CN210191805U - 一种无人机旋翼变距控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机旋翼变距控制系统，属于无人机旋翼控制技术领域，解决现有变距机构及控制系统上存在的结构复杂、可靠性差以及误差大的问题，其包括无人机旋翼变距机构和电子模块，所述无人机旋翼变距机构包括桨夹、桨毂、双连杆、伺服器、固定座、主旋翼轴、伺服器摇臂和转环；所述桨夹与桨毂构成上层旋翼系统,所述伺服器通过固定座固定在主旋翼轴上，所述伺服器上安装有伺服器摇臂，所述伺服器摇臂通过双连杆与旋翼系统的桨夹相连，转环的上圈设有控制线与伺服器连接，转环的下圈设有控制线与飞机的飞行控制系统连接；去掉自动倾斜盘结构、连杆及强制同步防扭机构，伺服器通过连杆直接控制旋翼系统，可以做到免维护，可靠性极高。

Description

一种无人机旋翼变距控制系统

技术领域

本发明涉及无人机旋翼控制技术领域，此技术可用于单旋翼无人直升机、共轴式无人直升机、纵列双桨、垂直起降等无人机领域，具体是涉及一种无人机旋翼变距控制系统。

背景技术

传统的无人直升机变距系统由旋翼、伺服器、自动倾斜盘、连杆及强制同步防扭机构组成。旋翼系统通过一级连杆与自动倾斜盘相连，自动倾斜盘通过二级连杆与伺服器相连，强制同步防扭机构一端固定在旋翼主轴上，另一端通过关节轴承与自动倾斜盘相连。其控制原理是：当旋翼转动时，伺服器通过连二级杆带动自动倾斜盘升降和在平面内任意方向倾转，自动倾斜盘通过一级连杆带动旋翼系统周期性改变螺距(周期变距)，以实现飞行中的各个姿态控制。

如上所述传统的变距控制方式在应用过程中存在很多不足之处，主要表现在以下几个方面：1.由于额外增加自动倾斜盘结构、连杆及强制同步防扭机构，使得结构复杂繁琐，制造成本高；2.机构与机构之间存在多重叠加，控制不灵活，机构迟滞现象严重；3.由于多重机构叠加造成控制末端(执行元件)累积误差大，控制不精准；4.易损件较多，因旋转轴承及关节轴承在实际作业中非常容易磨损，所以整套机构需经常定期检查更换，可靠性差。

为此，本发明通用控制方法是在桨根处用铰链、拉杆等传动机构转换到倾斜盘处，再根据倾斜盘的倾斜平面，旋翼实现周期性的控制变化。除此还需要相位装置保持倾斜盘与铰链的协调。再需要将倾斜盘与铰链进行同步。桨根处铰链装置为“变距铰”，也称作“轴向铰”。

整体控制为通过多舵机控制倾斜盘倾斜，有相位臂保持倾斜盘不旋转。再通过连杆将力传递到桨夹根部进行控制旋翼改变螺距达到控制。通过铰链的控制控制可以完成旋翼飞机的上升、下降、前后飞行以及滚转控制。

发明内容

本发明是针对传统变距机构不足提出的一种全新旋翼控制系统，解决现有变距机构及控制系统上存在的结构复杂、可靠性差以及误差大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无人机旋翼变距控制系统，包括无人机旋翼变距机构和电子控制模块，无人机旋翼变距机构通过电子控制模块进行控制，所述无人机旋翼变距机构包括桨夹、桨毂、双连杆、伺服器、固定座、主旋翼轴、伺服器摇臂和转环；所述桨夹与桨毂构成上层旋翼系统,所述伺服器通过固定座固定在主旋翼轴上，所述伺服器上安装有伺服器摇臂，所述伺服器摇臂通过双连杆与旋翼系统的桨夹相连，所述转环套在主旋翼轴上，转环的上圈设有控制线与伺服器连接，转环的下圈同样设有控制线与飞机的飞行控制系统连接。

作为本发明进一步的方案，所述桨夹固定于桨毂上，桨夹的数量为两个且对称分布于桨毂的两侧。

作为本发明进一步的方案，所述桨夹用于无人机旋翼的桨叶装配，桨叶通过螺栓装配于桨夹上。

作为本发明进一步的方案，所述桨毂固定在主旋翼轴顶部。

作为本发明进一步的方案，所述电子控制模块包括连续位置检测模块、伺服器控制模块、电源与信号传输装置、变距控制器和传动控制器。

作为本发明进一步的方案，所述连续位置检测模块在主旋翼轴与飞机之间采用模拟连续位置检测并建立360度的连续位置检测。

作为本发明进一步的方案，所述连续位置检测模块与变距控制器相连接。

作为本发明进一步的方案，所述变距控制器连接传动控制器。

综上所述，本发明实施例与现有技术相比具有以下有益效果：

1.由于去掉自动倾斜盘结构、连杆及强制同步防扭机构，使得结构清晰简单，制造成本低；2.没有机构叠加，控制灵活，不存在机构迟滞现象；3.控制末端(执行元件)误差小，控制精准；4.伺服器通过连杆直接控制旋翼系统，不存在旋转轴承及关节轴承等易磨易件损，所以整套机构可以做到免维护，可靠性极高。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为发明实施例中无人机旋翼变距机构的结构示意图。

图2为发明实施例中伺服器的结构示意图。

图3为发明实施例的系统控制逻辑示意图。

附图标记：1-桨夹、2-桨毂、3-双连杆、4-伺服器、5-固定座、6-主旋翼轴、7-伺服器摇臂、8-转环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

参见图1～图3所示，一种无人机旋翼变距控制系统，包括无人机旋翼变距机构和电子控制模块，无人机旋翼变距机构通过电子控制模块进行控制，用于将其与飞机之间建立连接；所述无人机旋翼变距机构包括桨夹1、桨毂2、双连杆3、伺服器4、固定座5、主旋翼轴6、伺服器摇臂7和转环8；所述桨夹1固定于桨毂2上，在本发明实施例中，所述桨夹1的数量为两个且对称分布于桨毂2的两侧，所述桨夹1用于无人机旋翼的桨叶装配，优选地，桨叶可以通过螺栓装配于桨夹1上，随桨毂2进行转动；

所述桨夹1与桨毂2构成上层旋翼系统，旋转时为整机提供升力。

所述桨毂2固定在主旋翼轴6顶部，所述伺服器4通过固定座5固定在主旋翼轴6上，所述伺服器4上安装有伺服器摇臂7，所述伺服器摇臂7通过双连杆3与旋翼系统的桨夹 1相连，当伺服器4运转时，连杆3带动旋翼系统实现周期变距。

所述转环8套在主旋翼轴6上，转环8的上圈设有控制线与伺服器4连接，转环8的下圈同样设有控制线与飞机的飞行控制系统连接，飞行过程中旋翼高速旋转，由于转环8 的作用可避免将伺服器4控制线缠绕；

所述电子控制模块包括连续位置检测模块、伺服器控制模块、电源与信号传输装置、变距控制器和传动控制器；所述连续位置检测模块采用模拟连续位置检测，在主旋翼轴6 与飞机之间建立360度的连续位置检测，提供连续模拟数据提供主桨实时方位，可以为与其相连接的变距控制器提供精准控制方位；

所述传动控制器是主要的执行机构，在收到变距控制器发来的控制信号，通过位置与参数可以精准进行位置解算并分配到主桨动力输出达到控制桨距目的；

所述电源与信号传输装置，在飞行控制计算机发送过来的俯仰与横滚控制命令需要通过转体与固定体之间的信号与电源传输装置进行传递；

整套系统为能够完成期望信号的传入与转动系统之间进行信号传输与电力输送；

所述变距控制器是整个控制系统的核心部件，在接收飞行控制的信号后按照连续位置检测模块传递的位置数据进行360度周期控制桨距，将信号发送至传动控制器连接的电动执行机构；变距控制器还有能够自动调平功能，在收到调平指令后，变距控制器会根据当时整体震动情况进行桨距调整，在设定范围内调整到震动最小并记录偏差进行补偿。

本发明的控制逻辑为：

飞行控制计算机传达命令给控制器，控制器根据当前主桨位置，以及期望的主桨角度，根据模型进行计算所需要的控制输出，输出给伺服器控制模块，伺服器控制模块通过伺服器4连接执行电机。如果要进行自动调平进入调平控制环路，分析震动情况，如果发散进行相反操作，如果收敛进行相同方向控制直至达到震动最小调平成功，并记录调平误差。

本发明的优点在于：

1.由于去掉自动倾斜盘结构、连杆及强制同步防扭机构，使得结构清晰简单，制造成本低；2.没有机构叠加，控制灵活，不存在机构迟滞现象；3.控制末端(执行元件)误差小，控制精准；4.伺服器通过连杆直接控制旋翼系统，不存在旋转轴承及关节轴承等易磨易件损，所以整套机构可以做到免维护，可靠性极高。

实施例2

参见图1～图3所示，一种无人机旋翼变距控制系统，包括无人机旋翼变距机构和电子控制模块，无人机旋翼变距机构通过电子控制模块进行控制，用于将其与飞机之间建立连接；所述无人机旋翼变距机构包括桨夹1、桨毂2、双连杆3、伺服器4、固定座5、主旋翼轴6、伺服器摇臂7和转环8；所述桨夹1固定于桨毂2上，在本发明实施例中，所述桨夹1的数量为两个且对称分布于桨毂2的两侧，所述桨夹1用于无人机旋翼的桨叶装配，优选地，桨叶可以通过螺栓装配于桨夹1上，随桨毂2进行转动；

所述桨夹1与桨毂2构成上层旋翼系统，旋转时为整机提供升力。

所述桨毂2固定在主旋翼轴6顶部，所述伺服器4通过固定座5固定在主旋翼轴6上，所述伺服器4上安装有伺服器摇臂7，在本发明实施例中，所述伺服器摇臂7的数量为两个且对称分布于伺服器4的两侧；所述伺服器摇臂7通过双连杆3与旋翼系统的桨夹1相连，当伺服器4运转时，连杆3带动旋翼系统实现周期变距。

所述转环8套在主旋翼轴6上，转环8的上圈设有控制线与伺服器4连接，转环8的下圈同样设有控制线与飞机的飞行控制系统连接，飞行过程中旋翼高速旋转，由于转环8 的作用可避免将伺服器4控制线缠绕；

所述电子控制模块包括连续位置检测模块、伺服器控制模块、电源与信号传输装置、变距控制器和传动控制器；所述连续位置检测模块采用模拟连续位置检测，在主旋翼轴6 与飞机之间建立360度的连续位置检测，提供连续模拟数据提供主桨实时方位，可以为与其相连接的变距控制器提供精准控制方位；

所述传动控制器是主要的执行机构，在收到变距控制器发来的控制信号，通过位置与参数可以精准进行位置解算并分配到主桨动力输出达到控制桨距目的；

所述电源与信号传输装置，在飞行控制计算机发送过来的俯仰与横滚控制命令需要通过转体与固定体之间的信号与电源传输装置进行传递；

整套系统为能够完成期望信号的传入与转动系统之间进行信号传输与电力输送；

所述变距控制器是整个控制系统的核心部件，在接收飞行控制的信号后按照连续位置检测模块传递的位置数据进行360度周期控制桨距，将信号发送至传动控制器连接的电动执行机构；变距控制器还有能够自动调平功能，在收到调平指令后，变距控制器会根据当时整体震动情况进行桨距调整，在设定范围内调整到震动最小并记录偏差进行补偿。

参见图3所示，程序开始后，进行系统初始化操作，然后进行飞行控制指令传达进行旋翼周期变距控制，由主桨位置传感器检测是否进入自动配平，在三轴加速度传感器的检测下，若自动配平，则自动调平控制器连接执行电机，如果未进入自动配平，则直接连接执行电机进行调平。

本发明的控制逻辑为：

飞行控制计算机传达命令给控制器，控制器根据当前主桨位置，以及期望的主桨角度，根据模型进行计算所需要的控制输出，输出给伺服器控制模块，伺服器控制模块通过伺服器4连接执行电机。如果要进行自动调平进入调平控制环路，分析震动情况，如果发散进行相反操作，如果收敛进行相同方向控制直至达到震动最小调平成功，并记录调平误差。

本发明的优点在于：

1.由于去掉自动倾斜盘结构、连杆及强制同步防扭机构，使得结构清晰简单，制造成本低；2.没有机构叠加，控制灵活，不存在机构迟滞现象；3.控制末端(执行元件)误差小，控制精准；4.伺服器通过连杆直接控制旋翼系统，不存在旋转轴承及关节轴承等易磨易件损，所以整套机构可以做到免维护，可靠性极高。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，仅是本发明的优选实施方式。本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无人机旋翼变距控制系统，包括无人机旋翼变距机构和电子控制模块，无人机旋翼变距机构通过电子控制模块进行控制，其特征在于，所述无人机旋翼变距机构包括桨夹(1)、桨毂(2)、双连杆(3)、伺服器(4)、固定座(5)、主旋翼轴(6)、伺服器摇臂(7)和转环(8)；所述桨夹(1)与桨毂(2)构成上层旋翼系统,所述伺服器(4)通过固定座(5)固定在主旋翼轴(6)上，所述伺服器(4)上安装有伺服器摇臂(7)，所述伺服器摇臂(7)通过双连杆(3)与旋翼系统的桨夹(1)相连，所述转环(8)套在主旋翼轴(6)上，转环(8)的上圈设有控制线与伺服器(4)连接，转环(8)的下圈设有控制线与飞机的飞行控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的无人机旋翼变距控制系统，其特征在于，所述桨夹(1)固定于桨毂(2)上，桨夹(1)的数量为两个且对称分布于桨毂(2)的两侧。

3.根据权利要求2所述的无人机旋翼变距控制系统，其特征在于，所述桨夹(1)用于无人机旋翼的桨叶装配，桨叶通过螺栓装配于桨夹(1)上。

4.根据权利要求3所述的无人机旋翼变距控制系统，其特征在于，所述桨毂(2)固定在主旋翼轴(6)顶部。

5.根据权利要求1所述的无人机旋翼变距控制系统，其特征在于，所述电子控制模块包括连续位置检测模块、伺服器控制模块、电源与信号传输装置、变距控制器和传动控制器。

6.根据权利要求5所述的无人机旋翼变距控制系统，其特征在于，所述连续位置检测模块在主旋翼轴(6)与飞机之间采用模拟连续位置检测并建立360度的连续位置检测。

7.根据权利要求6所述的无人机旋翼变距控制系统，其特征在于，所述连续位置检测模块与变距控制器相连接。

8.根据权利要求7所述的无人机旋翼变距控制系统，其特征在于，所述变距控制器连接传动控制器。

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