一对前端滑块(42-43)，滑块的槽形结构嵌合胶接直线滑动轴承(44)，使滑板沿导轨稳定快速滑动，滑板前端预留咬合弹射机槽孔，并通过咬合机构角铝(45)的螺栓组相互固定，主要是安装与驱动弹射体。

如图7所示，滑轨系统的末端安全缓冲装置结构示意图，包含定制形状的大块角铝(46)，其上通过定位孔间隙配合安装有一对液压阻尼器(47)，下端有对称安装的一对末端滑块(48)，滑块的槽形结构嵌合胶接直线滑动轴承(49)，尾端胶接有弹簧阻尼器，通过较短的位移缓冲吸收弹射器的能量完成弹射任务。

如图8所示，小型无人机远程控制链传动电动弹射器的工作流程图，从上位机检查设备联接，先检查信号联接，包括无线通信信号，电磁铁位置信号，触碰信号等；再检查机械连接，包括无人机固定，咬合机构咬合，安全缓冲装置释放等；接下来上位机可以对设备发送弹射指令，弹射器执行电机调速，无人机弹射加速；测控系统反馈速度信号，触碰信号；收到触碰信号之后，电机立即断电，同时咬合机构释放；此时无人机弹射脱离，弹射滑块冲击安全缓冲装置减速，链条被释放后也自行减速。弹射完成各项复位等待上位机指令。

Claims (5)

1.一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器系统，其特征在于：包括箱体框架结构与控制系统，动力悬架系统，链传动与咬合弹射机构，滑轨系统组成，所述箱体框架结构依靠框架角铝相互连接，控制系统安置在框架水平横板下方，所述动力悬架系统固定于箱体框架结构中，动力悬架系统包括电机，电机固定架，传动齿轮组与手动升降调节机构，所述链传动与咬合弹射机构，包括两组链条分别安装在左侧和中部，咬合弹射机构固定在前端无人机弹射滑块，所述滑轨系统包括固定于箱体上端的平行滑轨，设置于滑轨上的前端无人机弹射滑块，设置于滑轨上的末端安全缓冲装置；

所述动力悬架系统的手动升降调节机构，包括定制外形的上中下三种升降块，底部升降块固定于两侧板下端，依靠限位孔，分别固定安放光轴，与带有轴承和手动调节联轴器的丝杠，中部升降块，通过丝杠螺母联接丝杠，通过直线滑动轴承相合于光轴，其中部放置滚动轴承相合于带有齿轮组的光轴，上部升降块固定于两侧板上端，依靠定位孔固定光轴与丝杠，其中部含有滚动轴承孔，通过中部升降块的滚动轴承插入带有传动齿轮组的传动光轴，使两端链接为一体，组成手动升降调节机构，动力悬架系统还包括电机，通过电机固定架固定在水平横板上；

所述链传动与咬合弹射机构包括左侧放置的链条，与中部安置的链条，咬合弹射机构包括，咬合弹射机构的壳体，其中嵌入一对双向电磁铁，电磁铁的推拉轴末端胶接一根不可转动轴，轴上相合了标准链轮加工而来的不完全链轮，链轮上端增加了压链轴，整个咬合弹射机构依靠角铝固定在前端无人机弹射滑块；

所述滑轨系统中，设置于滑轨上的末端安全缓冲装置，包含定制形状的大块角铝，其上通过定位孔安装有一对液压阻尼器，下端通过对称安装的一对末端滑块，滑块嵌合胶接直线滑动轴承，尾端胶接有弹簧阻尼器。

2.根据权利要求1所述的一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器系统，其特征在于：所述箱体框架结构，由两块平行亚克力板依靠垂直于两板的横板，采用均布的四个框架角铝与螺栓组，相互固定构成弹射器外部箱体框架。

3.根据权利要求1所述的一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器系统，其特征在于：所述控制系统，包括单片机、电机驱动板、无线通信模块、电源等安置在框架水平横板下方，测速传感器分别安装在滑轨下方的侧板上，触碰开关安装在安全缓冲装置上，双向电磁铁是咬合弹射机构的一部分，上位机显示在终端设备上，每个设备支持多组弹射器。

4.根据权利要求1所述的一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器系统，其特征在于：所述滑轨系统，包括一对前后端固定块联接滑轨固定于箱体上端，末端固定块胶接弹簧，且为对称安装。

5.根据权利要求1所述的一种小型无人机远程控制链传动电动弹射器系统，其特征在于：所述滑轨系统中，设置于滑轨上的前端无人机弹射滑块，包含定制形状的滑板，对称安装的一对前端滑块，滑块嵌合胶接直线滑动轴承，滑板前端通过槽孔和角铝固定咬合弹射机构。