CN112065206A - 一种固定翼无人机任务舱门驱动控制*** - Google Patents
一种固定翼无人机任务舱门驱动控制*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种固定翼无人机任务舱门驱动控制***,由带轮传动装置、控制器、电机组件和传感器模块组成;带轮传动装置与无人机机身通过外部的机械接口连接,电机组件与带轮传动装置连接,控制器和电机组件通过固定架固连,控制器控制电机的运转并带动带轮传动装置中的齿轮转动,使齿形带带动舱门沿滑轨移动,传感器模块将舱门到达极限位置的信号反馈给控制器;通过齿轮的正转或反转,实现舱门的打开或关闭,控制操作简单。舱门驱动控制***采用CAN总线传输的方式,数据传输量大,传输稳定,供电插座和信号插座彼此独立,抗干扰能力强,控制算法带自检测功能,可有效掌握位置的运行状态和故障定位,智能化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及无人机舱门驱动控制技术,具体地说,涉及一种固定翼无人机任务舱门驱动控制***。
背景技术
固定翼无人机的任务设备是安装在机身内,通过舱门控制***驱动舱门传动机构,实现舱门的打开或关闭,从而使任务设备通过升降机构实现运行,进而执行飞行任务。舱门驱动装置工作在任务设备执行任务之前和任务设备执行完任务之后,是任务设备执行任务操作的基础,是整个无人机任务工作***中的关键部件。舱门驱动装置属于无人机机载部件,因此对舱门驱动装置的空间尺寸有所限制,且舱门驱动装置是由控制器、电机驱动部件和舱门传动装置三部分组成,各部件相互关联、彼此独立,其中一个部件出现故障就会导致整个舱门驱动装置无法工作。因此,无人机的舱门驱动装置要求体积小、拆装方便、适应性强和具备故障检测功能。
发明专利201710906626.2提出了“一种应用于无人机的舱门控制装置”,该舱门控制装置的驱动电机安装在无人机的机舱上,拆装不方便,需要在机舱的内壁上安装导轨,占用无人机机舱内部空间,适用性差。专利201621117094.1公开了“一种无人机舱门开启装置”,该无人机舱门开启装置采用两组电动缸驱动左右连杆摆动,进而带动舱门绕合页转动,该装置由于采用电动缸作为驱动部件,舱门开启装置的重量较大,且连杆的摆动和合页转动的精度差、可靠性较低。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足,本发明提出一种固定翼无人机任务舱门驱动控制***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括带轮传动装置、控制器、电机组件、固定架、齿形带、传感器模块、滑轨、舱门和无人机机身,其特征在于带轮传动装置与无人机机身通过外部的机械接口连接,电机组件与带轮传动装置配合连接,控制器位于固定架上部且靠近齿轮侧端,控制器与电机组件通过固定架安装连接,控制器控制电机组件运转并带动带轮传动装置的齿轮转动,使齿形带带动舱门沿滑轨移动,传感器模块在感应到舱门移动后,将舱门到达极限位置的信号反馈给控制器;
所述电机组件包括电机、减速器、电机座和轴套,所述电机与控制器盒体内控制板通过电机尾部引出供电线连接,通过控制板调节控制电机的转速和转向,电机与减速器输入端连接,所述减速器输出端与电机座配合,电机座和带轮传动装置通过螺栓连接,所述方轴套嵌套在减速器的输出轴上,方轴套上开有通孔与减速器输出轴上销轴孔对应配合,方轴套与减速器通过销轴固连,方轴套嵌入带轮传动装置上的方轴孔中;
所述带轮传动装置的输入端和电机组件连接,带轮传动装置的输出端的齿轮与齿形带啮合,电机组件输出的旋转力矩经过带轮传动装置转换为齿形带的直线运动,电机组件中电机驱动带轮传动装置中齿轮的正转或反转,带动齿形带的前后移动,实现舱门的打开或关闭;
所述控制器包括控制器盒体、连接器和安装在控制器盒体内的控制板,控制器盒体与固定架通过螺钉固连,控制器盒体内的连接器分别为供电插座和CAN信号插座,连接器与控制板通过引线连接,控制板上的引线穿出控制器盒体底部的小孔和电机连接;控制器上电后启动舱门驱动控制程序,舱门驱动控制程序开始进行***的初始化,对控制器的硬件外设与数据进行初始化,初始化结束后进行舱门驱动的自检测,自检测读取舱门驱动装置的外部故障信号,并根据故障信号进行故障判断和实施故障保护动作;自检测通过后主控芯片根据接收到的控制指令,获取CAN节点ID,译码解算控制指令,并将控制指令转化为对电机的驱动指令,驱动电机执行正转或反转,带动舱门向打开或关闭方向移动,舱门移动至限位开关位置处触发限位开关打开,限位开关打开后将到位信号输送回控制器,控制器通过CAN回传给机载计算机,舱门已经关闭或打开;
所述传感器模块包括限位开关和触点,限位开关位于无人机机身靠近舱门处,两个限位开关分别安装在舱门的前后位置,所述触点位于舱门的四个角上,触点随着舱门移动靠近限位开关,传感器模块传输舱门到达极限位置的信号并反馈给控制器,实现舱门的打开或关闭限位。
所述齿形带位于无人机机身舱门的内侧且与滑轨平行安装;所述齿形带采用聚氨酯材质,夹层内置有玻璃纤维,齿形带带宽与带轮传动机构的齿轮宽度相同。
所述固定架为U形槽结构,U形槽内径与电机组件中的减速器和电机壳体的外径相同,固定架的外平面与控制器盒体底部贴合连接,电机组件固定在固定架和控制器盒体之间。
有益效果
本发明提出的一种固定翼无人机任务舱门驱动控制***,由带轮传动装置、控制器、电机组件和传感器模块组成;带轮传动装置与无人机机身通过外部的机械接口连接,电机组件与带轮传动装置连接,控制器和电机组件通过固定架连接,控制器控制电机的运转并带动带轮传动装置中的齿轮转动,使齿形带带动舱门沿滑轨移动,传感器模块将舱门到达极限位置的信号反馈给控制器。通过齿轮的正转和反转,实现舱门的打开或关闭,操作控制简单。舱门驱动控制***采用CAN总线传输的方式,数据传输量大,传输稳定,供电插座和信号插座彼此独立,抗干扰能力强,控制算法带自检测功能,可有效掌握设备的运行状态和故障定位,智能化程度高。
本发明固定翼无人机任务舱门驱动控制***的各组成部件彼此独立,且各组成部件之间连接简单,维修便捷、互换性好;装置的体积小,适应性强。采用齿轮和齿形带啮合传动传递电机输出力矩到舱门上,传输平稳可靠,操作控制简单,齿轮和齿形带的使用寿命长。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种固定翼无人机任务舱门驱动控制***作进一步详细说明。
图1为本发明固定翼无人机任务舱门驱动控制***的传动装置示意图。
图2为本发明固定翼无人机任务舱门驱动控制***的电机组件示意图。
图3为本发明固定翼无人机任务舱门驱动控制***安装位置示意图。
图4为本发明固定翼无人机任务舱门驱动控制***控制原理框图。
图5为本发明固定翼无人机任务舱门驱动控制***控制流程图。
图中
1.带轮传动装置 2.控制器 3.电机组件 4.固定架 5.齿形带 6.传感器模块 7.电机 8.减速器 9.电机座 10.方轴套 11.无人机机身 12.限位开关 13.触点 14.滑轨15.舱门
具体实施方式
本实施例是一种固定翼无人机任务舱门驱动控制***。
参阅图1~图5,本实施例固定翼无人机任务舱门驱动控制***,由带轮传动装置1、控制器2、电机组件3、固定架4、齿形带5、传感器模块6、滑轨14、舱门15和无人机机身11组成。其中,带轮传动装置1与无人机机身通过外部的机械接口连接;电机组件3与带轮传动装置1配合连接,控制器2安装在固定架4上部且靠近齿轮侧端部;控制器与电机组件3通过固定架4安装连接,控制器控制电机组件运转并带动带轮传动装置1的齿轮转动,使齿形带带动舱门15沿滑轨14移动,传感器模块6在感应到舱门15移动后,将舱门15到达极限位置的信号反馈给控制器2。
固定架4为铝合金材质,表面采用导电氧化处理工艺,固定架4的外形为U形槽结构,固定架4的U形槽内径和电机组件3中的减速器8和电机7的直径相同;固定架4在U形槽的底部左右各伸出有支耳,在支耳上开有沉孔,支耳的外平面和控制器2盒体的底部贴合,螺钉穿过支耳上的沉孔和控制器2盒体连接,固定架4将电机组件3固定在U形槽和控制器2盒体之间。
带轮传动装置1的输入端和电机组件3连接,电机组件3输出端的方轴套10和带轮传动装置1输入端的方轴孔连接,带轮传动装置1的输出端的齿轮和齿形带5相互啮合,电机组件3输出的旋转力矩经过带轮传动装置1转换为齿形带5的直线运动,电机组件3中电机7的正转或反转带动带轮传动装置1中齿轮的正转或反转,并带动齿形带5的前后移动。
本实施例中,控制器2包括控制器盒体、连接器和安装在控制器盒体内部的控制板,控制器盒体的上盖板和控制器盒体的下盒体连接,控制器盒体的下盒体的底部开有螺孔,并通过螺钉将控制器盒体和固定夹4连接在一起。控制器盒体上的连接器共有两个,一个为供电插座,一个为CAN信号插座;控制板上的引线穿出控制器盒体底部的小孔和电机连接;控制器2上的控制板主要功能有电源滤波功能、电源变换功能、指令译码功能、到位回报功能、电机驱动和电机保护功能。
电机组件3包括电机7、减速器8、电机座9和方轴套10;电机7为直流有刷电机,由控制器盒体内部的控制板控制电机7的转速和转向,电机7输出轴头部为方轴,与减速器8的输入端连接。电机7的壳体为不锈钢材质,电机7外缘直径和减速器8外缘直径一致。减速器8采用行星减速器,减速器8的传动比大,传动效率高,减速器8的输入端和电机7的输出方轴连接。减速器8输出端为圆轴,并在圆轴上有台阶平面,在台阶平面上开有销轴孔。减速器8输出端开有六个螺孔,用于和电机座9连接,减速器8的外壳体为不锈钢材质。电机座9为铝合金材质,表面采用导电氧化处理;电机座9为圆盘状,电机座9的内圆盘平面上均布有六个通孔,螺钉穿过通孔和减速器8输出端上的六个螺孔配合,减速器8的输出端面和电机座9的内圆盘平面贴合,减速器8和电机座9通过螺钉连接;电机座9的外圆盘端面上开有三个通孔,电机座9和带轮传动装置1通过螺栓连接。方轴套10为不锈钢材质,方轴套10表面采用阳极化处理,方轴套10套装在减速器8的输出轴上,方轴套10的内孔和减速器8的输出轴配合;方轴套10在和减速器8输出轴销轴孔的对应位置上开有通孔,并通过销轴将方轴套10和减速器8连接,方轴套10穿入带轮传动装置1上的方轴孔,将电机组件3输出的旋转力矩传递到带轮传动装置1上。
传感器模块6包括限位开关12和触点13,限位开关12位于无人机机身11靠近舱门15处,两个限位开关12分别安装在舱门15的前后位置。触点13位于舱门的四个角上,触点13随着舱门15移动靠近限位开关12,传感器模块6传输舱门15到或达极限位置的信号并反馈给控制器2;实现舱门15的打开或关闭限位。
本实施例中,控制器接收到控制指令后经过指令译码解算出对电机的驱动量,通过驱动芯片驱动电机组件工作,从而带动带轮传动装置和舱门运动,舱门在带轮传动装置的带动下运动到极限位置时会触发到限位开关,开启的限位开关将信号输送回到控制器内部的到位回报电路,由到位回报电路进行判断,再由主控芯片将舱门的状态传输给机载计算机;控制器具有电源滤波功能、电源变换功能和电机保护功能。
控制器在上电后启动舱门驱动的控制程序,舱门驱动的控制程序开始后首先进行***的初始化,对控制器的硬件外设与主要数据进行初始化,初始化结束后进行舱门驱动的自检测,自检测主要读取舱门驱动装置的外部故障信号,并根据故障信号进行故障判断和实施故障保护动作,一旦自检测无法通过,则判定舱门驱动装置处于故障状态,舱门驱动装置的控制程序结束。自检测通过后主控芯片根据接收到的控制指令,获取CAN节点ID,译码解算控制指令,并将控制指令转化为对电机的驱动指令,驱动电机执行正转和反转,带动舱门向打开和关闭方向移动,舱门移动至限位开关位置处触发限位开关打开,限位开关打开后将到位信号输送回控制器,控制器通过CAN传输给机载计算机舱门已经关闭或打开。舱门在移动过程中,控制器内部通过定时器对舱门打开或关闭动作进行计时,一旦超过定时器设置的时间还未收到到位开关的到位信号,则判定舱门驱动装置故障,退出舱门驱动的控制程序。
控制***包括以下步骤:
(1)舱门驱动器上电后,控制器内部电源滤波电路和电源变换电路向主控芯片和电机驱动芯片及CAN收发芯片提供各自所需的供电电压,主控芯片上电后启动舱门驱动控制程序,舱门驱动控制程序的第一步是对***进行初始化,对控制器的硬件外设与主要数据进行初始化,初始化结束后进行舱门驱动装置的自检测,自检测主要读取舱门驱动的外部故障信号,并根据故障信号进行故障判断和实施故障保护动作,一旦自检测无法通过,则判定舱门驱动装置处于故障状态,直接退出舱门驱动的控制程序。
(2)舱门驱动装置控制程序的自检测通过后,主控芯片从EEPROM中获取CAN节点ID,当CAN节点ID和收到的控制指令中的ID号匹配时,舱门驱动装置才执行控制指令,接收到控制指令后首先进行指令的译码解算,解算出控制指令是“舱门开”还是“舱门关”。
(3)对接收到的“舱门开”和“舱门关”指令进行译码解算后,由主控芯片控制电机驱动芯片工作,电机驱动芯片驱动电机正转或反转,从而带动舱门向打开方向或关闭方向运动。
(4)电机带动舱门向打开方向或关闭方向运动,在运动过程中,主控芯片持续检测限位开关的反馈量,当限位开关的反馈量为高电平时,表示舱门执行完“舱门开”或“舱门关”指令,舱门已经打开或关闭,此时由CAN收发芯片向外发送舱门开/关到位信号,舱门打开或关闭过程结束;当限位开关的反馈量为低电平时,此时对舱门开/关指令发出后到当前检测的时间差Δt进行判断,当时间Δt小于舱门开/关动作的时间t时,表明舱门正在执行舱门开或舱门关指令的过程中,当时间Δt大于舱门开/关动作的时间t时,表明舱门开/关动作超时,舱门打开和关闭失败,此时舱门处在故障状态下,由CAN收发芯片向外发送舱门故障信号,舱门打开或关闭过程结束。
Claims (3)
1.一种固定翼无人机任务舱门驱动控制***,包括带轮传动装置、控制器、电机组件、固定架、齿形带、传感器模块、滑轨、舱门和无人机机身,其特征在于:带轮传动装置与无人机机身通过外部的机械接口连接,电机组件与带轮传动装置配合连接,控制器位于固定架上部且靠近齿轮侧端,控制器与电机组件通过固定架安装连接,控制器控制电机组件运转并带动带轮传动装置的齿轮转动,使齿形带带动舱门沿滑轨移动,传感器模块在感应到舱门移动后,将舱门到达极限位置的信号反馈给控制器;
所述电机组件包括电机、减速器、电机座和轴套,所述电机与控制器盒体内控制板通过电机尾部引出供电线连接,通过控制板调节控制电机的转速和转向,电机与减速器输入端连接,所述减速器输出端与电机座配合,电机座和带轮传动装置通过螺栓连接,所述方轴套嵌套在减速器的输出轴上,方轴套上开有通孔与减速器输出轴上销轴孔对应配合,方轴套与减速器通过销轴固连,方轴套嵌入带轮传动装置上的方轴孔中;
所述带轮传动装置的输入端和电机组件连接,带轮传动装置的输出端的齿轮与齿形带啮合,电机组件输出的旋转力矩经过带轮传动装置转换为齿形带的直线运动,电机组件中电机驱动带轮传动装置中齿轮的正转或反转,带动齿形带的前后移动,实现舱门的打开或关闭;
所述控制器包括控制器盒体、连接器和安装在控制器盒体内的控制板,控制器盒体与固定架通过螺钉固连,控制器盒体内的连接器分别为供电插座和CAN信号插座,连接器与控制板通过引线连接,控制板上的引线穿出控制器盒体底部的小孔和电机连接;控制器上电后启动舱门驱动控制程序,舱门驱动控制程序开始进行***的初始化,对控制器的硬件外设与数据进行初始化,初始化结束后进行舱门驱动的自检测,自检测读取舱门驱动装置的外部故障信号,并根据故障信号进行故障判断和实施故障保护动作;自检测通过后主控芯片根据接收到的控制指令,获取CAN节点ID,译码解算控制指令,并将控制指令转化为对电机的驱动指令,驱动电机执行正转或反转,带动舱门向打开或关闭方向移动,舱门移动至限位开关位置处触发限位开关打开,限位开关打开后将到位信号输送回控制器,控制器通过CAN回传给机载计算机,舱门已经关闭或打开;
所述传感器模块包括限位开关和触点,限位开关位于无人机机身靠近舱门处,两个限位开关分别安装在舱门的前后位置,所述触点位于舱门的四个角上,触点随着舱门移动靠近限位开关,传感器模块传输舱门到达极限位置的信号并反馈给控制器,实现舱门的打开或关闭限位。
2.根据权利要求1所述的固定翼无人机任务舱门驱动控制***,其特征在于:所述齿形带位于无人机机身舱门的内侧且与滑轨平行安装;所述齿形带采用聚氨酯材质,夹层内置有玻璃纤维,齿形带带宽与带轮传动机构的齿轮宽度相同。
3.根据权利要求1所述的固定翼无人机任务舱门驱动控制***,其特征在于:所述固定架为U形槽结构,U形槽内径与电机组件中的减速器和电机壳体的外径相同,固定架的外平面与控制器盒体底部贴合连接,电机组件固定在固定架和控制器盒体之间。
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