[發明專利]一種用于控制直升機駕駛桿的直升機駕駛機器人系統

有效

• 申請號: 202110317758.8
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113146649B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 李道春;金子博;向錦武;孫毅
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發明屬于直升機駕駛機器人領域，涉及一種用于控制直升機駕駛桿的直升機駕駛機器人系統包括同步帶伺服機構和Z向補償連接裝置；同步帶伺服機構包括X向運動組件和Y向運動組件；所述X向運動組件包括第一電機、兩個X向同步帶、兩個X向滑軌和兩個X向滑塊；所述Y向運動組件包括第二電機、Y向同步帶和Y向滑塊；所述Z向補償連接裝置包括萬向節構件、Z向滑軌和Z向滑塊；Z向滑軌固連于Y向滑塊；Z向滑塊與Z向滑軌滑動連接；萬向節構件一端與Z向滑塊連接，另一端與直升機駕駛桿連接。本發明可以減小駕駛機器人系統體積，降低控制復雜度，減少實現控制時延，實現機器人控制直升機駕駛桿，為進一步實現直升機無人化提供基礎。

技術領域

本發明屬于直升機駕駛機器人領域，特別涉及一種用于控制直升機駕駛桿的直升機駕駛機器人系統。

背景技術

直升機駕駛機器人是一種新型的有人直升機無人化方法。直升機駕駛機器人可以安裝在駕駛艙內并通過機器人執行機構控制直升機操縱機構，實現機器人駕駛有人直升機。這種無人化方法不需要改裝原有直升機，因此大大降低了直升機無人化成本，同時增強了有人直升機的應用靈活性。

直升機駕駛機器人執行機構需要連接直升機操縱機構末端實現飛行駕駛，駕駛機器人通過控制直升機駕駛桿，控制直升機的俯仰運動和滾轉運動，其控制精度要求和靈敏度要求很高。此外，由于直升機駕駛艙空間有限，駕駛機器人伺服機構不僅需要滿足直升機駕駛桿控制精度、力度和靈敏度要求，還要保證伺服機構體積較小，能夠裝入駕駛艙且不與直升機其他機構發生干涉。然而，常規的舵機桿連接驅動方式在控制力度上局限較大；使用多自由度機械臂雖然可以滿足力度、精度要求，但是其所占空間過大，不易于駕駛艙內安裝。

另外，直升機駕駛桿末端運動空間在一曲面內，如果采用常規的機器人伺服機構末端直接連接直升機駕駛桿末端的方法，就需要機器人計算出駕駛桿末端在曲面內的目標位置，然后伺服機構在XYZ三個方向都給出位移。但這種方法存在復雜的目標位置解算過程，也可能使得機器人伺服機構卡頓，使得駕駛機器人控制困難。

最后，常規的駕駛機器人駕駛直升機的控制流程復雜，首先需要將駕駛機器人攜帶的飛控計算機給出的PWM信號轉換為直升機駕駛桿縱向控制量和橫向控制量，然后根據縱向控制量和橫向控制量求出駕駛桿末端期望位置，再根據駕駛桿末端期望位置解算駕駛機器人伺服機構各關節或電機的輸出指令，最后駕駛機器人伺服機構根據輸出指令驅動伺服電機完成駕駛桿控制。這個過程由于包含信號轉換過程和位置解算過程，會使得駕駛機器人伺服存在較大延時，影響機器人控制效果。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種用于控制直升機駕駛桿的直升機駕駛機器人系統，適用于中小型直升機。本發明旨在合理設計直升機駕駛桿的駕駛機器人伺服機構和控制方法，減小駕駛機器人系統體積，降低控制復雜度，減少實現控制時延，實現機器人控制直升機駕駛桿，為進一步實現直升機無人化提供基礎。

為實現上述目的，本發明提供了一種用于控制直升機駕駛桿的直升機駕駛機器人系統，所述直升機駕駛桿布置于直升機駕駛座正前方，定義直升機縱軸方向為X向、橫軸方向為Y向、高度方向為Z向；所述機器人系統包括同步帶伺服機構和Z向補償連接裝置；

所述同步帶伺服機構包括X向運動組件和Y向運動組件；所述X向運動組件包括第一電機、兩個X向同步帶、兩個X向滑軌和兩個X向滑塊；所述兩個X向同步帶沿X向延伸，分別布置于直升機駕駛座的左右兩側且相互平行；所述第一電機的輸出端同時與所述兩個X向同步帶的輸入端連接；所述兩個X向滑軌分別連接于所述兩個X向同步帶下方；所述兩個X向滑塊分別與所述兩個X向滑軌滑動連接，且分別固連于所述兩個X向同步帶上方；所述Y向運動組件包括第二電機、Y向同步帶和Y向滑塊；所述第二電機的輸出端與所述Y向同步帶的輸入端連接；所述Y向同步帶沿Y向延伸且兩端分別與所述兩個X向滑塊固連，所述Y向滑塊固連于所述Y向同步帶上；