CN110455122A

CN110455122A - 一种桥式供弹两轴云台机构

Info

Publication number: CN110455122A
Application number: CN201910579046.6A
Authority: CN
Inventors: 郭伟; 孙日杰; 王磊; 安蔚瑾; 秦国选; 董翌桥
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2019-11-15

Abstract

本发明公开了一种桥式供弹两轴云台机构，云台机构包括：弹丸发射器、弹仓及拨弹器，所述弹丸发射器设置在P轴固定底板的前上方，P轴固定底板的下方设置有主控制器安置箱及配重箱；移动平台顶板上表面放置弹仓及拨弹器、Yaw轴传动机构；弹仓及拨弹器位于Yaw轴传动机构转动中心的左侧，其弹仓壳体上的拨弹输出口通过直通管与Yaw轴传动机构中的L型输弹弯道III型连接。本发明通过对发射机构进行设计，来解决局限性所产生的缺点，提高发射机构的精度、稳定性、以及可靠性。

Description

一种桥式供弹两轴云台机构

技术领域

本发明涉及机器人机械领域，尤其涉及一种桥式输送供弹的两轴云台机构。

背景技术

一个完整的发射机构通常包括：弹仓、拨弹机构、输弹通道、以及发射器等部分。发射机构通常安装在具有运动能力的移动平台上(两轮差速、四轮驱动、全向运动、以及足式等移动平台)。为了保证发射机构在跟随移动平台运动过程中能够稳定迅速的对准目标，调整提前量，通常将发射机构置于具有多自由度的云台之上，然后将云台连接在移动平台上。

常见的云台发射机构的主要原理为：云台具有两个自由度，由两个电机以及U型架组成，一台电机(称之为Yaw轴电机)的输出轴置于U型架的底部，垂直放置并与其固连；另一台电机(称之为Pitch轴电机)的输出轴置于U型架的一侧边，水平放置并与其固连。发射机构中的弹仓(BB弹药箱)、拨弹机构、输弹通道、发射器这四部分全部与U型架铰链连接并与Pitch轴电机输出轴固连。发射器由两个相反转动的摩擦轮、枪管、枪体、支撑碳板组成，且位于弹仓的下方并与其固连，一同跟随Pitch轴电机输出轴转动。Yaw轴电机位于云台U型架的下方中央，带动整个云台沿着垂直轴转动。弹仓内放置拨弹机构，推送弹丸直接进入发射器中。这种发射机构并没有单独的输弹通道，弹仓与发射器直接相连。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

1、弹仓位于云台Pitch轴上方左侧，弹仓及弹丸的所有重量由云台Pitch轴承担，对Pitch轴产生极大附加力矩，Pitch轴静不平衡，为了维持Pitch轴的静平衡，P轴云台电机需要提供连续的长时间转矩，给P轴云台电机带来极大的运行负荷和损耗；

2、发射器的中心轴线不与Pitch轴中心重合，对目标瞄准精度差，弹道不稳定、且位置解算复杂；

3、云台“头重脚轻”，在移动平台加速、急停状态下，云台出现抖动，自稳系统无法有效纠正，不稳定；

4、弹仓内的拨弹机构所产生的振动也会直接传递到云台Pitch轴上，使发射器在一次发射之后，枪口抖动，再次发射精度变差。

发明内容

本发明提供了一种桥式供弹两轴云台机构，本发明通过对发射机构进行设计，来解决局限性所产生的缺点，提高发射机构的精度、稳定性、以及可靠性，详见下文描述：

一种桥式供弹两轴云台机构，云台机构包括：弹丸发射器、弹仓及拨弹器，所述弹丸发射器设置在P轴固定底板的前上方，P轴固定底板的下方设置有主控制器安置箱及配重箱；

移动平台顶板上表面放置弹仓及拨弹器、Yaw轴传动机构；弹仓及拨弹器位于Yaw轴传动机构转动中心的左侧，其弹仓壳体上的拨弹输出口通过直通管与Yaw轴传动机构中的L型输弹弯道III型连接。

其中，所述Yaw轴传动机构的Yaw轴云台电机位于Yaw传动通弹轴的一侧，与弹仓及拨弹器垂直；所述Yaw轴云台电机由铝柱和电机支撑板支撑在移动平台顶板之上，电机带轮下端与Yaw限位挡板固连；L型输弹弯道III型通过T型底板和铝柱安置于移动平台顶板和从动带轮之上，且L型输弹弯道III型的中心与从动带轮的轴线重合，T型底板开有Y轴紧固轮滑道。

进一步地，所述弹丸发射器位于P轴固定底板的内侧，包括：枪管、枪体、以及摩擦轮电机；枪体固定在P轴固定底板内侧面，枪体末端与L型输弹弯道II型连接，顶端与枪管连接；摩擦轮电机分别位于枪体两侧，与P轴固定底板内侧面连接。

其中，所述枪体末端开有两个2.5mm的通孔，其间放置橡皮筋；P轴固定底板的材质为碳板；L型输弹弯道II型的材质为PLA，内置5个小轴承，沿中间外弧线均匀放置。

本发明所提供的技术方案，使用17mm的圆形弹丸，云台仍是具有两自由度的两轴云台，但其独特性在于：

1、本发明使用桥式通道布局，球形弹丸从弹仓的拨弹机构出发，沿着输弹通道依次穿过云台的Yaw轴转动中心和Pitch轴转动中心，进入发射器内。其走过的路线像穿过一座桥梁一样，从云台U型架内侧、云台U型架的底部(即Yaw轴转动中心处)，通过三个弯型输送通道，走过一条近似U型轨迹，从云台U型架外侧边、Pitch轴转动中心处，又回到了云台U型架内侧；

2、本发明采用桥式通道的布局使得弹仓与发射器分离，弹仓置于移动平台顶板上，云台Pitch轴末端仅放置发射器；为了平衡Pitch轴的一部分转矩，在Pitch轴上，发射器另外一端放置电控主控箱，主控箱内设置有控制器及传感器；

3、本发明在Yaw传动通弹轴内设置有球形弹丸可以通过的通孔，其Yaw转轴直径大，Yaw转向机构稳定，该布局可避免由弹仓及拨弹器所产生的振动对pitch轴上发射器的影响，避免在pitch轴上的附加力矩，提高发射器的稳定能力；

4、本发明的结构紧凑、拨弹器对桥式通道中形成的弹链末端的弹丸，仍有足够的推动力，使其推入发射器中；

5、本发明在枪体上开有两个小孔，可穿入橡皮筋来提供一定的阻力，使其在云台枪管下垂时，阻止弹丸因自然重力而下落，同时，又能保证拨弹器顺利推动弹丸进入发射器中。

附图说明

图1是一种桥式供弹两轴云台机构主视图；

图2是一种桥式供弹两轴云台机构侧视图；

图3是一种桥式供弹两轴云台机构后视图；

图4是一种桥式供弹两轴云台机构俯视图；

图5是Yaw转向组件的结构示意图；

图6是一种桥式供弹两轴云台机构的三维视图；

图7是桥式倾角输弹通道。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1.x、弹丸发射器； 2.x、云台U型架；

3.x、Pitch轴传动机构； 4.x、Yaw轴传动机构；

5.x、桥式通道机构； 12.x、Yaw轴；

1.1、枪管； 1.2、枪体；

1.3、摩擦轮电机； 2.1、U型架非电机侧板；

2.2、U型架底板； 2.3、U型架电机侧板；

3.1、P轴云台电机； 3.2、P轴主动带轮；

3.3、P轴张紧轮； 3.4、P轴带轮传动轴；

3.5、P轴L型底板连接架； 3.6、P轴从动带轮；

3.7、Pitch轴限位挡板； 3.8、Pitch轴限位挡块；

4.1、Yaw轴云台电机； 4.2、带轮传动链；

4.3、Yaw转向组件； 4.4、L型输弹弯道III型；

4.5、T型底板； 4.6、电机支撑板支撑；

4.7、Y轴张紧轮； 5.1、L型输弹弯道I型；

5.2、直通管； 5.3、桥式倾角输弹通道；

5.4、Pitch转向组件； 5.5、L型输弹弯道II型；

6、弹仓及拨弹器；

7、主控制器安置箱及配重箱； 8、摄像头安置架；

9、P轴固定底板； 10、移动平台顶板；

11.1、Yaw传动通弹轴； 11.2、深沟球轴承；

11.3、推力滚子轴承； 11.4、转向架；

12.1、Y主动带轮； 12.2、Y轴张紧轮；

12.3、Y从动带轮； 13、Pitch轴限位挡板；

14、Pitch限位挡块； 15.1、拨弹挡板；

15.2、十拨片； 15.3、拨弹轴；

15.4、弹仓壳体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一种桥式供弹两轴云台机构，参见图1-图5，该云台机构包括：弹丸发射器1.x(包括：枪管1.1、枪体1.2、以及摩擦轮电机1.3)、云台U型架2.x(包括：U型架非电机侧板2.1、U型架底板2.2、U型架电机侧板2.3)、Pitch轴传动机构3.x(包括：P轴云台电机3.1、P轴主动带轮3.2、P轴张紧轮3.3、P轴带轮传动轴3.4、P轴L型底板连接架3.5、P轴从动带轮3.6、Pitch轴限位挡板3.7、Pitch轴限位挡块3.8)、Yaw轴传动机构4.x(包括：Yaw轴云台电机4.1、带轮传动链4.2、Yaw转向组件4.3、L型输弹弯道III型4.4、T型底板4.5、电机支撑板支撑4.6、以及Y轴张紧轮4.7)、桥式通道机构5.x(包括：L型输弹弯道I型5.1、直通管5.2、桥式倾角输弹通道5.3、Pitch转向组件5.4、L型输弹弯道II型5.5)、弹仓及拨弹器6(包括：拨弹挡板15.1、十拨片15.2、拨弹轴15.3、弹仓壳体15.4)、主控制器安置箱及配重箱7、摄像头安置架8。

桥式供弹两轴云台机构的连接及位置关系如图1和2所示，具体如下：移动平台顶板10固定在移动平台的上方，移动平台顶板10上表面放置弹仓及拨弹器6、Yaw轴传动机构4.x。弹仓及拨弹器6位于Yaw轴传动机构4.x转动中心的左侧，其弹仓壳体15.4上的拨弹输出口通过直通管5.2与Yaw轴传动机构4.x中的L型输弹弯道III型4.4连接。L型输弹弯道III型4.4与T型底板4.5的上表面连接，T型底板4.5开有18mm通孔，球形弹丸可从L型输弹弯道III型4.4进入位于T型底板4.5下方的Yaw转向组件4.3转动中心通孔中。移动平台顶板10下表面放置云台U型架2.x、Pitch轴传动机构3.x、弹丸发射器1.x、桥式通道机构5.x、主控制器安置箱及配重箱7、摄像头安置架8。U型架非电机侧板2.1、U型架电机侧板2.3分别与U型架底板2.2两侧边连接，组成云台支撑架2.x，其中的U型架底板2.2上表面与Yaw转向组件4.3下端连接，U型架底板2.2中间开有18mm通孔，其下表面与桥式通道机构5.x中的L型输弹弯道I型5.1连接，球形弹丸可从Yaw转向组件4.3转动中心通孔滑入L型输弹弯道I型5.1的通道中。Pitch轴传动机构3.x(除P轴云台电机3.1、P轴L型底板连接架3.5外)位于U型架电机侧板2.3的外侧，P轴云台电机3.1位于侧板内侧且与侧板外侧的Y主动带轮12.1固连，位于侧板外侧的Y从动轮12.3与P轴带轮传动轴3.4固连，P轴带轮传动轴3.4右与位于侧板内侧的P轴L型底板连接架3.5固连，进而将动力传递到P轴固定底板9中。U型架非电机侧板2.1外侧放置桥式倾角输弹通道5.3，桥式倾角输弹通道5.3的一端通过直通管5.2与L型输弹弯道I型5.1连接；另一端与Pitch转向组件5.4连接。Pitch转向组件5.4穿过U型架非电机侧板2.1，并通过直通管5.2与L型输弹弯道II型5.5连接。球形弹丸可从L型输弹弯道I型5.1的通道中沿着直通管5.2，通过桥式倾角输弹通道5.3，穿过Pitch转向组件5.4，进入L型输弹弯道II型5.5通道中，然后进入弹丸发射器1.x中，等待发射。

其中，参见图1，弹丸发射器1.x位于P轴固定底板9的内侧(面向云台U型架2.x侧)，包括：枪管1.1、枪体1.2、以及摩擦轮电机1.3；枪体与固定在P轴固定底板9内侧面，枪体1.2末端与L型输弹弯道II型5.5连接，顶端与枪管1.1连接；摩擦轮电机1.3分别位于枪体两侧，与P轴固定底板9内侧面连接；

对弹丸发射器1.x的进一步改进：枪体1.2末端开有两个2.5mm的通孔，其间放置橡皮筋；P轴固定底板9的材质为碳板；L型输弹弯道II型5.5的材质为PLA，内置5个小轴承，沿中间外弧线均匀放置；

其中，参见图2，主控制器安置箱及配重箱7位于P轴固定底板9外侧面(非面向云台U型架的一面)，配重箱位于主控制箱内。

Pitch轴传动链包括：P轴主动带轮3.2、P轴张紧轮3.3、P轴带轮传动轴3.4、P轴从动带轮3.6、Pitch轴限位挡板3.7、Pitch轴限位挡块3.8，其中。其布局参见图2，P轴主动带轮3.2位于U型架电机侧板2.3接近U型架底板2.2的位置，与P轴从动带轮3.6之间用同步带连接，同步带的张紧使用P轴张紧轮3.3来调节；P轴从动带轮3.6和Pitch轴限位挡板3.7安装在P轴带轮传动轴3.4上，且Pitch轴限位挡板3.7位于P轴从动带轮3.6和P轴固定底板9之间；P轴带轮传动轴3.4的带轮一端使用D型径向约束，使用3mm顶丝穿过带轮圆柱面中部顶住P轴带轮传动轴3.4，轴向固定；；P轴带轮传动轴3.4的另外一端穿过轴承与P轴L型底板连接架3.5相连。

对上述技术方案的进一步改进：Pitch轴传动机构3.x，安装有Pitch轴限位挡板3.7，与P轴带轮传动轴3.4固连；U型架电机侧板2.3的材质为碳板，其上设置有Pitch限位挡块3.8，位于Pitch轴限位挡板3.7的运动轨迹内，Pitch轴限制转动角度为120°；P轴张紧轮3.3包括：小径深沟球轴承、张紧上合盖、张紧下合盖，铝柱、紧固螺栓，张紧上、下合盖内嵌铝柱，中间夹住小径深沟球轴承，用紧固螺栓加垫圈固定在U型架电机侧板2.3上。

Yaw轴传动机构4.x包括：Yaw轴云台电机4.1、带轮传动链4.2、Yaw转向组件4.3、L型输弹弯道III型4.4、T型底板4.5、电机支撑板支撑4.6、Y轴张紧轮4.7，Yaw转向组件4.3位于移动平台顶板10上方，Yaw转向组件4.3包括：转向架11.4、深沟球轴承11.2、推力滚子轴承11.3、Yaw传动通弹轴11.1；带轮传动链4.2，包括：Y主动带轮12.1、Y轴张紧轮12.2、Y从动带轮12.3和同步带。

对Yaw轴传动机构4.x技术方案的进一步改进，参见图5：Yaw轴传动机构4.x的Yaw轴云台电机4.1位于Yaw传动通弹轴11.1的一侧，与弹仓及拨弹器6垂直；Yaw轴云台电机4.1由铝柱和电机支撑板4.6支撑在移动平台顶板10之上，电机带轮下端与Yaw限位挡板13固连，在移动平台顶板10上Yaw限位挡板运动轨迹内开设通孔，在需要限位的角度上安置Yaw限位块14；Yaw转动通弹轴11.1上安放深沟球轴承11.2、推力滚子轴承11.3和Y从动带轮12.3，深沟球轴承的外圈与保持架11.4相连，且从动带轮与Yaw转动通弹轴11.1的一端用4mm顶丝固连；L型输弹弯道III型4.4通过T型底板4.5和铝柱安置于移动平台顶板10和从动带轮之上，且L型输弹弯道III型4.4的中心与从动带轮的轴线重合，T型底板4.5开有Y轴紧固轮滑道；Yaw传动通弹轴11.1中间开有18mm的通孔。

对上述技术方案的进一步改进：桥式倾角输弹通道5.3如图7所示，桥式倾角输弹通道5.3一端为直角弯，内置6个小径轴承，沿水平外弧线均匀放置，夹角15°；桥式倾角输弹通道5.3另一端为60°倾角弯，内置4个小径轴承，沿水平外弧线均匀放置；球型弹丸从倾角进入，沿着桥式倾角通道，从直角处出，小径轴承可保证球型弹丸在桥式倾角输弹通道5.3内流动顺利，摩擦力小；其60度弯倾角可保证拨弹器对球型弹丸的挤压在桥式倾角输弹通道5.3的直角处，仍具有足够的挤压力，用来推动弹药进入发射器；桥式倾角输弹通道5.3的直角一端，其中心与Pitch转动轴线重合；

对上述技术方案的进一步改进：L型输弹弯道I型5.1为30°弧，内置4个小径轴承，沿水平外弧线放置，L型输弹弯道I型5.1材质为PLA；L型输弹弯道I型5.1非倾角一端，与Yaw传动通弹轴11.1的下端固连。

桥式通道机构5.x，其球形弹丸均从Yaw轴和Pitch轴的转动轴线通过。具体路径为：从拨弹器出发，经过L型输弹弯道III型4.4，沿着Yaw传动通弹轴11.1的内孔通道，经过L型输弹弯道I型5.1，直通管5.2，以倾角30度进入桥式倾角输弹通道5.3。然后从桥式倾角输弹通道5.3，经过L型输弹弯道II型5.5进入发射器1.x中。

参见图4，弹仓及拨弹器6中的弹仓壳体15.4内放置拨弹器，拨弹器位于弹仓壳体15.4底部。弹仓壳体15.4下方使用20mm的铜柱支撑在移动平台顶板10的上方。拨弹器由拨弹挡板15.1、十拨片15.2、拨弹轴15.3以及拨弹电机组成

对弹仓及拨弹器6的进一步改进：弹仓壳体15.4使用PLA材料，3D打印成型。十拨片15.2有10个拨弹扇叶，拨弹器转动一圈，可将10个球形弹丸送入输弹弯道中。

对主控制器安置箱及配重箱7的进一步改进：参见图2和3，主控制器安置箱及配重箱7由绕着P轴固定底板9外围一圈而成的钣金件以及由亚克力板和铰链叶片连接的箱体顶板组成。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种桥式供弹两轴云台机构，云台机构包括：弹丸发射器、弹仓及拨弹器，其特征在于，所述弹丸发射器设置在P轴固定底板的前上方，P轴固定底板的下方设置有主控制器安置箱及配重箱；

2.根据权利要求1所述的一种桥式供弹两轴云台机构，其特征在于，

所述Yaw轴传动机构的Yaw轴云台电机位于Yaw传动通弹轴的一侧，与弹仓及拨弹器平面垂直；

所述Yaw轴云台电机由铝柱和电机支撑板支撑在移动平台顶板之上，电机带轮下端与Yaw限位挡板固连；

L型输弹弯道III型通过T型底板和铝柱安置于移动平台顶板和从动带轮之上，且L型输弹弯道III型的中心与从动带轮的轴线重合，T型底板开有Y轴紧固轮滑道。

3.根据权利要求1所述的一种桥式供弹两轴云台机构，其特征在于，所述弹丸发射器位于P轴固定底板的内侧，包括：枪管、枪体、以及摩擦轮电机；枪体固定在P轴固定底板内侧面，枪体末端与L型输弹弯道II型连接，顶端与枪管连接；摩擦轮电机分别位于枪体两侧，与P轴固定底板内侧面连接；L型输弹弯道I型固定在U型架底板下方，U型架底板固定在Yaw轴转动机构一侧，另一侧固定在固定在移动平台顶板，中间开有通孔；L型输弹弯道I型通过直通管与L型输弹弯道III型连接，形成输弹通道；桥式倾角输弹通道位于U型架非电机侧板外侧，L型输弹弯道I型通过倾斜的直通管与桥式倾角输弹通道倾斜一侧连接，形成输弹通道；桥式倾角输弹通道另一侧通过直通管与L型输弹弯道II型连接，形成输弹通道。

4.根据权利要求3所述的一种桥式供弹两轴云台机构，其特征在于，

所述枪体末端开有两个2.5mm的通孔，其间放置橡皮筋；P轴固定底板的材质为碳板；L型输弹弯道II型的材质为PLA，内置5个小轴承，沿中间外弧线均匀放置。