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一种定长钢索电动力反馈装置

阅读：1207发布：2020-08-22

IPRDB可以提供一种定长钢索电动力反馈装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种体积小巧、输入功率小、控制灵活的定长钢索电动力反馈装置。该反馈装置包括相对布置的前挡板和后挡板，在上述前、后挡板之间连接一滑动导轨；在上述滑动导轨上滑动连接一叉耳，所述叉耳上固定连接一连接臂；所述连接臂转动连接在一传感器部件上，上述传感器部件固定连接在一主操纵杆的第一端部；所述主操纵杆的第二端部贯穿前挡板；另外还包括一扭转导轨，所述扭转导轨的第一端部贯穿传感器部件伸入到主操纵杆的内腔中，所述扭转导轨的第二端部与一扭转力反馈机构相连；上述扭转导轨通过键和键槽与传感器部件相互连接；上述叉耳上连接一拉压力反馈机构；上述传感器部件、扭转力反馈机构和拉压力反馈机构均与一控制器电连接。，下面是一种定长钢索电动力反馈装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种定长钢索电动力反馈装置，其特征在于：包括相对布置的前挡板和后挡板，在上述前、后挡板之间连接一滑动导轨；在上述滑动导轨上滑动连接一叉耳，所述叉耳上固定连接一连接臂；所述连接臂转动连接在一传感器部件上，上述传感器部件固定连接在一主操纵杆的第一端部；所述主操纵杆的第二端部贯穿前挡板；另外还包括一扭转导轨，所述扭转导轨的第一端部贯穿传感器部件伸入到主操纵杆的内腔中，所述扭转导轨的第二端部与一扭转力反馈机构相连；上述扭转导轨通过键和键槽与传感器部件相互连接；上述叉耳上连接一拉压力反馈机构；上述传感器部件、扭转力反馈机构和拉压力反馈机构均与一控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的定长钢索电动力反馈装置，其特征在于：上述传感器部件包括传感器外套筒和筒状传感器；在所述筒状传感器的两端部分别连接第一大法兰和第一小法兰；在主操纵杆的第一端部连接与上述第一小法兰相互匹配的第二小法兰，传感器外套筒的一端部连接与上述第一大法兰相互匹配的第二大法兰，传感器外套筒的另一端部连接一筒状部；所述筒状传感器套置在主操纵杆外，第一小法兰与第二小法兰相互连接；所述传感器外套筒则套在筒状传感器外，第一大法兰与第二大法兰相互连接；所述叉耳的连接臂套置在筒状部外，借助于深沟球轴承与筒状部相互连接；在上述筒状部上套置两个分布在所述连接臂两侧的平面轴承，一锁紧块套置在筒状部上，可拆卸地连接在筒状部上，以将两个平面轴承和连接臂与传感器外套筒之间相互压紧；所述扭转导轨穿过上述筒状部的内腔，一直伸入到主操纵杆的内腔中；上述扭转导轨通过键和键槽与筒状部相连。

3.根据权利要求1所述的定长钢索电动力反馈装置，其特征在于：上述扭转力反馈机构包括第一伺服电机、主动带轮、从动带轮和传动带；所述扭转导轨的另一端贯穿后挡板，与从动带轮相互连接；第一伺服电机的输出端与主动带轮相互连接；上述传动带绕在所述主动带轮和从动带轮上；所述第一伺服电机电连接在控制器上。

4.根据权利要求1所述的定长钢索电动力反馈装置，其特征在于：所述拉压力反馈机构包括第二伺服电机、绕索筒、支座、绳索、传扭轴、第一扭力臂、第二扭力臂、连接轴和滑轮组传动机构；所述第二伺服电机的输出端接传扭轴；第一扭力臂的两端和第二扭力臂的两端分别铰连接在所述传扭轴和所述绕索筒上；上述第一扭力臂和第二扭力臂均是由两个相互铰连接的单臂组成；在所述绕索筒的一部分外侧面上设置螺纹状的绕线槽，绕索筒的筒腔侧面上设置内螺纹，上述螺纹状的绕线槽的螺距与绕索筒的内螺纹的螺距相等；所述连接轴连接在上述支座上，连接轴的外侧面上设置外螺纹；所述绕索筒螺纹连接在上述连接轴上；所述绳索在绕索筒上缠绕若干周，并绕在滑轮组传动机构上；所述第二伺服电机电连接在控制器上。

5.根据权利要求4所述的定长钢索电动力反馈装置，其特征在于：所述滑轮组传动机构包括第一滑轮支架、双向滑轮、第二滑轮支架、第一定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮、第四定滑轮和第五定滑轮；所述第一滑轮支架固定连接在叉耳的下侧面上，所述双向滑轮连接在第一滑轮支架上，第一定滑轮连接在所述前挡板的内侧面上，第二定滑轮和第三定滑轮连接在后挡板的内侧面上；第二滑轮支架布置在所述第一滑轮支架的下方，第四定滑轮和第五定滑轮连接在上述第二滑轮支架上；所述第四定滑轮处于第五定滑轮的上方；上述第一定滑轮的轮轴、第二定滑轮的轮轴和第三定滑轮的轮轴均呈水平状态布置；第四定滑轮的轮轴和第五定滑轮的轮轴均呈竖直状态布置；所述绳索的第一端固定连接在前挡板上，第二端固定连接在后挡板上；从上述绳索的第一端至第二端的方向，所述绳索依次绕过双向滑轮、第一定滑轮、第四定滑轮，并在绕索筒上缠绕若干周后，绕过第五定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮和双向滑轮。

6.根据权利要求4或5所述的定长钢索电动力反馈装置，其特征在于：沿着所述连接轴的轴线方向，在所述连接轴上设置一注油腔，所述注油腔的侧面上设置内螺纹；在所述连接轴的侧壁上设置一与所述注油腔相互连通的注油孔；上述注油腔的一端螺纹连接一油塞，另一端螺纹连接一注油螺栓。

7.根据权利要求1所述的定长钢索电动力反馈装置，其特征在于：所述主操纵杆与前挡板之间通过轴承连接；上述轴承包括一直线轴承和一深沟球轴承，所述直线轴承与主操纵杆直接相连，深沟球轴承套在直线轴承外，与前挡板相连。

说明书全文

一种定长钢索电动力反馈装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种力反馈装置，尤其涉及一种定长钢索电动力反馈装置。

背景技术

[0002] 在实际航空器及各类飞行模拟系统中，有时需要给操作者提供力反馈，也称操纵负荷，即随着航空器运动参数及姿态、飞行环境变化、驾驶杆(或驾驶盘)操纵位移或速度的不同，操作者感受到驾驶杆上不同的抵抗力，使操作者感觉到航空器对操作动作的力反馈。能提供这种力反馈的操纵设备称为力反馈系统或力反馈操纵设备。特别地，能提供力反馈的航空器驾驶杆称为力反馈驾驶杆或飞行操纵负荷系统。

[0003] 力反馈系统的基本要求是反馈力实时可控，其基本构成有动力元件、传动系统、直接与操作人员接触的操控元件。其控制方式主要有控制动力元件输出的动力大小或控制传动比大小两种。目前，主要有三种技术方案。一是以液压为动力，应用液压伺服原理实时控制系统输出力的大小，可以称为液压力反馈系统；二是以电动系统，如伺服电机为动力，应用电机控制手段实时控制电机输出力矩的大小，可以称为电动力反馈系统；三是以机械储能元件(即力的发生元件)，如弹簧为动力，利用电动系统调节力的输出传动比例，从而控制输出力的大小，可以称为机械力反馈系统。液压力反馈系统和电动力反馈系统一般都是控制动力源输出力的大小，机械力反馈系统则是控制传动比大小。液压力反馈系统的缺点是需要液压源，系统较复杂。电动力反馈系统的缺点是输出力较小，体积较大。机械力反馈系统的缺点是可控性较差。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种体积小巧、输入功率小、控制灵活的定长钢索电动力反馈装置。

[0005] 本发明包括相对布置的前挡板和后挡板，在上述前、后挡板之间连接一滑动导轨；在上述滑动导轨上滑动连接一叉耳，所述叉耳上固定连接一连接臂；所述连接臂转动连接在一传感器部件上，上述传感器部件固定连接在一主操纵杆的第一端部；所述主操纵杆的第二端部贯穿前挡板；另外还包括一扭转导轨，所述扭转导轨的第一端部贯穿传感器部件伸入到主操纵杆的内腔中，所述扭转导轨的第二端部与一扭转力反馈机构相连；上述扭转导轨通过键和键槽与传感器部件相互连接；上述叉耳上连接一拉压力反馈机构；上述传感器部件、扭转力反馈机构和拉压力反馈机构均与一控制器电连接。

[0006] 优选地，上述传感器部件包括传感器外套筒和筒状传感器；在所述筒状传感器的两端部分别连接第一大法兰和第一小法兰；在主操纵杆的第一端部连接与上述第一小法兰相互匹配的第二小法兰，传感器外套筒的一端部连接与上述第一大法兰相互匹配的第二大法兰，传感器外套筒的另一端部连接一筒状部；所述筒状传感器套置在主操纵杆外，第一小法兰与第二小法兰相互连接；所述传感器外套筒则套在筒状传感器外，第一大法兰与第二大法兰相互连接；所述叉耳的连接臂套置在筒状部外，借助于深沟球轴承与筒状部相互连接；在上述筒状部上套置两个分布在所述连接臂两侧的平面轴承，一锁紧块套置在筒状部上，可拆卸地连接在筒状部上，以将两个平面轴承和连接臂与传感器外套筒之间相互压紧；所述扭转导轨穿过上述筒状部的内腔，一直伸入到主操纵杆的内腔中；上述扭转导轨通过键和键槽与筒状部相连。

[0007] 优选地，上述扭转力反馈机构包括第一伺服电机、主动带轮、从动带轮和传动带；所述扭转导轨的另一端贯穿后挡板，与从动带轮相互连接；第一伺服电机的输出端与主动带轮相互连接；上述传动带绕在所述主动带轮和从动带轮上；所述第一伺服电机电连接在控制器上。

[0008] 优选地，所述拉压力反馈机构包括第二伺服电机、绕索筒、支座、绳索、传扭轴、第一扭力臂、第二扭力臂、连接轴和滑轮组传动机构；所述第二伺服电机的输出端接传扭轴；第一扭力臂的两端和第二扭力臂的两端分别铰连接在所述传扭轴和所述绕索筒上；上述第一扭力臂和第二扭力臂均是由两个相互铰连接的单臂组成；在所述绕索筒的一部分外侧面上设置螺纹状的绕线槽，绕索筒的筒腔侧面上设置内螺纹，上述螺纹状的绕线槽的螺距与绕索筒的内螺纹的螺距相等；所述连接轴连接在上述支座上，连接轴的外侧面上设置外螺纹；所述绕索筒螺纹连接在上述连接轴上；所述绳索在绕索筒上缠绕若干周，并绕在滑轮组传动机构上；所述第二伺服电机电连接在控制器上。

[0009] 优选地，所述滑轮组传动机构包括第一滑轮支架、双向滑轮、第二滑轮支架、第一定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮、第四定滑轮和第五定滑轮；所述第一滑轮支架固定连接在叉耳的下侧面上，所述双向滑轮连接在第一滑轮支架上，第一定滑轮连接在所述前挡板的内侧面上，第二定滑轮和第三定滑轮连接在后挡板的内侧面上；第二滑轮支架布置在所述第一滑轮支架的下方，第四定滑轮和第五定滑轮连接在上述第二滑轮支架上；所述第四定滑轮处于第五定滑轮的上方；上述第一定滑轮的轮轴、第二定滑轮的轮轴和第三定滑轮的轮轴均呈水平状态布置；第四定滑轮的轮轴和第五定滑轮的轮轴均呈竖直状态布置；所述绳索的第一端固定连接在前挡板上，第二端固定连接在后挡板上；从上述绳索的第一端至第二端的方向，所述绳索依次绕过双向滑轮、第一定滑轮、第四定滑轮，并在绕索筒上缠绕若干周后，绕过第五定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮和双向滑轮。

[0010] 优选地，沿着所述连接轴的轴线方向，在所述连接轴上设置一注油腔，所述注油腔的侧面上设置内螺纹；在所述连接轴的侧壁上设置一与所述注油腔相互连通的注油孔；上述注油腔的一端螺纹连接一油塞，另一端螺纹连接一注油螺栓。

[0011] 优选地，所述主操纵杆与前挡板之间通过轴承连接；上述轴承包括一直线轴承和一深沟球轴承，所述直线轴承与主操纵杆直接相连，深沟球轴承套在直线轴承外，与前挡板直接相连。

[0012] 本发明的体积小巧、输入功率小、控制灵活。

[0013] 本发明中的电机轴与绕索筒直接相连，绕索筒上的钢索必然会随着绕索筒的旋转产生轴向移动，因而在固定钢索两端的情况下，会使得钢索的长度变长或变短。如果钢索变长则钢索内部会产生内应力，使绳索过紧，在经过滑轮等传动过程中产生额外的阻力，即消耗更多电机的功率。如果钢索变短，则产生间隙，无法传动。因而保持钢索长度不变是实现传动的必要条件。本发明的设计方案能自动补偿轴向运动，保证钢索定长。如果将电机轴与绕索筒直接相连，则电机轴需承受转矩以及径向力，所以电机轴根据输出功率有固定的直径。本发明将绕索筒与电机轴分开，支座左侧螺纹轴承担径向力，电机轴承担转矩。将转矩与径向力分开，可以使绕索筒的半径可以做得较小，所以可以输出较大的力提供给钢索。

[0014] 本发明中的注油孔设计方案可以通过旋进螺钉或调整螺钉长短将润滑脂挤入支座螺纹轴与绕索筒内腔之间，可以依据工作条件设计对机构的维护方案。

[0015] 本发明中的滑轮组传动机构可放大系统的输出力。拉压方向为钢索传动，由电机输出的力传递到钢索由于动滑轮与拉杆连接，所以在动滑轮即拉杆上作用的力为电机输出力的2倍。扭转方向为带轮传动，通过调整主、从带轮的直径之比，可以提高电机输出力。由于这种构造方案降低了对电机高功率的需求，也就降低了电机的功率，则电机的体积也相应减小，使得整体结构更加紧凑。实现转动与平动的转换。由于电机只能输出转矩，且转矩的方向为电机轴的径向。通过钢索，以及动滑轮，定滑轮的组合，实现了由转动到平动的变换，而且更易于实现双向运动。使得系统结构更加精简。

附图说明

[0016] 图1是定长钢索力反馈装置整体等轴视图；

[0017] 图2是扭转力反馈机构的结构示意图；

[0018] 图3是传感器及其连接结构示意图；

[0019] 图4是拉压力反馈机构的结构示意图；

[0020] 图5是拉压力反馈定长钢索细节示意图；

[0021] 图6是拉压力反馈过程的原理框图；

[0022] 图7是扭转力反馈过程的原理框图。

具体实施方式

[0023] 如图1所示，本实施方式中的定长钢索力反馈装置包括前挡板1和后挡板2，所述前挡板1和后挡板2相对布置。在上述前挡板1和后挡板2之间连接一滑动导轨3，所述滑动导轨3的两端分别固定连接在前挡板1和后挡板2上。

[0024] 在上述滑动导轨3上滑动连接一叉耳4，所述叉耳4上固定连接一连接臂4-1。所述连接臂4-1与一传感器部件5转动连接。上述传感器部件5固定连接在主操纵杆6的一端，所述主操纵杆6的另一端贯穿前挡板1，且主操纵杆6与前挡板1之间通过轴承7相连。上述轴承7包括一直线轴承和一深沟球轴承，所述直线轴承与主操纵杆6直接相连，深沟球轴承则套在直线轴承外，与前挡板1直接相连。

[0025] 另外还包括一扭转导轨8。所述扭转导轨8的一端贯穿传感器部件5伸入到主操纵杆6的内腔中，另一端贯穿后挡板2与扭转力反馈机构9相连。所述扭转导轨8通过键和键槽与传感器部件5相互连接。

[0026] 如图2所述，上述扭转力反馈机构9包括第一伺服电机9-1、主动带轮9-2、从动带轮9-3和传动带9-4。上述从动带轮9-4通过键和键槽连接在扭转导轨8的另一端。第一伺服电机9-1布置在后挡板2的内侧，第一伺服电机9-1的输出端贯穿上述后挡板2，借助于键和键槽与主动带轮9-2相连。上述传动带9-4绕在所述主动带轮9-2和从动带轮9-3上。

[0027] 如图3所示，上述传感器部件5包括传感器外套筒5-1和筒状传感器5-2。在所述筒状传感器5-2的两端部分别连接第一大法兰5-3和第一小法兰5-4。在主操纵杆6的一端部连接与上述第一小法兰5-4相互匹配的第二小法兰5-5，传感器外套筒5-1的一端部连接与上述第一大法兰5-3相互匹配的第二大法兰5-6，传感器外套筒5-1的另一端部连接一筒状部5-7。所述筒状传感器5-2套置在主操纵杆6外，第一小法兰5-4与第二小法兰5-5相互连接。所述传感器外套筒5-1则套在筒状传感器5-2外，第一大法兰5-3与第二大法兰5-6相互连接。

[0028] 回到图1，所述叉耳4的连接臂4-1套置在筒状部5-7外，借助于深沟球轴承(图中没有显示)与筒状部5-7相互连接。在上述筒状部5-7上套置两个平面轴承5-8和5-9，所述两个平面轴承5-8和5-9分布在所述连接臂4-1的两侧。锁紧块5-10套置在筒状部5-7上，可拆卸地连接在筒状部5-7上，以将平面轴承5-8、连接臂4-1、平面轴承5-9与传感器外套筒5-1之间相互压紧。

[0029] 所述扭转导轨8穿过筒状部5-7的内腔，一直伸入到主操纵杆6的内腔中。在上述筒状部5-7的内侧壁上设置键槽，扭转导轨8的外侧面上设置与上述键槽相互配合连接的键。

[0030] 如图4所示，所述叉耳4与一拉压力反馈机构10相连。所述拉压力反馈机构10包括第一滑轮支架10-1、双向滑轮10-2、第二滑轮支架10-3、第一定滑轮10-4、第二定滑轮10-5、第三定滑轮10-6、第四定滑轮10-7、第五定滑轮10-8、第二伺服电机10-9、绕索筒10-10、支座10-11、绳索10-12、传扭轴10-13、第一扭力臂10-14、第二扭力臂10-15、连接轴
10-16

[0031] 所述第一滑轮支架10-1固定连接在叉耳4的下侧面上。双向滑轮10-2连接在第一滑轮支架10-1上，第一定滑轮10-4连接在所述前挡板1的内侧面上，第二定滑轮10-5和第三定滑轮10-6连接在后挡板2的内侧面上。第二滑轮支架10-3布置在所述第一滑轮支架10-1的下方，第四定滑轮10-7和第五定滑轮10-8连接在上述第二滑轮支架10-3上。所述第四定滑轮10-7处于第五定滑轮10-8的上方。上述第一定滑轮10-4的轮轴、第二定滑轮10-5的轮轴和第三定滑轮10-6的轮轴均呈水平状态布置；第四定滑轮10-7的轮轴和第五定滑轮10-8的轮轴均呈竖直状态布置。当然，上述第四定滑轮10-7和第五定滑轮
10-8也可由一半径尺寸较大的定滑轮代替。

[0032] 如图5所示，第二伺服电机10-9的输出端通过键和键槽连接传扭轴10-13。第一扭力臂10-14的两端分别铰连接在所述传扭轴10-13和所述绕索筒10-10上；相同地，第二扭力臂10-15的两端也分别铰连接在所述传扭轴10-13和所述绕索筒10-10上。所述第一扭力臂10-14和第二扭力臂10-15均是由两个相互铰连接的单臂组成。

[0033] 在所述绕索筒10-10的一部分外侧面上设置螺纹状的绕线槽，绕索筒10-10的筒腔侧面上设置内螺纹，上述螺纹状的绕线槽的螺距与绕索筒10-10的内螺纹的螺距相等。所述连接轴10-16连接在上述支座10-11上，连接轴10-16的外侧面上设置外螺纹。所述绕索筒10-10螺纹连接在上述连接轴10-16上。

[0034] 优选地，沿着所述连接轴10-16的轴线方向，在所述连接轴10-16上设置一注油腔10-16-1，所述注油腔10-16-1的侧面上设置内螺纹。在所述连接轴10-16的侧壁上设置注油孔10-16-2。上述注油腔10-16-1的一端螺纹连接一油塞10-17，另一端螺纹连接一注油螺栓10-18。

[0035] 回到图4，所述绳索10-12的第一端10-12-1固定连接在前挡板1上，第二端10-12-2固定连接在后挡板2上。

[0036] 从上述绳索10-12的第一端10-12-1至第二端10-12-2的方向，所述绳索10-12依次绕过双向滑轮10-2、第一定滑轮10-4、第四定滑轮10-7，并在绕索筒10-10上缠绕若干周后，绕过第五定滑轮10-8、第二定滑轮10-5、第三定滑轮10-6、双向滑轮10-2。

[0037] 如图6所示，拉压反馈过程如下：操纵者对把手施力，带动主操纵杆6，通过第二伺服电机10-9的转角及角速度，计算出当前主操纵杆6的杆位移以及杆速度并代入力反馈模型中，求出所需提供的目标杆力输入控制器。控制器根据目标力施加电流到主操纵杆6，进而发出初始力矩施加到把手上。此时通过传感器部件5测得实际的杆力，并经由反馈环节输入到控制器中，控制器将实际测得的杆力与模型计算出的杆力进行比较，调整输入到第二伺服电机10-9的电流，直到实际力与目标力相等，实现反馈。压杆反馈过程相同，方向相反。

[0038] 如图7示，扭转反馈过程如下：操纵者对把手施扭力，带动主操纵杆6，通过第一伺服电机9-1的转角及角速度，计算出当前主操纵杆6的杆角位移以及杆角速度并代入力反馈模型中，求出所需提供的目标杆扭矩输入控制器。控制器根据目标扭矩施加电流到第一伺服电机9-1，进而发出初始扭转力矩施加到把手上。此时通过传感器部件5测得实际的杆扭力，并经由反馈环节输入到控制器中，控制器将实际测得的杆扭力与模型计算出的杆扭矩进行比较，调整输入到第一伺服电机9-1的电流，直到实际力矩与目标力矩相等，实现反馈。

标题	发布/更新时间	阅读量
指尖力反馈装置-专利编号CN103699221A	2020-05-12	796
车力反馈装置-专利编号CN108562387A	2020-05-13	734
中指力反馈装置-专利编号CN104669232A	2020-05-12	684
力反馈触觉接口-专利编号CN100444085C	2020-05-13	404
风速力反馈-专利编号CN110537215A	2020-05-11	825
压力反馈按摩器-专利编号CN109044775A	2020-05-11	1101
食指力反馈装置-专利编号CN104635916A	2020-05-13	1040
力反馈操作台-专利编号CN109669545A	2020-05-11	1186
力反馈装置-专利编号CN201548930U	2020-05-11	1071
力反馈系统-专利编号CN205721407U	2020-05-12	506

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