CN110131339A - 一种无人机电控刹车系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机电控刹车系统，包括刹车盘和制动装置，刹车盘用于与无人机的轮毂固定连接，轮毂与无人机起落架上固定设置的轮轴转动连接；制动装置包括与轮轴固定的壳体，壳体上留有供刹车盘伸入的缺口部，刹车盘两侧的缺口部上分别设有动来令片和静来令片，且刹车盘与动来令片、静来令片之间均设有间隙；壳体内设置有用于驱动动来令片向静来令片方向运动的凸轮机构，凸轮机构与壳体内的PWM舵机连接；当动来令片和静来令片配合夹紧刹车盘时实现刹车制动。本发明利用PWM舵机和凸轮机构将旋转运动转换为动来令片的法向运动；可产生较小的反作用力矩，降低了对施力源的功率要求，延长了使用寿命，提高了可靠性。

Description

一种无人机电控刹车系统
技术领域
本发明属于无人机技术领域，尤其是涉及一种无人机电控刹车系统。
背景技术
无人机是一种由动力驱动、自动驾驶仪控制的航空器。目前，较大起飞重量的无人机的起降方式多为轮式滑跑起降；在跑道上着陆后通过自由滑跑时的气动阻力减速，但上述减速方法对跑道长度有较高的要求；为了降低对跑道长度的要求，刹车系统的必要性非常大。而目前无人机领域的电控刹车系统实现方式较为简单，使用舵机(施力源)直接施力于刹车条，抱紧轮轴，达到刹车目的。此种刹车方式对施力源功率要求较大，发热量大，并且产生的较大反作用力矩很容易使舵机损坏；致使整个刹车系统使用寿命短，可靠性差。
发明内容
旨在克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的技术问题是，提出了一种对施力源功率要求小、使用寿命长，且可靠性强的无人机电控刹车系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是，提供一种无人机电控刹车系统，包括刹车盘和制动装置，所述刹车盘用于与所述无人机的轮毂固定连接，所述轮毂与无人机起落架上固定设置的轮轴转动连接；其特征在于，所述制动装置包括与所述轮轴固定的壳体，所述壳体上留有供所述刹车盘伸入的缺口部，所述刹车盘两侧的所述缺口部上分别设有动来令片和静来令片，且所述刹车盘与所述动来令片、所述静来令片之间均设有间隙；
所述壳体内设置有用于驱动所述动来令片向所述静来令片方向运动的凸轮机构，所述凸轮机构与所述壳体内的PWM舵机连接；当所述动来令片和所述静来令片配合夹紧所述刹车盘时实现刹车制动。
作为进一步改进，所述凸轮机构包括转轴、凸轮和推动结构；
所述转轴转动安装在所述壳体内，所述转轴一端与所述PWM舵机的输出端连接，所述凸轮固定设置在所述转轴上，所述凸轮与所述推动结构抵触；
所述推动结构活动安装在所述壳体内，所述推动结构与所述动来令片固定连接。
作为进一步改进，所述推动结构包括与所述动来令片连接的推动块；
所述推动块上设置有用于与所述凸轮抵触的凸起，所述凸起两侧的所述推动块上分别设有第一固定座，所述第一固定座上安装有第一导向杆，所述第一导向杆与所述推动块平行设置；
所述推动块两侧的所述壳体内分别设有两个第一支撑座，两个所述第一支撑座间隔设置；每个所述第一支撑座上均设有第一限位凹槽，所述第一限位凹槽的延伸方向与所述动来令片向所述静来令片运动的方向一致，所述第一导向杆限定于所述第一限位凹槽内并可沿所述第一限位凹槽移动；
所述推动块同侧的两个所述第一支撑座之间设置有用于迫使所述推动块在非制动时复位的弹性复位件。
作为进一步改进，所述弹性复位件为复位弹簧或弧形弹片；所述复位弹簧一端与两个所述第一支撑座之间的所述壳体固定，另一端与所述第一导向杆固定；或者，
所述弧形弹片的一端与所述壳体固定，另一端活动设置于所述推动块同侧的两个所述第一支撑座之间，且所述弧形弹片的弧形凸面与所述第一导向杆抵靠。
作为进一步改进，所述PWM舵机的输出端设有外花键；所述转轴包括空心轴段，所述空心轴段的内周壁设有用于与所述外花键配合传动的内花键。
作为进一步改进，所述PWM舵机的输出端设有外花键；所述转轴包括空心轴段，所述空心轴段的周壁上间隔设有多个轴向延伸的通槽；
所述空心轴段内设置有用于与所述外花键配合传动的内花键套；所述空心轴段与所述内花键套通过一卡箍固定。
作为进一步改进，所述壳体内设置有下安装座和与所述下安装座固定的上安装座，所述下安装座和所述上安装座之间夹设有用于与所述转轴转动配合的轴承。
作为进一步改进，所述壳体为一体式壳体，所述壳体内设置有隔板，所述隔板将所述壳体的腔体分隔成两个独立腔体；
或者，所述壳体包括具有独立腔体的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体上设置支撑板，所述支撑板与所述轮轴固定；所述第一壳体和所述第二壳体的一端固定连接，另一端保持间隔形成所述缺口部；所述第一壳体朝向所述刹车盘的一侧设置有所述动来令片，所述第二壳体朝向所述刹车盘的一侧设置有所述静来令片，所述第一壳体内设置有所述凸轮机构和所述PWM舵机。
作为进一步改进，所述壳体内设置有用于调节所述静来令片与所述刹车盘之前间隙的调节结构。
作为进一步改进，所述调节结构包括与所述壳体固定的调节块和与所述静来令片固定的安装块；所述调节块上设置有调节螺栓，所述调节螺栓与所述安装块抵触；
所述安装块上间隔设置有两个第二固定座，所述第二固定座上安装有第二导向杆，所述第二导向杆与所述安装块平行设置；
所述安装块两侧的所述壳体内分别设有两个第二支撑座，两个所述第二支撑座间隔设置；每个所述第二支撑座上均设有第二限位凹槽，所述第二限位凹槽的延伸方向与所述动来令片向所述静来令片运动的方向相反，所述第二导向杆限定于所述第二限位凹槽内并可沿所述第二限位凹槽移动；所述安装块同侧的两个所述第二支撑座之间设置有弧形弹簧，所述弧形弹片与所述壳体固定，且所述弧形弹片的弧形凸面与所述第二导向杆抵靠。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
本发明无人机电控刹车系统，其中壳体上留有供刹车盘伸入的缺口部，刹车盘两侧的缺口部上分别设有动来令片和静来令片，且刹车盘与动来令片、静来令片之间均设有间隙；壳体内设置有用于驱动动来令片向静来令片方向运动(来令片法向施压)的凸轮机构，凸轮机构与壳体内的PWM舵机连接；其中PWM舵机是一种由PWM(脉冲宽度调制)信号控制的旋转舵机，PWM舵机带动凸轮机构转动，凸轮机构中的凸轮对动来令片进行法向施压；当动来令片和静来令片配合夹紧刹车盘时，刹车盘与来令片接触摩擦将动能转化为热能，实现刹车制动。
综上，本发明无人机电控刹车系统，利用PWM舵机和凸轮机构将旋转运动转换为动来令片的法向运动；通过合理设计凸轮机构中凸轮的轮廓曲线，使得动来令片施加在凸轮上的偏置力矩(反作用力矩)极小，这使得作为施力源PWM舵机所需产生的平衡偏置力矩的控制力矩极小(对施力源功率要求较小)，即而产生的热量低，可极大程度的延长其使用寿命，提高其可靠性；同时可有效确保其制动效果，降低对跑道长度的要求；再者，其自身结构简单，体积小，可降低飞行时产生的阻力。
附图说明
图1是本发明无人机电控刹车系统的装配结构示意图；
图2是图1的部分结构示意图；
图3是图2的分解结构示意图；
图4是图3的局部放大图；
图5是图3中第一壳体内部的结构示意图；
图6是图5的正视图；
图7是图5中部分结构示意图；
图8是PWM舵机和凸轮机构的装配结构示意图；
图9是图8的分解结构示意图；
图10是图9中动来令片的结构示意图；
图11是图3中第二壳体内部的结构示意图；
图12是图11中部分结构示意图；
图13是图11中调节块和安装块的装配结构示意图；
图14是图13中安装块的结构示意图；
图中:1-无人机起落架，2-轮胎，3-轮毂，4-轴承座，5-轮轴，6-刹车盘，7-制动装置，71-壳体，711-第一壳体，712-第二壳体，713-支撑板，72-缺口部，73-动来令片，74-凸轮机构，741-转轴，7411-通槽，7412-内花键套，7413-卡箍，742-凸轮，743-推动结构，7431-推动块，7432-凸起，7433-第一固定座，7434-第一导向杆，7435-第一支撑座，7436-第一限位凹槽，7437-弧形弹片，75-静来令片，76-PWM舵机，761-外花键，77-上安装座，771-下安装座，78-调节结构，781-调节块，7811-调节螺栓安装孔，782-安装块，7821-第二固定座，7822-第二导向杆，7823-第二支撑座。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
实施例一：
如图1至图5共同所示，本实施例的电控刹车系统包括刹车盘6和制动装置7，刹车盘6与无人机的轴承座4固定连接，该轴承座4与无人机起落架1上固定设置的轮轴5转动连接；轴承座4与轮毂3固定，轮毂3上安装有轮胎2。其中，制动装置7包括与轮轴5固定的壳体71，壳体71上留有供刹车盘6伸入的缺口部72，刹车盘6两侧的缺口部72上分别设有动来令片73和静来令片75，且刹车盘6与动来令片73、静来令片75之间均设有间隙；壳体71内设置有用于驱动动来令片73向静来令片75方向运动的凸轮机构74，凸轮机构74与壳体71内固定安装的PWM舵机76连接；当动来令片73和静来令片75配合夹紧刹车盘6时实现刹车制动。其中PWM舵机76是一种由PWM(脉冲宽度调制)信号控制的旋转舵机。
本实施例中，壳体71包括具有独立腔体的第一壳体711和第二壳体712，第一壳体711上设置支撑板713，支撑板713与轮轴5固定；第一壳体711和第二壳体712的一端固定连接，另一端保持间隔形成上述缺口部72；保持间隔一端的第一壳体711朝向刹车盘6的一侧设置有动来令片73(第一壳体711设有安装通孔，用于使动来令片73与第一壳体711内的推动块7431连接)，第二壳体712朝向刹车盘6的一侧设置有静来令片75(第二壳体712也是有安装通孔，用于使静来令片75与第二壳体712内的安装块782连接，参见图12)；第一壳体711内设置有凸轮机构74和PWM舵机76。上述壳体71也可以设计为一体式壳体，在壳体71内设置隔板，该隔板将壳体71的腔体分隔成两个独立腔体(两个独立腔体分别用来安装与动来令片73相关的部件和与静来令片75相关的部件)。
如图6至图10共同所示，本实施例中，凸轮机构74包括转轴741、凸轮742(包括平面底部、桃尖顶部和连接平面底部与桃尖底部的圆弧过渡部)和推动结构743；第一壳体711内设置有两个下安装座771(设有弧形凹槽)和与相应下安装座771固定的上安装座77(也设有弧形凹槽)，下安装座771和上安装座77之间夹设有用于与转轴741转动配合的轴承。转轴741借助轴承转动安装在第一壳体711内；转轴741一端与PWM舵机76的输出端连接，凸轮742固定设置在两个下安装座771之间的转轴741上，凸轮742与推动结构743抵触；推动结构743活动安装在第一壳体711内，推动结构743与动来令片73固定连接。其中，第一壳体711内的动来令片73与刹车盘6的间隙，安装时也是需要手动调到合适位置的；即安装时，手动转动转轴741(凸起7432与凸轮742的接触位置)调节动来令片73与刹车盘6的初始间隙。
本实施例中，推动结构743包括与部分伸出第一壳体711外侧的动来令片73连接的推动块7431；推动块7431上设置有用于与凸轮742抵触的凸起7432，凸起7432两侧的推动块7431上分别设有第一固定座7433，第一固定座7433上安装有第一导向杆7434，第一导向杆7434与推动块7431平行设置；推动块7431两侧的第一壳体711内分别设有两个第一支撑座7435，两个第一支撑座7435间隔设置；每个第一支撑座7435上均设有第一限位凹槽7436，第一限位凹槽7436的延伸方向与动来令片73向静来令片75运动的方向一致，第一导向杆7434限定于第一限位凹槽7436内并可沿第一限位凹槽7436移动；推动块7431同侧的两个第一支撑座7435之间设置有用于迫使推动块7431在非制动时复位的弹性复位件。
本实施例中，弹性复位件为弧形弹片7437，弧形弹片7437的一端与第一壳体711固定，另一端活动设置于推动块7431同侧的两个第一支撑座7435之间，且弧形弹片7437的弧形凸面与第一导向杆7434抵靠。或者，弹性复位件为复位弹簧，复位弹簧一端与推动块7431同侧的两个第一支撑座7435之间的第一壳体711固定，另一端与第一导向杆7434固定。
本实施例中，PWM舵机76的输出端设有外花键761；转轴741包括空心轴段，空心轴段的周壁上间隔设有多个轴向延伸的通槽7411；空心轴段内设置有用于与外花键761配合传动的内花键套7412；空心轴段与内花键套7414通过一卡箍7413固定；空心轴段的结构类似涨紧套，其上的通槽7411是便于增加其安装的通用性。或者，直接在空心轴段内周壁设置用于与外花键761配合传动的内花键。再者，PWM舵机76的输出端不设外花键761，转轴741也不设空心轴段，PWM舵机76的输出端与转轴741通过联轴器连接；PWM舵机76与转轴741连接实现同步转动的形式很多，在此不一一列举，上述列举的形式不能理解为对本发明的限定。
下面对制动刹车的原理进行简要说明：
需要制动刹车时，自动驾驶仪发送控制信号来控制PWM舵机76工作，PWM舵机76驱动凸轮机构74中的转轴741同步转动，转轴741上的凸轮742随其转动，凸轮742的旋转运动转换为动来令片73向静来令片75方向运动；当动来令片73和静来令片75配合将刹车盘6夹紧，实现刹车制动。也就是说，当动来令片73的位移量抵消了动来令片73、静来令片75与刹车盘6之间的间隙制动刹车开始，转轴741转动到凸轮742的桃尖顶部与推动块7431上凸起7432抵触时，达到最大的刹车力道。
制动刹车结束后，PWM舵机76驱动凸轮机构74中的转轴741反向转动，转轴741上的凸轮742随其转动，此时推动块7431在弧形弹片7437的弹力下，向背离静来令片75方向运动，动来令片73、静来令片75与刹车盘6之间的间隙恢复；此时动来令片73和静来令片75不再夹紧刹车盘6，制动失效。
实施例二：
本实施例与上述实施例的不同之处在于，第二壳体712内设置了用于调节静来令片75与刹车盘6之前间隙的调节结构78。
如图11至图14共同所示，本实施例中，调节结构78包括与第二壳体712固定的调节块781和与静来令片75固定的安装块782；调节块781上设置有用于安装调节螺栓的调节螺栓安装孔7811(螺纹孔)，调节螺栓与安装块782抵触。
考虑到采用铝合金制成的调节块781太软，螺纹孔使用时间长后容易损坏，且调节螺栓随着振动易出现松动，螺纹孔本身并没有自锁功能。可以进一步将方案优化为，在调节块781上设通孔，通孔位置处的调节块781上铆接托板螺母(具备自锁功能)，调节螺栓与托板螺母相适配。
其中，安装块782(与实施例一中的推动块7431结构基本相同，只是缺少了用于与凸轮742相抵触的凸起7432)上间隔设置有两个第二固定座7821，第二固定座7821上安装有第二导向杆7822，第二导向杆7822与安装块782平行设置；安装块782两侧的第二壳体712内分别设有两个第二支撑座7823，两个第二支撑座7823间隔设置；每个第二支撑座7823上均设有第二限位凹槽，第二限位凹槽的延伸方向与动来令片73向静来令片75运动的方向相反，第二导向杆7822限定于第二限位凹槽内并可沿第二限位凹槽移动；安装块782同侧的两个第二支撑座7823之间设置有弧形弹片7437，弧形弹片7437与第二壳体712固定，且弧形弹片7437的弧形凸面与第二导向杆7822抵靠。
利用调节螺栓调节安装块782的第二导向杆7822在第二限位凹槽内的位移量，间接调节静来令片75与刹车盘6之前间隙；可以进一提高制动效果。
本实施例还公开了一种包括上述无人机电控刹车系统的无人机，无人机的其他结构与现有技术相同，在此不做赘述。
本发明的无人机电控刹车系统，采用PWM舵机76和凸轮机构74配合实现运动形式的转换；并通过合理设计凸轮机构74中凸轮742的轮廓曲线，使得动来令片73(实际为推动块7431上的凸起7432)施加在凸轮742上的偏置力矩(反作用力矩)极小，这使得作为施力源PWM舵机76所需产生的平衡偏置力矩的控制力矩极小(对施力源功率要求较小)，即而产生的热量低，可极大程度的延长其使用寿命，提高其可靠性；同时可有效确保其制动效果，降低对跑道长度的要求；再者，其自身结构简单，体积小，可降低飞行时产生的阻力。
静来令片75在安装时，利用调节结构78调节静来令片75与刹车盘6之前间隙；动来令片73与刹车盘6之间的初始间隙，在安装时，通过转动转轴741进行调节，增加其实际使用的便携性和通用性。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机电控刹车系统，包括刹车盘和制动装置，所述刹车盘用于与所述无人机的轮毂固定连接，所述轮毂与无人机起落架上固定设置的轮轴转动连接；其特征在于，所述制动装置包括与所述轮轴固定的壳体，所述壳体上留有供所述刹车盘伸入的缺口部，所述刹车盘两侧的所述缺口部上分别设有动来令片和静来令片，且所述刹车盘与所述动来令片、所述静来令片之间均设有间隙；
所述壳体内设置有用于驱动所述动来令片向所述静来令片方向运动的凸轮机构，所述凸轮机构与所述壳体内的PWM舵机连接；当所述动来令片和所述静来令片配合夹紧所述刹车盘时实现刹车制动。
2.如权利要求1所述的无人机电控刹车系统，其特征在于，所述凸轮机构包括转轴、凸轮和推动结构；
所述转轴转动安装在所述壳体内，所述转轴一端与所述PWM舵机的输出端连接，所述凸轮固定设置在所述转轴上，所述凸轮与所述推动结构抵触；
所述推动结构活动安装在所述壳体内，所述推动结构与所述动来令片固定连接。
3.如权利要求2所述的无人机电控刹车系统，其特征在于，所述推动结构包括与所述动来令片连接的推动块；
所述推动块上设置有用于与所述凸轮抵触的凸起，所述凸起两侧的所述推动块上分别设有第一固定座，所述第一固定座上安装有第一导向杆，所述第一导向杆与所述推动块平行设置；
所述推动块两侧的所述壳体内分别设有两个第一支撑座，两个所述第一支撑座间隔设置；每个所述第一支撑座上均设有第一限位凹槽，所述第一限位凹槽的延伸方向与所述动来令片向所述静来令片运动的方向一致，所述第一导向杆限定于所述第一限位凹槽内并可沿所述第一限位凹槽移动；
所述推动块同侧的两个所述第一支撑座之间设置有用于迫使所述推动块在非制动时复位的弹性复位件。
4.如权利要求3所述的无人机电控刹车系统，其特征在于，所述弹性复位件为复位弹簧或弧形弹片；所述复位弹簧一端与两个所述第一支撑座之间的所述壳体固定，另一端与所述第一导向杆固定；或者，
所述弧形弹片的一端与所述壳体固定，另一端活动设置于所述推动块同侧的两个所述第一支撑座之间，且所述弧形弹片的弧形凸面与所述第一导向杆抵靠。
5.如权利要求2所述的无人机电控刹车系统，其特征在于，所述PWM舵机的输出端设有外花键；所述转轴包括空心轴段，所述空心轴段的内周壁设有用于与所述外花键配合传动的内花键。
6.如权利要求2所述的无人机电控刹车系统，其特征在于，所述PWM舵机的输出端设有外花键；所述转轴包括空心轴段，所述空心轴段的周壁上间隔设有多个轴向延伸的通槽；
所述空心轴段内设置有用于与所述外花键配合传动的内花键套；所述空心轴段与所述内花键套通过一卡箍固定。
7.如权利要求2所述的无人机电控刹车系统，其特征在于，所述壳体内设置有下安装座和与所述下安装座固定的上安装座，所述下安装座和所述上安装座之间夹设有用于与所述转轴转动配合的轴承。
8.如权利要求1所述的无人机电控刹车系统，其特征在于，所述壳体为一体式壳体，所述壳体内设置有隔板，所述隔板将所述壳体的腔体分隔成两个独立腔体；
或者，所述壳体包括具有独立腔体的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体上设置支撑板，所述支撑板与所述轮轴固定；所述第一壳体和所述第二壳体的一端固定连接，另一端保持间隔形成所述缺口部；所述第一壳体朝向所述刹车盘的一侧设置有所述动来令片，所述第二壳体朝向所述刹车盘的一侧设置有所述静来令片，所述第一壳体内设置有所述凸轮机构和所述PWM舵机。
9.如权利要求1所述的无人机电控刹车系统，其特征在于，所述壳体内设置有用于调节所述静来令片与所述刹车盘之前间隙的调节结构。
10.如权利要求9所述的无人机电控刹车系统，其特征在于，所述调节结构包括与所述壳体固定的调节块和与所述静来令片固定的安装块；所述调节块上设置有调节螺栓，所述调节螺栓与所述安装块抵触；
所述安装块上间隔设置有两个第二固定座，所述第二固定座上安装有第二导向杆，所述第二导向杆与所述安装块平行设置；
所述安装块两侧的所述壳体内分别设有两个第二支撑座，两个所述第二支撑座间隔设置；每个所述第二支撑座上均设有第二限位凹槽，所述第二限位凹槽的延伸方向与所述动来令片向所述静来令片运动的方向相反，所述第二导向杆限定于所述第二限位凹槽内并可沿所述第二限位凹槽移动；所述安装块同侧的两个所述第二支撑座之间设置有弧形弹片，所述弧形弹片的与所述壳体固定，且所述弧形弹片的弧形凸面与所述第二导向杆抵靠。
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