CN105944386A - 用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置，包括摇杆部件以及磁流变阻尼***，磁流变阻尼***包括至少一个磁流变阻尼元件、传感器、驱动器和控制器，摇杆部件包括基座、摇柄和滚轮，磁流变阻尼***为摇杆提供转动阻力，根据摇杆推动的角度、速度，或结合其它传感器，对摇杆输出不同的阻力，该阻力实时可控，本发明为摇杆操控增加了功能扩展性和智能性。
Description
技术领域
本发明涉及一种摇杆装置，更具体的说，它涉及一种用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置。
背景技术
无人机包括航模、遥控固定翼飞机、遥控多旋翼飞机、遥控直升机等，在探测、拍摄、侦查等领域得到广泛应用。另外，具有遥控功能的玩具模型包括遥控舰船、遥控汽车等。无人机及玩具模型均由遥控器和被控设备两部分组成。本发明将着重以无人机为例进行介绍。
遥控器广泛应用于控制无人机的飞行方向。对无人机实施控制的常规遥控器大部分为手持式，双手分别控制遥控器上的两个摇杆实现无人机的运动控制，例如左手摇杆的两个旋转自由度分别控制油门和副翼，右手摇杆的两个旋转自由度分别控制升降舵和方向舵。通常，油门摇杆不具有自动回中弹簧，通过摩擦力的作用，可以实现油门摇杆的“位置保持”。通过相连的旋转电位计，可以读出摇杆的推动角度，该角度信息作为无人机油门的控制信号，通过遥控器中的无线模块，发送到无人机上，无人机便启用相应的油门状态。
但是对于具有“位置保持”特性的摇杆，摇杆在推动过程中的阻力是不可控不可调的，即没有专门的阻尼元件为摇杆的推动过程提供力反馈。而本发明提供一种在推动过程中具有可控可调阻力的摇杆装置，该阻力可以通过程序算法进行自动控制。通过在推动过程中增加力反馈的可控阻尼元件，可以实现任意定制、实时可控的摇杆阻力，为飞行的摇杆操控增加了丰富的功能扩展性和智能性。
磁流变(MR)液是一种智能材料，其能够在几毫秒内，从自由流动状态向半固体状态快速、可逆且可调谐地转变。磁流变流体在电子控件与机械装置/***之间提供了简单且快速的响应界面，因此，以磁流变液为基础的磁流变阻尼元件具有众多优点，例如可控的阻尼力、宽的操作温度范围、快速响应和低能耗等。磁流变阻尼器在汽车的悬架***、桥梁、火炮的减振***等得到了成功应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置，其特征在于：包括摇杆部件以及磁流变阻尼***；所述磁流变阻尼***包括至少一个磁流变阻尼元件、传感器、驱动器和控制器；所述磁流变阻尼元件与摇杆部件相连，可以通过改变输入电流改变对摇杆部件转动的阻力；所述传感器与摇杆部件相连，用于测量出摇杆部件的转动信息；所述控制器，根据输入的传感器信息，运行控制算法，输出磁流变阻尼元件的控制电压；所述驱动器，与控制器和磁流变阻尼元件相连，输出磁流变阻尼元件的驱动电流。
优选为，摇杆部件包括基座、摇柄和滚轮；所述滚轮设置在基座内且可以在基座内转动；所述摇柄在基座内，与所述滚轮相连。
优选为，磁流变阻尼元件包括：一个固定基座；至少一个与所述摇杆部件共同转动的圆盘；位于固定基座内的至少一个线圈；内部含有磁流变液的泡沫介质，与所述圆盘相连，位于圆盘和固定基座形成的空隙内。
优选为，磁流变阻尼元件包括：一个固定基座；至少一个与所述摇杆部件共同转动的圆盘；位于固定基座内的至少一个线圈；磁流变液体充置于圆盘和固定基座形成的空隙内。
优选为，磁流变阻尼元件包括：一个固定基座；至少一个与固定基座相连的圆盘；至少一个与所述摇杆部件共同转动的圆盘；位于固定基座内的至少一个线圈；磁流变液体充置于多个圆盘交叉形成的空隙内。
优选为，磁流变阻尼元件包括：一个固定基座；一个与所述摇杆部件共同转动的圆盘；位于所述圆盘上的至少一个线圈；磁流变液体充置于基座内壁与圆盘外壁形成的空隙内。
本发明具有下述优点：通过对转动过程进行阻力控制，可增加原先没有的摇杆操作模式，如“点动”模式、“分档”模式；可增加智能预警功能： 例如推过低或过高油门时，可瞬时猛增阻力进行预警，防止误操作坠机；在需要精准遥控，如使用无人机执行特殊任务时，可以采用不同的摇杆阻力水平，使操作分辨率更高，操控更稳定，控制更精准；任意定制、实时可控的摇杆阻力，为摇杆操控增加了功能扩展性和智能性。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为本发明原理模块图。
图3为本发明实施例一的磁流变阻尼元件内部结构图。
图4为本发明实施例二的磁流变阻尼元件内部结构图。
图5为本发明实施例三的磁流变阻尼元件内部结构图。
图6为本发明实施例四的磁流变阻尼元件内部结构图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置进行更全面的描述。附图中给出了该摇杆装置的优选实施例。但是，用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发电***及人体发电装置的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/ 或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。
实施例一
参照图1所示，本实施例的一种用于无人机遥控器的摇杆装置，包括摇杆部件以及磁流变阻尼***，具体包括基座31、摇柄32、滚轮33、磁流变阻尼元件50、传感器70、以及磁流变阻尼元件所需的控制器和驱动器（未在图中表示出）。通常的无人机遥控器上有左右两个摇杆装置，分别具有两个旋转自由度。图中所示摇杆装置可能为无人机遥控器上任一摇杆，图中的摇柄32具有两个方向的旋转自由度，即绕图中x轴和y轴的转动。另外本发明也可能具有其他形式的关节自由度连接形式。为了简化说明原理，图中实施例仅为一个方向的旋转提供阻力，即绕x轴的旋转，仅具有一个磁流变阻尼元件50。该x轴的旋转方向为无人机的油门控制，不具备回中弹簧。本发明的摇杆装置也可能具有多个磁流变阻尼元件，为多个运动自由度提供阻力。
滚轮33与摇柄32相连，位于基座31内。磁流变阻尼元件50的一端固定于基座上，另一端的旋转输入轴与滚轮33相连，随摇柄32共同转动。传感器70一端与磁流变阻尼元件50相连，也随摇柄32共同转动。
图2示出了本发明实施例的一种用于无人机遥控器的摇杆装置的模块示意图。摇杆装置的磁流变阻尼***由传感器70、磁流变阻尼元件50、控制器80和驱动器90组成。传感器70为电位计或编码器等，可以测量出摇柄旋转的角度、角速度等。控制器80可能是单独的MCU控制器，也可能是遥控器内已有的控制器。控制器接收来自传感器70的转动信息，除了传感器70以外，控制器还有可能接收来自其它传感器的信息，例如无人机的飞行速度信息、风速信息等。控制器将根据这些获得的外部信息，运行预先设置的控制算法，输出磁流变阻尼元件的控制电压，即所希望磁流变阻尼元件输出的阻力。或者，控制器80也可以接收来自用户的指令输入，如持续输出高阻力状态。驱动器90接收来自控制器的控制电压信号，将电压信号转换为相应的电流，为磁流变阻尼元件提供所需的驱动电流。驱动电流将输入到磁流变阻尼元件50的励磁线圈中，不同的电流值可以改变磁流变液的粘度，从而控制磁流变阻尼元件50的输出阻力。由于摇杆带动磁流变阻尼元件50共同转动，该输出阻力会作用在摇杆部件上，为摇杆提供力反馈。
举例说明工作过程：人们在控制无人机油门大小的遥控过程中，推动摇柄转动，所附传感器和磁流变阻尼元件会跟随摇柄转动。摇柄的可转动角度为120度。控制器中预先设置的算法为：将0~120度平均分为4段，每段为30度。在每段的终点角度，即30、60度。。。，瞬时增大阻力值（低阻力状态的10倍），而在每段的中间角度（0~29度。。。）将保持低阻力的状态；传感器将实时测量出转动角，输入到控制器中，当检测到转动角为0~29度时，控制器输出0V电压，磁流变阻尼元件无输入电流，对摇杆运动的阻力很低。当检测到转动角为30度时，控制器输出3V电压，驱动器转换为1A的驱动电流，输入到磁流变阻尼元件中，磁流变阻尼元件对摇杆运动的阻力将瞬间增加10倍。因此，对油门的摇杆控制相当于具有“分档”的操作模式，即分为4档，每档之间依靠阻力值提供分界线。另外，本发明可以根据设计需求，任意改变控制器中阻力的设置算法。用户也可以通过控制器的输入端，对阻力曲线进行自定义。
图3示出了本发明实施例的一种磁流变阻尼元件的内部结构图，即单圆盘泡沫介质式。磁流变阻尼元件50包括上下基座41、46，旋转轴45，与轴45相连的圆盘43，线圈44，含有磁流变液的泡沫介质42。其中，上下基座41、46通过螺钉固定在一起，共同组成固定基座，线圈42安装于基座内，用于产生改变磁流变液状态的磁场。轴45相对基座旋转，圆盘43与轴45相连，含有磁流变液的泡沫介质42与圆盘43相连，因此含有磁流变液的泡沫介质42会与固定基座产生相对旋转运动。输出轴45与传感器及摇杆相连。图中黑色虚线为励磁线圈44所产生的磁场方向，磁场会改变泡沫介质中磁流变液的粘度，从而改变相对旋转运动所受到的阻力。因此，通过调节线圈44的通电电流，进而改变磁场强度，可以达到调节磁流变阻尼元件输出阻力的目的。线圈44通过基座内部引出到外部，47为其输出导线。应当指出的是，磁流变阻尼元件中可能还具有注液孔、导线孔、轴承、密封圈等结构设计细节，图中未有画出。
实施例二
本实施例二与实施例一的区别在于磁流变阻尼元件的内部结构，如图4所示出，本发明实施例的一种磁流变阻尼元件的内部结构图，即单圆盘式。与图3所示结构类似，也采用了单个旋转圆盘103。不同之处是，没有采用泡沫介质42附着吸收磁流变液，而是直接将磁流变液102充放于圆盘103与基座101、106所形成的间隙内。轴105为旋转运动输入轴，黑色虚线为励磁线圈104所产生的磁场方向。
实施例三
本实施例三与实施例二的区别在于磁流变阻尼元件的内部结构，如图5所示，本发明实施例的一种磁流变阻尼元件的内部结构图，即多圆盘式。与图4的单圆盘式不同：有多个圆盘（图中例子为两个113、114）与旋转轴115相连，相对应的，固定基座除了壁面以外，也具有圆盘112。圆盘112同线圈一样，固定于基座内部。因此，多个圆盘和基座壁相互交叉，可以形成多个磁流变阻尼的受力面。磁流变液111充放于多个圆盘交叉所形成的空隙内。
实施例四
本实施例四与实施例一、二、三的区别在于磁流变阻尼元件的内部结构，如图5所示，本发明实施例的一种磁流变阻尼元件的内部结构图，即线圈内置式，而图3、4、5中的结构为线圈外置式。图中励磁线圈122位于旋转轴124上，与固定基座121有相对旋转运动。磁流变液123充放于基座内壁和旋转轴124外壁所形成的间隙中。黑色虚线为线圈122所产生的磁场方向，该磁场对间隙中的磁流变液进行固化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置，其特征在于：包括摇杆部件以及磁流变阻尼***；所述磁流变阻尼***包括至少一个磁流变阻尼元件、传感器、驱动器和控制器；所述磁流变阻尼元件与摇杆部件相连，可以通过改变输入电流改变对摇杆部件转动的阻力；所述传感器与摇杆部件相连，用于测量出摇杆部件的转动信息；所述控制器，根据输入的传感器信息，运行控制算法，输出磁流变阻尼元件的控制电压；所述驱动器，与控制器和磁流变阻尼元件相连，输出磁流变阻尼元件的驱动电流。
2.根据权利要求1所述的用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置，其特征在于：所述摇杆部件包括基座、摇柄和滚轮；所述滚轮设置在基座内且可以在基座内转动；所述摇柄在基座内，与所述滚轮相连。
3.根据权利要求1所述的用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置，其特征在于，所述磁流变阻尼元件包括：一个固定基座；至少一个与所述摇杆部件共同转动的圆盘；位于固定基座内的至少一个线圈；内部含有磁流变液的泡沫介质，与所述圆盘相连，位于圆盘和固定基座形成的空隙内。
4.根据权利要求1所述的用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置，其特征在于，所述磁流变阻尼元件包括：一个固定基座；至少一个与所述摇杆部件共同转动的圆盘；位于固定基座内的至少一个线圈；磁流变液体充置于圆盘和固定基座形成的空隙内。
5.根据权利要求1所述的用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置，其特征在于，所述磁流变阻尼元件包括：一个固定基座；至少一个与固定基座相连的圆盘；至少一个与所述摇杆部件共同转动的圆盘；位于固定基座内的至少一个线圈；磁流变液体充置于多个圆盘交叉形成的空隙内。
6.根据权利要求1所述的用于无人机及玩具模型的遥控器的摇杆装置，其特征在于，所述磁流变阻尼元件包括：一个固定基座；一个与所述摇杆部件共同转动的圆盘；位于所述圆盘上的至少一个线圈；磁流变液体充置于基座内壁与圆盘外壁形成的空隙内。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160921 |