CN111550507A - 一种无人机刹车用机电作动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无人机刹车用机电作动器，包括无刷电机；所述无刷电机的输出前端安装有丝杠螺母且无刷电机带动丝杠螺母旋转，丝杠螺母套装在丝杆上构成丝杠副，丝杆外端一体设置刹车推杆，有位置传感器安装在刹车推杆的侧面。本发明通过锥齿轮传动、展开式齿轮传动、滚珠丝杠，将无刷电机的高速旋转运动转化为刹车推杆的直线运动，并且集成了力传感器和位移传感器，能够反馈刹车力和刹车推杆的位置信号，采用了工作效率较高的齿轮传动和滚珠丝杠传动，并且将力传感器与盖板集成结构设计，从而整体能很好的满足无人机刹车系统自动化、智能化控制的需要，相对于现有技术而言重量更轻、可靠性更高。

Description

一种无人机刹车用机电作动器
技术领域
本发明涉及一种无人机刹车用机电作动器。
背景技术
目前较为常见的无人机刹车作动器为液压或气压作动器，结构复杂，维护困难，可靠性低，也有电磁式和电动式，电磁式结构较简单，但无法实现刹车力线性控制，无法实现平顺可靠刹车，电动式一般采用梯形丝杠实现刹车推杆直线运动，工作效率低，响应时间较大，传感器集成度低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种无人机刹车用机电作动器，该无人机刹车用机电作动器能有效解决现有技术电动式无人机刹车作动器普遍存在的工作效率低、响应时间较大、传感器集成度低的技术问题，满足无人机刹车系统自动化、智能化控制的需要。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种无人机刹车用机电作动器，包括无刷电机；所述无刷电机的输出前端安装有丝杠螺母且无刷电机带动丝杠螺母旋转，丝杠螺母套装在丝杆上构成丝杠副，丝杆外端一体设置刹车推杆，有位置传感器安装在刹车推杆的侧面。
所述丝杠螺母、丝杆均安装在机壳内，刹车推杆位于机壳外。
在机壳上相对于刹车推杆所在侧面的另一侧，设置安装有电连接器，电连接器安装在机壳在该处的盖板上并由侧面出线，盖板正面集成安装有力传感器，盖板正面中心有丝杆过孔。
所述力传感器为压阻式力传感器，盖板上位于力传感器的安装位置底侧沿有环形受力面。
所述无刷电机的输出端依次通过主动锥齿轮、从动锥齿轮、主动圆柱齿轮、从动圆柱齿轮实现带动丝杠螺母旋转的动力传递，主动锥齿轮、从动锥齿轮、主动圆柱齿轮、从动圆柱齿轮均安装在机壳内。
所述刹车推杆为方形柱体。
所述位置传感器由滑块、电阻片、底座组成，滑块固定于刹车推杆的侧面且滑块可在底座上滑动，底座在刹车推杆内部并固定于机壳，电阻片固定于滑块底部并和滑块形成接触配合。
所述机壳为不锈钢材质制成。
本发明的有益效果在于：通过锥齿轮传动、展开式齿轮传动、滚珠丝杠，将无刷电机的高速旋转运动转化为刹车推杆的直线运动，并且集成了力传感器和位移传感器，能够反馈刹车力和刹车推杆的位置信号，采用了工作效率较高的齿轮传动和滚珠丝杠传动，并且将力传感器与盖板集成结构设计，采用组合电阻片式直线位置传感器，大大增加了空间利用率，降低了整机重量，在整机重量不大于600g，额定功率115W时，能够提供不小于1800N的刹车力，从而整体能很好的满足无人机刹车系统自动化、智能化控制的需要，相对于现有技术而言重量更轻、可靠性更高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的正试图；
图3是图2中A-A面剖视图；
图4是图1的俯视局部剖视图；
图5是图1中电连接器的结构示意图；
图6是图1中刹车推杆的结构示意图；
图7是图1中位置传感器的结构示意图；
图8是图1的安装示意图；
图9是图8的侧视图。
图中：1-无刷电机，2-电连接器，3-定位销，4-力传感器，5-轴承支架，6-第一角接触轴承，7-从动圆柱齿轮，8-丝杠螺母，9-机壳，10-刹车推杆，11-主动锥齿轮，12-从动锥齿轮，13-主动圆柱齿轮，14-角接触轴承，15-位置传感器，151-滑块，152-电阻片，153-底座，16-丝杆，17-刹车盘，18-刹车片。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图7所示的一种无人机刹车用机电作动器，包括无刷电机1；所述无刷电机1的输出前端安装有丝杠螺母8且无刷电机1带动丝杠螺母8旋转，丝杠螺母8套装在丝杆16上构成丝杠副，丝杆16外端一体设置刹车推杆10，有位置传感器15安装在刹车推杆10的侧面。
所述丝杠螺母8、丝杆16均安装在机壳9内，刹车推杆10位于机壳9外。
在机壳9上相对于刹车推杆10所在侧面的另一侧，设置安装有电连接器2，电连接器2安装在机壳9在该处的盖板上并由侧面出线，盖板正面集成安装有力传感器4，盖板正面中心有丝杆16过孔。
所述力传感器4为压阻式力传感器，盖板上位于力传感器4的安装位置底侧沿有环形受力面。
所述无刷电机1的输出端依次通过主动锥齿轮11、从动锥齿轮12、主动圆柱齿轮13、从动圆柱齿轮7实现带动丝杠螺母8旋转的动力传递，主动锥齿轮11、从动锥齿轮12、主动圆柱齿轮13、从动圆柱齿轮7均安装在机壳9内。
所述刹车推杆10为方形柱体。
所述位置传感器15由滑块151、电阻片152、底座153组成，滑块151固定于刹车推杆10的侧面且滑块151可在底座153上滑动，底座153在刹车推杆10内部并固定于机壳9，电阻片152固定于滑块151底部并和滑块151形成接触配合。
所述机壳9为不锈钢材质制成。
由此，本发明主要通过三方面的结构设计解决现有技术电动式无人机刹车作动器普遍存在的工作效率低、响应时间较大、传感器集成度低的技术问题：
①力传感器集成化结构设计；
采用压阻式力传感器，供电电压(0～10)V DC，测力量程(0～2000)N，输出信号为电压模拟量。力传感器壳体和支撑材料为不锈钢，将力传感器与盖板集成结构设计，安装线侧面出线。根据角接触轴承外圈尺寸，在力传感器上设计环形受力面，同时环形受力面也起到角接触轴承的轴向定位固定作用，中间设计为空心结构，作为丝杆过孔。
②滚珠丝杠与刹车推杆集成设计
丝杆与刹车推杆一体化设计，位置传感器滑块安装在刹车推杆上，刹车推杆段设置为方形，与机壳上的方形孔配合，限制丝杠转动，并形成直线运动导向结构。丝杠螺母与从动圆柱齿轮同轴联动设计，丝杠螺母上设置角接触轴承安装位置，使丝杠螺母成为滚珠丝杠的驱动副。
③位置传感器结构设计
常用直线位置传感器有霍尔式、LVDT式、独立接触式、组合电阻片式，为尽量减小空间尺寸，选用组合电阻片式直线位置传感器，并根据安装空间限制进行位置传感器结构设计。电阻片和底座安装在机壳上的方孔中，位置传感器滑块安装在刹车推杆上，整机装配完成后位置传感器滑块与电阻片形成接触配合，形成组合电阻片式直线位置传感器，可以实现刹车推杆的位置信息采集。
如图8、图9所示，本发明的工作原理主要在于：
将机电作动器安装在轮毂上(安装数量可根据刹车力需要确定，一般推荐一个轮毂上安装3个)的刹车盘17上，使刹车推杆端面与刹车片18接触。当需要进行刹车时，通过电连接器控制无刷电机转动，电机驱动主动锥齿轮转动，随即从动锥齿轮转动，从动锥齿轮带动主动圆柱齿轮转动，然后从动圆柱齿轮和丝杠螺母被同时驱动旋转，丝杠螺母驱动丝杆(即刹车推杆)产生直线运动完成刹车动作。当需要解除刹车时，通过电连接器控制电机向相反的方向转动，使刹车推杆缩回，即可解除刹车。刹车或解除刹车过程中，通过力传感器和位置传感器反馈刹车力和刹车推杆位置信息的电压信号。

Claims (8)

1.一种无人机刹车用机电作动器，包括无刷电机(1)，其特征在于：所述无刷电机(1)的输出前端安装有丝杠螺母(8)且无刷电机(1)带动丝杠螺母(8)旋转，丝杠螺母(8)套装在丝杆(16)上构成丝杠副，丝杆(16)外端一体设置刹车推杆(10)，有位置传感器(15)安装在刹车推杆(10)的侧面。
2.如权利要求1所述的无人机刹车用机电作动器，其特征在于：所述丝杠螺母(8)、丝杆(16)均安装在机壳(9)内，刹车推杆(10)位于机壳(9)外。
3.如权利要求2所述的无人机刹车用机电作动器，其特征在于：在机壳(9)上相对于刹车推杆(10)所在侧面的另一侧，设置安装有电连接器(2)，电连接器(2)安装在机壳(9)在该处的盖板上并由侧面出线，盖板正面集成安装有力传感器(4)，盖板正面中心有丝杆(16)过孔。
4.如权利要求3所述的无人机刹车用机电作动器，其特征在于：所述力传感器(4)为压阻式力传感器，盖板上位于力传感器(4)的安装位置底侧沿有环形受力面。
5.如权利要求1所述的无人机刹车用机电作动器，其特征在于：所述无刷电机(1)的输出端依次通过主动锥齿轮(11)、从动锥齿轮(12)、主动圆柱齿轮(13)、从动圆柱齿轮(7)实现带动丝杠螺母(8)旋转的动力传递，主动锥齿轮(11)、从动锥齿轮(12)、主动圆柱齿轮(13)、从动圆柱齿轮(7)均安装在机壳(9)内。
6.如权利要求1所述的无人机刹车用机电作动器，其特征在于：所述刹车推杆(10)为方形柱体。
7.如权利要求1所述的无人机刹车用机电作动器，其特征在于：所述位置传感器(15)由滑块(151)、电阻片(152)、底座(153)组成，滑块(151)固定于刹车推杆(10)的侧面且滑块(151)可在底座(153)上滑动，底座(153)在刹车推杆(10)内部并固定于机壳(9)，电阻片(152)固定于滑块(151)底部并和滑块(151)形成接触配合。
8.如权利要求1所述的无人机刹车用机电作动器，其特征在于：所述机壳(9)为不锈钢材质制成。
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