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专利号: 2020103776931
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 飞行器;航空;宇宙航行
更新日期:2024-11-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于行星轮变速的无人机自平衡装置,其特征在于:每个旋翼传动系统中的行星轮变速装置都包括分合闸电磁铁(1),铅锤触发装置(2),摩擦片(3),行星齿轮架(4),太阳轮(5),行星轮(6),齿圈(7),壳体(8),动力轴(9),机架(10),输入轴(11),电机(12),电机座(13),下端盖(14),上端盖(15),弹簧(16)以及旋翼(17);

所述分合闸电磁铁(1)有三个,沿圆周方向均匀分布于上端盖(15)凸台面上的小孔内,在每个分合闸电磁铁(1)底部都固定有摩擦片(3);摩擦片(3)压紧行星齿轮架(4)的上端面,在下端面的周向上均匀分布有三个轴,在每个轴上都套装有一个行星轮(6),行星轮(6)与外部齿圈(7),内部太阳轮(5)同时啮合构成行星轮系;输入轴(11)一端连接电机(12),一端通过花键连接齿圈(7);太阳轮(5)通过花键将动力传送到动力轴(9)上,动力轴(9)顶端螺接有旋翼(17),进而带动旋翼(17)旋转;其余上端盖(15),壳体(8),下端盖(14)以及电机座(13)之间通过螺栓相互连接固定于无人机机架(10)上。

2.如权利要求1所述的一种基于行星轮变速的无人机自平衡装置,其特征在于:所述铅锤触发装置(2)包括:罩壳(21),卡扣(22),球铰支座(23),球头(24),铅锤轴(25),导电块(26),触发块(27),铅锤(28)以及接线端子(29);其中球铰支座(23)固定于罩壳(21)内侧上端面的中央位置处,在铅锤轴(25)上顶端固定有球头(24)与球铰支座(23)铰接,铅锤轴(25)中部固定有一块方形导电块(26),在铅锤轴(25)底端固定有铅锤(28),在罩壳(21)的内壁四周均匀分布有四个触发块(27),罩壳(21)通过四个卡扣(22)固定于无人机机架(10)中心位置,并且壳体(21)的四个直角分别指向无人机的四个旋翼。

3.如权利要求2所述的一种基于行星轮变速的无人机自平衡装置,其特征在于:所述触发块(27)为L型角铁块,四块触发块(27)的直角分别对应于罩壳(21)内部四个角,相邻的触发块(27)存在5-8mm的间隙,且触发块(27)安装高度略高于导电块10-13mm左右,同时在每块触发块(27)上都引出一段接线端子(29)用于接入控制电路(18)。

4.如权利要求3所述的一种基于行星轮变速的无人机自平衡装置,其特征在于:所述控制电路(18)包括分合闸电磁铁(1a)(1b)(1c)(1d),开关(2a)(2b)(2c)(2d),所述分合闸电磁铁(1a)(1b)(1c)(1d)分别为无人机不同旋翼(17)下方的一组分合闸电磁铁(1),开关(2a)(2b)(2c)(2d)的通断状态分别对应于导电块(26)与四个不同触发块(27)的接触断开状态,其中开关(2a)对应并联于分合闸电磁铁(1a),同理开关(2b)(2c)(2d)分别对应并联于分合闸电磁铁(1b)(1c)(1d)。

5.如权利要求2所述的一种基于行星轮变速的无人机自平衡装置,其特征在于:所述铅锤轴(25)与罩壳(21)都采用不导电的高分子材料聚乙烯制成。

6.如权利要求1所述的一种基于行星轮变速的无人机自平衡装置,其特征在于:所述行星齿轮架(4)下端面均匀分布的三个轴都制有轴肩,轴肩与行星轮滚子轴承(41)内圈接触,行星轮(6)上下两端面都制有阶梯孔,行星轮滚子轴承(41)外圈卡入行星轮(6)上端阶梯孔内,行星轮滚子轴承(41)内圈下端面压紧于行星轮上推力轴承(42)上端面,行星轮上推力轴承(42)安装在行星轮(6)的上端阶梯孔底部;行星轮(6)下端阶梯孔内安装有行星轮下推力轴承(43),中介推力轴承(44)一端接触行星轮下推力轴承(43)下端面,一端卡入齿圈内部的阶梯孔内。

7.如权利要求1所述的一种基于行星轮变速的无人机自平衡装置,其特征在于:所述动力轴(9)中部的凸缘(911)将动力轴(9)分为上下两段,其中上段的长度大于下段长度,上段的凸缘处上方设有花键段(912),在动力轴(9)上段顶端处设有螺纹端(913),太阳轮(5)与花键段(912)配合,动力轴(9)上段的推力轴承(91)下端面压紧花键段(912)的上端面,推力轴承(91)的上端面与滚子轴承(92)的下端面接触,滚子轴承(92)上端面卡入上端盖(15)内孔处的阶梯孔内,同理动力轴(9)下段的推力轴承(91)一端压紧动力轴(9)的凸缘(911)下端面,另一端与滚子轴承(92)的上端面接触,中介滚子轴承(93)下端面卡入齿圈第二阶梯孔(72)内,螺纹段(912)通过螺纹螺接旋翼(17)。

8.如权利要求1所述的一种基于行星轮变速的无人机自平衡装置,其特征在于:所述齿圈(7)包括:第一阶梯孔(71),第二阶梯孔(72),第一台阶面(73),第二台阶面(74);第一阶梯孔(71)内卡有中介推力轴承(44),第二阶梯孔(72)内卡有中介滚子轴承(93),在第一台阶面(73)与壳体(8)的大孔面(83)之间卡有主滚珠轴承(81),在第二台阶面(74)与壳体(8)小孔面(84)之间卡有副滚珠轴承(82)。

9.一种基于行星轮变速的无人机自平衡装置的平衡方法,其特征在于:在无人机每个旋翼传动系统中增加行星轮变速装置,利用设于机架(10)中心的铅锤触发装置(2)对机架倾斜的响应,通过局部短路的形式使得低侧旋翼(17)下方的分合闸电磁铁(1)断电失去电磁吸力,弹簧(16)回弹导致摩擦片压紧行星齿轮架,降低行星轮(6)绕太阳轮(5)的公转速度,从而提高在恒定输入下太阳轮的转速,并通过太阳轮(5)带动动力轴(9)提升无人机机架倾斜一侧的旋翼转速,增加升力,达到无人机自平衡的目的。

10.如权利要求9所述的一种基于行星轮变速的无人机自平衡装置的平衡方法,其特征在于:所述弹簧(16)在初始情况下处于被压缩状态,此时分合闸电磁铁(1)得电,在电磁力作用下摩擦片克服弹簧力向上压缩弹簧(16)与行星齿轮架(4)脱开,旋翼(17)处于低档位转速;当分合闸电磁铁(1)被局部短路失去电磁力后,在弹簧(16)自身的弹簧力作用下摩擦片(3)压紧行星齿轮架(4),旋翼(17)处于高档位转速。