无人机转向系统、无人机的制作方法

1.本发明涉及飞机起落架领域，尤其涉及一种无人机转向系统及包括其的无人机。


背景技术：

2.无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“uav”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或由车载计算机完全的或间歇地自主地操作。
3.无人机转向系统的主要功能是实现无人机在地面滑跑过程中的转向，即根据飞控计算机的转向指令控制轮胎的方向。然而，在高速起降过程中，由于地面状况的变化，轮胎或受到巨大的振荡冲击，可能会导致转弯失控，严重的可能出现轮胎在地面打转甚至无人机冲出跑道等严重事故。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.有鉴于此，本发明期望至少部分解决上述技术问题中的其中之一。
6.(二)技术方案
7.为了实现如上目的，根据本发明的一个方面，提供了一种无人机转向系统，安装于前起落架上，前起落架包括；支柱；连接于支柱下方，并可相对于支柱转动的支柱活塞杆；其中，支柱活塞杆上设置有转动卡箍；无人机转向系统包括：固定于支柱上的转向舵机，其输出轴竖直向下设置；水平设置的机械摇臂，其第一端连接至转向舵机的输出轴；水平设置的减摆器，其缸筒侧面的支耳枢接至机械摇臂的第二端，其筒身前端的活塞杆第一端连接至转动卡箍；其中，转向舵机、机械摇臂、减摆器串行连接；减摆器为活塞式减摆器，其内部设置有可更换的活塞调节阻尼。
8.在本发明的一些实施例中，减摆器包括：缸筒，其侧面设置有支耳；活塞杆，其沿长度方向贯穿缸筒，并在缸筒两端与缸筒密封滑动连接，从而在缸筒内部形成活塞空间；活塞调节阻尼，在活塞空间内垂直固定于活塞杆上，其上设置有阻尼通道，活塞调节阻尼将活塞空间分隔开通过阻尼通道连通的左空间和右空间；其中，活塞空间内充入有油液，油液通过阻尼通道在左空间和右空间之间流动，产生的粘滞力抵消活塞杆传导的沿活塞杆长度方向的振动。
9.在本发明的一些实施例中，包括：n个活塞调节阻尼，n≥2，不同活塞调节阻尼的阻尼通道的孔径和/或数量不同；在缸筒远离支耳的一侧，左空间和右空间对应的位置分别设置有左放油孔和右放油孔；在缸筒远离转动卡箍的第二端，缸筒与活塞杆之间的滑动密封结构为可拆卸结构。
10.在本发明的一些实施例中，还包括：转向舵机支架，转向舵机支架包括：水平方向设置的安装台，其中，转向舵机安装于安装台上，转向舵机的输出轴穿过安装台向下延伸；与安装台固定连接的固定架，其中，固定架的左右两侧分别设置有供固定架与支柱连接的竖直的螺栓固定孔。
11.在本发明的一些实施例中，转向舵机的输出轴上设置有外花键；机械摇臂的第一端设置有第一连接孔，第一连接孔上设置有与外花键相啮合的内花键，转向舵机的输出轴与机械摇臂的第一端上设置有一体贯穿的锁紧孔，第一螺栓穿过锁紧孔并在末端用螺母固定；其中，通过内花键和外花键的啮合，以及第一螺栓的贯穿锁紧，实现转向舵机的输出轴与机械摇臂第一端的联动。
12.在本发明的一些实施例中，机械摇臂的第二端设置有第二连接孔；第二螺栓穿过第二连接孔和支耳上的耳孔并在末端用螺母固定，第二螺栓与机械摇臂之间，支耳与螺母之间均设置有滑动垫片。
13.在本发明的一些实施例中，前起落架还包括：轮叉，固定于支柱活塞杆的下端，其上固定有轮胎；无人机转向系统还包括：舵机控制盒，其信号输入端连接至飞控计算机，其信号输出端连接至转向舵机的驱动端；其中，转向舵机按照驱动指令通过输出轴输出转动扭矩，该转动扭矩经由机械摇臂、减摆器传递至转动卡箍上，带动轮叉和轮胎转动。
14.为了实现如上目的，根据本发明的第二个方面，还提供了一种无人机，其包括如上的前起落架和无人机转向系统。
15.(三)有益效果
16.从上述技术方案可知，本发明相对于现有技术至少具有以下有益效果之一：
17.(1)转向舵机、机械摇臂、减摆器串行连接，连接方式简单，组成可靠，能够减少结构间隙，提高传动效率。
18.无人机在低速滑跑过程中，转向舵机控制盒接收到飞控计算机发来的转弯指令，并发送前轮转向舵机转动角度信息，转向舵机的输出轴进行转动，进而带动机械摇臂绕着转向舵机输出轴进行旋转，运动方式通过减摆器外筒壁传递到前起落架的转动卡箍上，进而带动轮叉和轮胎进行转弯操作。
19.无人机在高速滑跑过程中，转向舵机为锁死状态，因此转向舵机和机械摇臂类似于刚性结构，前起落架轮胎滑跑过程中产生的摆动，通过前起落架的轮叉传递到转动卡箍上，转动卡箍的转动带动减摆器的拉杆进行来回运动，进而把摆振的能量在减摆器内部通过摩擦热的形式消耗掉，达到减摆的目的。
20.(2)减摆器为活塞式减摆器，内部设置有可更换的活塞调节阻尼，可以根据无人机的类型、载荷和跑道状况，来更换活塞调节阻尼，而不用更换整个减摆器，也不用更换转向舵机、机械摇臂等部件，大大满足不同飞行状态要求，互换性强。
21.(3)转向舵机通过转向舵机支架安装在支柱上，转向舵机支架包括：安装台和固定架，固定架的左右两侧分别竖直设置有与所述支柱连接的固定孔。通过上述设置，增强了转向舵机在支柱上的稳定性和可靠性，进而保证了后续扭矩传递的可靠性。
22.(4)转向舵机输出轴上的外花键和机械摇臂第一连接孔的内花键相互啮合，实现扭矩传递，结构简单，传动效率高。
23.(5)机械摇臂的第二端设置有第二连接孔；第二螺栓穿过所述第二连接孔和所述支耳上的耳孔并在末端用螺母固定，所述第二螺栓与机械摇臂之间，所述支耳与螺母之间均设置有滑动垫片。通过上述设置，降低了摩擦，提高了传动效率，避免了部件之间的连接部锈蚀风险。
24.(6)各个部件之间的连接采用紧固件进行有效连接，整个转向机构便于加工生产，
使用方便，有利于降低使用成本。
附图说明
25.图1为根据本发明实施例无人机转向系统的立体图。
26.图2a、图2b分别为图1所示无人机转向系统的俯视图和主视图。
27.图3为图1所示无人机转向系统中减摆器的立体图。
28.图4为图3所示减摆器工作原理的示意图。
29.图5a和图5b分别为本实施例无人机转向系统中减摆器配套的两个活塞调节阻尼的正视图。
30.图6a和图6b分别为图1所示无人机转向系统实现转向和机轮减震的示意图。
具体实施方式
31.本发明试图解决无人机驶入驶出和摆振问题，以具备地面滑行时的前轮转弯方向控制和起飞着陆滑跑过程中的防摆振功能，实现装订驶入驶出航线，自动沿航线驶入驶出跑道。
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文结合具体实施方式，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
33.在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种无人机转向系统。图1为根据本发明实施例无人机转向系统的立体图。图2a、图2b分别为图1所示无人机转向系统的俯视图和主视图。
34.如图1所示，本实施例无人机转向系统安装在前起落架上。与本实施例相关的起落架部分包括：支柱a；连接于支柱下方，并可相对于支柱转动的支柱活塞杆b，支柱活塞杆上设置有转动卡箍c；轮叉固定于支柱活塞杆b的下端，其上固定有轮胎，即无人机前轮。其中，转动卡箍c可带动轮叉和轮胎转动以实现转向，前起落架的振动也会通过转动卡箍传递至减摆器。
35.请参照图1、图2a、图2b所示，本实施例无人机转向系统包括：
36.固定于支柱上的转向舵机110，其输出轴竖直向下设置；
37.水平设置的机械摇臂210，其第一端连接至转向舵机的输出轴；
38.水平设置的减摆器300，其缸筒侧面的支耳311枢接至机械摇臂的第二端，其筒身前端的活塞杆320第一端连接至转动卡箍c；
39.其中，转向舵机110、机械摇臂210、减摆器300串行连接；减摆器300为活塞式减摆器，其内部设置有可更换的活塞调节阻尼。
40.本领域技术人员可以理解，本实施例中，转向舵机、机械摇臂、减摆器串行连接，连接方式简单，组成可靠，能够减少结构间隙，提高传动效率。
41.以下分别对本实施例中的各个组成部分进行详细说明。
42.本实施例中，无人机转向系统还包括：舵机控制盒(图中未示)，其信号输入端连接至飞控计算机，其信号输出端连接至转向舵机的驱动端。其中，舵机控制盒是接收飞控计算机发来的转弯指令和发送前轮转向舵机转动角度信息。提前装订自主驶入或驶出滑行航线(包含转弯点、掉头点、终点等)，无人机处于装订的起点航线延长线上。
43.在实际工作中，转向舵机110按照驱动指令通过输出轴输出转动扭矩，该转动扭矩经由机械摇臂210、减摆器300传递至转动卡箍c上，驱动轮叉和轮胎进行转动以实现转向。其中，转向舵机110通过模拟量接收前轮舵机控制盒的驱动指令和反馈转动角度信息。
44.请参照图1、图2a、图2b，本实施例中，无人机转向系统还包括：转向舵机支架120。转向舵机支架120包括：水平方向设置的安装台121，其中，转向舵机安装于安装台上，转向舵机的输出轴穿过安装台向下延伸；与安装台固定连接的固定架122，其中，固定架的左右两侧分别设置有供固定架与支柱连接的，竖直的螺栓固定孔123。通过上述设置，增强了转向舵机在支柱上的稳定性和可靠性，进而保证了后续扭矩传递的可靠性。
45.请继续参照图1，转向舵机的输出轴上设置有外花键；机械摇臂的第一端设置有第一连接孔，所述第一连接孔上设置有与所述外花键相啮合的内花键。所述机械摇臂的第一端和所述转向舵机的输出轴上设置有一体贯穿的锁紧孔，第一螺栓211穿过所述锁紧孔并在末端用螺母固定；其中，通过所述内花键和外花键的啮合，以及所述第一螺栓211的贯穿锁紧，实现所述转向舵机的输出轴与所述机械摇臂第一端的联动。本领域技术人员能够理解，转向舵机输出轴上的外花键和机械摇臂第一连接孔的内花键相互啮合，实现扭矩传递，结构简单，传动效率高。
46.请继续参照图1，机械摇臂的第二端设置有第二连接孔；第二螺栓212穿过所述第二连接孔和所述减震器侧面支耳上的耳孔并在末端用螺母固定，所述第二螺栓212与机械摇臂之间，所述支耳与螺母之间均设置有滑动垫片。通过上述设置，降低了摩擦，提高了传动效率，避免了部件之间的连接部锈蚀风险。
47.本实施例中，减摆器300主要是提供阻尼，抑制起飞着陆滑跑时前轮产生摆振。其中，缸筒侧面的支耳311枢接至机械摇臂的第二端，其筒身前端的活塞杆320第一端连接至支柱活塞杆上的转动卡箍c。
48.就整个无人机转向系统而言，无人机转向系统通过两处安装孔123的螺栓与前起落架的支柱连接，减摆器的活塞杆320的第一端与前起落架的转动卡箍c连接，机械摇臂210和转向舵机110通过螺栓连接，摇臂上设有内花键，舵机的输出轴上设有外花键，通过内花键与外花键配合并通过使用螺栓组件穿过锁紧孔的方式，实现舵机输出轴与摇臂的固定连接，机械摇臂和减摆器通过关节轴承连接。
49.本实施例中，减摆器为活塞式活塞。图3为图1所示无人机转向系统中减摆器的立体图。图4为图3所示减摆器工作原理的示意图。如图3和图4所示，本实施例中，减摆器300包括：
50.缸筒310，其侧面设置有支耳311；
51.活塞杆320，其沿长度方向贯穿所述缸筒，并在所述缸筒两端与所述缸筒密封滑动连接，从而在所述缸筒内部形成活塞空间；
52.活塞调节阻尼330，在所述活塞空间内垂直固定于所述活塞杆上，其上设置有阻尼通道331；
53.其中，活塞空间内充入有油液，活塞调节阻尼330将所述活塞空间分隔开左空间和右空间，油液通过阻尼通道331在左空间和右空间之间流动，产生的粘滞力抵消所述活塞杆传导的沿活塞杆长度方向的振动。
54.本发明中，减摆器300包括：n个活塞调节阻尼，n≥2，不同活塞调节阻尼的阻尼通
道的孔径和/或数量不同。本实施例中，n＝2。图5a和图5b分别为本实施例无人机转向系统中减摆器配套的两个活塞调节阻尼的正视图。两个活塞调节阻尼中，阻尼通道均呈圆孔形，数量和分布相同，孔径则有差别，从而导致阻尼力大小的不同。
55.请参照图3，在所述缸筒远离支耳的一侧，左空间和右空间对应的位置分别设置有左放油孔312和右放油孔313；在所述缸筒远离转动卡箍的第二端，所述缸筒与活塞杆之间的滑动密封结构为可拆卸结构。在需要更换活塞调节阻尼时，通过两放油孔312、313将活塞空间内的油液放出，将右侧的滑动密封机构和缸筒拆下，就可以更换活塞调节阻尼。在将不同通道孔径的活塞调节阻尼的更换完成之后，将缸筒和滑动密封机构再分别装上，通过两放油孔放入油，就可以实现改变减摆器阻尼力的目的。
56.以下结合图3、图4介绍本实施例中减摆器300的工作原理：机轮摆振迫使油液在阻尼通道间来回流动，产生的黏滞力消耗掉运动机械能，达到摆振快速收敛目的，如图4所示，当机轮摆动通过机构传递到减摆器活塞杆上，活塞杆往左运动，迫使着减摆器内部的油液通过阻尼通道往右流动，在左右反复的流动过程中产生摩擦，把机械能转换为内能。减摆器结构简单，便于维护。由于减摆器拆卸简单，因此减摆器的最大特点是可以根据无人机的起飞重量等不同状态，通过更换不同阻尼通道的活塞调节阻尼(如图5a和图5b所示)，以满足最佳减摆效果。
57.本领域技术人员应当理解，减摆器为活塞式减摆器，内部设置有可更换的活塞调节阻尼，可以根据无人机的类型、载荷和跑道状况，来更换活塞调节阻尼，而不用更换整个减摆器，也不用更换转向舵机、机械摇臂等部件，大大满足不同飞行状态要求，互换性强。
58.图6a和图6b分别为图1所示无人机转向系统实现转向和机轮减震的示意图。以下结合两图介绍本实施例无人机转向系统的工作原理：
59.(1)无人机转弯
60.如图6a所示，无人机在低速滑跑过程中，转向舵机控制盒接收到飞控计算机发来的转弯指令，并发送前轮转向舵机转动角度信息，转向舵机中齿轮进行转动，进而带动机械摇臂绕着转向舵机中心轴进行旋转，运动方式通过减摆器外筒壁传递到前起落架转动卡箍上，进而带动轮叉和轮胎进行转弯操作。
61.(2)前起落架振动的抵消
62.如图6b所示，无人机在高速滑跑过程中，转向舵机为锁死状态，因此转向舵机和摇臂类似于刚性结构，前起落架轮胎滑跑过程中产生的摆动，通过前起落架的轮叉传递到转动卡箍上，转动卡箍的转动带动减摆器的拉杆进行来回运动，进而把摆振的能量通过摩擦热的形式消耗掉，达到减摆的目的。
63.至此，本发明实施例无人机转向系统介绍完毕。
64.根据本发明的另一个方面，还提供了一种无人机。请参照图1，该无人机包括：如上所述的前起落架和无人机转向系统。
65.至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。
66.综上所述，本发明提供一种转向舵机、机械摇臂、减摆器串行连接的无人机转向系统，其通过连接方式和减摆器的设计，大大满足不同飞行状态要求，互换性强，具有较强的实用价值。
67.需要说明的是，对于某些实现方式，如果其并非本发明的关键内容，且为所属技术领域中普通技术人员所熟知，则在附图或说明书正文中并未对其进行详细说明，此时可参照相关现有技术进行理解。
68.还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。并且，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
69.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；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。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的具体含义。
70.再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”，以及阿拉伯数字、字母等，以修饰相应的元件或步骤，其本意仅用来使具有某命名的一个元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分，并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序。
71.可以理解的是，提供如上实施例的目的仅是使得本发明满足法律要求，而本发明可以用许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单的更改或替换。
72.类似的，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图，或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：所要求保护的本发明需要比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，各个发明方面在于少于前面单个实施例的所有特征。并且，实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
73.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种无人机转向系统，其特征在于，安装于前起落架上，所述前起落架包括；支柱；连接于所述支柱下方，并可相对于所述支柱转动的支柱活塞杆；其中，所述支柱活塞杆上设置有转动卡箍；所述无人机转向系统包括：固定于所述支柱上的转向舵机，其输出轴竖直向下设置；水平设置的机械摇臂，其第一端连接至所述转向舵机的输出轴；水平设置的减摆器，其缸筒侧面的支耳枢接至所述机械摇臂的第二端，其筒身前端的活塞杆第一端连接至所述转动卡箍；其中，所述转向舵机、机械摇臂、减摆器串行连接；所述减摆器为活塞式减摆器，其内部设置有可更换的活塞调节阻尼。2.根据权利要求1所述的无人机转向系统，其特征在于，所述减摆器包括：缸筒，其侧面设置有所述支耳；活塞杆，其沿长度方向贯穿所述缸筒，并在所述缸筒两端与所述缸筒密封滑动连接，从而在所述缸筒内部形成活塞空间；所述活塞调节阻尼，在所述活塞空间内垂直固定于活塞杆上，其上设置有阻尼通道，所述活塞调节阻尼将所述活塞空间分隔开通过阻尼通道连通的左空间和右空间；其中，所述活塞空间内充入有油液，所述油液通过所述阻尼通道在左空间和右空间之间流动，产生的粘滞力抵消所述活塞杆传导的沿活塞杆长度方向的振动。3.根据权利要求2所述的无人机转向系统，其特征在于，包括：n个活塞调节阻尼，n≥2，不同活塞调节阻尼的阻尼通道的孔径和/或数量不同；在所述缸筒远离支耳的一侧，所述左空间和右空间对应的位置分别设置有左放油孔和右放油孔；在所述缸筒远离转动卡箍的第二端，所述缸筒与活塞杆之间的滑动密封结构为可拆卸结构。4.根据权利要求2所述的无人机转向系统，其特征在于，还包括：转向舵机支架，所述转向舵机支架包括：水平方向设置的安装台，其中，所述转向舵机安装于所述安装台上，所述转向舵机的输出轴穿过所述安装台向下延伸；与所述安装台固定连接的固定架，其中，所述固定架的左右两侧分别设置有供固定架与支柱连接的竖直的螺栓固定孔。5.根据权利要求1所述的无人机转向系统，其特征在于，所述转向舵机的输出轴上设置有外花键；所述机械摇臂的第一端设置有第一连接孔，所述第一连接孔上设置有与所述外花键相啮合的内花键，所述转向舵机的输出轴与所述机械摇臂的第一端上设置有一体贯穿的锁紧孔，第一螺栓穿过所述锁紧孔并在末端用螺母固定；其中，通过所述内花键和外花键的啮合，以及所述第一螺栓的贯穿锁紧，实现所述转向舵机的输出轴与所述机械摇臂第一端的联动。6.根据权利要求1所述的无人机转向系统，其特征在于，所述机械摇臂的第二端设置有第二连接孔；第二螺栓穿过所述第二连接孔和所述支耳上的耳孔并在末端用螺母固定，所述第二螺
栓与机械摇臂之间，所述支耳与螺母之间均设置有滑动垫片。7.根据权利要求1所述的无人机转向系统，其特征在于，所述前起落架还包括：轮叉，固定于所述支柱活塞杆的下端，其上固定有轮胎；所述无人机转向系统还包括：舵机控制盒，其信号输入端连接至飞控计算机，其信号输出端连接至所述转向舵机的驱动端；其中，所述转向舵机按照驱动指令通过输出轴输出转动扭矩，该转动扭矩经由所述机械摇臂、减摆器传递至所述转动卡箍上，带动所述轮叉和轮胎转动。8.一种无人机，其特征在于，包括：如权利要求1至7中任一项所述的前起落架和无人机转向系统。

技术总结
本发明提供了一种无人机转向系统、无人机。该无人机转向系统安装于前起落架上，前起落架包括；支柱；连接于支柱下方，并可相对于支柱转动的支柱活塞杆；其中，支柱活塞杆上设置有转动卡箍；无人机转向系统包括：固定于支柱上的转向舵机，其输出轴竖直向下设置；水平设置的机械摇臂，其第一端连接至转向舵机的输出轴；水平设置的减摆器，其缸筒侧面的支耳枢接至机械摇臂的第二端，其筒身前端的活塞杆第一端连接至转动卡箍；其中，转向舵机、机械摇臂、减摆器串行连接；减摆器为活塞式减摆器，其内部设置有可更换的活塞调节阻尼。本发明中，转向舵机、机械摇臂、减摆器串行连接，连接方式简单，组成可靠，能够减少结构间隙，提高传动效率。率。率。


技术研发人员：郝新琛 曾庆国 于怿男 张威 王璠
受保护的技术使用者：中国北方工业有限公司
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/4/20