一种应用于直升机模拟器周期变距杆的力反馈装置的制作方法

本实用新型涉及力反馈装置领域，尤其涉及一种应用于直升机模拟器周期变距杆的力反馈装置。

背景技术：

直升机模拟器模仿某种特定的直升机机型，通过与真实机型完全一致的硬件设备，将飞行员的视觉、听觉以及操作感觉逼真地模拟出来，从而获得身临其境的飞行训练效果。

力反馈装置作为直升机模拟器的重要组成部分，主要用于模拟飞行员驾驶直升机时的力感和操纵特性，其性能会直接影响直升机模拟器的逼真度。

现有的力反馈装置主要包括以下几种：弹簧式力反馈装置采用弹簧作为力加载装置，通过弹簧的拉压变形产生操纵力感；液压式力反馈装置使用电机驱动液压作动筒运动产生力和力矩，从而在操纵端产生力感；电动式力反馈装置由电机直接驱动直升机周期变距杆产生操纵力感。然而，弹簧式力反馈装置的缺陷很明显，因为弹簧的弹性系数是固定的，导致操作力的大小无法随直升机飞行状态的改变而改变。液压式力反馈装置的缺点是结构复杂，成本高昂，液压油也存在漏油等污染现象。电动式力反馈装置结构比液压式力反馈装置简单，但不具备在直升机模拟器中使左右两个周期变距杆联动的功能。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术中所提到的问题，本实用新型提供了一种应用于直升机模拟器周期变距杆的力反馈装置，本实用新型结构简单，可以使两个周期变距杆进行联动，同时产生操纵力感。

一种应用于直升机模拟器周期变距杆的力反馈装置，包括：

操纵机构，所述操纵机构包括底座，所述底座顶部左右两侧分别固定连接有第一支架、第二支架，所述第一支架、第二支架间转动连接有连接轴，所述连接轴两端分别设有第一通槽、第二通槽；所述第一通槽内设有第一周期变距杆，所述第一周期变距杆下部固定贯穿有第一转轴，所述第一转轴设在第一通槽内并与连接轴转动连接；所述第二通槽内设有第二周期变距杆，所述第二周期变距杆下部固定贯穿有第二转轴，所述第二转轴设在第二通槽内并与连接轴转动连接；

第一力加载机构，所述第一力加载机构包括第一力矩电机，所述第一力矩电机连接有第一力矩传感器，所述第一力矩传感器还与连接轴的端部连接；

第二力加载机构，所述第二力加载机构包括力矩传感装置、第二力矩电机，所述第二力矩电机连接有连接件，所述连接件通过轴承套设在连接轴中部；所述力矩传感装置包括两个第二力矩传感器、连接杆，所述连接杆中部与连接件固定连接，所述连接杆两端分别与两所述第二力矩传感器连接，两所述第二力矩传感器均固定连接在底座上；

角位移检测机构，所述角位移检测机构包括第一编码器、第二编码器、第三编码器；所述第一编码器用于检测第一转轴转动的角度；所述第二编码器用于检测第二转轴转动的角度；所述第三编码器用于检测连接轴转动的角度。

进一步地，所述连接件包括连接块、连接板、槽口向下的u型槽；所述u型槽套在连接杆外部并与连接杆固定连接，所述u型槽顶部与连接板固定连接，所述连接板顶部与连接块固定连接，所述连接块通过轴承套设在连接轴的中部，所述连接块的中部与第二力矩电机连接。

进一步地，所述第一力矩电机通第一减速器与第一力矩传感器连接。

进一步地，所述第二力矩电机通过第二减速器与连接块的中部连接。

进一步地，还包括电机驱动器、pid控制器、计算机，所述计算机与pid控制器链接，pid控制器与电机驱动器电连接，所述电机驱动器与第一力矩电机、第二力矩电机电连接，所述pid控制器还与第一力矩传感器、两个第二力矩传感器、第一编码器、第二编码器、第三编码器电连接。

进一步地，所述底座上固定连接有第一安装架，所述第一减速器安装在第一安装架上。

进一步地，所述连接块外壁固定连接有第二安装架，所述第二减速器安装在第二安装架上。

进一步地，所述第一编码器通过第一编码器安装架安装在连接轴上，所述第一编码器与第一转轴的端部连接；所述第二编码器通过第二编码器安装架安装在连接轴上，所述第二编码器与第二转轴的端部连接；所述第三编码器通过第三编码器安装架安装在第二支架上，所述第三编码器与连接轴远离第一力矩传感器的一端连接。

进一步地，所述第一编码器、第二编码器、第三编码器均为绝对位置编码器。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型可以使左右两个周期变距杆进行联动，产生操纵力感。

2、本使用新型结构简单，响应迅速，力感模拟逼真，适用于左右两个操作席位的直升机模拟器，并能推广到其他模拟器产品中，如民航飞机、教练机以及汽车等模拟器。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，1为底座，2为第一支架，3为第二支架，4为连接轴，401为第一通槽，402为第二通槽，5为第一周期变距杆，6为第一转轴，7为第二周期变距杆，8为第二转轴，9为第一力矩电机，10为第一力矩传感器，11为第二力矩电机，12为第二力矩传感器，13为连接杆，1401为第一编码器，1402为第二编码器，1403为第三编码器，15为连接块，16为连接板，17为u型槽，18为第一减速器，19为第二减速器，20为第一安装架，21为第二安装架，2201为第一编码器安装架，2202为第二编码器安装架，2203为第三编码器安装架。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如附图所示的一种应用于直升机模拟器周期变距杆的力反馈装置，包括：

操纵机构，操纵机构包括底座1，底座1顶部左右两侧分别固定连接有第一支架2、第二支架3，第一支架2、第二支架3间转动连接有连接轴4，连接轴4的两端分别设有第一通槽401、第二通槽402；第一通槽401内设有第一周期变距杆5，第一周期变距杆5下部固定贯穿有第一转轴6，第一转轴6设在第一通槽401内并与连接轴4转动连接；第二通槽402内设有第二周期变距杆7，第二周期变距杆7下部固定贯穿有第二转轴8，第二转轴8设在第二通槽402内并与连接轴4转动连接；其中，第一周期变距杆5能够通过第一转轴6在第一通槽401内向左或向右转动，第二周期变距杆7能够通过第二转轴8第二通槽402内向左或向右转动。

第一力加载机构，第一力加载机构包括第一力矩电机9，第一力矩电机9连接有第一力矩传感器10，第一力矩传感器10还与连接轴4的端部连接；

第二力加载机构，第二力加载机构包括力矩传感装置、第二力矩电机11，第二力矩电机11连接有连接件，连接件通过轴承套设在连接轴4中部；力矩传感装置包括两个第二力矩传感器12、连接杆13，连接杆13中部与连接件固定连接，连接杆13两端分别与两第二力矩传感器12连接，两第二力矩传感器12均固定连接在底座1上；

角位移检测机构，角位移检测机构包括第一编码器1401、第二编码器1402、第三编码器1403；第一编码器1401用于检测第一转轴6转动的角度；第二编码器1402用于检测第二转轴8转动的角度；第三编码器1403用于检测连接轴4转动的角度。

其中，连接件包括连接块15、连接板16、槽口向下的u型槽17；u型槽17套在连接杆13外部并通过紧固件(如螺钉)与连接杆13固定连接，u型槽17顶部与连接板16固定连接，连接板16顶部与连接块15固定连接，连接块15通过轴承套设在连接轴4的中部，连接块15的中部与第二力矩电机11连接。

第一力矩电机9通第一减速器18与第一力矩传感器10连接，第一减速器18分别与第一力矩电机9、第一力矩传感器10连接。

第二力矩电机11通过第二减速器19与连接块15的中部连接，第二减速器19分别与第二力矩电机11、连接块15的中部连接。

另外，本实用新型还包括电机驱动器、pid控制器、计算机(电机驱动器、pid控制器、计算机未在附图中示出)，计算机与pid控制器连接，pid控制器与电机驱动器电连接，电机驱动器与第一力矩电机9、第二力矩电机11电连接，pid控制器还与第一力矩传感器10、两个第二力矩传感器12、第一编码器1401、第二编码器1402、第三编码器1403电连接。

底座1上固定连接有第一安装架20，第一减速器18安装在第一安装架20上。

连接块15外壁固定连接有第二安装架21，第二减速器19安装在第二安装架21上。

连接轴4外壁固定连接有第一编码器安装架2201，第一编码器1401安装在第一编码器安装架2201上，第一编码器1401与第一转轴6的端部连接；连接轴4外壁固定连接有第二编码器安装架2202，第二编码器1402安装在第二编码器安装架2202上，第二编码器1402与第二转轴8的端部连接；第三编码器1403通过第三编码器安装架2203安装在第二支架3上，第三编码器1403与连接轴4远离第一力矩传感器10的一端连接。其中第一编码器1401、第二编码器1402、第三编码器1403均为绝对位置编码器。

本实用新型在具体实施时：飞行员的手对第一周期变距杆5或第二周期变距杆7施加向前推或向后拉的操纵力，第一周期变距杆5、第二周期变距杆7会同时向前或向后转动，此时第三编码器1403采集第一周期变距杆5、第二周期变距杆7的角位移，第一力矩传感器10采集第一周期变距杆5或第二周期变距杆7上施加的力矩，然后第三编码器1403、第一力矩传感器10分别将角位移信号、力矩信号传递至pid控制器，pid控制器再将信号传递至计算机，计算机根据计算机内预先存储的力矩-角位移模型计算第一力矩电机11需要产生并施加到第一周期变距杆5、第二周期变距杆7上的力矩，计算机将计算出的力矩与第一力矩传感器10测得的力矩进行比较，得到二者的差值，计算机将差值输入值pid控制器，通过pid控制器控制第一力矩电机11输出力矩，其中，第一力矩电机1的旋转方向与第一周期变距杆5、第二周期变距杆7旋转的方向相反，即可在第一周期变距杆5、第二周期变距杆7上产生的前推或者后拉的力感模拟。

当飞行员的对第一周期变距杆5施加向左或向右的操纵力时，第一编码器1401采集第一周期变距杆5的角位移，第二力矩传感器12采集施加在第一周期变距杆5上的力矩，然后第一编码器1401、第二力矩传感器12分别将角位移信号、力矩信号传递至pid控制器，pid控制器再将信号传递至计算机，计算机根据计算机内预先存储的力矩-角位移模型计算第二力矩电机11需要产生并施加到第一周期变距杆5上的力矩，计算机将计算出的力矩与第二力矩传感器12测得的力矩进行比较，得到二者的差值，然后将差值信号传递至pid控制器，通过pid控制器控制第二力矩电机11输出力矩，第二力矩电机11的旋转方向与第一周期变距杆5的旋转方向相反，即可在第一周期变距杆5上产生的向左推或者向右推的力感模拟。

飞行员操纵第二周期变距杆7与操纵第一周期变距杆5的工作过程类似，区别之处在于，是由第二编码器1402采集第二周期变距杆7的角位移。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。