CN211281432U - 一种飞艇尾部转台控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种飞艇尾部转台控制系统，属于航空器技术领域。所述的飞艇尾部转台控制系统包括：尾部转台、控制箱、上位机，尾部转台包括平衡转台、支架和尾座，所述尾座通过支架与平衡转台连接；所述平衡转台上设有Y轴旋转轴和Z轴旋转轴，所述Y轴旋转轴和Z轴旋转轴分别通过Y轴电机和Z轴电机驱动旋转，所述Z轴旋转轴上安装有螺旋桨；控制箱用于发送指令并驱动Y轴电机和Z轴电机旋转；上位机与中央控制板连接。本实用新型尾部转台能够以Y轴为中心进行±180°旋转，以及以Z轴为中心进行±180°旋转，从而实现整个球面上的天域旋转，实现飞艇任意姿态的转换。

Description

一种飞艇尾部转台控制系统

技术领域

本实用新型属于航空器技术领域，具体涉及一种飞艇尾部转台控制系统。

背景技术

飞艇是一种轻于空气的航空器，它与热气球最大的区别在于具有推进和控制飞行状态的装置。飞艇由巨大的流线型艇体、位于艇体下面的吊舱、起稳定控制作用的尾部和推进装置组成。

艇体的气囊内充以密度比空气小的浮升气体(有氢气或氦气)借以产生浮力使飞艇升空。吊舱供人员乘坐和装载货物。尾部用来控制和保持航向、俯仰的稳定。大型民用飞艇还可以用于交通、运输、娱乐、赈灾、影视拍摄、科学实验等等。比如，发生自然灾害时，通讯中断就可以迅速发射一个浮空器，通过浮空气球搭载通讯转发器，就能够在非常短的时间内完成对整个灾区的移动通讯恢复。依靠尾部偏转实现飞艇姿态调节主要存在以下问题：随着飞艇飞行高度逐渐增高(目前各国研制飞艇飞行高度目标为20km左右)，飞艇工作环境的风场变化剧烈，在穿越激流层时，最大风速达到120m/s的量级，而在20km高度平飞期间，风速普遍在10m/s以下，这样大的风场差异，对尾部结构设计和依靠风场作用实现姿态调节带来困难。

实用新型内容

本实用新型通过提供一种飞艇尾部转台控制系统，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种飞艇尾部转台控制系统，包括：

尾部转台，其包括平衡转台、支架和尾座，所述尾座通过支架与平衡转台连接；所述平衡转台上设有处于同一平面且相互垂直设置的Y轴旋转轴和Z轴旋转轴，所述Y轴旋转轴和Z轴旋转轴分别通过Y轴电机和Z轴电机驱动旋转，所述Z轴旋转轴上安装有螺旋桨；

控制箱，其包括Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、中央控制板和电源，所述电源与中央控制板、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器连接，所述Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器分别与Y轴电机、Z轴电机连接，Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器用于接收中央控制板发送的指令并驱动Y轴电机和Z轴电机旋转；

上位机，其与中央控制板连接，用于向中央控制板发送指令。

优选地，所述平衡转台呈圆形，所述Y轴旋转轴安装于平衡转台的径向两端外部，其中一端与Y轴电机连接；所述尾座通过支架与Y轴旋转轴的两端连接；所述Z轴旋转轴的两端与平衡转台连接，螺旋桨的驱动电机安装于Z轴旋转轴上。

优选地，所述Y轴电机驱动的输出轴上设有第一小齿轮，Y轴旋转轴上设有第一大齿轮，所述第一小齿轮与第一大齿轮啮合，从而驱动尾部转台以Y轴为中心进行±180°旋转；所述Z轴电机驱动的输出轴上设有第二小齿轮，Z轴旋转轴上设有第二大齿轮，所述第二小齿轮与第二大齿轮啮合，从而驱动尾部转台以Z轴为中心进行±180°旋转。

优选地，所述螺旋桨的驱动电机通过接触器与中央控制板连接。

优选地，所述Y轴旋转轴和Z轴旋转轴上分别安装有Y轴光电编码器和Z轴光电编码器，所述Y轴光电编码器和Z轴光电编码器与中央控制板连接。

优选地，所述Y轴旋转轴和Z轴旋转轴上均安装有限位开关装置，所述限位开关装置包括第一限位开关、第二限位开关和限位拨块，所述限位拨块设于Y轴旋转轴和Z轴旋转轴上，且随Y轴旋转轴和Z轴旋转轴一起旋转，所述第一限位开关、第二限位开关通过开关座安装于Y轴旋转轴和Z轴旋转轴的外壳上，所述限位拨块旋转时能够触碰第一限位开关和第二限位开关，所述第一限位开关和第二限位开关与中央控制板连接。

优选地，所述中央控制板通过光电隔离电路与Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器连接，实现数据交换时的信号电平转换、隔离。

优选地，所述中央控制板通过RS422串行接口与上位机连接。

优选地，所述控制箱内设有加热系统，所述加热系统与中央控制板连接。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的平衡转台上Y轴旋转轴和Z轴旋转轴处于同一平面且相互垂直设置，两个轴在一个平面内，其相互之间的重力臂为0，Z轴的重量相对于Y轴来说由于没有力臂所以Z轴的重量对Y轴的驱动力矩影响很小，使得两轴之间的重力影响非常小。

2.本实用新型尾部转台能够以Y轴为中心进行±180°旋转，以及以Z轴为中心进行±180°旋转，从而实现整个球面上的天域旋转，实现飞艇任意姿态的转换；尾部转台与尾座骨架连接为飞艇螺旋桨系统提供支撑，在飞艇运动时改变螺旋桨与飞艇夹角从而改变飞艇飞行方向。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的结构示意图。

图3是图1中B部分Y轴电机连接关系的结构示意图。

图4是图1中C部分Z轴电机连接关系的结构示意图。

图5是图1中A部分的结构示意图。

图6为控制系统的连接关系图。

图7为控制系统的电路连接关系图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参见图1至图5，一种飞艇尾部转台控制系统，包括：尾部转台、控制箱、上位机，尾部转台包括平衡转台1、支架2和尾座3，所述尾座3通过支架2与平衡转台1连接；所述平衡转台上设有处于同一平面且相互垂直设置的Y轴旋转轴11和Z轴旋转轴12，所述Y轴旋转轴11和Z轴旋转轴12分别通过Y轴电机111和Z轴电机121驱动旋转，所述Z轴旋转轴12上安装有螺旋桨4；控制箱包括Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、中央控制板和电源，所述电源与中央控制板、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器连接，所述Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器分别与Y轴电机、Z轴电机连接，Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器用于接收中央控制板发送的指令并驱动Y轴电机和Z轴电机旋转；上位机与中央控制板连接，用于向中央控制板发送指令。

以上所述Y轴旋转轴材料主要采用碳纤维，Z轴旋转轴主要采用铝合金，内筒外框均为中空形式便于电缆的布置。平衡转台1的尾座采用碳纤维材料与飞艇尾部钢架连接，为平衡转台1以及支架2提供支撑。平衡转台1呈圆形，Y轴旋转轴11和Z轴旋转轴12处于平衡转台1平面上且相互垂直设置，Y轴旋转轴11和Z轴旋转轴12分别通过Y轴电机111和Z轴电机121驱动旋转，Y轴电机和Z轴电机与设于控制箱内的Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器连接，所述中央控制板用于控制Y轴旋转轴和Z轴旋转轴的旋转，并将Y轴旋转轴和Z轴旋转轴的转动角度、速度等信息上传至上位机，同时接收上位机的指令调整Y轴旋转轴和Z轴旋转轴的旋转角度和速度。

以上所述的Y轴电机和Z轴电机采用交流伺服电机，并与Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器连接，可以保证平衡转台在任一位置的锁定。螺旋桨驱动电机安装时，将电机与电机座装配完成后，将导热铝片两面涂导热硅胶塞入电机与电机座缝隙之间，并用AB胶将将导热铝片与电机座粘接。Y轴旋转轴11和Z轴旋转轴12上设有电机入线孔和出线孔，螺旋桨电机线、Y轴电机线和Z轴电机线均从YZ轴结构架中间穿过，并在入孔处加防水接头防止雨水进入，根据实际情况在适当的位置给予绑扎。控制箱采用密封结构，确保内部结构不受雨水腐蚀。

进一步的，Y轴旋转轴11安装于平衡转台1的径向两端外部，其中一端与Y轴电机111连接；所述尾座3通过支架2与Y轴旋转轴11的两端连接；所述Z轴旋转轴12的两端与平衡转台1连接，螺旋桨4的驱动电机安装于Z轴旋转轴12上。所述螺旋桨4的驱动电机通过接触器与中央控制板连接，通过中央控制板控制其启停。进一步的，所述Y轴电机111驱动的输出轴上设有第一小齿轮112，Y轴旋转轴上设有第一大齿轮113，所述第一小齿轮112与第一大齿轮113啮合，通过第一小齿轮带动第一大齿轮旋转，从而驱动尾部转台以Y轴为中心进行旋转。优选的，本申请将Y轴旋转轴11的转动角度设置为±180°。所述Z轴电机121驱动的输出轴上设有第二小齿轮122，Z轴旋转轴上设有第二大齿轮123，所述第二小齿轮122与第二大齿轮123啮合，通过第二小齿轮122带动第二大齿轮123旋转，从而驱动尾部转台以Z轴为中心进行旋转，优选的，本申请将Z轴旋转轴12的转动角度设置为±180°。由于Y轴旋转轴11和Z轴旋转轴12相互垂直设置，所以Y轴旋转轴11和Z轴旋转轴12的旋转角度可以形成一个球面，从而实现飞艇尾部转台可以进行全天域旋转，在飞艇飞行过程中能够任意变换飞行角度。

进一步地，为了实时监测Y轴旋转轴和Z轴旋转轴的旋转角度，在所述Y轴旋转轴11和Z轴旋转轴12上分别安装有Y轴光电编码器5和Z轴光电编码器6，所述Y轴光电编码器5和Z轴光电编码器6与中央控制板连接，Y轴光电编码器5和Z轴光电编码器6将实时角度发送给中央处理器，中央处理器再将该数据传输至上位机进行显示。

进一步地，所述Y轴旋转轴11和Z轴旋转轴12上均安装有限位开关装置7，所述限位开关装置7包括第一限位开关71、第二限位开关72和限位拨块73，所述限位拨块73设于Y轴旋转轴和Z轴旋转轴上，且随Y轴旋转轴和Z轴旋转轴一起旋转，所述第一限位开关71、第二限位开关72通过开关座安装于Y轴旋转轴和Z轴旋转轴的外壳上，Y轴旋转轴11和Z轴旋转轴12转动的时候，第一限位开关71、第二限位开关72位置不动，所述限位拨块73旋转时能够触碰第一限位开关和第二限位开关，所述第一限位开关和第二限位开关与中央控制板连接。其中第一限位开关71和第二限位开关72的位置可以根据实际使用的需求设置相对位置，例如Y轴旋转轴11和Z轴旋转轴12进行±180°旋转时，第一限位开关和第二限位开关呈水平设置，限位拨块设于两限位开关之间；Y轴旋转轴和Z轴旋转轴进行±90°旋转时，第一限位开关和第二限位开关之间的夹角为90°。限位拨块触碰到限位开关后，限位开关将Y轴旋转轴和Z轴旋转轴的位置信息发送给中央处理器，由中央处理器通过伺服驱动器控制Y轴电机和Z轴电机调整旋转角度。

进一步地，参见图6、7，图6为控制系统的连接关系图，图7为控制系统的电路连接关系图。所述中央控制板通过光电隔离电路与Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器连接，实现数据交换时的信号电平转换、隔离。所述中央控制板通过RS422串行接口与上位机连接。所述控制箱内设有加热系统，所述加热系统与中央控制板连接。

以上所述的中央控制板用于处理系统所有输入、输出信号及系统数据处理，光电隔离电路主要用于各器件与中央控制板间数据交换时的信号电平转换、隔离操作；伺服驱动器用于接收中央控制板发送的驱动信号，以驱动电机带动负载运转；光电编码器时时给中央控制板反馈电机轴的转动角度和方向。

工作时，控制箱加电后中央控制板、伺服驱动器和光电编码器等设备进行自检，中央控制板通过RS422串行接口时时发送当前系统和Y轴、Z轴状态给上位机，发送数据时间间隔为100ms。用户通过上位机控制软件利用RS422串行接口将所需的指令数据发送至中央处理器；伺服控制器接收到来自中央处理器的指令数据后，按相应的通讯协议进行解码分析，通过与伺服当前的实际状态数据相比较，从而得出相应的控制数据，进而通过相关电路生成相应的控制信号以驱动伺服各轴电机的运转，从而实现飞艇的速度、方向控制。

伺服控制系统可以根据上位机的要求，实现一轴独立工作或多轴同时工作，并时时上传系统当前所有轴角、速度状态数据。电机的运转速度为曲线型，待上位机给定角度后电机以15度/秒(可根据需要改变)的加速度升至所需的转速，将要接近给定角度值时匀减速至电机停止。当没有接收到上位机的新指令时，系统自动保持当前各轴的状态。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种飞艇尾部转台控制系统，其特征在于，包括：

尾部转台，其包括平衡转台、支架和尾座，所述尾座通过支架与平衡转台连接；所述平衡转台上设有处于同一平面且相互垂直设置的Y轴旋转轴和Z轴旋转轴，所述Y轴旋转轴和Z轴旋转轴分别通过Y轴电机和Z轴电机驱动旋转，所述Z轴旋转轴上安装有螺旋桨；

控制箱，其包括Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、中央控制板和电源，所述电源与中央控制板、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器连接，所述Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器分别与Y轴电机、Z轴电机连接，Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器用于接收中央控制板发送的指令并驱动Y轴电机和Z轴电机旋转；

上位机，其与中央控制板连接，用于向中央控制板发送指令。

2.根据权利要求1所述的飞艇尾部转台控制系统，其特征在于，所述平衡转台呈圆形，所述Y轴旋转轴安装于平衡转台的径向两端外部，其中一端与Y轴电机连接；所述尾座通过支架与Y轴旋转轴的两端连接；所述Z轴旋转轴的两端与平衡转台连接，螺旋桨的驱动电机安装于Z轴旋转轴上。

3.根据权利要求2所述的飞艇尾部转台控制系统，其特征在于，所述Y轴电机驱动的输出轴上设有第一小齿轮，Y轴旋转轴上设有第一大齿轮，所述第一小齿轮与第一大齿轮啮合，从而驱动尾部转台以Y轴为中心进行±180°旋转；所述Z轴电机驱动的输出轴上设有第二小齿轮，Z轴旋转轴上设有第二大齿轮，所述第二小齿轮与第二大齿轮啮合，从而驱动尾部转台以Z轴为中心进行±180°旋转。

4.根据权利要求2所述的飞艇尾部转台控制系统，其特征在于，所述螺旋桨的驱动电机通过接触器与中央控制板连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的飞艇尾部转台控制系统，其特征在于，所述Y轴旋转轴和Z轴旋转轴上分别安装有Y轴光电编码器和Z轴光电编码器，所述Y轴光电编码器和Z轴光电编码器与中央控制板连接。

6.根据权利要求5所述的飞艇尾部转台控制系统，其特征在于，所述Y轴旋转轴和Z轴旋转轴上均安装有限位开关装置，所述限位开关装置包括第一限位开关、第二限位开关和限位拨块，所述限位拨块设于Y轴旋转轴和Z轴旋转轴上，且随Y轴旋转轴和Z轴旋转轴一起旋转，所述第一限位开关、第二限位开关通过开关座安装于Y轴旋转轴和Z轴旋转轴的外壳上，所述限位拨块旋转时能够触碰第一限位开关和第二限位开关，所述第一限位开关和第二限位开关与中央控制板连接。

7.根据权利要求1-4或6任一项所述的飞艇尾部转台控制系统，其特征在于，所述中央控制板通过光电隔离电路与Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器连接，实现数据交换时的信号电平转换、隔离。

8.根据权利要求7所述的飞艇尾部转台控制系统，其特征在于，所述中央控制板通过RS422串行接口与上位机连接。

9.根据权利要求8所述的飞艇尾部转台控制系统，其特征在于，所述控制箱内设有加热系统，所述加热系统与中央控制板连接。

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