一种旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置的制作方法

1.本发明属于旋翼无人机技术领域，尤其涉及一种旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置。

背景技术：

2.航空器刹车系统的液压供压装置一般应具有以下功能：
3.(1)为机轮刹车装置提供规定的压力，确保航空器有一定的滑动量来保持规定的地面摩擦力；
4.(2)确保压力不会超过限定的范围，导致轮胎爆胎；
5.(3)保证压力能够在一定范围内进行调节，以适应不同的跑道状态；
6.(4)确保能够在飞行高度范围内提供刹车压力。
7.为了实现上述功能，一般有人机均设有完整的液压系统为刹车装置供压，包括液压泵(或电动泵)、减压阀、控制阀、油箱等组成，由驾驶员通过刹车踏板控制刹车，通过手刹车装置实现机轮刹车装置的停机供压。由于旋翼无人机的特性要求，取消了驾驶员的操纵动作，因此，要求旋翼无人机刹车供压装置在满足机轮刹车需求的前提下，易于实现自动控制，并尽可能的减小系统的体积，降低系统的重量，在无人机刹车系统中，除上述有人航空器的基本要求外，还需满足自动控制的要求，包括控制精度、稳定性、以及响应速度等要求，这就对无人机刹车系统提出了更高的要求。在旋翼无人机刹车系统中一般采用全电刹车，但随着旋翼无人机吨位及飞行距离的增加，全电动刹车装置重量重，体积大，发热量大的缺点越发突出；由于液压系统的体积和重量只有同等功率电动机的12％左右，同等功率下，液压装置的体积小，重量轻，但传统的液压刹车供压装置自动化和集成化程度较低，难以满足旋翼无人机的刹车要求。

技术实现要素：

8.发明目的：
9.(1)解决传统有人机液压刹车供压系统元件多、集成化程度低、不利于实现自动控制的问题；
10.(2)解决全电刹车装置重量重，体积大的问题；
11.(3)解决全电刹车装置易于发热，影响使用寿命的问题；
12.(4)由于全电刹车装置本身就是一个磁场，电磁兼容性差，而由于旋翼无人机的自动化程度高，电磁兼容性差可能导致其他元件的失效。不利于旋翼无人机的运营；采用旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置可提高电磁兼容性；
13.(5)液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向，在旋翼无人机刹车过程中遇到积水、结冰等突发状况时，能够更好的提供动力。
14.(6)含有断电保护功能，确保旋翼无人机的空中刹车保持功能不受供电系统断电故障影响。
15.(7)含有过载保护功能，确保电机不会处于过载状态。
16.技术方案：
17.一种旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置，包括：飞控系统、控制器、直线电动机组件、顶杆、活塞、刹车装置、连杆、机轮；
18.所述飞控系统连接控制器信号输入端，控制器信号输出端连接直线电动机组件的控制信号输入端；
19.飞控系统将pwm信号传递至控制器；控制器根据pwm信号的占空比控制直线电动机组件正转、反转或停转；
20.直线电动机组件通过顶杆与活塞的活塞杆连接；活塞的无杆腔与刹车装置的无杆腔通过供压腔连通为一个密封腔，刹车装置的活塞杆连接顶杆，通过顶杆作用于机轮上实现刹车。
21.进一步，所述装置还包括：电磁锁紧装置；
22.所述电磁锁紧装置设置在顶杆下方，控制器信号输出端连接电磁锁紧装置；控制器控制电磁锁紧装置锁定或松开顶杆；
23.所述电磁锁紧装置不通电时锁定顶杆，通电时松开顶杆。
24.进一步，所述装置还包括：压力传感器和处理器；所述压力传感器设置在供压腔内，用于采集供压腔内的液压压力，并将液压压力信号转换为电信号后传递至处理器，经处理器处理后传递至控制器；控制器根据飞控系统的pwm信号和供压腔的液压压力信号对直线电动机组件进行控制。
25.进一步，所述活塞的壳体内壁上设有两个微动开关，两个微动开关分别设置在活塞运动方向的两个极限位置；
26.两个微动开关用于检测活塞运动状态，当活塞运动至极限位置时，微动开关被触发接通，发送运动到位电信号至控制器，控制器接收到运动到位电信号后控制直线电动机组件停转。
27.进一步，控制器接收的飞控系统pwm信号占空比范围为0％～100％；
28.当pwm信号占空比从0％逐渐增大至100％时，控制直线电动机组件通过顶杆、活塞和刹车装置向机轮输出刹车压力从零逐渐增大至最大；
29.当pwm信号占空比从100％逐渐减小至0％时，控制直线电动机组件通过顶杆、活塞和刹车装置向机轮输出刹车压力从最大逐渐减小至零。
30.进一步，当旋翼无人机处于飞行状态，需要空中刹车保持时，在pwm信号占空比增大至100％后，控制器控制电磁锁紧装置断电，电磁锁紧装置锁定顶杆，将刹车压力保持在最大；然后断开直线电动机组件供电。
31.进一步，当旋翼无人机供电系统故障断电时，电磁锁紧装置仍锁定顶杆，实现刹车压力保持。
32.进一步，控制器比较pwm信号和经处理器处理后压力传感器感受的供压腔压力信号，将两者的差值传给直线电动机组件，直线电动机组件根据差值的大小产生不同形式的运动。
33.进一步，当pwm信号大于处理器处理后的供压腔压力信号时，直线电动机组件驱动顶杆向前运动；
34.当pwm信号小于处理器处理后的供压腔压力信号时，直线电动机组件驱动顶杆向后运动；
35.当pwm信号等于处理器处理后的供压腔压力信号时，直线电动机组件驱动顶杆停止运动。
36.本发明的优点是：
37.(1)旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置是一种高度集成的元件，应用了机械、液压、电子控制技术、传感检测技术，其外廓尺寸仅为348mm
×
90mm
×
113.5mm，重量为2.1kg，体积小，重量轻，能够满足旋翼无人机的使用要求。
38.(2)旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置仅需对直线电动机进行控制，其控制元件少，采用控制器接受飞控计算机的pwm脉宽调制信号，经微处理器进行处理输出数字信号进行模拟电路控制，以改变模拟电路的输出电压对直线电动机组件的正传、反转或停转进行控制，同时在产品上采用压力传感器对产品压力实时采集，并将电信号给微处理器通过软件的pid运算，控制方式成熟，避免了传动液压刹车装置控制元件多，匹配性差，不利于完成全自动控制的缺点。
39.(3)旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置应用了直线电动机组件这一先进的驱动元件，代替了全电刹车装置的电机组件、减速器和滚珠丝杠这一整套机械传动装置，机械传动装置的存在将影响刹车装置的精度和响应速度，机械装置产生的摩擦将增加刹车装置的发热量，机械装置尤其是滚珠丝杠长期使用产生的磨损将导致装置出现爬行、跳动以及降低刹车压力的保持功能。使用直线电动机组件直接驱动顶杆和活塞，通过使密闭刹车腔体油液压缩，从而控制旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置输出的刹车压力保持在规定范围内，而不需要电动机的持续工作，减少了电动机的工作时间，降低了发热率，提高了精度和响应速度，增加了装置的寿命。
40.(4)旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置电子元件使用的数量、种类较少，采用经过试验验证的通用元件，能够满足旋翼无人机电磁兼容要求。
41.(5)旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置通过直线电动机组件直接产生直线运动，通过电机的正转、反转和停止实现压力的变化，减少了电机组件、减速器和滚珠丝杠这套传动装置的摩擦力以及惯性矩，其特性保证旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置通易于实现快速启动、制动和频繁的换向，满足刹车供压装置面对突发情况的使用要求。
42.(6)旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置装有电磁锁紧装置，确保旋翼无人机的空中刹车保持功能不受供电系统断电故障影响，而采用减速器和滚珠丝杠这套传动装置仅靠自锁功能难以保证旋翼无人机的空中刹车保持功能不受供电系统断电故障影响，并且由于使用过程中滚珠丝杠的磨损将导致自锁能力的下降，将进一步影响空中刹车保持功能。
43.(7)旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置装有微动开关，当旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置运动至极限位置时将触发微动开关，实现旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置的过载保护功能。
附图说明
44.图1是一种旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置原理示意图。
具体实施方式
45.一种旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置，采取机电液结合的方式进行，将机械、液压、电子控制技术、传感检测技术等进行高度集成，本发明的使用不需旋翼无人机提供液压源，有效减轻旋翼无人机重量。旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置既有机械装置可靠性高、液压装置功率重量比大的优势，又有电气装置易于实现自动化的特点。旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置采用机上28v直流电源供电，由飞控系统输出pwm脉宽调制信号按占空比对旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置进行控制，实现旋翼无人机的停机刹车、起飞和着陆过程中的刹车，以及旋翼无人机的空中刹车保持，具体技术方案如下：
46.直线电动机组件11与顶杆2的一端机械连接，推动顶杆2进行直线运动，顶杆2的另一端与活塞3机械连接，保证顶杆2可推动活塞3运动，活塞3与刹车装置5间应存在一个充满液压油的密封腔9，密封腔9能够通过供压腔4将压力稳定的传输至刹车装置5，在供压腔4中安装压力传感器10，感受供压腔4中的液压压力，并能够将压力值转换为相应的电信号。电磁锁紧装置15在不通电状态下与顶杆2接触，锁定顶杆2；电磁锁紧装置15在通电状态下松开顶杆2。
47.压力传感器10输出的电信号被处理器8处理后能够被控制器13识别，控制器13具有接受pwm脉宽调制信号、接收处理器8提供的信号并进行比较的能力，控制器13能够根据信号比较的结果对直线电动机组件11进行控制。控制器13控制电磁锁紧装置15的通电状态。
48.壳体13内装有微动开关以检测活塞3是否运动至极限位置，若处于极限位置，将发出电信号至控制器13，控制器13将关闭直线电动机组件11。
49.旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置1的工作方案示意图如图1所示。旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置1将飞控系统14提供的pwm信号输入控制器13，控制器13根据pwm脉宽调制信号按占空比对直线电动机组件11的工作状态进行控制，实现直线电动机组件11的正转、反转或停转控制。
50.控制器13控制电磁锁紧装置15锁定与松开顶杆2，电磁锁紧装置15不通电时锁定顶杆2，通电时松开顶杆2。直线电动机组件11产生直线运动，在顶杆2处于松开状态时驱动顶杆2，推动活塞3，使旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置1输出相应压力。
51.同时在本发明上采用压力传感器10对供压腔4的压力实时采集，并将电信号给控制器13通过软件的pid运算，从而控制直线电动机组件11的工作状态达到装置输出压力与控制信号线性对应的控制。
52.当旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置1接受到飞控系统14输入的0％～100％的pwm脉宽调制信号时，装置可以线性输出与控制信号对应的液压压力，且将输出压力以电信号线性反馈输出。
53.当pwm脉宽调制信号0％时，旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置1不工作，输出压力为零，刹车装置5处于松刹车状态；当pwm脉宽调制信号从0％逐渐增大到100％时，旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置1输出压力逐渐增大到最大，驱动刹车装置5实现机轮7刹车；当控制信号从100％逐渐减小到0％时，刹车系统刹车压力逐渐减小，实现机轮7的松刹车。
54.当旋翼无人机处于飞行状态，需要空中刹车保持功能时，当pwm脉宽调制信号增大
到100％时，旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置1输出压力逐渐增大到最大，控制器13断开电磁锁紧装置15供电，电磁锁紧装置15锁定顶杆2，保持刹车系统刹车压力处于最大状态，然后控制器13断开直线电动机组件11的供电。
55.当旋翼无人机供电系统故障断电时，电磁锁紧装置15仍锁定顶杆2，旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置1将能够保持刹车压力，确保旋翼无人机的空中刹车保持功能不受供电系统断电故障影响。
56.壳体16内腔两侧壁板上分别装有微动开关，当活塞3接触微动开关后，表明活塞3已经运动至极限位置，此时微动开关接通，发出电信号至控制器13，控制器13将强制关闭电直线电动机组件11，确保直线电动机组件11不会处于过载状态。
57.旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置1的控制过程是：飞控系统14输入pwm脉宽调制信号至控制器13，控制器13比较输入信号和经处理器8处理后压力传感器10感受的旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置供压腔4的输出压力信号，并把差值传给直线电动机组件11，直线电动机组件11根据差值的大小产生相应形式和大小的运动，当输入pwm脉宽调制信号大于经处理器8处理后的信号时，直线电动机组件11驱动顶杆2向前运动；当输入pwm脉宽调制信号小于经处理器8处理后的信号时，直线电动机组件11驱动顶杆2向后运动；当输入pwm脉宽调制信号等于经处理器8处理后的信号时，直线电动机组件11与顶杆2停止运动。直线电动机组件11驱动顶杆2，推动活塞3，活塞3压缩密封腔9内液压油产生压力，通过旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置供压腔4将压力传给刹车执行元件刹车装置5，刹车装置5通过连杆6完成机轮7的刹车。

技术特征：

1.一种旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置，其特征在于：所述装置包括：飞控系统、控制器、直线电动机组件、顶杆、活塞、刹车装置、连杆、机轮；所述飞控系统连接控制器信号输入端，控制器信号输出端连接直线电动机组件的控制信号输入端；飞控系统将pwm信号传递至控制器；控制器根据pwm信号的占空比控制直线电动机组件正转、反转或停转；直线电动机组件通过顶杆与活塞的活塞杆连接；活塞的无杆腔与刹车装置的无杆腔通过供压腔连通为一个密封腔，刹车装置的活塞杆连接顶杆，通过顶杆作用于机轮上实现刹车。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述装置还包括：电磁锁紧装置；所述电磁锁紧装置设置在顶杆下方，控制器信号输出端连接电磁锁紧装置；控制器控制电磁锁紧装置锁定或松开顶杆；所述电磁锁紧装置不通电时锁定顶杆，通电时松开顶杆。3.根据权利要求2所述装置，其特征在于：所述装置还包括：压力传感器和处理器；所述压力传感器设置在供压腔内，用于采集供压腔内的液压压力，并将液压压力信号转换为电信号后传递至处理器，经处理器处理后传递至控制器；控制器根据飞控系统的pwm信号和供压腔的液压压力信号对直线电动机组件进行控制。4.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述活塞的壳体内壁上设有两个微动开关，两个微动开关分别设置在活塞运动方向的两个极限位置；两个微动开关用于检测活塞运动状态，当活塞运动至极限位置时，微动开关被触发接通，发送运动到位电信号至控制器，控制器接收到运动到位电信号后控制直线电动机组件停转。5.根据权利要求3所述装置，其特征在于：控制器接收的飞控系统pwm信号占空比范围为0％～100％；当pwm信号占空比从0％逐渐增大至100％时，控制直线电动机组件通过顶杆、活塞和刹车装置向机轮输出刹车压力从零逐渐增大至最大；当pwm信号占空比从100％逐渐减小至0％时，控制直线电动机组件通过顶杆、活塞和刹车装置向机轮输出刹车压力从最大逐渐减小至零。6.根据权利要求5所述装置，其特征在于：当旋翼无人机处于飞行状态，需要空中刹车保持时，在pwm信号占空比增大至100％后，控制器控制电磁锁紧装置断电，电磁锁紧装置锁定顶杆，将刹车压力保持在最大；然后断开直线电动机组件供电。7.根据权利要求6所述装置，其特征在于：当旋翼无人机供电系统故障断电时，电磁锁紧装置仍锁定顶杆，实现刹车压力保持。8.根据权利要求5所述装置，其特征在于：控制器比较pwm信号和经处理器处理后压力传感器感受的供压腔压力信号，将两者的差值传给直线电动机组件，直线电动机组件根据差值的大小产生不同形式的运动。9.根据权利要求8所述装置，其特征在于：当pwm信号大于处理器处理后的供压腔压力信号时，直线电动机组件驱动顶杆向前运动；当pwm信号小于处理器处理后的供压腔压力信号时，直线电动机组件驱动顶杆向后运
动；当pwm信号等于处理器处理后的供压腔压力信号时，直线电动机组件驱动顶杆停止运动。

技术总结

本发明属于旋翼无人机技术领域，尤其涉及一种旋翼无人机自动增压液压刹车供压装置，包括：飞控系统、控制器、直线电动机组件、顶杆、活塞、刹车装置、连杆、机轮；所述飞控系统连接控制器信号输入端，控制器信号输出端连接直线电动机组件的控制信号输入端；飞控系统将PWM信号传递至控制器；控制器根据PWM信号的占空比控制直线电动机组件正转、反转或停转；直线电动机组件通过顶杆与活塞的活塞杆连接；活塞的无杆腔与刹车装置的无杆腔通过供压腔连通为一个密封腔，刹车装置的活塞杆连接顶杆，通过顶杆作用于机轮上实现刹车。顶杆作用于机轮上实现刹车。顶杆作用于机轮上实现刹车。