一种基于蜗轮蜗杆结构的无人机滑跑转向装置

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种基于蜗轮蜗杆结构的无人机滑跑转向装置。

背景技术

无人机广义上为不需要驾驶员登机驾驶的各式遥控飞行器，无人机按种类划分有航拍无人机、测绘无人机、空战无人机、预警无人机等各种各样的无人机，不仅在国防军队中起到了不可忽视的作用，还在祖国的建设起到了重要的作用。

无人机从机库进入到跑道上时，或者从跑道上进入到机库内时，无人机需要在地面上滑跑，无人机通常采用一个前轮进行转向，通过控制前轮的角度来进行转向，现有的无人机采用的前轮转向机构通过舵机、连杆直驱前轮转向，但是这种转向机构的精确度不高，需要工作人员实时关注无人机有没有便宜跑道。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于蜗轮蜗杆结构的无人机滑跑转向装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于蜗轮蜗杆结构的无人机滑跑转向装置，包括机体，所述机体上包括一个前轮以及两个后轮，所述前轮为转向轮，所述前轮连接有脚架，所述脚架上连接有转向装置；

转向装置，其包括设置在所述机体内的转向箱，所述转向箱内设有第一步进电机，所述第一步进电机上连接有第一主动轮，所述转向箱内设有第一传动轴，所述第一传动轴上设有第一从动轮，所述第一主动轮与所述第一从动轮之间设有第一皮带，所述第一传动轴上设有第一蜗轮，所述转向箱内设有蜗杆，所述第一蜗轮与所述蜗杆相啮合，所述蜗杆伸出至所述转向箱外侧，所述蜗杆与所述脚架之间通过固定销固定连接。

通过采用上述技术方案，当无人机需要转向时，通过启动第一步进电机，第一步进电机带动第一主动轮转动，从而通过第一皮带带动第一从动轮转动，从而带动第一传动轴转动，从而带动第一蜗轮转动，从而带动蜗杆转动，从而带动脚架转动，从而带动前轮转动。第一步进电机的正转与反转分别控制前轮的向左转动与向右转动，第一步进电机的转动速度控制前轮的转动速度，第一步进电机的转动圈数控制前轮的转动角度。该转向装置能够精确的控制前轮的转动角度以及前轮的转动速度，更加方便工作人员操控无人机的转向。

优选的，所述转向装置还包括失效防护机构，所述失效防护机构包括滑动板，所述滑动板与所述转向箱底部滑动连接，所述滑动板与所述转向箱之间设有驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述滑动板移动；

所述第一步进电机固定连接在所述滑动板上，所述滑动板上固定连接有第一连接块，所述第一传动轴与所述第一连接块相连接；

所述滑动板上还固定连接有第二步进电机，所述第二步进电机上连接有第二主动轮，所述滑动板上固定连接有第二连接块，所述第二连接块上设有第二传动轴，所述第二传动轴上设有第二从动轮，所述第二主动轴与所述第二从动轮之间设有第二皮带，所述第二传动轴上设有第二蜗轮，所述第二蜗轮与所述蜗杆相配合；

所述第一蜗轮与所述第二蜗轮分别位于所述蜗杆的两侧，所述滑动板的滑动方向与所述第一蜗轮以及第二蜗轮之间连线的方向一致，当所述第一蜗轮与所述蜗杆相啮合时，所述第二蜗轮与所述蜗杆之间存在一定的间隙，且所述第二蜗轮与所述蜗杆之间不会发生干涉。

通过采用上述技术方案，该失效防护机构的作用是当第一步进电机发生故障时，能够通过失效防护机构驱动前轮转动，防止第一步进电机发生故障时，前轮无法转向。该失效防护机构的工作原理为，当第一步进电机发生故障无法转动时，通过驱动装置驱动滑动板移动，当滑动板移动时，带动第一蜗轮往远离蜗杆的方向移动，使第一蜗轮与蜗杆完全相分离，与此同时，第二蜗轮往靠近蜗杆的方向移动，直到第二蜗轮与蜗杆完全相啮合，此时停止驱动驱动装置，然后启动第二步进电机，第二步进电机带动第二主动轮转动，从而通过第二皮带带动第二从动轮转动，从而带动第二传动轴转动，从而带动第二蜗轮转动，从而带动蜗杆转动，从而带动脚架转动，从而带动前轮转动。第二步进电机的正转与反转分别控制前轮的向左转动与向右转动，第二步进电机的转动速度控制前轮的转动速度，第二步进电机的转动圈数控制前轮的转动角度。

优选的，所述第一主动轮与所述第二主动轮的规格一致，所述第一从动轮与所述第二从动轮的规格一致，所述第一主动轮的直径小于所述第一从动轮的直径，所述第二主动轮的直径小于所述第二从动轮的直径。

通过采用上述技术方案，由于第一主动轮与第二主动轮的规格一致，第一从动轮与第二从动轮的规格一致，因此，不管是通过第一步进电机操控前轮转动还是通过第二步进电机操控前轮转动，其操作的方式以及控制前轮转动速度，以及前轮转动的圈数都一致；由于第一主动轮的直径小于第一从动轮的直径，第二主动轮的直径小于第二从动轮的直径。由于是小轮带动大轮转动，其转动速度变小，因此第一步进电机或者第二步进电机驱动前轮转向时，需要转动更多的圈数，因此，提高了前轮转向的精确度。

优选的，所述驱动装置包括设置在所述转向箱底部的滑轨，所述滑动板与所述滑轨滑动连接，所述转向箱底部固定连接有第三步进电机，所述第三步进电机上连接有丝杆滑块组件，所述丝杆滑块组件包括与所述第三步进电机主轴固定连接的丝杆，所述丝杆与所述滑轨平行设置，以及与所述丝杆相配合的滑块，所述滑块与所述滑动板固定连接。

通过采用上述技术方案，该驱动装置的工作原理为，通过驱动第三步进电机转动，带动丝杆转动，当丝杆转动时，由于滑块与滑动板固定连接，因此，滑块无法转动，只能在丝杆上移动，滑块移动时，将带动滑动板移动，第三步进电机的正转与反转分别控制滑动板的两个移动方向。

优选的，所述转向箱底部依次设置第一制动传感器、第一减速传感器、第二减速传感器以及第二制动传感器。

通过采用上述技术方案，当第三步进电机驱动滑动板使第一蜗轮靠近蜗杆方向时，首先第三步进电机为快速转动模式，当第一蜗轮即将接触到蜗杆时，此时滑块移动至第一减速传感器处，将第三步进电机调节为慢速转动模式，当第一蜗轮与蜗杆完全啮合时，此时滑块移动至第一制动传感器处，使第三步进电机停止转动；同理，当第三步进电机驱动滑动板使第二蜗轮靠近蜗杆方向时，首先第三步进电机为快速转动模式，当第二蜗轮即将接触到蜗杆时，此时滑块移动至第二减速传感器处，将第三步进电机调节为慢速转动模式，当第二蜗轮与蜗杆完全啮合时，此时滑块移动至第二制动传感器处，使第三步进电机停止转动。该装置不仅能够快速切换正常的转向模式与失效防护模式，而且，还可以防止滑动板移动速度过快，导致第一蜗轮或者第二蜗轮与蜗杆发生破坏，导致零件的损坏。

优选的，所述第一制动传感器、第一减速传感器、第二减速传感器以及第二制动传感器均为红外线传感器。

通过采用上述技术方案，红外线传感器具有反应速度快的优点，将设备的延迟时间降低到最低。

优选的，所述转向箱内设有极限位置报警装置，其包括固定连接在所述蜗杆上的连接杆，所述连接杆的另一端分别固定连接有第一压块以及第二压块，所述转向箱内设有第一压力传感器与第二压力传感器，所述第一压力传感器与所述第二压力传感器呈一定角度的位于所述连接杆的两侧，所述第一压块与所述第一压力传感器相配合，所述第二压块与所述第二压力传感器相配合。

通过采用上述技术方案，该极限位置报警装置的工作原理为，当前轮一直往左转动时，蜗杆带动连接杆往第一压力传感器方向移动，当前轮转动至一定的角度后，第一压块与第一压力传感器相挤压，此时，第一步进电机或者第二步进电机停止转动；同理，当前轮一直往右转动时，蜗杆带动连接杆往第二压力传感器方向移动，当前轮转动至一定的角度后，第二压块与第二压力传感器相挤压，此时，第一步进电机或者第二步进电机停止转动。

优选的，所述转向箱内设有第一固定板，所述第一固定板上固定连接有多个第一定位杆，多个所述第一定位杆上滑动连接有第一安装块，所述第一压力传感器固定连接于所述第一安装块上，所述第一安装块与所述第一固定板之间设有第一弹性件；

所述转向箱内设有第二固定板，所述第二固定板上固定连接有多个第二定位杆，多个所述第二定位杆上滑动连接有第二安装块，所述第二压力传感器固定连接于所述第二安装块上，所述第二安装块与所述第二固定板之间设有第二弹性件。

通过采用上述技术方案，当第一压块与第一压力传感器发生挤压时，第一压力传感器带动第一安装块往第一弹性件方向移动，可以防止第一压块移动速度过快，造成第一压力传感器的损坏，当第一压块与第一压力传感器相分离时，第一安装块受到第一弹性件的弹力作用复位；同理，当第二压块与第二压力传感器发生挤压时，第二压力传感器带动第二安装块往第二弹性件方向移动，可以防止第二压块移动速度过快，造成第二压力传感器的损坏，当第二压块与第二压力传感器相分离时，第二安装块受到第二弹性件的弹力作用复位。

优选的，所述第一弹性件以及所述第二弹性件均设置为弹簧。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:

在本发明中，该转向装置能够精确的控制前轮的转动角度以及前轮的转动速度，更加方便工作人员操控无人机的转向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明图1中的A部放大图；

图3为本发明转向箱状态一结构示意图；

图4为本发明转向箱状态二结构示意图；

图5为本发明图3中的B部放大图；

图6为本发明图4中的C部放大图；

图7为本发明驱动装置的结构示意图。

图中标记：1-机体，2-前轮，3-脚架，4-转向箱，5-第一步进电机，6-第一主动轮，7-第一传动轴，8-第一从动轮，9-第一皮带，10-第一蜗轮，11-蜗杆，12-固定销，13-滑动板，14-第一连接块，15-第二步进电机，16-第二主动轮，17-第二连接块，18-第二传动轴，19-第二从动轮，20-第二皮带，21-第二蜗轮，22-滑轨，23-第三步进电机，24-丝杆，25-滑块，26-第一制动传感器，27-第一减速传感器，28-第二减速传感器，29-第二制动传感器，30-连接杆，31-第一压块，32-第二压块，33-第一压力传感器，34-第二压力传感器，35-第一固定板，36-第一定位杆，37-第一安装块，38-第一弹性件，39-第二固定板，40-第二定位杆，41-第二安装块，42-第二弹性件，。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1-7所示，一种基于蜗轮蜗杆结构的无人机滑跑转向装置，包括机体1，所述机体1上包括一个前轮2以及两个后轮，所述前轮2为转向轮，所述前轮2连接有脚架3，所述脚架3上连接有转向装置；

转向装置，其包括设置在所述机体1内的转向箱4，所述转向箱4内设有第一步进电机5，所述第一步进电机5上连接有第一主动轮6，所述转向箱4内设有第一传动轴7，所述第一传动轴7上设有第一从动轮8，所述第一主动轮6与所述第一从动轮8之间设有第一皮带9，所述第一传动轴7上设有第一蜗轮10，所述转向箱4内设有蜗杆11，所述第一蜗轮10与所述蜗杆11相啮合，所述蜗杆11伸出至所述转向箱4外侧，所述蜗杆11与所述脚架3之间通过固定销12固定连接。当无人机需要转向时，通过启动第一步进电机5，第一步进电机5带动第一主动轮6转动，从而通过第一皮带9带动第一从动轮8转动，从而带动第一传动轴7转动，从而带动第一蜗轮10转动，从而带动蜗杆11转动，从而带动脚架3转动，从而带动前轮2转动。第一步进电机5的正转与反转分别控制前轮2的向左转动与向右转动，第一步进电机5的转动速度控制前轮2的转动速度，第一步进电机5的转动圈数控制前轮2的转动角度。该转向装置能够精确的控制前轮2的转动角度以及前轮2的转动速度，更加方便工作人员操控无人机的转向。

在本实施例中，所述转向装置还包括失效防护机构，所述失效防护机构包括滑动板13，所述滑动板13与所述转向箱4底部滑动连接，所述滑动板13与所述转向箱4之间设有驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述滑动板13移动；

所述第一步进电机5固定连接在所述滑动板13上，所述滑动板13上固定连接有第一连接块14，所述第一传动轴7与所述第一连接块14相连接；

所述滑动板13上还固定连接有第二步进电机15，所述第二步进电机15上连接有第二主动轮16，所述滑动板13上固定连接有第二连接块17，所述第二连接块17上设有第二传动轴18，所述第二传动轴18上设有第二从动轮19，所述第二主动轴与所述第二从动轮19之间设有第二皮带20，所述第二传动轴18上设有第二蜗轮21，所述第二蜗轮21与所述蜗杆11相配合；

所述第一蜗轮10与所述第二蜗轮21分别位于所述蜗杆11的两侧，所述滑动板13的滑动方向与所述第一蜗轮10以及第二蜗轮21之间连线的方向一致，当所述第一蜗轮10与所述蜗杆11相啮合时，所述第二蜗轮21与所述蜗杆11之间存在一定的间隙，且所述第二蜗轮21与所述蜗杆11之间不会发生干涉。该失效防护机构的作用是当第一步进电机5发生故障时，能够通过失效防护机构驱动前轮2转动，防止第一步进电机5发生故障时，前轮2无法转向。该失效防护机构的工作原理为，当第一步进电机5发生故障无法转动时，通过驱动装置驱动滑动板13移动，当滑动板13移动时，带动第一蜗轮10往远离蜗杆11的方向移动，使第一蜗轮10与蜗杆11完全相分离，与此同时，第二蜗轮21往靠近蜗杆11的方向移动，直到第二蜗轮21与蜗杆11完全相啮合，此时停止驱动驱动装置，然后启动第二步进电机15，第二步进电机15带动第二主动轮16转动，从而通过第二皮带20带动第二从动轮19转动，从而带动第二传动轴18转动，从而带动第二蜗轮21转动，从而带动蜗杆11转动，从而带动脚架3转动，从而带动前轮2转动。第二步进电机15的正转与反转分别控制前轮2的向左转动与向右转动，第二步进电机15的转动速度控制前轮2的转动速度，第二步进电机15的转动圈数控制前轮2的转动角度。

在本实施例中，所述第一主动轮6与所述第二主动轮16的规格一致，所述第一从动轮8与所述第二从动轮19的规格一致，所述第一主动轮6的直径小于所述第一从动轮8的直径，所述第二主动轮16的直径小于所述第二从动轮19的直径。由于第一主动轮6与第二主动轮16的规格一致，第一从动轮8与第二从动轮19的规格一致，因此，不管是通过第一步进电机5操控前轮2转动还是通过第二步进电机15操控前轮2转动，其操作的方式以及控制前轮2转动速度，以及前轮2转动的圈数都一致；由于第一主动轮6的直径小于第一从动轮8的直径，第二主动轮16的直径小于第二从动轮19的直径。由于是小轮带动大轮转动，其转动速度变小，因此第一步进电机5或者第二步进电机15驱动前轮2转向时，需要转动更多的圈数，因此，提高了前轮2转向的精确度。

在本实施例中，所述驱动装置包括设置在所述转向箱4底部的滑轨22，所述滑动板13与所述滑轨22滑动连接，所述转向箱4底部固定连接有第三步进电机23，所述第三步进电机23上连接有丝杆24滑块25组件，所述丝杆滑块组件包括与所述第三步进电机23主轴固定连接的丝杆24，所述丝杆24与所述滑轨22平行设置，以及与所述丝杆24相配合的滑块25，所述滑块25与所述滑动板13固定连接。该驱动装置的工作原理为，通过驱动第三步进电机23转动，带动丝杆24转动，当丝杆24转动时，由于滑块25与滑动板13固定连接，因此，滑块25无法转动，只能在丝杆24上移动，滑块25移动时，将带动滑动板13移动，第三步进电机23的正转与反转分别控制滑动板13的两个移动方向。

在本实施例中，所述转向箱4底部依次设置第一制动传感器26、第一减速传感器27、第二减速传感器28以及第二制动传感器29。当第三步进电机23驱动滑动板13使第一蜗轮10靠近蜗杆11方向时，首先第三步进电机23为快速转动模式，当第一蜗轮10即将接触到蜗杆11时，此时滑块25移动至第一减速传感器27处，将第三步进电机23调节为慢速转动模式，当第一蜗轮10与蜗杆11完全啮合时，此时滑块25移动至第一制动传感器26处，使第三步进电机23停止转动；同理，当第三步进电机23驱动滑动板13使第二蜗轮21靠近蜗杆11方向时，首先第三步进电机23为快速转动模式，当第二蜗轮21即将接触到蜗杆11时，此时滑块25移动至第二减速传感器28处，将第三步进电机23调节为慢速转动模式，当第二蜗轮21与蜗杆11完全啮合时，此时滑块25移动至第二制动传感器29处，使第三步进电机23停止转动。该装置不仅能够快速切换正常的转向模式与失效防护模式，而且，还可以防止滑动板13移动速度过快，导致第一蜗轮10或者第二蜗轮21与蜗杆11发生破坏，导致零件的损坏。

在本实施例中，所述第一制动传感器26、第一减速传感器27、第二减速传感器28以及第二制动传感器29均为红外线传感器。红外线传感器具有反应速度快的优点，将设备的延迟时间降低到最低。

在本实施例中，所述转向箱4内设有极限位置报警装置，其包括固定连接在所述蜗杆11上的连接杆30，所述连接杆30的另一端分别固定连接有第一压块31以及第二压块32，所述转向箱4内设有第一压力传感器33与第二压力传感器34，所述第一压力传感器33与所述第二压力传感器34呈一定角度的位于所述连接杆30的两侧，所述第一压块31与所述第一压力传感器33相配合，所述第二压块32与所述第二压力传感器34相配合。该极限位置报警装置的工作原理为，当前轮2一直往左转动时，蜗杆11带动连接杆30往第一压力传感器33方向移动，当前轮2转动至一定的角度后，第一压块31与第一压力传感器33相挤压，此时，第一步进电机5或者第二步进电机15停止转动；同理，当前轮2一直往右转动时，蜗杆11带动连接杆30往第二压力传感器34方向移动，当前轮2转动至一定的角度后，第二压块32与第二压力传感器34相挤压，此时，第一步进电机5或者第二步进电机15停止转动。

在本实施例中，所述转向箱4内设有第一固定板35，所述第一固定板35上固定连接有多个第一定位杆36，多个所述第一定位杆36上滑动连接有第一安装块37，所述第一压力传感器33固定连接于所述第一安装块37上，所述第一安装块37与所述第一固定板35之间设有第一弹性件38；

所述转向箱4内设有第二固定板39，所述第二固定板39上固定连接有多个第二定位杆40，多个所述第二定位杆40上滑动连接有第二安装块41，所述第二压力传感器34固定连接于所述第二安装块41上，所述第二安装块41与所述第二固定板39之间设有第二弹性件42。

当第一压块31与第一压力传感器33发生挤压时，第一压力传感器33带动第一安装块37往第一弹性件38方向移动，可以防止第一压块31移动速度过快，造成第一压力传感器33的损坏，当第一压块31与第一压力传感器33相分离时，第一安装块37受到第一弹性件38的弹力作用复位；同理，当第二压块32与第二压力传感器34发生挤压时，第二压力传感器34带动第二安装块41往第二弹性件42方向移动，可以防止第二压块32移动速度过快，造成第二压力传感器34的损坏，当第二压块32与第二压力传感器34相分离时，第二安装块41受到第二弹性件42的弹力作用复位。

在本实施例中，所述第一弹性件38以及所述第二弹性件42均设置为弹簧。

工作原理：当无人机需要转向时，通过启动第一步进电机5，第一步进电机5带动第一主动轮6转动，从而通过第一皮带9带动第一从动轮8转动，从而带动第一传动轴7转动，从而带动第一蜗轮10转动，从而带动蜗杆11转动，从而带动脚架3转动，从而带动前轮2转动。第一步进电机5的正转与反转分别控制前轮2的向左转动与向右转动，第一步进电机5的转动速度控制前轮2的转动速度，第一步进电机5的转动圈数控制前轮2的转动角度。当前轮2一直往左转动时，蜗杆11带动连接杆30往第一压力传感器33方向移动，当前轮2转动至一定的角度后，第一压块31与第一压力传感器33相挤压，此时，第一步进电机5停止转动；同理，当前轮2一直往右转动时，蜗杆11带动连接杆30往第二压力传感器34方向移动，当前轮2转动至一定的角度后，第二压块32与第二压力传感器34相挤压，此时，第一步进电机5停止转动。当第一步进电机5发生故障无法正常转动时，驱动第三步进电机23转动，带动丝杆24转动，当丝杆24转动时，由于滑块25与滑动板13固定连接，因此，滑块25无法转动，只能在丝杆24上移动，滑块25移动时，将带动滑动板13移动，第三步进电机23的正转与反转分别控制滑动板13的两个移动方向。在第三步进电机23驱动滑动板13移动时，首先第三步进电机23为快速转动模式，当第二蜗轮21即将接触到蜗杆11时，此时滑块25移动至第二减速传感器28处，将第三步进电机23调节为慢速转动模式，当第二蜗轮21与蜗杆11完全啮合时，此时滑块25移动至第二制动传感器29处，使第三步进电机23停止转动。此时即可用过第二步进电机15驱动前轮2转向(第二步进电机15驱动前轮2转向与第一步进电机5驱动前轮2转向的工作原理一致，这里就不详细描述了)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。