飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于人機(jī)交互設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)，包括駕駛桿（1），所述駕駛桿（1）的中部設(shè)有支點(diǎn)，駕駛桿（1）的一端用于用戶操控，另一端通過剛性傳動機(jī)構(gòu)（9）與電機(jī)（5）連接，還包括，用于檢測所述駕駛桿位置信息、速度信息以及力信息的傳感器（7），以及微處理器（8），微處理器（8）接受駕駛桿（1）的位置信息、速度信息以及力信息，進(jìn)行處理后輸入信號至驅(qū)動器以控制所述電機(jī)（5）的輸出扭矩。該飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)通過剛性傳動機(jī)構(gòu)反饋飛機(jī)操縱負(fù)荷，解決了現(xiàn)有飛機(jī)模擬機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)的傳動精度較低、作用可靠性較差的問題。上述飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)中的駕駛桿還可以替換為油門桿或腳蹬。
【專利說明】飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于人機(jī)交互設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種飛機(jī)駕駛桿、腳蹬、油門桿的力反饋系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行模擬機(jī)是訓(xùn)練飛行人員的必備裝置，飛行員在地面的靜態(tài)測試中操作駕駛桿、腳蹬、油門桿，飛行仿真系統(tǒng)給飛行員提供實(shí)際飛行的操縱負(fù)荷、視覺、聽覺，從而達(dá)到實(shí)訓(xùn)的效果。使用飛行模擬機(jī)進(jìn)行飛機(jī)訓(xùn)練，具備提高訓(xùn)練效率，節(jié)省訓(xùn)練費(fèi)用，確保駕駛安全，降低環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]飛機(jī)的操縱主要使用駕駛桿、腳蹬以及油門桿，其中駕駛桿是操縱飛機(jī)飛行的重要部件，飛行員后拉駕駛桿，升降舵上偏，機(jī)頭上仰；前推駕駛桿，則升降舵下偏，機(jī)頭下俯。左推駕駛桿，左側(cè)副翼上偏，飛機(jī)向右橫滾；右推駕駛桿，右側(cè)副翼上偏，飛機(jī)向左橫滾。腳蹬用于控制飛機(jī)在水平面方向的偏轉(zhuǎn)，蹬左腳收右腳飛機(jī)向右偏轉(zhuǎn)；蹬右腳收左腳飛機(jī)向左偏轉(zhuǎn)。油門桿用于控制飛機(jī)發(fā)動機(jī)輸出功率。向前推增大發(fā)動機(jī)輸出動力，往后拉減小發(fā)動機(jī)輸出動力。
[0004]現(xiàn)有飛機(jī)模擬機(jī)操縱負(fù)荷反饋回路中多采用電液伺服系統(tǒng)控制，其具有功率大、快速性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但是液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)不便，應(yīng)用在飛機(jī)模擬機(jī)中，使得飛機(jī)模擬器操縱負(fù)荷反饋裝置的靈活性受到很大的限制。為此，提供一種反饋回路結(jié)構(gòu)簡單、同時能夠多通道反饋操縱負(fù)荷的飛行模擬裝置成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。
[0005]為此，中國專利文件CN101976522A公開了一種飛機(jī)駕駛盤力反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)部件包括一個方向盤、一個操縱桿、兩個編碼器、四個繞線輪、四條鋼絲繩、四個拉伸彈簧、四個傳動軸、兩個交流伺服電機(jī)、兩個減速器、一個基座。當(dāng)方向盤受力偶作用作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或者操縱桿受力作用做直線運(yùn)動時，編碼器采集方向盤繞操縱桿軸線旋轉(zhuǎn)的角位移矢量或者采集操縱桿沿縱向直線運(yùn)動的位移矢量，上位機(jī)實(shí)時計算對應(yīng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)角，控制電機(jī)做位置伺服，帶動鋼絲繩牽引彈簧完成一定形變，彈簧形變產(chǎn)生的力矩傳遞到方向盤或者操縱桿上，使飛行員感受到反饋力。該系統(tǒng)力反饋回路采用鋼絲繩和繞線輪傳遞運(yùn)動和力，鋼絲繩容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，負(fù)載發(fā)生轉(zhuǎn)動，傳動不穩(wěn)定，鋼絲繩和繞線輪磨損較大從而導(dǎo)致鋼絲繩壽命短，當(dāng)鋼絲繩過載繃斷時，具有極大的彈性，不安全。并且該力反饋系統(tǒng)在兩個自由度上反饋飛機(jī)駕駛桿操縱負(fù)荷，無法反饋實(shí)際飛行時同時產(chǎn)生的多通道操縱負(fù)荷，對于飛機(jī)操縱負(fù)荷的模擬不夠全面。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有飛機(jī)模擬機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)傳動精度較低、作用可靠性較差的問題，進(jìn)而提供一種精度較高的飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)包括駕駛桿，其包括駕駛桿，所述駕駛桿的中部設(shè)有支點(diǎn)，且所述駕駛桿的一端用于用戶操控，另一端通過一個剛性傳動機(jī)構(gòu)與電機(jī)連接，用于檢測所述駕駛桿位置信息、速度信息以及力信息的傳感器，以及微處理器，微處理器接受所述駕駛桿的位置信息、速度信息以及力信息，進(jìn)行處理后輸入信號至驅(qū)動器以控制所述電機(jī)的輸出扭矩。
[0008]優(yōu)選的，所述剛性傳動機(jī)構(gòu)為連桿機(jī)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選的，所述電機(jī)為直流力矩電機(jī)，其與所述剛性傳動機(jī)構(gòu)通過減速機(jī)連接。
[0010]優(yōu)選的，所述驅(qū)動器為PWM脈寬調(diào)制調(diào)速驅(qū)動器。
[0011]優(yōu)選的，所述電機(jī)上安裝編碼器。
[0012]所述駕駛桿可替換為油門桿或腳蹬。
[0013]本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)本實(shí)用新型的飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)中駕駛桿一端用于用戶操控，另一端通過一個剛性傳動機(jī)構(gòu)與電機(jī)連接，微處理器接收駕駛桿的位移信息、速度信息以及力信息，輸出信號至驅(qū)動器以控制電機(jī)輸出扭矩。相比于現(xiàn)有技術(shù)來說，該飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)采用剛性傳動機(jī)構(gòu)，傳動精度較高、作用可靠性高。
[0015](2)優(yōu)選的，該飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)的剛性傳動機(jī)構(gòu)為連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，同時，安裝方便，成本較低。
[0016](3)飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)采用直流力矩電機(jī)進(jìn)行操縱負(fù)荷的力反饋控制，其能夠滿足精確控制電機(jī)輸出扭矩的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中，
[0018]圖1是本實(shí)用新型的飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)的原理圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型的飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)的立體圖。
[0020]圖中附圖標(biāo)記表示為:1-駕駛桿，2-座體，3-油門桿，4-腳瞪，5-電機(jī)，6-連桿，7-傳感器,8-微處理器,9-剛性傳動機(jī)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下將結(jié)合附圖，使用以下實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步闡述。
[0022]本實(shí)用新型的飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)如圖1，圖2所示，包括駕駛桿負(fù)荷力反饋系統(tǒng)，油門桿負(fù)荷力反饋系統(tǒng)以及腳蹬負(fù)荷力反饋系統(tǒng)，上述飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)安裝于座體2內(nèi)部。其中，上述駕駛桿負(fù)荷力反饋系統(tǒng)包括駕駛桿1，所述駕駛桿I的中部設(shè)有支點(diǎn)，所述駕駛桿I的一端用于用戶操控，另一端通過一個剛性傳動機(jī)構(gòu)9與電機(jī)5連接，用于檢測所述駕駛桿I的位移信息、速度信息以及力信息的傳感器7，以及微處理器8 ;所述微處理器8接受所述駕駛桿I的位移信息、速度信息以及力信息，進(jìn)行處理后輸入信號至驅(qū)動器以控制所述電機(jī)5的輸出扭矩。該飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)采用剛性傳動機(jī)構(gòu)9，傳動精度較高、作用可靠性高。
[0023]由于連桿機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)施例中，所述剛性傳動機(jī)構(gòu)9選用連桿機(jī)構(gòu)。[0024]本實(shí)施例中，所述電機(jī)5為直流力矩電機(jī)，所述電機(jī)5上安裝編碼器。為了增大輸出扭矩，所述電機(jī)5與剛性傳動機(jī)構(gòu)9通過減速機(jī)連接。剛性傳動機(jī)構(gòu)9與所述矩電機(jī)5的主軸通過聯(lián)軸器連接。所述驅(qū)動器為PWM脈寬調(diào)制調(diào)速驅(qū)動器。
[0025]本實(shí)用新型的駕駛桿負(fù)荷力反饋系統(tǒng)工作過程為:當(dāng)駕駛員操作駕駛桿I時，安裝于駕駛桿I上的傳感器7檢測駕駛桿I位移信息、速度信息以及力信息，微處理器8接收檢測傳感器7檢測到的駕駛桿位移信息、速度信息以及力信息，具體地，通過測出的角位移信號計算出氣動力，通過速度信號計算出粘性摩擦力，通過其他參數(shù)計算出庫倫摩擦力、慣性力、彈簧力等；并通過Iugre摩擦力模型消除了摩擦力對系統(tǒng)的影響，通過PID(比例積分微分)或其他算法使系統(tǒng)穩(wěn)定并達(dá)到要求的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。輸出信號至PWM脈寬調(diào)制調(diào)速驅(qū)動器以控制直流力矩電機(jī)5輸出扭矩，最終，電機(jī)5輸出的扭矩通過所述剛性傳動機(jī)構(gòu)作用于駕駛桿1，實(shí)現(xiàn)駕駛桿I操縱負(fù)荷反饋。
[0026]上述工作過程同樣適用于油門桿負(fù)荷力反饋系統(tǒng)以及腳蹬負(fù)荷力反饋系統(tǒng)。上述系統(tǒng)互相可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以同時使用，當(dāng)三個操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)同時工作時，由于所述所述駕駛桿I的反饋力分為兩個自由度:橫向和縱向，該力反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了四通道飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋。
[0027]當(dāng)然，此飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)的剛性傳動機(jī)構(gòu)9還可采用如齒輪機(jī)構(gòu)的其他剛性傳動機(jī)構(gòu)，同樣，剛性傳動機(jī)構(gòu)9與電機(jī)5主軸不局限于聯(lián)軸器連接，還可采用其他活動連接，如齒輪嚙合等。另外，所述輸出扭矩的電機(jī)5的數(shù)量和類型都可改變，數(shù)量可以根據(jù)需要檢測并反饋的自由度數(shù)量增加而增加，電機(jī)的類型也可以采用伺服電機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)，包括，駕駛桿(1)，其特征在于:所述駕駛桿(I)的中部設(shè)有支點(diǎn)，且所述駕駛桿(I)的一端用于用戶操控，另一端通過一個剛性傳動機(jī)構(gòu)(9)與電機(jī)(5)連接，用于檢測所述駕駛桿位置信息、速度信息以及力信息的傳感器(7)，以及微處理器(8)，微處理器(8)接受所述駕駛桿(I)的位置信息、速度信息以及力信息，進(jìn)行處理后輸入信號至驅(qū)動器以控制所述電機(jī)(5)的輸出扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)，其特征在于:所述剛性傳動機(jī)構(gòu)(9)為連桿機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)，其特征在于:所述電機(jī)(5)為直流力矩電機(jī)，其與所述剛性傳動機(jī)構(gòu)(9)通過減速機(jī)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動器為PWM脈寬調(diào)制調(diào)速驅(qū)動器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)，其特征在于:所述電機(jī)(5)上安裝編碼器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)操縱負(fù)荷反饋系統(tǒng)，其特征在于:所述駕駛桿(I)可替換為油門桿(3)或腳蹬(4)。
【文檔編號】G09B9/28GK203573515SQ201320740929
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】崔明寶, 段峰 申請人:北京摩詰創(chuàng)新科技股份有限公司