[发明专利]基于力矩传感器关节电机的球面二自由度摇杆操作机构

说明书

本发明公开了一种基于力矩传感器关节电机的球面二自由度摇杆操作机构，包括基座、摇杆、安装架、两个关节电机、两个力矩传感器、两个主转臂和两个从转臂。安装架固定于基座上，两个关节电机固定于安装架上，两个关节电机的输出轴上各安装一个力矩传感器，两个关节电机的输出轴各与一主转臂的第一端固定连接，两个主转臂的第二端各与一从转臂的第一端转动连接，两个从转臂的第二端相互转动连接，两个从转臂的第二端套设于摇杆外侧，关节电机的输出轴的轴线、主转臂与从转臂间的转动轴线以及两个从转臂间的转动轴线交汇于摇杆的下端转动点。本发明通过控制两个关节电机的输出轴的转动角度及角速度，可以控制摇杆的运动位置及速度。

技术领域

本发明涉及机器人自动化技术领域，特别是涉及一种基于力矩传感器关节电机的球面二自由度摇杆操作机构。

背景技术

飞机侧杆驾驶装置简称侧杆，它是传统中央驾驶杆的偏置和改进。目前侧杆已经被广泛应用于民用客机以及部分战斗机中。在民用飞机中，一般情况下使用的是双轴侧杆，也就是用侧杆来控制飞机的俯仰和滚转。例如空客系列飞机驾驶舱操纵系统采用了被动式侧杆机构作为横滚、俯仰系统的操纵输入,驾驶员通过控制侧杆的横向、纵向运动实现对飞机相关轴的控制。

随着机器人技术和自动驾驶技术的发展，机器人辅助飞行驾驶系统成为了当下的一个研究热点。通过利用协作机器人来辅助飞行员，可完成从起飞到降落过程中的各种重复性的飞行操作任务。机器人辅助飞行驾驶系统无需改变原飞机控制系统，可以直接应用于任何机型的飞机上，可以替代副驾驶人员，并协助完成主驾驶人员的大部分繁重的工作，实现飞行驾驶的智能化。

在机器人辅助飞行驾驶系统中，如何利用机器人完成对侧杆的操纵是一个复杂的问题。由于侧杆机构同时具有两个轴向的运动自由度,是一种典型的球面二自由度摇杆,采用传统的单一自由度的驱动机构无法实现两个轴向之间的耦合运动。同时飞机的侧杆往往是一个整体的设备，不能对其部件及整体进行拆卸、改造及改装。因此，设计一种针对球面二自由度摇杆的操作机构成为当下一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于力矩传感器关节电机的球面二自由度摇杆操作机构，用以解决飞机侧杆的自动化操作问题，完成在机器人辅助飞行驾驶系统中对侧杆的操作。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种基于力矩传感器关节电机的球面二自由度摇杆操作机构，包括基座和摇杆，所述摇杆的下端位于所述基座内，所述摇杆的上端向上伸出所述基座，还包括安装架、两个关节电机、两个力矩传感器、两个主转臂和两个从转臂，所述安装架固定于所述基座上，两个所述关节电机固定于所述安装架上，两个所述关节电机的输出轴上各安装一个所述力矩传感器，两个所述关节电机的输出轴各与一所述主转臂的第一端固定连接，两个所述主转臂的第二端各与一所述从转臂的第一端转动连接，两个所述从转臂的第二端相互转动连接，两个所述从转臂的第二端套设于所述摇杆外侧，所述关节电机的输出轴的轴线、所述主转臂与所述从转臂间的转动轴线以及两个所述从转臂间的转动轴线交汇于所述摇杆的下端转动点。

优选地，所述基座包括底座和盖板，所述盖板固定于所述底座的上部，所述盖板上设有通孔，所述摇杆穿过所述通孔并能在所述通孔内摆动。

优选地，所述安装架包括固定平台弧、两个平台支架和两个电机座，两个所述平台支架均固定于所述盖板上，所述固定平台弧固定于两个所述平台支架的上端，两个所述电机座固定于所述固定平台弧的两端，两个所述关节电机分别固定于两个所述电机座上。

优选地，所述摇杆为飞机侧杆，所述摇杆的前后运动用以改变飞机的俯仰角，所述摇杆的左右运动用以改变飞机的横滚角。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：