一种无人直升机舵机冗余机构的制作方法

1.本新型涉及一种无人直升机舵机冗余机构及使用方法，属无人机设备技术领域。


背景技术：

2.直升机的飞行姿态是由安装在直升机主轴上的倾斜盘带动旋翼片摇臂，近而带动每一片旋翼改变迎角来进行飞行姿态的俯仰、横滚和升降姿态控制的，当前在无人直升机设备中，往往时直接通过伺服舵机通过控制连杆控制倾斜盘来完成无人直升机的姿态控制，且，通常的做法是在倾斜盘上呈120度方向安装三个连杆，连杆下方布置三个伺服舵机，由这三个伺服舵机进行组合控制，从而完成直升机的横滚、俯仰和升降姿态的控制，这种控制结构虽然可以满足无人直升机飞行控制的需要，但当其中一个伺服舵机发生故障时，则会导致剩余的两个伺服舵机驱动力不足、驱动力分布不均的问题，从而导致无人直升机旋翼无法正常运行而发生坠毁等情况，严重威胁无人直升机设备运行的稳定性和安全性。
3.因此针对这一问题，迫切需要开发一种无人直升机舵机冗余机构及使用方法，以满足实际使用的需要。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术上的不足，本新型提供一种无人直升机舵机冗余机构及使用方法。
5.一种无人直升机舵机冗余机构，包括驱动轴、倾斜盘、承载托盘、伺服舵机、导向连杆、磁性联轴器及接线端子，倾斜盘与驱动轴上端面通过万向联轴器连接并同轴分布，且倾斜盘上端面与驱动轴轴线呈30
°
—90
°
夹角，承载托盘为与驱动轴同轴分布的闭合环状结构，包覆在驱动轴外并位于倾斜盘下方，伺服舵机共四个，分别与承载托盘上端面通过连接机构连接并环绕驱动轴轴线分布，且相邻两伺服舵机之间圆心角为60
°
—120
°
夹角，伺服舵机另通过磁性联轴器与一条导向连杆下端面连接，且一个导向连杆和一个伺服舵机构成一个驱动组，导向连杆上端面与倾斜盘下端面铰接，且导向连杆轴线与承载托盘上端面及倾斜盘下端面间呈30
°
—90
°
夹角，导向连杆与承载托盘上端面间另通过辅助调节机构与承载托盘上端面铰接，接线端子至少一个，嵌于承载托盘下端面并与各伺服舵机及磁性联轴器电气连接。
6.进一步的，所述的承载托盘包括导向套、定位销、升降驱动机构、承载盘，其中所述导向套为与驱动轴同轴分布的空心柱状结构，包覆在驱动轴外并与驱动轴间通过至少两个沿驱动轴轴线方向分布的定位销连接，所述导向套外表面设至少两个与导向套轴线平行分布的升降驱动机构，所述升降驱动机构环绕导向套轴线均布并通过滑块与承载盘滑动连接，所述承载盘为横断面呈“h”槽装结构，所述导向套嵌于承载盘内与承载盘同轴分布，所述升降驱动机构另与接线端子电气连接。
7.进一步的，所述的导向连杆包括弹性铰链、杆体及拉力传感器，所述杆体为轴向截面呈矩形的柱状结构，其上端面及下端面均与一个弹性铰链连接，并通过弹性铰链分别与
倾斜盘及磁性联轴器铰接，其中位于杆体下端面的弹性铰链另通过拉力传感器与磁性联轴器连接，且拉力传感器与接线端子电气连接。
8.进一步的，所述的连接机构包括导向滑轨、承载底座、行走机构、位移传感器，其中所述导向滑轨与承载托盘上端面连接并为与驱动轴同轴分布的圆弧结构，所述承载底座通过行走机构与导向滑轨滑动连接，其中行走机构嵌于导向滑轨内且承载底座位于导向滑轨上方0—5毫米处，所述承载底座下端面另设一个位移传感器，且所述行走机构及位移传感器均与接线端子电气连接，所述承载底座上均布若干定位螺孔，并通过定位螺孔与伺服舵机连接。
9.进一步的，所述的辅助调节机构包括滑套、弹性伸缩柱、连接铰链，其中所述滑套为横断面呈圆形的空心管状结构，包覆在导向连杆外并与导向连杆滑动连接，且所述滑套长度不大于导向连杆长度的1/4，滑套下端面与导向连杆下端面间间距为5—50毫米，且不大于导向连杆长度的1/10，所述滑套外侧面通过连接铰链与弹性伸缩柱上端面铰接，所述弹性伸缩柱下端面与承载托盘上端面铰接，且弹性伸缩柱轴线与承载托盘上端面呈30
°
—60
°
夹角，与滑套轴线相交并呈30
°
—120
°
夹角。
10.进一步的，所述的弹性伸缩柱下端面与承载托盘上端面间通过恒力矩电动机铰接，且所述恒力矩电动机与接线端子电气连接。
11.进一步的，所述的倾斜盘内设一个重力传感器，且所述重力传感器位于倾斜盘重心位置处并与接线端子电气连接。
12.本新型较传统的无人直升机舵机机构，一方面极大的提高舵机机构的集成化程度和模块化程度，并有效的提高了舵机对旋翼驱动调节作用力的强度及对旋翼运行调节角度值范围；另一方面可有效的提高了舵机系统故障的抵御能力及故障应急处置能力，实现在故障状态下无人直升机应急运行及故障排除，从而极大的提高无人直升机运行的稳定性和安全性。
附图说明
13.下面结合附图和具体实施方式来详细说明本新型；
14.图1为本新型系统结构示意图；
15.图2为承载托盘俯视局部结构示意图；
16.图3为导向连杆局部结构示意图。
具体实施方式
17.为使本新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本新型。
18.如图1和2所示，一种无人直升机舵机冗余机构，包括驱动轴1、倾斜盘2、承载托盘3、伺服舵机4、导向连杆5、磁性联轴器6及接线端子7，倾斜盘2与驱动轴1上端面通过万向联轴器8连接并同轴分布，且倾斜盘2上端面与驱动轴1轴线呈30
°
—90
°
夹角，承载托盘3为与驱动轴1同轴分布的闭合环状结构，包覆在驱动轴1外并位于倾斜盘2下方，伺服舵机4共四个，分别与承载托盘3上端面通过连接机构9连接并环绕驱动轴1轴线分布，且相邻两伺服舵机4之间圆心角为60
°
—120
°
夹角，伺服舵机4另通过磁性联轴器6与一条导向连杆5下端面
连接，且一个导向连杆5和一个伺服舵机4构成一个驱动组，导向连杆5上端面与倾斜盘2下端面铰接，且导向连杆5轴线与承载托盘3上端面及倾斜盘2下端面间呈30
°
—90
°
夹角，导向连杆5与承载托盘3上端面间另通过辅助调节机构10与承载托盘3上端面铰接，接线端子7至少一个，嵌于承载托盘3下端面并与各伺服舵机4及磁性联轴器6电气连接。
19.本实施例中，所述的承载托盘3包括导向套31、定位销32、升降驱动机构33、承载盘34，其中所述导向套31为与驱动轴1同轴分布的空心柱状结构，包覆在驱动轴1外并与驱动轴1间通过至少两个沿驱动轴1轴线方向分布的定位销32连接，所述导向套31外表面设至少两个与导向套31轴线平行分布的升降驱动机构33，所述升降驱动机构33环绕导向套31轴线均布并通过滑块35与承载盘34滑动连接，所述承载盘34为横断面呈“h”槽装结构，所述导向套31嵌于承载盘34内与承载盘31同轴分布，所述升降驱动机构33另与接线端子电气连接。
20.其中，所述升降驱动机构为齿轮齿条机构及丝杠机构中的任意一种。
21.值得注意的，所述的导向连杆5包括弹性铰链51、杆体52及拉力传感器53，所述杆体52为轴向截面呈矩形的柱状结构，其上端面及下端面均与一个弹性铰链51连接，并通过弹性铰链51分别与倾斜盘2及磁性联轴器6铰接，其中位于杆体52下端面的弹性铰链51另通过拉力传感器53与磁性联轴器6连接，且拉力传感器53与接线端子7电气连接。
22.此外，所述的连接机构9包括导向滑轨91、承载底座92、行走机构93、位移传感器94，其中所述导向滑轨91与承载托盘3上端面连接并为与驱动轴1同轴分布的圆弧结构，所述承载底座92通过行走机构93与导向滑轨91滑动连接，其中行走机构93嵌于导向滑轨91内且承载底座92位于导向滑轨91上方0—5毫米处，所述承载底座92下端面另设一个位移传感器94，且所述行走机构93及位移传感器94均与接线端子7电气连接，所述承载底座92上均布若干定位螺孔95，并通过定位螺孔95与伺服舵机4连接。
23.其中，所述的行走机构93为丝杠机构及齿轮齿条机构中任意一种。
24.特别说明的，所述的辅助调节机构10包括滑套101、弹性伸缩柱102、连接铰链103，其中所述滑套101为横断面呈圆形的空心管状结构，包覆在导向连杆5外并与导向连杆5滑动连接，且所述滑套101长度不大于导向连杆5长度的1/4，滑套101下端面与导向连杆5下端面间间距为5—50毫米，且不大于导向连杆5长度的1/10，所述滑套101外侧面通过连接铰链103与弹性伸缩柱102上端面铰接，所述弹性伸缩柱102下端面与承载托盘3上端面铰接，且弹性伸缩柱102轴线与承载托盘3上端面呈30
°
—60
°
夹角，与滑套101轴线相交并呈30
°
—120
°
夹角。
25.重点说明的，所述的弹性伸缩柱102下端面与承载托盘3上端面间通过恒力矩电动机104铰接，且所述恒力矩电动机104与接线端子7电气连接。
26.其中恒力矩电动机在运行时，一方面可实现辅助调节机构的弹性伸缩柱与导向连杆间夹角稳定；另一方面可实现根据导向连杆受力变化及运行位置变化，同步进行相应的结构及位置调整，满足导线连杆运行的需要；此外，在导向连杆与磁性联轴器断开连接无外部驱动力时，则通过恒力矩电机实现导线连杆与故障伺服舵机快速分离，防止导线连杆与故障伺服舵机间发生卡死情况发生。
27.进一步优化，所述的倾斜盘2内设一个重力传感器11，且所述重力传感器11位于倾斜盘2重心位置处并与接线端子7电气连接。
28.本新型在具体实施中，按照以下步骤进行：
29.s1，设备组装，首先对驱动轴、倾斜盘、承载托盘、伺服舵机、导向连杆、磁性联轴器及接线端子进行组装，然后将组装后的各部件通过驱动轴与无人机引擎动力系统连接，将桨叶与倾斜盘连接，最后将接线端子与无人机的控制电路电气连接，并由各无人机的控制电路分别为各伺服舵机分配独立的数据通讯及控制通讯地址，并使各伺服舵机环绕驱动轴轴线均布；即可完成设备装配备用；
30.s2,无人机飞行姿态调整，在无人机正常运行下，驱动轴及与驱动轴连接的各组件在无人机引擎动力系统驱动下一同进行旋转运行，驱动无人机桨叶旋转并为无人机提供飞行动力；同时在飞行过程中，根据飞行姿态调整作业的需要，由无人机的控制电路分别驱动相应的伺服舵机运行，由伺服舵机驱动导向连杆对倾斜盘进行牵引导向，调整倾斜盘上端面与驱动轴及无人机飞行方向间的夹角，从而带到与倾斜盘所连接的各桨叶同步调整与驱动轴及无人机飞行方向间的夹角，改变桨叶对无人机提供升力的方向，同时在对无人机飞行姿态调整的同时，另通过倾斜盘内的重力传感器和各导向连杆的拉力传感器配合，实现对倾斜盘调整量检测反馈，并根据反馈至对实际调整量进行误差纠正，从而达到对无人机飞行姿态控制接调整作业的需要；
31.s3,应急处置，在无人机处于飞行作业中，当其中任意伺服舵机发生故障而无法对倾斜盘驱动调节时，首先倾斜盘因与故障伺服舵机对应位置缺乏驱动力而导致局部受力不均，一方面通过倾斜盘内重力传感器检测受力缺失位置；另一方面通过导向连杆的拉力传感器对因伺服舵机故障而导致拉力异常进行检测，从而确定故障伺服舵机的位置；然后在完成伺服舵机故障位置后，驱动磁性联轴器运行，断开故障伺服舵机与导向连杆之间的连接，并使导向连杆在辅助调节机构的弹性伸缩柱驱动下，与故障伺服舵机分离并拉开间距；最后由剩余的正常伺服舵机运行持续为倾斜盘应急提供调节牵引作用力，满足应急飞行的需要，同时各正常伺服舵机和故障伺服舵机均通过其连接的连接机构导向滑轨及行走机构运行，同时调整其工作位置，一方面将故障伺服舵机从当前的工作位置中退出，另一方面使各正常伺服舵机环绕驱动轴轴线均布，提高应急运行状态下正常伺服舵机对倾斜盘牵引导向作用力分布的均匀性，提高无人机旋翼在故障应急状态下运行的稳定性。
32.本实施例中，所述的s3步骤中，故障伺服舵机对应的导向连杆在与故障伺服舵机分离后，由辅助调节机构对导向连杆进行约束导向，随倾斜盘调节同步运行。
33.本新型较传统的无人直升机舵机机构，一方面极大的提高舵机机构的集成化程度和模块化程度，并有效的提高了舵机对旋翼驱动调节作用力的强度及对旋翼运行调节角度值范围；另一方面可有效的提高了舵机系统故障的抵御能力及故障应急处置能力，实现在故障状态下无人直升机应急运行及故障排除，从而极大的提高无人直升机运行的稳定性和安全性。
34.以上显示和描述了本新型的基本原理和主要特征和本新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本新型的原理，在不脱离本新型精神和范围的前提下，本新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本新型范围内。本新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。