一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构的制作方法

1.本实用新型涉及微型无人机技术领域，尤其是涉及一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构。


背景技术：

2.现有无人直升机的自动斜盘均使用由微型电机驱动的舵机驱动实现变距。随着无人直升机的微型化和开始使用直驱式（旋翼由动力电机输出轴直接驱动，不再使用传统齿轮式减速器与传动机构）舵机控制方法，从结构上影响了微型无人直升机的轻量化，占用了较大的结构空间；其次，造成了微型无人直升机主轴较长，从而无法提高姿态控制精度与效率。
3.例如，中国专利公开号cn111268118a，公开日2020年06月12日，名为“一种单旋翼无副翼无人直升机旋翼头结构”，包括旋翼座、旋翼桨夹组件和挥舞阻尼，旋翼座位于旋翼桨夹组件的下方，挥舞阻尼位于旋翼座的中部，旋翼桨夹组件的前端面设置有三个均匀分布的横孔，三个横孔的中部均设置有拉钮片结构，旋翼桨夹组件包括两个桨夹，两个桨夹之间设置有旋翼横轴，旋翼横轴的左右两侧均设置有轴承，旋翼横轴的左右两侧均固定连接有拉钮片，轴承的内侧壁设置有轴承隔套，旋翼横轴的上方设置有压盖。
4.现有专利存在的缺点是：现有技术中的自动斜盘使用由微型电机驱动的舵机驱动实现变距，直驱式舵机操纵机构占用了较大的结构空间，影响微型无人直升机的轻量化；现有操纵结构使得微型无人直升机主轴较长，无法提高姿态控制精度与效率。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了解决现有技术中的自动斜盘使用由微型电机驱动的舵机驱动实现变距，影响了微型无人直升机的轻量化；以及造成微型无人直升机主轴较长，无法提高姿态控制精度与效率的问题，提供一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，使得自动斜盘的操纵机构减少占用空间，符合微型无人机轻量化标准，提高姿态控制精度与效率。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，包括：
8.主轴，所述主轴上套设有自动斜盘；
9.压电驱动装置，压电驱动装置包括通过轴承套设在主轴上的操作盘、设置在所述操作盘上的压电陶瓷杆、铰接在自动斜盘上的操纵拉杆以及用于复位操纵拉杆的复位组件，所述操纵拉杆上设有过孔，所述过孔的内壁上设有滚动件，所述压电陶瓷杆的一端穿过所述过孔，所述压电陶瓷杆穿过过孔的一端设有与滚动件配合的斜面。本方案中所述的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，通过改变相应的压电陶瓷杆的通电电压大小来控制操纵拉杆沿竖直方向操纵拉伸，改变自动斜盘的偏转角度进行变距。本方案中所述的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构应用于微型无人直升
机的自动斜盘，取代现有自动斜盘采用舵机驱动实现变距的结构。微型无人直升机对轻量化标准和控制精度有极高的要求。现有技术中，由微型电机驱动的舵机驱动操纵机构存在以下缺点：（1）占用空间较大，不符合轻量化标准；（2）使得主轴的长度较长，操纵机构无法满足控制精度与效率；（3）舵机采用微型电机驱动，微型电机和减速器的耐温范围较小，对于微型无人机的使用环境要求相对苛刻，使得使用寿命降低。本方案中通过压电驱动装置驱动自动斜盘实现变距，省略了微型电机和减速器，实现自动斜盘操纵机构的轻量化，减小自动斜盘操纵机构的占用空间，防止主轴的长度过长而影响控制精度与效率。压电陶瓷杆具有用电效率低，耐温范围广的优点，适用于多种特殊环境中的微型无人直升机的使用，延长使用寿命。本方案中的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构也直接使微型无人直升机在结构上更微小型化，促进了微型无人直升机微小型化的进程。
10.作为优选，所述操作盘上设有导向孔，所述操纵拉杆下端穿过所述导向孔，所述操纵拉杆竖直设置。所述导向孔具有导向操作杆的作用。
11.作为优选，所述复位组件包括设置在操作盘下方的复位底座、设置在操纵拉杆下端的限位件以及套设在操纵拉杆下部的弹性件，所述操纵拉杆穿过复位底座，所述弹性件位于复位底座和限位件之间，所述复位底座位于导向孔下方。所述复位底座通过螺栓固定在操作盘下方，所述操纵拉杆通过导向套与复位底座连接。
12.作为优选，所述复位底座的下端面设有导向槽，所述弹性件的上端伸入导向槽内，所述操纵拉杆与所述导向槽同轴设置。所述导向槽用于限位弹性件，使得弹性件不发生偏移。
13.作为优选，所述操纵拉杆的个数为三个，所述操纵拉杆根据主轴的中心轴线呈圆周分布，所述压电陶瓷与操纵拉杆一一对应。所述操纵拉杆根据主轴的中心轴线呈圆周分布，且所述操纵拉杆的个数为多个，所述压电陶瓷杆的个数与操纵拉杆的个数相同，使得操纵机构均匀分布在非旋转盘的圆周方向，使得操纵更精确，非旋转盘的扭转角度更精确，使得旋翼桨的变距更精确，变距效率提高，延长单次飞行时长。
14.作为优选，所述压电陶瓷杆的个数为三个，所述压电陶瓷杆根据主轴的中心轴线呈圆周分布，所述压电陶瓷杆的分布呈三角结构。使得操纵机构均匀分布在非旋转盘的圆周方向，使得操纵更精确。三角结构使得结构更紧凑。
15.作为优选，所述压电陶瓷杆的一端通过螺栓固定在操作盘上，所述压电陶瓷杆的另一端位于导向孔的上方，所述过孔位于导向孔的上方，所述压电陶瓷杆穿过过孔的一端上的斜面呈斜向上设置。
16.作为优选，所述滚动件通过转轴转动设置在操纵拉杆的过孔上端，所述滚动件沿压电陶瓷杆的斜面上下滚动，所述转轴的中心轴线水平设置。压电陶瓷杆通电变形时，压电陶瓷杆与操纵拉杆之间产生相对移动，滚动件的结构减少了压电陶瓷件与操纵拉杆之间的磨损和卡死的风险。
17.作为优选，所述自动斜盘包括非旋转盘，所述非旋转盘的边缘向外延伸设有安装耳，所述安装耳与操纵拉杆通过杆端关节轴承铰接。使得操纵拉杆与非旋转盘之间转动流畅。
18.作为优选，所述自动斜盘采用ccpm结构斜盘或十字斜盘。
19.因此，本实用新型具有如下有益效果：
20.（1）省略了微型电机和减速器，实现自动斜盘操纵机构的轻量化，减小自动斜盘操纵机构的占用空间，提高控制精度与效率；
21.（2）省略了微型电机和减速器，延长了自动斜盘操纵机构的使用寿命；
22.（3）压电陶瓷杆具有用电效率低，耐温范围广的优点，使得微型无人直升机适用于多种特殊环境；
23.（4）促进了微型无人直升机微小型化的进程。
附图说明
24.图1是本实用新型的一种结构示意图。
25.图2是本实用新型的另一种结构示意图。
26.图3是本实用新型的一种俯视图。
27.图4是图3中a-a处的剖视图。
28.图5是本实用新型的一种侧视图。
29.如图：
30.主轴1、
31.旋翼变距轴2、固定架3、旋翼桨4、
32.从动盘5、非旋转盘6、拉杆7、第一相位器8、第二相位器9、向心关节轴承10、
33.操作盘11、导向孔11.1、
34.压电陶瓷杆12、斜面12.1、
35.操纵拉杆13、过孔13.1、滚动件13.2、
36.复位底座14、限位件15、弹性件16。
具体实施方式
37.为使本实用新型技术方案实施例目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。
38.一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，包括：主轴1，主轴1上套设有自动斜盘；压电驱动装置，压电驱动装置包括通过轴承套设在主轴1上的操作盘11、设置在操作盘11上的压电陶瓷杆12、铰接在自动斜盘上的操纵拉杆13以及用于复位操纵拉杆13的复位组件，操纵拉杆13上设有过孔13.1，过孔13.1的内壁上设有滚动件13.2，压电陶瓷杆12的一端穿过过孔13.1，压电陶瓷杆12穿过过孔13.1的一端设有与滚动件13.2配合的斜面12.1。本方案中的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，通过改变相应的压电陶瓷杆12的通电电压大小来控制操纵拉杆13沿竖直方向操纵拉伸，改变自动斜盘的偏转角度进行变距。本方案中的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构应用于微型无人直升机的自动斜盘，取代现有自动斜盘采用舵机驱动实现变距的结构。微型无人直升机对轻量化标准和控制精度有极高的要求。现有技术中，由微型电机驱动的舵机驱动操纵机构存在以下缺点：（1）占用空间较大，不符合轻量化标准；（2）使得主轴1的长度较长，操纵机构无法满足控制精度与效率；（3）舵机采用微型电机驱动，微型电机和减速器的耐温范围较小，对于微型无人机的使用环境要求相对苛刻，使得使用寿命降低。本方案中通过压电驱动装置驱动自动斜盘实现变距，省略了微型电机和减速器，实现自动斜盘操
纵机构的轻量化，减小自动斜盘操纵机构的占用空间，防止主轴1的长度过长而影响控制精度与效率。压电陶瓷杆12具有用电效率低，耐温范围广的优点，适用于多种特殊环境中的微型无人直升机的使用，延长使用寿命。本方案中的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构也直接使微型无人直升机在结构上更微小型化，促进了微型无人直升机微小型化的进程。
39.工作原理：通过改变相应的压电陶瓷杆12的通电电压大小，使得压电陶瓷杆12产生形变，压电陶瓷杆12上的斜面12.1与操纵拉杆13的过孔13.1内的滚动件13.2配合，对操纵拉杆13进行拉伸和复位操作。从而起到操纵自动斜盘的效果。通过压电材料产生压电效应，将电能转化为机械能。
40.进一步的，如图1、图2所示，操作盘11上设有导向孔11.1，操纵拉杆13下端穿过导向孔11.1，操纵拉杆13竖直设置。导向孔11.1具有导向操作杆的作用。复位组件包括设置在操作盘11下方的复位底座14、设置在操纵拉杆13下端的限位件15以及套设在操纵拉杆13下部的弹性件16，操纵拉杆13穿过复位底座14，弹性件16位于复位底座14和限位件15之间，复位底座14位于导向孔11.1下方。复位底座14通过螺栓固定在操作盘11下方，操纵拉杆13通过导向套与复位底座14连接，复位底座14下端设有限位孔，弹性件16上端伸入限位孔内。
41.进一步的，如图1、图3所示，操纵拉杆13的个数为三个，操纵拉杆13根据主轴1的中心轴线呈圆周分布，压电陶瓷与操纵拉杆13一一对应，压电陶瓷根据主轴1的中心轴线呈圆周分布。操纵拉杆13根据主轴1的中心轴线呈圆周分布，且操纵拉杆13的个数为多个，压电陶瓷杆12的个数与操纵拉杆13的个数相同，使得操纵机构均匀分布在非旋转盘6的圆周方向，使得操纵更精确，非旋转盘6的扭转角度更精确，使得旋翼桨4的变距更精确，变距效率提高，延长单次飞行时长。
42.进一步的，如图1、图2、图4所示，复位底座14的下端面设有导向槽，弹性件16的上端伸入导向槽内，操纵拉杆13与导向槽同轴设置。导向槽用于限位弹性件16，使得弹性件不发生偏移。
43.进一步的，如图1、图2、图4所示，压电陶瓷杆12的个数为三个，压电陶瓷杆12根据主轴的中心轴线呈圆周分布，压电陶瓷杆12的分布呈三角结构。使得操纵机构均匀分布在非旋转盘的圆周方向，使得操纵更精确。三角结构使得结构更紧凑。
44.进一步的，如图1、图2、图4所示，滚动件13.2通过转轴转动设置在操纵拉杆13的过孔13.1的上端，滚动件13.2沿压电陶瓷杆13的斜面12.1上下滚动，转轴的中心轴线水平设置。压电陶瓷杆通电变形时，压电陶瓷杆与操纵拉杆之间产生相对移动，滚动件的结构减少了压电陶瓷件与操纵拉杆之间的磨损和卡死的风险。
45.进一步的，如图1、图2、图4所示，自动斜盘包括主动盘5和非旋转盘6，非旋转盘6的边缘向外延伸设有安装耳，安装耳与操纵拉杆13通过杆端关节轴承铰接。使得操纵拉杆与非旋转盘之间转动流畅。
46.进一步的，如图1所示，压电陶瓷杆12的一端通过螺栓固定在操作盘11上，压电陶瓷杆12的另一端位于导向孔11.1的上方，过孔13.1位于导向孔11.1的上方，压电陶瓷杆12穿过过孔13.1的一端上的斜面12.1呈斜向上设置。
47.进一步的，如图4所示，旋翼桨4装置包括水平设置的旋翼变距轴2、用于将旋翼变距轴2固定在主轴1上端的固定架3以及通过轴承套设在旋翼变距轴2上的旋翼桨4，旋翼变
距轴2的中心轴线与主轴1的中心轴线垂直设置。旋翼桨4套设在旋翼变距轴2上，旋翼桨4根据旋翼变距轴2的中心轴线转动。变距装置还包括通过向心关节轴承10套设在主轴1上的从动盘5、用于连接从动盘5和旋翼桨4装置的连接装置，非旋转盘6通过轴承套设在从动盘5上，非旋转盘6位于从动盘5下方。从动盘5下端设有导向柱，非旋转盘6通过轴承套设在导向柱上，从动盘5与非旋转盘6之间沿从动盘5轴向不发生移动，非旋转盘6根据从动盘5中心轴线转动，操纵拉杆13操纵非旋转盘6驱动包括从动盘5的变距装置进行变距。如图1、图5所示，连接装置包括拉杆7和连接件，拉杆7的上端与任一旋翼桨4通过杆端关节轴承铰接，拉杆7的下端与从动盘5通过杆端关节轴承铰接，连接件的上端与固定架3铰接，连接件的下端与从动盘5铰接。拉杆7用于控制旋翼桨4的螺距。如图1、图2所示，连接件包括第一相位器8和与第一相位器8铰接的第二相位器9，第一相位器8的上端与固定架3铰接，第二相位器9的下端与从动盘5铰接。第一相位器8和第二相位器9根据相应的运行工况的变化对相应的相位进行相应的调节。拉杆7与连接件沿主轴1的圆周方向依次交替分布。
48.本实用新型具有如下有益效果：（1）省略了微型电机和减速器，实现自动斜盘操纵机构的轻量化，减小自动斜盘操纵机构的占用空间，提高控制精度与效率；（2）省略了微型电机和减速器，延长了自动斜盘操纵机构的使用寿命；（3）压电陶瓷杆具有用电效率低，耐温范围广的优点，使得微型无人直升机适用于多种特殊环境；（4）促进了微型无人直升机微小型化的进程。
49.以上所述之具体实施例仅为本实用新型较佳的实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围。凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化理应均包含在本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，其特征在于，包括：主轴，所述主轴上套设有自动斜盘；压电驱动装置，压电驱动装置包括通过轴承套设在主轴上的操作盘、设置在所述操作盘上的压电陶瓷杆、铰接在自动斜盘上的操纵拉杆以及用于复位操纵拉杆的复位组件，所述操纵拉杆上设有过孔，所述过孔的内壁上设有滚动件，所述压电陶瓷杆的一端穿过所述过孔，所述压电陶瓷杆穿过过孔的一端设有与滚动件配合的斜面。2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，其特征是，所述操作盘上设有导向孔，所述操纵拉杆下端穿过所述导向孔，所述操纵拉杆竖直设置。3.根据权利要求2所述的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，其特征是，所述复位组件包括设置在操作盘下方的复位底座、设置在操纵拉杆下端的限位件以及套设在操纵拉杆下部的弹性件，所述操纵拉杆穿过复位底座，所述弹性件位于复位底座和限位件之间，所述复位底座位于导向孔下方。4.根据权利要求3所述的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，其特征是，所述复位底座的下端面设有导向槽，所述弹性件的上端伸入导向槽内，所述操纵拉杆与所述导向槽同轴设置。5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，其特征是，所述操纵拉杆的个数为三个，所述操纵拉杆根据主轴的中心轴线呈圆周分布，所述压电陶瓷杆与操纵拉杆一一对应。6.根据权利要求5所述的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，其特征是，所述压电陶瓷杆的个数为三个，所述压电陶瓷杆根据主轴的中心轴线呈圆周分布，所述压电陶瓷杆的分布呈三角结构。7.根据权利要求2或3或4所述的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，其特征是，所述压电陶瓷杆的一端通过螺栓固定在操作盘上，所述压电陶瓷杆的另一端位于导向孔的上方，所述过孔位于导向孔的上方，所述压电陶瓷杆穿过过孔的一端上的斜面呈斜向上设置。8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，其特征是，所述滚动件通过转轴转动设置在操纵拉杆的过孔上端，所述滚动件沿压电陶瓷杆的斜面上下滚动，所述转轴的中心轴线水平设置。9.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，其特征是，所述自动斜盘包括非旋转盘，所述非旋转盘的边缘向外延伸设有安装耳，所述安装耳与操纵拉杆通过杆端关节轴承铰接。10.根据权利要求9所述的一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，其特征是，所述自动斜盘采用ccpm结构斜盘或十字斜盘。

技术总结
本实用新型公开了一种基于压电陶瓷器件的无人直升机自动斜盘操纵机构，包括主轴，主轴上套设有自动斜盘；压电驱动装置，压电驱动装置包括通过轴承套设在主轴上的操作盘、设置在操作盘上的压电陶瓷杆、铰接在自动斜盘上的操纵拉杆以及用于复位操纵拉杆的复位组件，操纵拉杆上设有过孔，过孔的内壁上设有滚动件，压电陶瓷杆的一端穿过过孔，压电陶瓷杆穿过过孔的一端设有与滚动件配合的斜面。本方案省略了微型电机和减速器，实现自动斜盘操纵机构的轻量化，减小自动斜盘操纵机构的占用空间，提高控制精度与效率；延长了自动斜盘操纵机构的使用寿命；压电陶瓷杆具有用电效率低，耐温范围广的优点，使得微型无人直升机适用于多种特殊环境。殊环境。殊环境。


技术研发人员：高根礼
受保护的技术使用者：新疆永通光明电力安装工程有限公司
技术研发日：2022.12.20
技术公布日：2023/6/2