一种操纵负荷装置，用于操纵并联的双电机

技术领域

本发明涉及飞行模拟仿真行业技术领域，具体为一种操纵负荷装置，用于操纵并联的双电机。

背景技术

操纵负荷系统是飞行模拟器的重要组成部分，负责为飞行员提供逼真的力感模拟，其性能好坏直接影响飞行训练的品质；

目前操纵负荷系统的一些解决方案，一般有两种方式：一是采用非直驱电机+减速器方案，通过采用高传动比的减速器来提高出力，但这种方案存在一定弊端，当减速器的传动比过大时，虽然出力增加了，但操纵力感的平滑度会有明显下降，影响了飞行训练的品质；

二是采用电机带动电动缸，通过减小电动缸上丝杠的导程来增大出力，这种方案同样也会存在增大出力的同时力感下降的问题，同时占有空间大，无法实现将操纵力感大小提高至少一倍，且仍能保证很好的力感平滑度。为此，我们提出一种操纵负荷装置，用于操纵并联的双电机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操纵负荷装置，用于操纵并联的双电机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种操纵负荷装置，所述装置包括：

主回路、控制回路和开关电源，所述主回路包括串联的主电源、主短路器、电源指示灯、分短路器以及用于操纵双电机的并联操纵模块，所述分短路器通过所述开关电源连接所述控制回路。

可选的，所述并联操纵模块包括第一驱动器、第一电机、第二驱动器和第二电机，所述第一电机通过所述第一驱动器连通所述主短路器，所述第二电机通过所述第二驱动器连通所述主短路器。

可选的，所述控制回路包括控制器电源模块、驱动器辅助电源、急停按钮、驱动器外部使能、继电器、驱动器STO、通讯模块、驱动器、数字量模块、复位按钮和故障指示，其中，所述控制器电源模块、驱动器辅助电源、急停按钮以及驱动器外部使能均与开关电源连接，所述急停按钮与所述继电器连接，所述继电器与所述驱动器STO连接，所述控制器电源模块与通讯模块连接，所述通讯模块与所述驱动器连接，所述控制器电源模块与所述数字量模块连接，所述数字量模块与继电器连接，所述数字量模块与复位按钮和故障指示连接。

可选的，所述控制回路还包括控制器、模拟量模块以及力信号采集，所述控制器和模拟量模块均与控制器电源模块连接，所述力信号采集与模拟量模块连接。

另一方面，为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种操纵负荷系统，可选的，包括如权利要求至任一项前所述的操纵负荷装置、并联的双电机、安装所述并联的双电机的安装组件、操纵组件以及连接组件，其中，所述安装组件包括支座底板和电机支架，所述电机支架安装在支座底板上，所述并联的双电机安装在所述电机支架上，所述操纵组件安装在所述支座底板上，所述连接组件一端与所述操纵组件连接，所述连接组件另外一端连接与并联的双电机连接。

可选的，所述并联的双电机包括并联的第一电机、第二电机及联轴器，两个所述第一电机和第二电机分别安装在电机支架两侧，所述第一电机和第二电机内侧通过所述联轴器连接。

可选的，所述操纵组件包括手柄以及手柄支架，所述手柄支架安装在支座底板上，所述手柄安装在手柄支架顶部。

可选的，所述连接组件包括手柄摇臂、连杆以及电机摇臂，所述手柄摇臂安装在手柄上，所述手柄摇臂底部与连杆一端转动连接，所述连杆另外一端与电机摇臂转动连接，所述电机摇臂安装在并联的双电机内侧。

可选的，还包括多个限位块，多个所述限位块安装在电机支架内侧，所述限位块位于电机摇臂外侧。

可选的，还包括多个脚杯，多个所述脚杯均安装在所述支座底板底部。

本发明至少具备以下有益效果：

本发明采用了并联的双电机方式来驱动手柄，使手柄操纵端最大出力增加一倍，且通过软件同步算法，有效的保证了力感平滑度，与单电机下力感的平滑度几乎没有区别，为用户提供了一种更为有效的在保证力感平滑的同时，快速增大其最大出力的方法，更好的为飞行员提供逼真的力感模拟，从而提高了飞行训练的品质。

附图说明

图1为本发明整体结构主回路原理示意图；

图2为本发明结构控制回路原理示意图；

图3为本发明结构主视结构示意图；

图4为本发明结构后视结构示意图；

图5为本发明结构侧视结构示意图；

图6为本发明结构主视剖视结构示意图。

图中：1-主回路；2-控制回路；3-开关电源；10-主电源；11-主短路器；12-电源指示灯；13-分短路器；14-并联操纵模块；15-第一驱动器；16-第一电机；17-第二驱动器；18-第二电机；20-控制器电源模块；21-驱动器辅助电源；22-急停按钮；23-驱动器外部使能；24-继电器；25-驱动器STO；26-通讯模块；27-驱动器；28-数字量模块；29-复位按钮；290-故障指示；291-控制器；292-模拟量模块；293-力信号采集；4-并联的双电机；5-安装组件；6-操纵组件；7-连接组件；50-支座底板；51-电机支架；41-联轴器；60-手柄；61-手柄支架；70-手柄摇臂；71-连杆；72-电机摇臂；8-限位块；9-脚杯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种操纵负荷装置，用于操纵并联的双电机4，装置包括：主回路1、控制回路2和开关电源3，主回路1包括串联的主电源10、主短路器11、电源指示灯12、分短路器13以及用于操纵双电机的并联操纵模块14，分短路器13通过开关电源3连接控制回路2。

主电源10连接至主断路器输入，主断路器输出一路主要给并联操纵模块14提供动力电，另一路经分断路器到开关电源3，开关电源3将AC220V转为DC24V，然后给控制回路2供DC24V电源，断路器具有短路保护、过载保护功能，当出现硬件故障如短路等或误操作等造成系统故障时，断路器可进行自动跳电保护，提高系统的安全性。

并联操纵模块14包括第一驱动器15、第一电机16、第二驱动器17和第二电机18，第一电机16通过第一驱动器15连通主短路器11，第二电机18通过第二驱动器17连通主短路器11。

第一电机16和第二电机18内部包括高分辨率编码器，可实时反馈电机40当前位置，第一驱动器15和第二驱动器17接收控制器291的控制信号，并转化为第一电机16和第二电机18的驱动信号，第一电机16和第二电机18根据第一驱动器15和第二驱动器17输出的驱动信号，驱动自身运动，从而提供期望的操纵力感。

控制回路2包括控制器电源模块20、驱动器辅助电源21、急停按钮22、驱动器外部使能23、继电器24、驱动器STO25、通讯模块26、驱动器27、数字量模块28、复位按钮29和故障指示290，其中，控制器电源模块20、驱动器辅助电源21、急停按钮22以及驱动器外部使能23均与开关电源3连接，急停按钮22与继电器24连接，继电器24与驱动器STO25连接，控制器电源模块20与通讯模块26连接，通讯模块26与驱动器27连接，控制器电源模块20与数字量模块28连接，数字量模块28与继电器24连接，数字量模块28与复位按钮29和故障指示290连接。

控制回路2还包括控制器291、模拟量模块292以及力信号采集293，控制器291和模拟量模块292均与控制器电源模块20连接，力信号采集293与模拟量模块292连接。

控制回路2主要指由开关电源3给控制器291、继电器24、指示灯以及驱动器27辅助提供DC24V直流电的部分，为提高系统的安全性，采用STO安全扭矩关闭策略，当急停按钮22拍下或系统存在故障时，第一驱动器15和第二驱动器17立即响应STO，第一电机16和第二电机18关闭扭矩输出，控制器电源模块通过通讯模块26与驱动器27建立EtherCAT通讯，从而实时，高效地控制驱动器27的启停，监测、保护驱动器27运行。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种操纵负荷系统，包括如前所述的操纵负荷装置、并联的双电机4、安装并联的双电机4的安装组件5、操纵组件6以及连接组件7，其中，安装组件5包括支座底板50和电机支架51，电机支架51固定安装在支座底板50上，并联的双电机4安装在电机支架51上，操纵组件6安装在支座底板50上，连接组件7一端与操纵组件6连接，连接组件7另外一端连接与并联的双电机4连接。

所述并联的双电机4包括并联的第一电机17、第二电机18及联轴器41，所述第一电机17和第二电机18分别安装在电机支架51两侧，所述第一电机17和第二电机18内侧通过所述联轴器41连接。

操纵组件6包括手柄60以及手柄支架61，手柄支架61固定安装在支座底板50上，手柄60转动安装在手柄支架61顶部。

连接组件7包括手柄摇臂70、连杆71以及电机摇臂72，手柄摇臂70固定安装在手柄60上，手柄摇臂70底部与连杆71一端转动连接，连杆71另外一端与电机摇臂72转动连接，电机摇臂72固定安装在并联的双电机4内侧。

一种操纵负荷系统，还包括多个限位块8，多个限位块8分别对称固定安装在电机支架51内侧，限位块8位于电机摇臂72外侧，用于调节操纵负荷系统机械限位，使手柄60的运动范围限定在预设的角度之内，防止单侧电机第一电机17或者第二电机18失控时，联轴器41承受异常第一电机17或者第二电机18扭矩输出，损坏联轴器41，同时保障整个系统的安全。

一种操纵负荷系统，还包括多个脚杯9，多个脚杯9均固定安装在支座底板50底部，具防滑减振以及在地面不平整的情况下进行调整安装平面水平。

向前或向后拉动手柄60，手柄摇臂70带动连杆71以及电机摇臂72转动，电机摇臂72带动第一电机17或者第二电机18转动，第一电机17或者第二电机18通过弹性联轴器41连接，因此可以实现同步运动，连杆71与手柄摇臂70与电机摇臂72之间的铰链处装有关节轴承，以保证良好的机械间隙和由于两端摇臂安装位置略有误差的情况下进行调整，且第一电机17或者第二电机18根据第一驱动器15和第二驱动器17输出的驱动信号，驱动自身运动，从而为手柄60提供期望的操纵力感。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。