[發明專利]基于力矩傳感器關節電機的球面二自由度搖桿操作機構

在審

• 申請號: 202010099390.8
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111392032A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 林偉陽;劉晨璐;李游;高會軍;邱劍彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64C13/16
• 分類號: B64C13/16;B64C13/50;B64C13/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張天一

本發明公開了一種基于力矩傳感器關節電機的球面二自由度搖桿操作機構，包括基座、搖桿、安裝架、兩個關節電機、兩個力矩傳感器、兩個主轉臂和兩個從轉臂。安裝架固定于基座上，兩個關節電機固定于安裝架上，兩個關節電機的輸出軸上各安裝一個力矩傳感器，兩個關節電機的輸出軸各與一主轉臂的第一端固定連接，兩個主轉臂的第二端各與一從轉臂的第一端轉動連接，兩個從轉臂的第二端相互轉動連接，兩個從轉臂的第二端套設于搖桿外側，關節電機的輸出軸的軸線、主轉臂與從轉臂間的轉動軸線以及兩個從轉臂間的轉動軸線交匯于搖桿的下端轉動點。本發明通過控制兩個關節電機的輸出軸的轉動角度及角速度，可以控制搖桿的運動位置及速度。

技術領域

本發明涉及機器人自動化技術領域，特別是涉及一種基于力矩傳感器關節電機的球面二自由度搖桿操作機構。

背景技術

飛機側桿駕駛裝置簡稱側桿，它是傳統中央駕駛桿的偏置和改進。目前側桿已經被廣泛應用于民用客機以及部分戰斗機中。在民用飛機中，一般情況下使用的是雙軸側桿，也就是用側桿來控制飛機的俯仰和滾轉。例如空客系列飛機駕駛艙操縱系統采用了被動式側桿機構作為橫滾、俯仰系統的操縱輸入,駕駛員通過控制側桿的橫向、縱向運動實現對飛機相關軸的控制。

隨著機器人技術和自動駕駛技術的發展，機器人輔助飛行駕駛系統成為了當下的一個研究熱點。通過利用協作機器人來輔助飛行員，可完成從起飛到降落過程中的各種重復性的飛行操作任務。機器人輔助飛行駕駛系統無需改變原飛機控制系統，可以直接應用于任何機型的飛機上，可以替代副駕駛人員，并協助完成主駕駛人員的大部分繁重的工作，實現飛行駕駛的智能化。

在機器人輔助飛行駕駛系統中，如何利用機器人完成對側桿的操縱是一個復雜的問題。由于側桿機構同時具有兩個軸向的運動自由度,是一種典型的球面二自由度搖桿,采用傳統的單一自由度的驅動機構無法實現兩個軸向之間的耦合運動。同時飛機的側桿往往是一個整體的設備，不能對其部件及整體進行拆卸、改造及改裝。因此，設計一種針對球面二自由度搖桿的操作機構成為當下一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于力矩傳感器關節電機的球面二自由度搖桿操作機構，用以解決飛機側桿的自動化操作問題，完成在機器人輔助飛行駕駛系統中對側桿的操作。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明公開了一種基于力矩傳感器關節電機的球面二自由度搖桿操作機構，包括基座和搖桿，所述搖桿的下端位于所述基座內，所述搖桿的上端向上伸出所述基座，還包括安裝架、兩個關節電機、兩個力矩傳感器、兩個主轉臂和兩個從轉臂，所述安裝架固定于所述基座上，兩個所述關節電機固定于所述安裝架上，兩個所述關節電機的輸出軸上各安裝一個所述力矩傳感器，兩個所述關節電機的輸出軸各與一所述主轉臂的第一端固定連接，兩個所述主轉臂的第二端各與一所述從轉臂的第一端轉動連接，兩個所述從轉臂的第二端相互轉動連接，兩個所述從轉臂的第二端套設于所述搖桿外側，所述關節電機的輸出軸的軸線、所述主轉臂與所述從轉臂間的轉動軸線以及兩個所述從轉臂間的轉動軸線交匯于所述搖桿的下端轉動點。

優選地，所述基座包括底座和蓋板，所述蓋板固定于所述底座的上部，所述蓋板上設有通孔，所述搖桿穿過所述通孔并能在所述通孔內擺動。

優選地，所述安裝架包括固定平臺弧、兩個平臺支架和兩個電機座，兩個所述平臺支架均固定于所述蓋板上，所述固定平臺弧固定于兩個所述平臺支架的上端，兩個所述電機座固定于所述固定平臺弧的兩端，兩個所述關節電機分別固定于兩個所述電機座上。

優選地，所述搖桿為飛機側桿，所述搖桿的前后運動用以改變飛機的俯仰角，所述搖桿的左右運動用以改變飛機的橫滾角。

本發明相對于現有技術取得了以下技術效果：