CN102849206B - 小型折叠翼无人机机翼折叠展开机构 - Google Patents
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Abstract
一种小型折叠翼无人机机翼折叠展开机构，包括上盖板（1）、弹簧驱动机构（2）、手动解锁杆（3）、翼肋立板（4）、转板（5）、下盖板（6）、前立板（7）、舵机（8）、中立板（9）、舵机解锁连杆机构（10）、小立板（11）、右立板（12）、锁勾机构（13）、转轴（14）。能利用滑块摆杆机构的变形，使其具有自锁功能，结构简单，动作可靠；驱动力来源为弹簧，输出力变化规律简单，容易设计制作，成本低，可反复使用，维护方便；将舵机解锁连杆机构设计为单向受力式，简化了由展开状态向折叠状态的转变过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机结构，尤其是小型折叠翼无人机机翼折叠展开机构。
背景技术
当今无人机技术发展日新月异，无人机的应用越来越广泛。世界各军事强国都装备有各种型号的大中小型无人机，以完成战略、战术侦察，攻击，电子干扰等任务，大大提高了部队的作战效能。森林、测绘等部门也装备有一些小型无人机系统，来完成森林防火、航空测绘等任务。
现役小型无人机大多采用拆解后运输的方式，虽然运输体积较使用体积减小不少，但部件零散，需要起飞前现场组装调试，准备时间长，不能适应现代战争快节奏的特点。同时，民政、森林、测绘等部门为应对突发事件，也迫切需要一种能够快速反应的小型无人机系统。因此，需要设计一款结构简单，动作可靠，维护方便的机翼折叠展开机构。
现有的机翼折叠展开机构的动作原理多种多样，主要有以下几种：1）滑块摆杆式，由驱动力P推动滑块b向前运动，通过ab连杆，推动aOc摆杆转动，从而展开机翼；2）齿轮齿条式，由驱动力P推动齿条b向前运动，通过齿条与机翼上的齿轮的啮合，推动机翼绕轴O转动，从而展开机翼；3）丝杠螺母式，由驱动力P推动滚珠螺母b向前运动，驱动丝杠转动，从而带动机翼展开；4）涡轮蜗杆式，由驱动力距P推动蜗杆b转动，通过蜗杆与涡轮的啮合，驱动涡轮转动，从而带动机翼展开。
现有机构主要存在的问题为：1）一般的滑块摆杆式和齿轮齿条式展开机构，结构简单，但机构不能自锁，需要额外的锁定装置将展开位置锁定，增加了系统的复杂程度，降低了可靠性；2）丝杠螺母式和涡轮蜗杆式展开机构，一般可以实现自锁，但结构复杂，压力角小，传力效率低，展开速度慢；3）驱动力一般为燃气做动筒，不能重复使用，输出力非线性变化。
发明内容
基于以上目的，本发明提出一种小型折叠翼无人机机翼折叠展开机构，包括上盖板1、弹簧驱动机构2、手动解锁杆3、翼肋立板4、转板5、下盖板6、前立板7、舵机8、中立板9、舵机解锁连杆机构10、小立板11、右立板12、锁勾机构13、转轴14。
上盖板1在顶部；下盖板6在底部；前立板7在前部；右立板12在右部；中立板9与右立板12平行，在中部稍靠右侧；小立板11在中立板9与右立板12之间；前立板7、中立板9、右立板12与上盖板1、下盖板6之间通过扣合特征定位装配并通过胶接固联。翼肋立板4与转板5通过扣合特征定位装配并通过胶接固联；转板5与转轴14通过过盈配合装配固联；转轴14与上盖板1、下盖板6之间为间隙配合装配；弹簧驱动机构2在上盖板1、下盖板6之间、转板5上下两侧、中立板9左右两侧；手动解锁杆3与弹簧驱动机构2配合；锁勾机构13在弹簧驱动机构2右方，安装于右立板12左侧；舵机8通过前立板7、中立板9和小立板11上的安装定位孔固定于中立板9前方；舵机解锁连杆机构10穿过小立板11，一端与锁勾机构13相连，一端与舵机输出轴固联。
本发明的机构利用滑块摆杆机构的变形，使其具有自锁功能，结构简单，动作可靠；驱动力来源为弹簧，输出力变化规律简单，容易设计制作，成本低，可反复使用，维护方便；将舵机解锁连杆机构设计为单向受力式，简化了由展开状态向折叠状态的转变过程。
附图说明
图1是本发明的折叠翼无人机机翼折叠展开机构原理图。
图2是本发明的折叠翼无人机机翼折叠展开机构主视图。
图3是本发明的折叠翼无人机机翼折叠展开机构局部俯视图。
图4是本发明的折叠翼无人机机翼折叠展开机构的弹簧驱动机构的主视图。
图5是本发明的折叠翼无人机机翼折叠展开机构的手动解锁杆俯视图。
图6是本发明的折叠翼无人机机翼折叠展开机构的翼肋立板左视图。
图7是本发明的折叠翼无人机机翼折叠展开机构的转板示意图。
图8是本发明的折叠翼无人机机翼折叠展开机构的下盖板示意图。
图9是本发明的折叠翼无人机机翼折叠展开机构的舵机解锁连杆机构。
图10是本发明的折叠翼无人机机翼折叠展开机构的锁勾机构。
图11是本发明的折叠翼无人机机翼折叠展开机构的折叠展开机构俯视图。
具体实施方式
本发明以滑块摆杆机构为基本原理，以弹簧为驱动力，通过优化变形使其具有了初位置及末位置的自锁功能，通过舵机带动连杆再牵动锁勾实现装置的触发。
本装置基本原理如图1所示，包括转板Omnofg、U形槽nof、平台mn、平台fg、滑动轴、滑槽de。其中，转板Omnofg与机翼固联是转动部件，滑槽de保证滑动轴只能做水平运动。
假设机翼在折叠状态下有展开的趋势，在展开状态下有折叠的趋势。滑动轴的初始位置为1位置，此时机翼为折叠状态，并且由于展开力距通过平面mn传递给滑动轴，方向垂直于滑槽de，压力角为90°，实现自锁。展开时，在外力推动下，滑动轴由1位置运动到2位置，与mn平面脱离接触，推动f点向上运动，实现解锁。运动过程中，压力角首先越来越小，运动至行程l的中点处时达到最小，为0°，传力效率达到最高。随后压力角又逐渐变大，运动至3位置时，与f'点相切，压力角又达到最大90°，继续运动至4位置，实现可靠自锁。
本装置结构如图2和图3所示，包括上盖板1、弹簧驱动机构2、手动解锁杆3、翼肋立板4、转板5、下盖板6、前立板7、舵机8、中立板9、舵机解锁连杆机构10、小立板11、右立板12、锁勾机构13、转轴14。
上盖板1在顶部；下盖板6在底部；前立板7在前部；右立板12在右部；中立板9与右立板12平行，在中部稍靠右侧；小立板11在中立板9与右立板12之间；前立板7、中立板9、右立板12与上盖板1、下盖板6之间通过扣合特征定位装配并通过胶接固联。翼肋立板4与转板5通过扣合特征定位装配并通过胶接固联；转板5与转轴14通过过盈配合装配固联；转轴14与上盖板1、下盖板6之间为间隙配合装配；弹簧驱动机构2在上盖板1、下盖板6之间、转板5上下两侧、中立板9左右两侧；锁勾机构13在弹簧驱动机构2右方，安装于右立板12左侧；舵机8通过前立板7、中立板9和小立板11上的安装定位孔固定于中立板9前方；舵机解锁连杆机构10穿过小立板11，一端与锁勾机构13相连，一端与舵机输出轴固联。
弹簧驱动机构2的主要作用是利用弹簧弹性形变所储存的能量，推动转板5转动，实现机翼的展开动作，并利用弹簧的预紧力保证处于展开位的折叠展开机构处于可靠的自锁状态。其结构如图4所示，包括导杆2-1、滑动轴2-2、弹簧2-3、滑动轴2-4、导杆2-5、导孔2-6、导孔2-7、弹簧2-8、轴套2-9。
导杆2-1在转板5上部，穿过中立板9上的导孔2-6；导杆2-5在转板5下部，穿过中立板9上的导孔2-7。滑动轴2-2分别穿过导杆2-1和导杆2-5左部的通孔；滑动轴2-4分别穿过导杆2-1和导杆2-5右部的通孔；滑动轴2-2和滑动轴2-4可以在上盖板1和下盖板6的滑槽中滑动。轴套2-9套在滑动轴2-2中部，位于导杆2-1和导杆2-5之间，可以在转板5的滑槽中滑动。弹簧2-3套在导杆2-1外，弹簧2-8套在导杆2-5外；弹簧2-3和弹簧2-8左端与滑动轴2-2相抵，右端与中立板9相抵。
手动解锁杆3的作用是方便手工拉动弹簧驱动机构2，将处于展开位锁定状态的折叠展开机构解锁，并使其恢复折叠锁定状态。其结构如图5所示，包括孔3-1、拉杆3-2、孔3-3、手拉柄3-4。其中，拉杆3-2位于上盖板1上方；孔3-1位于拉杆3-2左部；孔3-3位于拉杆3-2中部；手拉柄3-4通过与拉杆3-2右部的通孔的过盈配合与拉杆3-2固联。使用时将孔3-1套在滑动轴2-2端部；将孔3-3套在滑动轴2-4端部；用手拉动手拉柄3-4即可带动弹簧驱动机构2运动，用毕即可取下。
翼肋立板4是连接机翼的关键零件，其结构如图6所示。翼肋立板4外形与机翼截面形状相同；方孔4-1、方孔4-2、方孔4-6位于中部，与转板5上扣合特征相配合，并通过胶接与转板5相固联；圆孔4-3、4-4、4-5、圆孔4-7、4-8、圆孔4-10、4-11、4-12分布于方孔4-1、方孔4-2、方孔4-6上下两侧，通过螺栓使翼肋立板4与机翼翼根肋相固联；孔4-9位于方孔4-2下方、圆孔4-8和圆孔4-10之间，为机翼电子设备线缆通道。
转板5为特殊设计零件，其结构如图7所示，包括滑槽5-1、轴孔5-2、扣合特征5-3、减重孔5-4、减重孔5-5。轴孔5-2位于转板5右侧中部，与转轴14相配合；滑槽5-1位于轴孔5-2左下方，与轴套2-9相配合；扣合特征5-3位于转板5左侧，与翼肋立板4以及机翼翼根肋相互扣合；减重孔5-4、减重孔5-5分布于转板5空余位置。
上盖板1和下盖板6结构相似，但互为镜像，以下盖板6为例，其结构如图8所示。圆孔6-1位于下盖板6左上角，圆孔6-4位于右上角，圆孔6-8位于右下角，圆孔6-9位于中下部，通过螺栓使上下盖板夹紧所有机构，并与机身固联；轴孔6-2位于中部左侧，与转轴14为间隙配合；扣合特征6-3位于前部，与前立板7相互扣合；扣合特征6-6位于右前部，与右立板12相互扣合；方孔6-5位于中部右侧，与中立板9上的扣合特征相配合；滑槽6-7位于中部下侧右方，滑动轴2-4可在其中滑动；弹簧凹槽6-11位于中部下侧左方，为圆弧形槽，用以保证弹簧在压缩后外径不与下盖板6内壁摩擦；滑槽6-12位于中部下侧左方、弹簧凹槽6-11内，滑动轴2-2可在其中滑动。
舵机解锁连杆机构10结构如图9所示，包括连杆10-1、挡圈10-2、弹簧10-3、快速连接头10-4、螺母10-5、螺母10-6、螺钉10-7、舵角10-8。其中，连杆10-1依次穿过锁勾机构13上圆孔、挡圈10-2、弹簧10-3、小立板11上圆孔、快速连接头10-4上圆孔以及螺母10-5、10-6，使得连杆平时处于受限制的向左前伸状态，在受到向右的外力时可向右后退；快速连接头10-4通过螺母与舵角10-8连接，可以转动；舵角10-8通过螺钉10-7与舵机8的主轴相固联。
锁勾机构13的结构如图10所示，包括圆孔13-1、锁勾13-2、盖板13-3、方孔13-4、轴槽13-5、小轴13-6。圆孔13-1位于锁勾13-2左端，与连杆10-1相连接；锁勾13-2位于右立板12左侧，其下部小勾可将滑动轴2-4勾住；方孔13-4位于右立板12中部下侧，为避让锁勾13-2右端而开；轴槽13-5位于右立板12左侧、与方孔13-4长边垂直；小轴13-6穿过锁勾13-2右端、位于轴槽13-5内；盖板13-3位于右立板12左侧，将小轴13-6及轴槽13-5盖住，通过胶接与右立板12固联。
本发明由展开状态转为折叠状态的工作过程为：1）将手动解锁杆3套在滑动轴2-2、滑动轴2-4端部；2）向右施加拉力，拉动弹簧驱动机构2向右运动，使转板5解锁并逆时针转动，同时使弹簧2-3、弹簧2-8压缩储存能量；3）直至滑动轴2-4运动至锁勾13-2小勾右侧，完成锁定。本发明折叠状态结构如图11所示。
由折叠状态转为展开状态的工作过程为：1）舵机8在控制系统的控制下带动舵角10-8逆时针转动一定角度，带动快速连接头10-4向右运动一定距离；2）快速连接头10-4抵住螺母10-5，带动连杆10-1向右运动；3）连杆10-1带动锁勾13-2逆时针转动，使小勾脱离滑动轴2-4，弹簧驱动机构2解锁；4）弹簧驱动机构2在弹簧2-3、弹簧2-8的作用下迅速向左运动，通过滑槽5-1推动转板5顺时针转动，直至锁定位置。
Claims (1)
1.一种小型折叠翼无人机机翼折叠展开机构，包括上盖板（1）、弹簧驱动机构（2）、手动解锁杆（3）、翼肋立板（4）、转板（5）、下盖板（6）、前立板（7）、舵机（8）、中立板（9）、舵机解锁连杆机构（10）、小立板（11）、右立板（12）、锁勾机构（13）、转轴（14），其特征在于，所述上盖板（1）在顶部；下盖板（6）在底部；前立板（7）在前部；右立板（12）在右部；中立板（9）与右立板（12）平行，在中部稍靠右侧；小立板（11）在中立板（9）与右立板（12）之间；前立板（7）、中立板（9）、右立板（12）与上盖板（1）、下盖板（6）之间通过扣合特征定位装配并通过胶接固联；翼肋立板（4）与转板（5）通过扣合特征定位装配并通过胶接固联；转板（5）与转轴（14）通过过盈配合装配固联；转轴（14）与上盖板（1）、下盖板（6）之间为间隙配合装配；弹簧驱动机构（2）在上盖板（1）、下盖板（6）之间、转板（5）上下两侧、中立板（9）左右两侧；锁勾机构（13）在弹簧驱动机构（2）右方，安装于右立板（12）左侧；舵机（8）通过前立板（7）、中立板（9）和小立板（11）上的安装定位孔固定于中立板（9）前方；舵机解锁连杆机构（10）穿过小立板（11），一端与锁勾机构（13）相连，一端与舵机输出轴固联。
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