一种无人机双余度前轮转弯伺服系统技术方案

本发明专利技术提供了一种无人机双余度前轮转弯伺服系统，该双余度前轮转弯伺服系统包括伺服控制器和转弯伺服机构，伺服控制器和转弯伺服机构中均有主、备两个通道，正常状态下，主通道工作，备份通道随动，通过伺服控制器的故障监测模块，当监测到主通道发生故障时，将工作通道切换为备份通道，主通道随动。当监测到备份通道也发生故障时，则将主、备份通道全部切除，并上报给飞控计算机，该模式有效提高了伺服系统的可靠性，结合机械结构研发，使无人机用全电式双余度前轮转弯伺服系统具有可靠性高、运动精度高、维护方便的特点，满足了无人机可靠性、维修性、安全性及全电化的需求。安全性及全电化的需求。安全性及全电化的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机双余度前轮转弯伺服系统


[0001]本专利技术属于无人机
，特别涉及一种无人机双余度前轮转弯伺服系统。

技术介绍

[0002]前轮转向是大中型无人机地面转弯的主要方式，在无人机起飞和降落过程中，前轮转向还起到纠正飞机航向的作用。前轮转弯机构是实现前轮转向的执行机构，大量统计表明有50％以上的安全事故发生在飞机的起飞和着陆阶段，因此前轮转弯机构的可靠性对无人机飞行的成败起着重要作用。目前大中型无人机一般采用液压式前轮转弯机构，其体积和重量都比较大，并且存在漏油漏气的风险，维护、维修都比较复杂。
[0003]因此，有必要提供一种前轮转弯伺服系统，以满足可靠性高、运动精度高、维护方便等方面的需求。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种高可靠性的、便于安装、传动精度高的无人机前轮转弯伺服系统，该双余度前轮转弯伺服系统包括伺服控制器和转弯伺服机构，伺服控制器和转弯伺服机构中均有主、备两个通道，正常状态下，主通道工作，备份通道随动，通过伺服控制器的故障监测模块，当监测到主通道发生故障时，将工作通道切换为备份通道，主通道随动。当监测到备份通道也发生故障时，则将主、备份通道全部切除，并上报给飞控计算机，该模式有效提高了伺服系统的可靠性，结合机械结构研发，使无人机用全电式双余度前轮转弯伺服系统具有可靠性高、运动精度高、维护方便的特点，满足了无人机可靠性、维修性、安全性及全电化的需求。
[0005]本专利技术提供的技术方案如下：
>[0006]一种无人机双余度前轮转弯伺服系统，包括伺服控制器和转弯伺服机构，所述伺服控制器包含故障监测模块和主、备份两个完全相同的控制通道，主、备份控制通道均包含控制电路和驱动电路，所述控制电路为转弯伺服系统的控制核心，与飞控计算机通讯，接收下发的控制指令，接收并上传转弯伺服机构发送的转弯伺服机构输出轴的实际偏转角度，并将转弯伺服机构输出轴的偏转角度与控制指令进行比较，通过闭环运算，输出PWM信号至驱动电路；所述驱动电路根据PWM信号调整输出至转弯伺服机构的电压，最终改变转弯伺服机构输出轴的转速；
[0007]所述转弯伺服机构包含传动机构和主、备份两个完全相同的执行通道，主、备份执行通道均包含无刷电机和角度传感器，所述无刷电机为转弯伺服机构的动力元件，所述角度传感器为转弯伺服机构输出轴的角度检测元件，用于将采集到的转弯伺服机构输出轴的偏转角度传输至伺服控制器的控制电路；主执行通道无刷电机和备份执行通道无刷电机均与传动机构连接，将无刷电机的转动运动传递至弯伺服机构输出轴。
[0008]根据本专利技术提供的一种无人机双余度前轮转弯伺服系统，具有以下有益效果：
[0009](1)本专利技术提供的一种无人机双余度前轮转弯伺服系统，为提高可靠性，伺服控制
器进行了余度设计，一个伺服控制器包含故障监测模块和主、备两个完全相同的控制通道，每个控制通道包含控制电路和驱动电路，各控制通道之间完全隔离，互不干扰，主通道工作时，备份通道不工作，主通道故障时备份通道接通；
[0010](2)本专利技术提供的一种无人机双余度前轮转弯伺服系统，为提高可靠性，转弯伺服机构进行了余度设计，一个转弯伺服机构包含传动机构和主、备两个完全相同的执行通道，每个执行通道包含电机和角度传感器(RVDT)，各执行通道之间完全隔离，互不干扰，主通道工作时，备份通道不工作，主通道故障时备份通道接通；
[0011](3)本专利技术提供的一种无人机双余度前轮转弯伺服系统，为提高运动精度，伺服机构中角度传感器(RVDT)通过齿轮副与转弯伺服机构输出轴相连，齿轮副材质选用氟塑料，该材料齿轮具有自润滑效果，并采用正偏差齿厚公差，以此消除了传动间隙；
[0012](4)本专利技术提供的一种无人机双余度前轮转弯伺服系统，在安装时，通过可伸缩连杆实施前轮转轴调节安装，在使用过程中，伺服机构通过连杆机构控制前轮转弯。
附图说明
[0013]图1为本专利技术中一种无人机双余度前轮转弯伺服系统的模块组成示意图；
[0014]图2为本专利技术中一种无人机双余度前轮转弯伺服系统中伺服控制器的模块组成示意图；
[0015]图3为本专利技术中一种无人机双余度前轮转弯伺服系统中转弯伺服机构的安装示意图；
[0016]图4为本专利技术中一种无人机双余度前轮转弯伺服系统中转弯伺服机构的结构示意图；
[0017]图5为本专利技术中一种无人机双余度前轮转弯伺服系统中凸轮定位示意图；
[0018]图6为本专利技术中一种无人机双余度前轮转弯伺服系统中连杆的结构示意图。
[0019]附图标号说明
[0020]1‑
转弯伺服机构；2
‑
无人机起落架；3
‑
前轮转轴；4
‑
连杆；5
‑
主通道无刷电机；6
‑
备份通道无刷电机；7
‑
主通道小齿轮；8
‑
备份通道小齿轮；9
‑
大齿轮；10
‑
凸轮；11
‑
谐波柔轮；12
‑
谐波刚轮；13
‑
转弯伺服机构输出轴；14
‑
初级传感器齿轮；15
‑
主通道次级传感器齿轮；16
‑
备份通道次级传感器齿轮；17
‑
主通道角度传感器；18
‑
备份通道角度传感器；19
‑
外螺纹连杆；20
‑
内螺纹连杆；21
‑
锁紧螺母；24
‑
第一小轴承；25
‑
第二小轴承；26
‑
第一套筒；27
‑
第二套筒。
具体实施方式
[0021]下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0022]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0023]如图1所示，本专利技术提供了一种无人机双余度前轮转弯伺服系统，包括伺服控制器和转弯伺服机构，所述伺服控制器包含故障监测模块和主、备份两个完全相同的控制通道，
主、备份控制通道均包含控制电路和驱动电路，所述控制电路为转弯伺服系统的控制核心，与飞控计算机通讯，接收下发的控制指令，接收并上传转弯伺服机构发送的转弯伺服机构输出轴的实际偏转角度，并将转弯伺服机构输出轴的偏转角度与控制指令进行比较，通过闭环运算，输出PWM信号至驱动电路；所述驱动电路根据PWM信号调整输出至转弯伺服机构的电压，最终改变转弯伺服机构输出轴的转速。正常工作时，主控制通道驱动电路的功率开关开启，备份控制通道驱动电路的功率开关关闭。当故障监测模块监测到主通道发生故障时，就会将主控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机双余度前轮转弯伺服系统，其特征在于，包括伺服控制器和转弯伺服机构，所述伺服控制器包含故障监测模块和主、备份两个完全相同的控制通道，主、备份控制通道均包含控制电路和驱动电路，所述控制电路为转弯伺服系统的控制核心，与飞控计算机通讯，接收下发的控制指令，接收并上传转弯伺服机构发送的转弯伺服机构输出轴的实际偏转角度，并将转弯伺服机构输出轴的偏转角度与控制指令进行比较，通过闭环运算，输出PWM信号至驱动电路；所述驱动电路根据PWM信号调整输出至转弯伺服机构的电压，最终改变转弯伺服机构输出轴的转速；所述转弯伺服机构包含传动机构和主、备份两个完全相同的执行通道，主、备份执行通道均包含无刷电机和角度传感器，所述无刷电机为转弯伺服机构的动力元件，所述角度传感器为转弯伺服机构输出轴的角度检测元件，用于将采集到的转弯伺服机构输出轴的偏转角度传输至伺服控制器的控制电路；主执行通道无刷电机和备份执行通道无刷电机均与传动机构连接，将无刷电机的转动运动传递至弯伺服机构输出轴。2.根据权利要求1所述的无人机双余度前轮转弯伺服系统，其特征在于，所述伺服控制器中各控制通道的控制电路包括RVDT解码电路、AD芯片、通讯接口电路以及主控芯片，所述RVDT解码电路与该通道中角度传感器连接，接收角度传感器采集到的转弯伺服机构输出轴的偏转角度模拟信号并传输至AD芯片，所述AD芯片将模拟信号转化为数字信号并传输至主控芯片，所述主控芯片通过所述通讯接口电路与飞控计算机通讯，接收控制指令，将偏转角度与控制指令进行比较，通过闭环运算，输出PWM信号至驱动电路。3.根据权利要求1所述的无人机双余度前轮转弯伺服系统，其特征在于，所述伺服控制器中各控制通道的驱动电路包括功率开关和电机驱动模块，所述功率开关受故障监测模块调控实现开启和关闭，并在开启时接收PWM信号并发送至所述电机驱动模块；所述电机驱动模块根据PWM信号调整输出至转弯伺服机构的电压，最终改变转弯伺服机构输出轴的转速。4.根据权利要求1所述的无人机双余度前轮转弯伺服系统，其特征在于，所述伺服控制器中故障监测模块主要通过CPLD芯片完成故障监测功能，包括完成主控芯片监测、RVDT工作状态监测、开环监测、停转监测和霍尔监测，所述主控芯片将内部监测的结果通过IO口输出至CPLD芯片，CPLD芯片通过逻辑运算产生故障信号，并将该故障信号输出至主、备份控制通道驱动电路的功率开关，实施主、备份通道的切换。5.根据权利要求1所述的无人机双余度前轮转弯伺服系统，其特征在于，所述伺服控制器还包括供电单元，所述供电单元用于将外部电源电压转换为转弯伺服系统中各元件所需电压。6.根据权利要求1所述的无人机双余度前轮转弯伺服系统，其特征在于，所述转弯伺服机构(1)安装在无人机起...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，李清，王丹阳，周卫卫，衡春影，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：