CN109677603A - 直升机旋翼操纵装置及旋翼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直升机旋翼操纵装置，包括舵机驱动组件，倾斜盘组件和总矩滑杆组件，舵机驱动组件包括三个尾端与机体可旋转连接的直线舵机，三个与直线舵机对应设置且一端与直线舵机的输出端铰接且中部与机体可旋转连接的L型操纵臂；倾斜盘组件包括与倾斜盘，套装在倾斜盘内的倾斜盘转动轴，倾斜盘横滚方向和俯仰方向分别装有倾斜盘支臂，倾斜盘支臂与L型操纵臂的另一端铰接；总矩滑杆组件包括设置在总矩滑杆下端的中心关节轴承，对应设置在长拉杆下端的侧关节轴承，中心关节轴承和侧关节轴承的球头通过横连接杆与倾斜盘转动轴固定连接，能够提高无人直升机的自稳性和安全性。

Description

直升机旋翼操纵装置及旋翼装置

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种直升机旋翼操纵装置及旋翼装置。

背景技术

无人机飞控系统，包括多旋翼无人机飞控系统和固定翼无人直升机飞控系统。主要用于植保领域，电力巡线，地理勘测，物流运输等领域。无人直升机飞行的整套操纵装置。包括总矩、纵向、横向和航向四个操纵系统。总矩操纵系统可改变旋翼拉力大小,以控制直升机上升和下降运动。纵、横向操纵系统可改变旋翼拉力在空间的方向,以控制直升机的纵、横向位移及俯仰、滚转运动。航向操纵系统可改变尾桨推(拉)力(单旋翼直升机)或两个旋翼反扭矩的大小(纵、横列式直升机),以控制偏航运动。现有无人直升机如下三个方面的问题，

第一，小型无人直升机受到旋翼空间的限制，大多数采用的是轴外操纵的方式，这种方式会造成外部结构复杂，系统重量大、力传递效率低等缺点，还造成系统废阻面积大。

第二，传统的无人直升机周期变距的倾斜盘结构复杂，一般采用的是万向轴承及其他附件组成，但是制造装配难度大，生产成本高，不便于拆装和维修。

第三，无人直升机操纵一般采用的是旋转舵机驱动，由于需要将舵机的圆周运动再变成所需的直线运动，需要设计多种转化机构，造成结构复杂，操纵效率低、传力效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直升机旋翼操纵装置，能够提高无人直升机的自稳性和安全性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种直升机旋翼操纵装置，包括舵机驱动组件，倾斜盘组件和总矩滑杆组件，

所述的舵机驱动组件包括三个尾端与机体可旋转连接的直线舵机，三个与所述的直线舵机对应设置且一端与所述的直线舵机的输出端铰接且中部与机体可旋转连接的L型操纵臂；

所述的倾斜盘组件包括与倾斜盘，套装在所述的倾斜盘内的倾斜盘转动轴，所述的倾斜盘横滚方向和俯仰方向分别装有倾斜盘支臂，所述的倾斜盘支臂与所述的L型操纵臂的另一端铰接；

所述的总矩滑杆组件包括设置在总矩滑杆下端的中心关节轴承，对应设置在长拉杆下端的侧关节轴承，所述的中心关节轴承和侧关节轴承的球头通过横连接杆与所述的倾斜盘转动轴固定连接。

在上述技术方案中，所述的倾斜盘转动轴上端设置有U型连接耳，所述的中心关节轴承的球头定位在连接耳内部，所述的侧关节轴承定位在连接耳两侧。

在上述技术方案中，所述的直线舵机的固定端通过关节轴承与机体连接，所述的直线舵机的输出端通过关节轴承与L型操纵臂连接。

在上述技术方案中，所述的L型操纵臂和关节轴承的固定方式为双侧固定以提高L型操纵臂的操纵稳定性。

在上述技术方案中，所述的总矩滑杆为空心方管以减轻操纵系统自身重量。

在上述技术方案中，所述的总矩滑杆下端设置有将两长拉杆遮护其中的侧板，在所述的侧板内侧设置有用于垂直导向所述的长拉杆的导向部。

一种直升机旋翼装置，包括所述的旋翼操纵装置和管状旋翼轴，所述的总矩滑杆和长拉杆均位于所述的旋翼轴内，所述的旋翼轴上端设置有横向贯通的定位销轴，所述的总距滑杆上形成有与所述的定位销轴匹配的轴向长孔。

在上述技术方案中，旋翼轴上下两端分别通过螺栓连接固定联动杆限位块，所述的总矩滑杆和长拉杆贯穿所述的联动杆限位块设置。

在上述技术方案中，在所述的机体上防转板，所述的防转板上设置有允许所述的俯仰方向的倾斜盘支臂穿过的开槽用于防止倾斜盘旋转。

在上述技术方案中，防转板的导槽内通过环氧树脂胶粘有尼龙U型条以减少倾斜盘上下滑动时的摩擦力。

本发明的优点和有益效果为：

本发明的舵机驱动组件，倾斜盘组件及总距滑杆组件采用模块化设计，降低了结构的复杂度，使旋翼系统设计、调试和维护等操作简单化。旋翼操纵系统的舵机驱动组件三个直线舵机并列使用，提高空间利用率，简化结构组成。L型操纵臂的构造与设计，使得在平面内传递直线舵机3输出力矩，利用三个倾斜盘支臂11和关节轴承实现倾斜盘的周期倾斜运动，从而生产制造降低成体，而且实用可靠。总距滑杆组件结构形式简单其布局采用对称布局，机构形成一个平行四边形运动机构，提高操纵力传递效率。实现舵机操纵力的稳定且高效的输出。

附图说明

图1是本发明直升机旋翼操纵装置的等轴侧示意图。

图2是本发明直升机旋翼操纵装置的剖面示意图。

图3是本发明直升机旋翼操纵装置的侧视示意图

图4所示为仰视图。

图5是本发明直升机旋翼操纵装置的另一视角示意图；

图6是图5所示的截面结构示意图。

图7是倾斜盘结构示意图；

图8是图7的截面示意图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本发明的一种直升机旋翼操纵装置，其特征在于：包括舵机驱动组件200，倾斜盘组件300和总矩滑杆组件100，

所述的舵机驱动组件包括三个尾端与机体可旋转连接的直线舵机210，三个与所述的直线舵机对应设置且一端与所述的直线舵机的输出端铰接且中部与机体可旋转连接的L型操纵臂211；

所述的倾斜盘组件包括与倾斜盘310，可旋转地套装在所述的倾斜盘内的倾斜盘转动轴311，所述的倾斜盘横滚方向和俯仰方向分别装有倾斜盘支臂312、313，所述的倾斜盘支臂与通过传动杆212与所述的L型操纵臂的另一端铰接；

所述的总矩滑杆组件包括设置在总矩滑杆110下端的中心关节轴承111，对应设置在长拉杆120下端的侧关节轴承121，所述的中心关节轴承111和侧关节轴承121的球头通过横连接杆314与所述的倾斜盘转动轴固定连接，同时还包括铰在所述的总矩滑杆上端的蝶形件，所述的长拉杆上端与所述的蝶形件连接。所述的横连接杆与俯仰方向的倾斜盘支臂平行设置。即利用关节轴承的球头所能实现的最大角度，如最大12°来实现倾斜盘310的周期变距角。

其中，旋翼操纵系统的舵机驱动组件的直线舵机210直接使用锂电池作为动力，在伺服控制器作用下经过功率驱动变为合适的电压，电流，驱动电机转动，需经过齿轮减速后输出。伺服控制器是电子装置，接受动力输出端反馈元件测量得到的伸长量并与飞控系统发出的伺服指令信号比较，经过飞控控制算法处理，形成功率驱动部分的控制电信号。动力输出端带动直线舵机产生伺服运动。

本发明的舵机驱动组件，倾斜盘组件及总距滑杆组件采用模块化设计，降低了结构的复杂度，使旋翼系统设计、调试和维护等操作简单化。旋翼操纵系统的舵机驱动组件三个直线舵机并列使用，提高空间利用率，简化结构组成。L型操纵臂的构造与设计，使得在平面内传递直线舵机输出力矩，利用三个倾斜盘支臂和关节轴承实现倾斜盘的周期倾斜运动，从而生产制造降低成体，而且实用可靠。总距滑杆组件结构形式简单其布局采用对称布局，机构形成一个平行四边形运动机构，提高操纵力传递效率。实现舵机操纵力的稳定且高效的输出。

所述的旋翼和操纵系统采用联动控制形式；如果缩短变距拉杆120，会使得桨距角正行程增加，负行程减小；如果加长变距拉杆，会使得桨距角正行程增加，负行程减小。如果缩短倾斜盘两个关节轴承间距，会使得桨距角正行程增加，负行程减小；如果增长倾斜盘两个关节轴承间距，会使得桨距角正行程减小，负行程增加。如果舵机安装接口间距加长，桨距角正行程增加，负行程减小，舵机安装接口间距缩短，桨距角正行程减小，负行程增加。如果总距滑杆上下滑动行程增加，桨距角范围增大；如果总距滑杆上下滑动行程减小，桨距角范围减小。周期变距桨距角随倾斜角度变化接近于等值或等值变化，即倾斜盘每增加1度，周期变距的桨距角增大或减小0.375°。在倾斜盘一定角度范围内，一副旋翼的周期变距的两个桨距角关于总距线对称。倾斜盘倾斜角度越大，两个桨距角越往外靠，两个桨距角之和的一半就是总距。

其中，所述的倾斜盘转动轴上设置有三个直线布列的关节轴承，中间关节轴承与总矩滑杆固定连接，两侧的侧关节轴承与长拉杆固定连接，所述的蝶形件130上设置有两个用以与长拉杆上端固定连接的关节轴承。

具体地，所述的总矩滑杆下端设置有将两长拉杆遮护其中的侧板111，在所述的侧板内侧设置有用于垂直导向所述的长拉杆的导向部112。在总距滑杆上方，通过螺栓连接滚动轴承，两个碟形件130保持间隔地固定连接后装配于所述的滚动轴承，同时在蝶形件上两侧对应地通过螺栓固定两个关节轴承，然后通过长拉杆(长拉杆是穿过上下连动杆限位块)连接总距滑杆上方的碟形件和总距滑杆下方的倾斜盘转动轴，最后在碟形件上方，分别通过螺栓连接两端带关节轴承的变距拉杆。

所述的倾斜盘310为定环，倾斜盘转动轴311为不定环，会随着旋翼系统一起转动。所述的倾斜盘转动轴上端设置有U型连接耳，所述的中心关节轴承的球头定位在连接耳内部，所述的侧关节轴承定位在连接耳两侧。利用总距滑下端的三个关节轴承，实现周期运动。所述的总距滑杆组件布置采用中心对称布置，形成一个跷跷板式机构，实现操纵系统的周期运动。三个关节轴承和倾斜盘转动轴形成一个铰链结构，实现倾斜盘的周期运动。总距滑杆组件上端两个对置的碟形件结构传递变化的操纵力给变距拉杆，从而实现所述的旋翼系统的变距运动。

腔式倾斜盘内装入倾斜盘转动轴，即，倾斜盘转动轴自倾斜盘的中心孔穿出并后端定位其中，然后用螺栓压紧两个滚动轴承，保证轴向预紧。同时，滚轴轴承内圈与倾斜盘转动轴采用过盈配合，滚动轴承外圈与倾斜盘采用过盈配合，有效隔离倾斜盘转动轴的与倾斜盘的转动。在倾斜盘横滚和俯仰方向，分别装上三根倾斜盘支臂。三个倾斜盘支臂分别与舵机驱动组件的关节轴承相连，实现操纵力的传递。

优选地，所述的总矩滑杆为空心方管以减轻操纵系统自身重量。

实施例二

作为具体实施方式，所述的直线舵机的固定端通过关节轴承与机体连接，所述的直线舵机的输出端通过关节轴承与L型操纵臂连接。

安装直线舵机固定端时，先将直线舵机固定端和舵机安装件通过螺栓连接，然后将舵机安装件和关节轴承通过螺纹连接，最后将关节轴承用螺栓固定在机体安装位置上。安装直线舵机输出端时，先将关节轴承和直线舵机输出端用螺纹连接。然后用螺栓将关节轴承和L型操纵臂固定，最后将L型操纵臂利用两个滚动轴承和机体支撑垫圈用螺栓固定在机体安装件对应位置上。在L型操纵臂的另一端，用螺栓连接关节轴承。

其中，所述的L型操纵臂和关节轴承的固定方式为双侧固定以提高L型操纵臂的操纵稳定性。

所述的舵机驱动组件在功能形成一个曲柄摇臂机构，L型操纵臂将直线舵机的直线运动转化为L型操纵臂在操纵范围内的圆周运动，是实现操纵力输出的关键机构。所述的三个直线舵机的安装，其特别之处在于L形操纵件传力中心和直线舵机输出的力的中在同一平面。保证操纵力输出效率，使得L型操纵臂不承受额外的弯矩。

实施例三

本发明的一种直升机旋翼装置，包括所述的旋翼操纵装置和管状旋翼轴150，所述的总矩滑杆和长拉杆均位于所述的旋翼轴内，所述的旋翼轴上端设置有横向贯通的定位销轴，所述的总距滑杆上形成有与所述的定位销轴匹配的轴向长孔。

通过总距滑杆限位销安装在旋翼轴中心，仅在上下方向的一定范围内滑动。其滑动范围比旋翼系统所需行程范围大10mm.所述的总距滑杆限位销对总距滑杆起到保护作用。防止误操作导致整套操纵机构受损。

其中，旋翼轴150上下两端分别通过螺栓连接固定联动杆限位块，所述的总矩滑杆和长拉杆贯穿所述的联动杆限位块设置。

所述的旋翼轴将发动机传递过来的扭矩传递给旋翼系统。旋翼系统按一定转速顺时针或逆时针旋转，同时，操纵力是所述旋翼操纵系统传递到变距拉杆，变距拉杆带动桨夹运动。桨夹带动桨叶沿轴向角运动，实现桨叶攻角变化，从而桨叶产生周期变化的气动升力。

对于本发明的旋翼操纵来说，最主要的功能有两种。第一种是总距变化，具体实现形式为，三个直线舵机输出的操纵力和行程量大小相等，同增同减。操纵力的传递形式为，直线舵机输出操纵力，传递给L形操纵件，L形操纵件将直线舵机传来的力传递给倾斜盘支臂，倾斜盘支臂带动倾斜盘转动轴上下运动，倾斜盘转动轴再将力传递给总距滑杆组件，因为倾斜盘转动轴和总距滑杆组件是螺栓固连的，所以倾斜盘转动轴带动总距滑杆组件上下运动。于是总距滑杆上方的碟形件也上下运动，最后碟形件将操纵力传递给变距拉杆，变距拉杆与旋翼系统桨夹相连，从而实现桨叶攻角在一定范围内的的变化。

所述的第二种是周期变距变化，三个直线舵机输出的操纵力和行程量不相同，就会使得倾斜盘绕总距滑杆组件下端的在中心位置的关节轴承转动。其总操纵力的传力路线一致。区别在于总距滑杆两侧的长拉杆运动方式改变，一侧长拉杆向上运动，一侧长拉杆向下运动。因为总距滑杆组件是一个跷跷板式机构，总距滑杆两端的长拉杆动会和碟形件沿总距滑杆上方的定位孔周期性转动。同时周期性的带动变距拉杆，实现旋翼系统桨叶攻角周期性变化。

在机体上与倾斜盘处设置有防转板，防转板为钢件、或铝、钛、塑料等金属非金属材料。所述的防转板上设置有开槽用于防止倾斜盘旋转。采用螺栓连接，可便捷地更换。防转板的导槽内通过环氧树脂胶粘有尼龙U型条，以减少倾斜盘上下滑动时的摩擦力。

所述的旋翼操纵系统提高操纵力的传递效率，提高旋翼操纵系统的机械性能和操纵稳定性，装配工艺简单，便于维护和安装系统成本低，适用于轻及中型无人直升机。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直升机旋翼操纵装置，其特征在于：包括舵机驱动组件，倾斜盘组件和总矩滑杆组件，

所述的舵机驱动组件包括三个尾端与机体可旋转连接的直线舵机，三个与所述的直线舵机对应设置且一端与所述的直线舵机的输出端铰接且中部与机体可旋转连接的L型操纵臂；

所述的倾斜盘组件包括与倾斜盘，套装在所述的倾斜盘内的倾斜盘转动轴，所述的倾斜盘横滚方向和俯仰方向分别装有倾斜盘支臂，所述的倾斜盘支臂与所述的L型操纵臂的另一端铰接；

所述的总矩滑杆组件包括设置在总矩滑杆下端的中心关节轴承，对应设置在长拉杆下端的侧关节轴承，所述的中心关节轴承和侧关节轴承的球头通过横连接杆与所述的倾斜盘转动轴固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼操纵装置，其特征在于：所述的倾斜盘转动轴上端设置有U型连接耳，所述的中心关节轴承的球头定位在连接耳内部，所述的侧关节轴承定位在连接耳两侧。

3.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼操纵装置，其特征在于：所述的直线舵机的固定端通过关节轴承与机体连接，所述的直线舵机的输出端通过关节轴承与L型操纵臂连接。

4.根据权利要求3所述的一种直升机旋翼操纵装置，其特征在于：所述的L型操纵臂和关节轴承的固定方式为双侧固定以提高L型操纵臂的操纵稳定性。

5.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼操纵装置，其特征在于：所述的总矩滑杆为空心方管以减轻操纵系统自身重量。

6.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼操纵装置，其特征在于：所述的总矩滑杆下端设置有将两长拉杆遮护其中的侧板，在所述的侧板内侧设置有用于垂直导向所述的长拉杆的导向部。

7.一种直升机旋翼装置，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的旋翼操纵装置和管状旋翼轴，所述的总矩滑杆和长拉杆均位于所述的旋翼轴内，所述的旋翼轴上端设置有横向贯通的定位销轴，所述的总距滑杆上形成有与所述的定位销轴匹配的轴向长孔。

8.如权利要求7所述的直升机旋翼装置，其特征在于，旋翼轴上下两端分别通过螺栓连接固定联动杆限位块，所述的总矩滑杆和长拉杆贯穿所述的联动杆限位块设置。

9.如权利要求7所述的直升机旋翼装置，其特征在于，在所述的机体上防转板，所述的防转板上设置有允许所述的俯仰方向的倾斜盘支臂穿过的开槽用于防止倾斜盘旋转。

10.根据权利要求9所述的一种直升机旋翼装置，其特征在于：防转板的导槽内通过环氧树脂胶粘有尼龙U型条以减少倾斜盘上下滑动时的摩擦力。