CN114655433A - 一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置，包括驱动模块、变距模块，所述驱动模块的本体为2SPS+RPS+PS机构，包括机座、不旋转环以及连接机座和不旋转环的三个驱动分支、一个约束分支，其中三个驱动分支包括RPS驱动分支和两个结构相同的SPS驱动分支，驱动分支中的移动副为主动驱动副，RPS驱动分支中的转动副轴线平行于两个SPS驱动分支与机座相连节点的连线；变距模块包括旋转环、桨毂、旋翼主轴以及连接旋转环和旋翼主轴的RRS扭力臂分支、连接桨毂和旋转环的三个结构相同的RSS变距拉杆分支，扭力臂分支中的转动副轴线平行，变距拉杆分支中的转动副轴线指向桨毂中心。本发明无传统防扭力臂分支、结构简单，整体操纵稳定性强。

Description

一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置

技术领域

本发明涉及无人直升机技术领域，具体地涉及一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置。

背景技术

无人直升机的操纵原理和有人直升机相似，通过旋翼变距操纵装置改变无人直升机旋翼气动力的大小和方向，使无人直升机完成悬停、升降、前后、左右、俯仰、翻滚等飞行操纵。旋翼变距操纵装置作为空间多闭环连杆机构，是典型的多输入多输出系统，其结构特点和操纵性能直接影响到无人直升机的飞行品质，因此引起了工业界和学术界的关注。中国专利CN 201310559497.6发明的一种共轴直升机旋翼机构通过对称性设计以期提高旋翼操纵稳定性、中国专利CN 202110217360.7发明的一种无人直升机自动倾斜器通过对球铰结构的改进以期提高使用寿命，但其驱动模块均采用传统3SPS+RRS+PS构型，中国专利CN201822258471.9公开了一种驱动模块本体为3RSS+RRS+PU构型的直升机主旋翼系统，通过改善倾斜盘组件以期提高寿命和稳定性，上述专利均都保留了RRS防扭力臂分支，为了简化结构，中国专利CN 200810219087.6发明的一种单旋翼直升飞机旋翼机构，其驱动模块中的防扭力臂分支用定向轨道替代；中国专利CN 202110307884.5公开的一种无人直升机，将三个舵机拉杆穿过带有凹槽的三角形支撑板，以此实现防扭力臂的功能；中国专利CN201610587519.3发明的一种直升机旋摆翼4PSS+SP型并联多驱动装置，通过4PSS+SP并联机构实现旋翼主轴的伸缩和摆动，其结构简单紧凑，无防扭力臂分支。

综上所述，虽然上述旋翼操纵装置各有特色和优点，但仍然存在以下问题：构型比较少、结构复杂不紧凑、操纵稳定性差、不便于维护。

发明内容

本发明为克服上述背景技术中的不足，提出了一种结构简单紧凑、操纵稳定性强、便于维护的一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置。

本发明提供一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置，包括驱动模块以及变距模块，

所述驱动模块为2SPS+RPS+PS机构，所述驱动模块包括机座和不旋转环，所述机座和不旋转环之间借助于三个驱动分支以及一个约束分支进行连接，其中三个驱动分支包括一个RPS驱动分支和两个结构相同的SPS驱动分支；所述两个结构相同的SPS驱动分支和RPS驱动分支的两端分别与所述机座和所述不旋转环相连的端点呈圆周状均匀分布；所述SPS驱动分支自机座到不旋转环的运动副依次包括第一球铰、第一移动副和第二球铰；所述RPS驱动分支自机座到不旋转环的运动副依次包括第一转动副、第三移动副和第五球铰，其中第一转动副的转动轴线平行于两个结构相同的SPS驱动分支与机座相连节点的连线；所述约束分支为PS约束分支，所述PS约束分支自机座到不旋转环的运动副依次包括第四移动副以及球铰轴承，其中第四移动副由球铰轴承沿旋翼主轴上下移动形成；

所述变距模块包括旋转环、桨毂以及旋翼主轴，所述旋转环和旋翼主轴借助于RRS扭力臂分支连接，所述桨毂和旋转环之间借助于三个结构相同的RSS变距拉杆分支连接；所述RRS扭力臂分支自旋翼主轴到旋转环的运动副依次包括第三转动副、第二转动副和第六球铰，扭力臂分支中第二转动副和第三转动副的轴线平行；所述三个结构相同的RSS变距拉杆分支的两端分别与桨毂和旋转环相连的端点呈圆周状均匀分布，自桨毂到旋转环的运动副依次包括第四转动副、第八球铰和第七球铰，所述变距拉杆的两端分别连接第八球铰和第七球铰，所述变距摇臂的两端分别连接第八球铰和第四转动副。

优选地，所述驱动分支中的移动副为主动驱动副；所述驱动模块中的不旋转环和变距模块中的旋转环由滚动轴承铰接；旋翼主轴初始端和主轴电机相连，中间穿过不旋转环和旋转环，末端和变距模块的桨毂相连。

优选地，所述第四转动副为变距铰。

优选地，所述第四转动副的轴线指向桨毂中心。

优选地，桨叶通过第四转动副与桨毂相连。

使用时，通过调整三个主动驱动副，能够改变不旋转环和旋转环的位姿，并带动变距拉杆分支实现总距操纵和周期变距操纵。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明的驱动模块机械本体采用少分支2SPS+RPS+PS机构，其中RPS分支集驱动和防扭功能于一体，由于无传统RRS防扭力臂分支，在实现相同功能的前提下简化了驱动模块的结构，减少了活动构件和制造成本；

(2)本发明的整体操纵装置结构简单紧凑，并且机构的整体构型比较简单、实用性强且易于维护。

(3)本发明机构的操纵稳定性好，可用于小型无人直升机的旋翼变距操纵，操作过程稳定准确。

附图说明

图1是本发明的一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置结构示意图；

图2是本发明的无人直升机主旋翼操纵装置的驱动模块结构示意图；

图3是本发明驱动模块中的SPS分支结构示意图；

图4是本发明驱动模块中的RPS分支结构示意图。

其中部分附图标记如下：

1-SPS驱动分支；2-SPS驱动分支；3-RPS驱动分支；4-PS约束分支；5-RRS扭力臂分支；6-RSS变距拉杆分支；61-变距拉杆；62-变距摇臂；7-RSS变距拉杆分支；8-RSS变距拉杆分支；9-机座；10-不旋转环；11-旋转环；12-桨毂；13-旋翼主轴；14-桨叶；15-滚动轴承；16-球铰轴承；17-主轴电机。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

具体地，本发明提供一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置，包括驱动模块以及变距模块。

在本发明中，驱动模块机械本体为2SPS+RPS+PS机构，其包括机座9、不旋转环10(也可以称作不动环)以及连接机座9和不旋转环10的SPS驱动分支1、SPS驱动分支2、RPS驱动分支3和PS约束分支4，其中SPS驱动分支1和SPS驱动分支2的结构相同。上述结构相同的SPS驱动分支1和SPS驱动分支2以及RPS驱动分支3的两端分别与机座9和不旋转环10相连的节点呈圆周均匀分布。其采用少分支的2SPS+RPS+PS机构，RPS分支集驱动和防扭功能于一体，由于无传统RRS防扭力臂分支，在实现相同功能的前提下简化了驱动模块的结构，减少了活动构件和制造成本。

其中，上述SPS驱动分支1和SPS驱动分支2自机座9到不旋转环10的运动副依次为：第一球铰S1、第一移动副P1和第二球铰S2。上述RPS驱动分支3自机座9到不旋转环10的运动副依次为：第一转动副R1、第三移动副P3和第五球铰S5，其中，第一转动副R1的转动轴线平行于SPS驱动分支1与SPS驱动分支2和机座9相连节点的连线。上述PS约束分支4自机座9到不旋转环10的运动副依次为：第四移动副P4和球铰轴承16，其中，第四移动副P4由球铰轴承16沿旋翼主轴13的上下移动，其轴线和旋翼主轴13轴线重合。

上述变距模块包括旋转环11、桨毂12、旋翼主轴13和主轴电机17，旋转环11和旋翼主轴13借助于RRS扭力臂分支5连接、旋转环11和桨毂12借助于三个结构相同的RSS变距拉杆分支6、RSS变距拉杆分支7和RSS变距拉杆分支8连接。上述RRS扭力臂分支5自旋翼主轴13到旋转环11的运动副依次为第三转动副R3、第二转动副R2和第六球铰S6，其中第三转动副R3和第二转动副R2轴线平行。上述三个结构相同的RSS变距拉杆分支6、RSS变距拉杆分支7、RSS变距拉杆分支8两端分别与桨毂12和旋转环11相连的节点呈圆周均匀分布，RSS变距拉杆分支6自桨毂12到旋转环11的运动副依次为第四转动副(变距铰)R4、第八球铰S8和第七球铰S7，变距拉杆61两端分别连接第八球铰S8和第七球铰S7，变距摇臂62两端分别连接第八球铰S8和第四转动副(变距铰)R4，第四转动副R4的轴线指向桨毂12中心。

上述驱动分支中的移动副为主动驱动副。上述驱动模块中的不旋转环10和变距模块中的旋转环11由滚动轴承15铰接。旋翼主轴13初始端和主轴电机17相连、中间穿过不旋转环10和旋转环11、末端和桨毂12相连。桨叶14通过第四转动副(变距铰)R4与桨毂12相连。

以下结合实施例对本发明一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置做进一步描述：

为了体现本发明变距操纵装置的变距操纵方法，使用时，将驱动模块中的SPS驱动分支1、SPS驱动分支2、RPS驱动分支3中的移动副作为主动驱动副，通过调整三个主动驱动副，可改变不旋转环和旋转环的位姿，并带动变距拉杆分支实现总距操纵和周期变距操纵。下面简要说明总距操纵和周期变距操纵的运动传递过程：

当三个驱动分支的驱动输入一致时，不旋转环10和旋转环11同时上升或下降，通过变距拉杆61和变距摇臂62改变第四转动副(变距铰)R4的大小，实现总距操纵，旋翼主轴13在主轴电机17驱动下可使无人直升机向上或向下运动；

当SPS驱动分支1和SPS驱动分支2的驱动方向相反，RPS驱动分支3的驱动无输入时，不旋转环10和旋转环11向横向发生左右倾斜，通过变距拉杆61和变距摇臂62改变第四转动副(变距铰)R4的大小，实现横向周期变距操纵，旋翼主轴13在主轴电机17驱动下可使无人直升机向左或向右运动；

当SPS驱动分支1和SPS驱动分支2的驱动无输入，RPS驱动分支3的驱动有输入时，不旋转环10和旋转环11向纵向发生前后倾斜，通过变距拉杆61和变距摇臂62改变第四转动副(变距铰)R4的大小，实现纵向周期变距操纵，旋翼主轴13在主轴电机17驱动下可使无人直升机向前或向后运动。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置，其特征在于：包括驱动模块以及变距模块，

所述驱动模块为2SPS+RPS+PS机构，所述驱动模块包括机座和不旋转环，所述机座和不旋转环之间借助于三个驱动分支以及一个约束分支进行连接，其中三个驱动分支包括一个RPS驱动分支和两个结构相同的SPS驱动分支；所述两个结构相同的SPS驱动分支和RPS驱动分支的两端分别与所述机座和所述不旋转环相连的端点呈圆周状均匀分布；所述SPS驱动分支自机座到不旋转环的运动副依次包括第一球铰、第一移动副和第二球铰；所述RPS驱动分支自机座到不旋转环的运动副依次包括第一转动副、第三移动副和第五球铰，其中第一转动副的转动轴线平行于两个结构相同的SPS驱动分支与机座相连节点的连线；所述约束分支为PS约束分支，所述PS约束分支自机座到不旋转环的运动副依次包括第四移动副以及球铰轴承，其中第四移动副由球铰轴承沿旋翼主轴上下移动形成；

所述变距模块包括旋转环、桨毂以及旋翼主轴，所述旋转环和旋翼主轴借助于RRS扭力臂分支连接，所述桨毂和旋转环之间借助于三个结构相同的RSS变距拉杆分支连接；所述RRS扭力臂分支自旋翼主轴到旋转环的运动副依次包括第三转动副、第二转动副和第六球铰，扭力臂分支中第二转动副和第三转动副的轴线平行；所述三个结构相同的RSS变距拉杆分支的两端分别与桨毂和旋转环相连的端点呈圆周状均匀分布，自桨毂到旋转环的运动副依次包括第四转动副、第八球铰和第七球铰，所述变距拉杆的两端分别连接第八球铰和第七球铰，所述变距摇臂的两端分别连接第八球铰和第四转动副。

2.根据权利要求1所述的一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置，其特征在于：所述驱动分支中的移动副为主动驱动副；所述驱动模块中的不旋转环和变距模块中的旋转环由滚动轴承铰接；旋翼主轴初始端和主轴电机相连，中间穿过不旋转环和旋转环，末端和变距模块的桨毂相连。

3.根据权利要求1所述的一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置，其特征在于：所述第四转动副为变距铰。

4.根据权利要求3所述的一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置，其特征在于：所述第四转动副的轴线指向桨毂中心。

5.根据权利要求3所述的一种采用少分支驱动模块的无人直升机主旋翼操纵装置，其特征在于：桨叶通过第四转动副与桨毂相连。

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