[发明专利]应用于航空飞行器操纵负荷系统的多自由度球型驱动器

说明书

本发明公开了应用于航空飞行器操纵负荷系统的多自由度球型驱动器，包括机座、第一永磁体、绕组、背铁和末端执行器，第一永磁体、绕组和背铁的形状均呈球状，第一永磁体固定在机座上，绕组和背铁自内而外套装在第一永磁体上，背铁的下端与机座固定连接，背铁的上端开设有可供末端执行器倾斜摆动的通孔，末端执行器通过通孔与绕组的上端固定连接，绕组的内面与第一永磁体的外面滑动配合，绕组的外面与背铁的内面滑动配合，第一永磁体的充磁方向指向机座或背向机座，绕组的线圈沿绕组的任一水平截面的圆周方向缠绕。采用本发明，具有主动和被动的两种不同运动效果，而且系统转矩刚度可变，能够为操纵负荷系统实现多自由度运动以及提供力感知。

技术领域

本发明涉及航空飞行器操纵负荷系统技术领域，特别是涉及一种应用于航空飞行器操纵负荷系统的多自由度球型驱动器。

背景技术

操纵负荷系统根据航空飞行器的飞行状态及操纵模式(主动驾驶或自动驾驶)实时计算应施加在操纵杆上的力，向飞行员提供操纵力感知。飞行员需要凭借操纵力感知的变化做出相应的判断并执行相应操作，操纵力感知为飞行员判断飞行状态提供了主要依据。传统操纵负荷系统为机械式或液压式来实现操纵杆的多自由度运动与力感知，然而其存在空间体积大、不易于安装和维护、存在滞后现象等缺点。随着电传操纵系统逐渐成为航空飞行器的发展趋势，需要一种可以实现多自由度运动以及提供力感知的操纵负荷系统。

现有的驱动器多为单自由度运动输出，如旋转运动或平行移动。为了实现多自由度运动，需要通过多个驱动器、多个运动传递结构采取串联或并联等复杂连接方式，才能够输出多自由度运动。

现有的单一驱动器无法满足多自由度运动的需要，而进行多驱动器串联或并联会造成末端执行元件的累积误差、效率低等诸多问题。同时由于多自由度输出系统由多个构件组成，系统结构及其复杂，可靠性受每个组件的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于航空飞行器操纵负荷系统的多自由度球型驱动器。该多自由度球型驱动器具有主动和被动的两种不同运动效果，而且系统转矩刚度可变，能够为操纵负荷系统实现多自由度运动以及提供力感知。

为了实现上述目的，本发明提供了一种多自由度球型驱动器，其包括机座、第一永磁体、绕组、背铁和末端执行器，所述第一永磁体、所述绕组和所述背铁的形状均呈球状，所述第一永磁体固定在所述机座上，所述绕组和所述背铁自内而外套装在所述第一永磁体上，所述背铁的下端与所述机座固定连接，所述背铁的上端开设有可供所述末端执行器倾斜摆动的通孔，所述末端执行器通过所述通孔与所述绕组的上端固定连接，所述绕组的内面与所述第一永磁体的外面滑动配合，所述绕组的外面与所述背铁的内面滑动配合，所述第一永磁体的充磁方向指向所述机座或背向所述机座，所述绕组的线圈沿所述绕组的任一水平截面的圆周方向缠绕。

作为本发明的优选方案，所述背铁的中部环设有第二永磁体，所述第二永磁体的充磁方向与所述第一永磁体的充磁方向相反。

作为本发明的优选方案，所述绕组沿其周向均布有若干个牛眼轴承。

作为本发明的优选方案，所述通孔为圆孔。

实施本发明提供的应用于航空飞行器操纵负荷系统的多自由度球型驱动器，与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明的多自由度球型驱动器通过缠绕在球状第一永磁体表面的绕组，以简单的结构实现了多自由度运动，加工制造成本低；同时由于第一永磁体与绕组的结构及电磁关系，能够使固定在绕组上的末端执行器绕任意轴实现倾斜运动，既解决了只能沿固定轴倾斜摆动的问题，又解决了传统多驱动器串联或并联造成末端执行器的累积误差、效率低、系统结构复杂等诸多问题；并且，本发明的多自由度球型驱动器通过给绕组通入不同方向的电流，能够使绕组具有主动运动和被动运动的两种不同运动效果；最后，本发明的多自由度球型驱动器的输出力矩能够随绕组的转角而发生变化，实现系统转矩可变刚度的效果。可见，本发明的多自由度球型驱动器能适用于航空飞行器操纵负荷系统，为操纵负荷系统实现多自由度运动以及提供力感知。