CN105644774B - 一种基于Stewart六自由度并联机构的多旋翼飞行器起落架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Stewart六自由度并联机构的多旋翼飞行器起落架，包括并联机构、支撑爪、固定座、支柱和减震弹簧，支撑爪分别对称布置在并联机构下端外侧，固定座位于并联机构下方中心位置处，支柱一端固定在固定座的安装柱上，支柱另一端固定在支撑爪倾斜部下方的加强筋上，减震弹簧绕套在支柱上。本发明具有气动减震和弹簧减震的双重减震效果，且采用Stewart六自由度形式的并联机构，承载能力强且微动精度高，减小了降落时振动对机身的损伤，保证了承载物体或者人员的安全；且本发明的径向长度为可调式，使得本发明可应用于不同机型的多旋翼飞行器在不同地形和降落场地空间上的降落，应用更加广泛。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器领域，具体的说一种基于Stewart六自由度并联机构的多旋翼飞行器起落架。
背景技术
飞行器是由人类制造、能飞离地面、在空间飞行并由人来控制的在大气层内或大气层外空间(太空)飞行的器械飞行物，飞行器分为航空器、航天器、火箭、导弹和制导武器；无人机也是飞行器的一种，无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，从技术角度定义可以分为无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇和无人伞翼机等；按应用领域可分为军用与民用，军用方面无人机分为侦察机和靶机；目前，无人机可广泛应用于国家生态环境保护、航空摄影、测绘、矿产资源勘探、灾情监视、交通巡逻、电力巡线、治安监控、应急减灾、应急指挥、人工降雨、国防安全、国土资源勘探、城镇规划、地震调查、环境监测、森林防火、农作物估产、保护区野生动物监测、大气取样、海事侦察、边境巡视、禁毒侦察、消防侦察、生态环境保护、海洋环境监测、土地利用调查、水资源开发、农作物长势监测与估产、农业作业、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、森林病虫害防护与监测、数字城市等领域。
多旋翼无人机属于无人机中的一种，多旋翼无人机具有结构紧凑、体型偏小、大众化较强、运动灵活和飞行稳定等优点被广泛在民用和军用中，而且颇受大众欢迎；但是目前多旋翼飞行器也面临着减震和续航这两大问题，续航决定着飞行器飞行的时间和稳定性，而减震则直接决着多旋翼飞行器降落着陆时的平稳性和安全性，间接的影响着多旋翼飞行器本身质量和承载物体或者人员的安全。也有一些技术对飞行器的减震问题提出了解决方案，比如：专利号为201510270375.4的中国专利公布了一种飞行器减震脚架，通过套筒与内轴穿过油封形成内部密封结构，内部所装弹簧在阻力油脂的作用下，使内轴的伸缩起到缓冲减震的效果；专利号为201410012150.4的中国专利公布了一种无人飞行器的减震装置，通过设置减震球达到减震效果；但是以上技术均存在减震效果不明显等问题。鉴于此，本发明提供了一种基于Stewart六自由度并联机构的多旋翼飞行器起落架。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种基于Stewart六自由度并联机构的多旋翼飞行器起落架。
本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。
一种基于Stewart六自由度并联机构的多旋翼飞行器起落架，包括并联机构、支撑爪、固定座、支柱和减震弹簧，且支撑爪、支柱和减震弹簧的数量均为四；所述的支撑爪分别对称布置在并联机构下端外侧，且支撑爪由水平部和倾斜部组成，支撑爪的水平部为可伸缩结构，支撑爪的倾斜部上方为弧形状结构，支撑爪的倾斜部下方设置有加强筋，支撑爪的倾斜部的水平倾角为30-45度；所述的固定座位于并联机构下方中心位置处，固定座呈圆柱状结构，且固定座外侧壁上均匀设置有六个安装柱；所述的支柱一端固定在固定座的安装柱上，支柱另一端固定在支撑爪倾斜部下方的加强筋上，且支柱为圆杆状结构，支柱材质为橡胶材料，采用橡胶材料的支柱实现了支柱伸长和缩短的功能，减震效果更加明显，且支撑爪长度可调，在具有减震功能的同时，使得本发明可应用于不同地形和降落场地空间的降落，应用更加广泛；所述的减震弹簧绕套在支柱上，且减震弹簧一端连接在安装柱上，减震弹簧另一端连接在支撑爪倾斜部下方的加强筋上。
作为本发明的优选方案，所述的并联机构包括动平台、定平台、上三角座、上球铰链、下三角座、下球铰链、气缸、进气嘴、出气嘴、套筒座、储气筒、进气管和出气管，且上三角座和下三角座的数量均为三，上球铰链、下球铰链、气缸、进气嘴、出气嘴、进气管和出气管的数量均为六；所述的动平台和定平台均为圆盘状结构，动平台上开设有环形减料口，定平台外侧分别设置有凸型卡扣；上三角座位于定平台下端面上，且上三角座沿定平台的中心轴线呈正三角形布置，下三角座位于动平台的的上端面上，下三角座沿动平台的中心轴线也呈正三角形布置，且上三角座和下三角座错开布置，错开的平面角度为60度；所述的上球铰链一端与上三角座连接，上球铰链的另一端与气缸上端相连接，气缸下端与下球铰链上端相连接，下球铰链下端与下三角座相连接；所述的进气嘴位于气缸上端，出气嘴位于气缸下端；所述的套筒座位于动平台的中心位置处，储气筒安装在套筒座内，且储气筒上依次设置有进气口和出气口，出气口与进气嘴之间通过进气管相连接，进气口与出气嘴之间采用出气管进行连接。
作为本发明的优选方案，所述的上三角座上端面由安装面和固定面组成，安装面分别位于固定面的左右两侧，安装面为倾斜状结构，安装面上开设有与上球铰链下端相配合的螺纹孔，固定面为平面型结构，且固定面上开设有通孔，上三角座下端面为正三角形结构；所述的下三角座与上三角座的结构相同。
作为本发明的优选方案，所述的储气筒为可压缩层叠式圆柱筒，储气筒的进气口和出气口上均分别设置有限流阀，且储气筒底端封闭，上端开口，开口处设置有外螺纹，开口上方设置有筒盖，筒盖下方设置有内螺纹，筒盖与开口处之间采用螺纹连接方式进行连接，螺纹连接便于储气筒充气或放气。
当多旋翼飞行器降落着陆时，打开进气嘴，关闭出气嘴，气缸在本发明的重力作用下被拉长，在空气压强差的作用下，储气筒内的空气通过进气管输入到气缸内部，当支撑爪接触地面后，打开出气嘴，关闭进气嘴，气缸在本发明的压力作用下被缩短，在空气压强差的作用下，气缸内的空气通过出气管回流到储气筒内部，整个过程实现了多旋翼飞行器在降落着陆时通过空气压缩和气体压强差的原理达到减震的效果，且无需人工操作，灵活方便；同时，并联机构采用Stewart六自由度并联机构，结构稳定，刚度大，承载能力强且微动精度高和运动负荷小，进一步提高了多旋翼飞行器在降落时的减震效果和稳定安全性能；而且本发明中的支撑爪的水平部为可伸缩结构，支柱为橡胶材料，从而保证了支撑爪长度可调，在具有减震功能的同时，使得本发明可应用于不同机型的多旋翼飞行器在不同地形和降落场地空间上的降落，应用更加广泛。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明具有气动减震和弹簧减震的双重减震效果，且采用Stewart六自由度形式的并联机构，承载能力强且微动精度高，降低了降落时机身与地面之间产生的振动，减小了降落时振动对机身的损伤，保证了承载物体或者人员的安全。
(3)本发明的径向长度为可调式，使得本发明可应用于不同机型的多旋翼飞行器在不同地形和降落场地空间上的降落，应用更加广泛。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的立体结构示意图(从下往上看)；
图2是本发明的立体结构示意图(从上往下看)；
图3是本发明(不包括并联机构)的立体结构示意图；
图4是本发明并联机构的立体结构示意图(从下往上看)；
图5是本发明并联机构的立体结构示意图(从上往下看)；
图6是本发明储气筒和套筒座配合时的立体结构示意图；
图7本发明进气管和出气管的主视图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1至图7所示，一种基于Stewart六自由度并联机构的多旋翼飞行器起落架，包括并联机构1、支撑爪2、固定座3、支柱4和减震弹簧5，且支撑爪2、支柱4和减震弹簧5的数量均为四；所述的支撑爪2分别对称布置在并联机构1下端外侧，且支撑爪2由水平部和倾斜部组成，支撑爪2的水平部为可伸缩结构，支撑爪2的倾斜部上方为弧形状结构，支撑爪2的倾斜部下方设置有加强筋，支撑爪2的倾斜部的水平倾角为30-45度；所述的固定座3位于并联机构1下方中心位置处，固定座3呈圆柱状结构，且固定座3外侧壁上均匀设置有六个安装柱；所述的支柱4一端固定在固定座3的安装柱上，支柱4另一端固定在支撑爪2倾斜部下方的加强筋上，且支柱4为圆杆状结构，支柱4材质为橡胶材料，采用橡胶材料的支柱4实现了支柱4伸长和缩短的功能，减震效果更加明显，且支撑爪2长度可调，在具有减震功能的同时，使得本发明可应用于不同地形和降落场地空间的降落，应用更加广泛；所述的减震弹簧5绕套在支柱4上，且减震弹簧5一端连接在安装柱上，减震弹簧5另一端连接在支撑爪2倾斜部下方的加强筋上。
如图1至图7所示，所述的并联机构1包括动平台11、定平台12、上三角座13、上球铰链14、下三角座15、下球铰链16、气缸17、进气嘴18、出气嘴19、套筒座110、储气筒111、进气管112和出气管113，且上三角座13和下三角座15的数量均为三，上球铰链14、下球铰链16、气缸17、进气嘴18、出气嘴19、进气管112和出气管113的数量均为六；所述的动平台11和定平台12均为圆盘状结构，动平台11上开设有环形减料口，定平台12外侧分别设置有凸型卡扣；上三角座13位于定平台12下端面上，且上三角座13沿定平台11的中心轴线呈正三角形布置，下三角座15位于动平台11的的上端面上，下三角座15沿动平台的中心轴线也呈正三角形布置，且上三角座13和下三角座15错开布置，错开的平面角度为60度；所述的上球铰链14一端与上三角座13连接，上球铰链14的另一端与气缸17上端相连接，气缸17下端与下球铰链16上端相连接，下球铰链16下端与下三角座15相连接；所述的进气嘴18位于气缸17上端，出气嘴19位于气缸17下端；所述的套筒座110位于动平台11的中心位置处，储气筒111安装在套筒座110内，且储气筒111上依次设置有进气口和出气口，出气口与进气嘴18之间通过进气管112相连接，进气口与出气嘴19之间采用出气管113进行连接。
如图4和图5所示，所述的上三角座13上端面由安装面和固定面组成，安装面分别位于固定面的左右两侧，安装面为倾斜状结构，安装面上开设有与上球铰链14下端相配合的螺纹孔，固定面为平面型结构，且固定面上开设有通孔，上三角座13下端面为正三角形结构；所述的下三角座15与上三角座13的结构相同。
如图6所示，所述的储气筒111为可压缩层叠式圆柱筒，储气筒111的进气口和出气口上均分别设置有限流阀，且储气筒111底端封闭，上端开口，开口处设置有外螺纹，开口上方设置有筒盖，筒盖下方设置有内螺纹，筒盖与开口处之间采用螺纹连接方式进行连接，螺纹连接便于储气筒111充气或放气。
当多旋翼飞行器降落着陆时，打开进气嘴18，关闭出气嘴19，气缸17在本发明的重力作用下被拉长，在空气压强差的作用下，储气筒111内的空气通过进气管112输入到气缸17内部，当支撑爪2接触地面后，打开出气嘴19，关闭进气嘴18，气缸7在本发明的压力作用下被缩短，在空气压强差的作用下，气缸内的空气通过出气管113回流到储气筒111内部，整个过程实现了多旋翼飞行器在降落着陆时通过空气压缩和气体压强差的原理达到减震的效果，且无需人工操作，灵活方便；同时，并联机构1采用Stewart六自由度并联机构，结构稳定，刚度大，承载能力强且微动精度高和运动负荷小，进一步提高了多旋翼飞行器在降落时的减震效果和稳定安全性能；而且本发明中的支撑爪2的水平部为可伸缩结构，支柱4为橡胶材料，从而保证了支撑爪1长度可调，在具有减震功能的同时，使得本发明可应用于不同机型的多旋翼飞行器在不同地形和降落场地空间上的降落，应用更加广泛。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种基于Stewart六自由度并联机构的多旋翼飞行器起落架，其特征在于：包括并联机构、支撑爪、固定座、支柱和减震弹簧，且支撑爪、支柱和减震弹簧的数量均为六；所述的支撑爪分别对称布置在并联机构下端外侧，且支撑爪由水平部和倾斜部组成，支撑爪的水平部为可伸缩结构，支撑爪的倾斜部上方为弧形状结构，支撑爪的倾斜部下方设置有加强筋，支撑爪的倾斜部的水平倾角为30-45度；所述的固定座位于并联机构下方中心位置处，固定座呈圆柱状结构，且固定座外侧壁上均匀设置有六个安装柱；所述的支柱一端固定在固定座的安装柱上，支柱另一端固定在支撑爪倾斜部下方的加强筋上；所述的减震弹簧绕套在支柱上，且减震弹簧一端连接在安装柱上，减震弹簧另一端连接在支撑爪倾斜部下方的加强筋上；其中：
所述的并联机构包括动平台、定平台、上三角座、上球铰链、下三角座、下球铰链、气缸、进气嘴、出气嘴、套筒座、储气筒、进气管和出气管，且上三角座和下三角座的数量均为三，上球铰链、下球铰链、气缸、进气嘴、出气嘴、进气管和出气管的数量均为六；所述的动平台和定平台均为圆盘状结构，动平台上开设有环形减料口，定平台外侧分别设置有凸型卡扣，上三角座位于定平台下端面上，且上三角座沿定平台的中心轴线呈正三角形布置，下三角座位于动平台的的上端面上，下三角座沿动平台的中心轴线也呈正三角形布置，且上三角座和下三角座错开布置，错开的平面角度为60度；所述的上球铰链一端与上三角座连接，上球铰链的另一端与气缸上端相连接，气缸下端与下球铰链上端相连接，下球铰链下端与下三角座相连接；所述的进气嘴位于气缸上端，出气嘴位于气缸下端；所述的套筒座位于动平台的中心位置处，储气筒安装在套筒座内，且储气筒上依次设置有进气口和出气口，出气口与进气嘴之间通过进气管相连接，进气口与出气嘴之间采用出气管进行连接；
所述的上三角座上端面由安装面和固定面组成，安装面分别位于固定面的左右两侧，安装面为倾斜状结构，安装面上开设有与上球铰链上端相配合的螺纹孔，固定面为平面型结构，且固定面上开设有通孔，上三角座下端面为正三角形结构；所述的下三角座与上三角座的结构相同；
所述的储气筒为可压缩层叠式圆柱筒，储气筒的进气口和出气口上均分别设置有限流阀，且储气筒底端封闭，上端开口，开口处设置有外螺纹，开口上方设置有筒盖，筒盖下方设置有内螺纹，筒盖与开口处之间采用螺纹连接方式进行连接。
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