CN107472533B - 锁定装置、飞行器及飞行器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锁定装置，包括基座和限位结构，所述基座内部中空形成容置空间，其一端固设有凸台；所述凸台内侧面开设有限位轨道，该限位轨道内开设有限位槽；所述限位结构包括旋转导柱和限位部，所述旋转导柱可旋转地插接于所述凸台上；所述旋转导柱能够在外力作用下同步带动所述限位部作靠近或远离所述凸台的运动，以使所述限位部卡入或脱离所述限位槽；所述限位轨道内设有一端抵压于所述限位部以给所述限位部施加推动力的弹性推压件。所述限位部从限位槽中脱离后，在弹性推压件的推动下可移动到某个位置并固定，从而实现锁定功能。相应地，本发明提供一种飞行器，该飞行器运用了所述锁定装置，可有效防止桨翼与外界发生碰撞。

Description

锁定装置、飞行器及飞行器控制方法

技术领域

本发明涉及锁定结构、飞行器及智能控制技术领域，尤其涉及一种锁定装置与飞行器，此外还涉及一种飞行器控制方法。

背景技术

飞行器的使用越来越普及，由于其结构简单，且价格相对低廉，因此应用场景在不断拓展，可应用于航拍、监控及救援等领域。

常用的飞行器会采用相应的系统去控制其飞行，例如使用手持遥控器或预先设定好的程序，通过改变飞行器中四个机翼中电机的转速来改变飞行器受力方向以实现飞行、跟随、避障碍等功能。虽然飞行器的结构及原理相对简单，但若要实现小型飞行器的长续航，必须要使得整个机身较为轻巧。其中，由于电机直接驱动桨翼，桨翼快速转动以为整个机身提供前进动力，因此通常在保证桨翼在具有能够保持飞行旋转的强度的前提下将其设计得较为轻薄。

另一方面，在实际的飞行过程中，由于飞行器本身飞行系统的不够完善以及飞行情况的复杂多变，因此不可避免地会出现飞行器飞行状态不可控的情况，最终会导致飞行器坠落。而在飞行器坠落的过程中，桨翼是最易损坏的部件，因为桨翼的强度通常只能够保持飞行及旋转，若受到撞击则很容易折损。同时，由于驱动桨翼的电机多采用伺服电机，因此在飞行器因故坠落的过程中，伺服电机多处于无信号非工作状态，此时其转轴需要通过一定的外力才能转动，因此桨翼较难改变受力位置或受力方向，从而导致桨翼受到撞击。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种锁定装置，其特点是当所述限位部从所述限位槽中脱离时，所述弹性推压件施加于所述限位部以使其移动到特定位置。

本发明的另一目的是提供一种飞行器，在飞行器发生故障或失控时，其桨翼能够及时锁定于翼架顶端面之上的垂直空间内，防止桨翼与外界发生碰撞。

本发明的再一目的是提供一种飞行器控制方法，使得在飞行器发生故障或失控时，飞行器上的桨翼能够及时锁定于翼架顶端面之上的垂直空间内，防止桨翼与外界发生碰撞。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种锁定装置，包括基座和限位结构，所述基座内部中空形成容置空间，所述基座的一端固设有凸台；所述凸台内侧面开设有限位轨道，所述限位轨道内开设有限位槽；所述限位结构包括旋转导柱和与所述旋转导柱固接且与所述旋转导柱同步运动的限位部，所述旋转导柱可旋转地插接于所述凸台上；所述旋转导柱能够在外力作用下同步带动所述限位部作靠近或远离所述凸台的运动，以使所述限位部卡入或脱离所述限位槽；所述限位轨道内设有一端抵压于所述限位部以给所述限位部施加推动力的弹性推压件。

进一步地，所述基座上与所述凸台相对的一端设有开口，所述开口内嵌设有盖板；所述盖板和旋转导柱皆采用磁性材料制作，或者，所述盖板和旋转导柱中的一个采用磁性材料制作，另一个采用导磁性材料制作。

较佳地，所述锁定装置包括对称设置的两所述限位结构。

较佳地，所述限位轨道为弧形轨道，所述弧形轨道的两端之间设有抵挡件，两限位结构的限位部对称地设于所述弧形轨道中，所述弹性推压件能够对两限位部施加推动力以使两限位部皆抵压在所述抵挡件上。

相应地，本发明提供一种飞行器，包括机身主体、翼架、桨翼及上述任意一项技术方案所述的锁定装置，所述翼架一端与所述机身主体固接，另一端嵌设有所述锁定装置；所述桨翼一端与所述旋转导柱固接且所述桨翼处于所述凸台顶端面之上，所述桨翼在所述旋转导柱的带动下能够锁定于所述翼架顶端面之上的垂直空间内。

具体地，所述机身主体包括设于所述机身主体内部的电机及与所述电机电连接的控制器，所述电机与所述锁定装置电连接，所述控制器通过控制所述电机运转或停止运转以控制所述锁定装置转动或停止转动。

进一步地，所述凸台顶端面上设有对称的两所述桨翼，所述控制器控制所述锁定装置停止转动以使所述弹性推压件推动所述限位部移动，进而使两所述桨翼锁定于所述翼架顶端面之上的垂直空间内。

较佳地，所述桨翼所处的水平面与所述机身主体底面之间的距离小于所述机身主体顶端平面与所述机身主体底面之间的距离。

较佳地，所述凸台呈圆形，所述桨翼上与所述旋转导柱固接的一端位于所述凸台顶端面之上的垂直空间内，所述凸台的直径大于两桨翼的总宽度。

相应地，本发明还一种飞行器控制方法，其运用于上述任意一项技术方案所述的飞行器，包括如下步骤：所述控制器发送控制所述锁定装置停止转动的指令，以控制所述锁定装置停止转动，从而使得所述旋转导柱带动所述限位部脱离所述限位槽，进而所述限位部受所述弹性推压件的推动力而移动，所述桨翼与所述旋转导柱同步运动而锁定于所述翼架顶端面之上的垂直空间内。

相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：

本发明的锁定装置中，当所述限位部抵卡入所述限位槽中时，所述弹性推压件受到所述限位部的挤压而处于压缩状态；而当所述旋转导柱向远离所述凸台的一侧移动时，由于所述限位部与所述旋转导柱保持同步运动，因此所述限位部随所述旋转导柱的移动而逐渐从所述限位槽中脱离，当所述限位部与所述限位槽完全分离时，所述限位部在所述弹性推压件的推动力作用下迅速移动到其他位置并固定，从而实现所述锁定装置的锁定功能。

本发明的锁定装置中，由于所述盖板和所述旋转导柱皆采用磁性材料制作，或者二者之一采用磁性材料制作，而另一个则采用导磁性材料制作，因此二者具有相互吸引力，并且所述盖板嵌设于所述基座上与所述凸台相对的一端的开口内，故所述盖板能够吸引所述旋转导柱向靠近所述盖板的一侧移动，从而使得所述限位部从所述限位槽中脱离，进而在所述弹性推压件的推动力作用下，所述限位部能够移动到其他位置并固定，实现所述锁定装置的自锁功能。

通过将所述限位轨道设置为弧形轨道，所述弧形轨道的两端口之间设有抵挡件，并辅以对称设置的两限位结构，且两限位结构的限位部对称地设于弧形轨道中，当两限位部同时分别从限位槽中脱离时，两限位部皆受到设于所述弧形轨道内的弹性推压件的推动力而移动，最终抵压在所述抵挡件上，从而实现了锁定功能。

本发明的飞行器中，所述桨翼一端与所述旋转导柱固接，所述限位部与所述旋转导柱固接且二者保持同步运动，随着所述旋转导柱向远离所述凸台的一侧移动而使得所述限位部受所述弹性推压件的推动力而移动的过程中，所述桨翼随所述旋转导柱旋转而逐渐锁定于所述翼架顶端面之上的垂直空间内，故有了所述翼架的保护，可减小所述桨翼与外界撞击的可能性，避免桨翼因受撞击而损坏。

另一方面，所述桨翼上与所述旋转导柱固接的一端位于所述凸台顶端面之上的垂直空间内，所述凸台的直径大于两桨翼的宽度之和，并且桨翼所处的水平面与所述机身主体底面之间的距离小于所述机身主体顶端平面与机身主体底面之间的距离，从而可在水平方向和竖直方向都能减小所述桨翼与外界发生撞击的可能性，可有效地对所述桨翼进行保护。

本发明的飞行器控制方法，可保证在飞行器失控或产生故障的情况下，所述桨翼能够及时锁定于所述翼架顶端面上的垂直空间内，从而减小所述桨翼与外界撞击的可能性，避免所述桨翼因与外界撞击而损坏。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的锁定装置的一种典型实施例的分解示意图；

图2为本发明的锁定装置中基座的一种典型实施例的立体结构示意图；

图3为图2中的基座与限位部相配合的工作状态图，其中，图a为所述限位部卡入所述限位槽中的状态图，图b为所述限位部抵压在所述抵挡件上时的状态图；

图4为本发明的一种飞行器的典型实施例的立体结构示意图；

图5为本发明的飞行器中所述桨翼与限位结构连接的示意图；

图6为本发明的飞行器中所述桨翼与锁定装置连接后的工作状态图，其中，图c为所述限位部卡入限位槽中时两桨翼处于张开状态的示意图，图d为所述限位部抵压在抵挡件上时两桨翼处于合拢状态的示意图；

图7为本发明的飞行器中所述桨翼锁定于所述翼架顶端面上的垂直空间内的主视图；

图8为本发明的飞行器中所述桨翼锁定于所述翼架顶端面上的垂直空间内的俯视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

请参阅图1、图2和图3，本发明的锁定装置100，包括基座10和限位结构20。具体地，所述基座10内部中空形成容置空间102，其一端固设有凸台101，所述凸台101靠近所述基座10内部的一面即内侧面上开设有限位轨道103，所述限位轨道103内开设有限位槽104。所述限位结构20包括旋转导柱201和限位部202，所述旋转导柱201与限位部202固接且所述限位部202与所述旋转导柱201保持同步运动，所述凸台101上开设有贯穿该凸台101的固定孔106，所述旋转导柱201插接于所述固定孔106中且所述旋转导柱201能够在所述固定孔106中旋转，并且，所述旋转导柱201能够在外力作用下同步带动所述限位部202做靠近或远离所述凸台101的运动，以使所述限位部202卡入或脱离所述限位槽104。需要说明的是，施加于所述旋转导柱201上的作用力，可以是人为的，例如，当所述限位部202卡入所述限位槽104中时，操作者可在所述凸台101外侧面一侧推动所述旋转导柱201，则可以使得所述限位部202从所述限位槽104中脱离；当然，也可以通过设于所述锁定装置100中的其他结构实现上述功能。此外，所述限位轨道103内还设有一端抵压于所述限位部202以给所述限位部202施加推动力的弹性推压件105。

在上述设计中，如图3中a图所示，当所述限位部202卡入所述限位槽104中时，所述弹性推压件105受到所述限位部202的挤压而处于压缩状态；如图3中b图所示，当所述旋转导柱201向远离所述凸台101的一侧移动时，由于所述限位部202与所述旋转导柱201保持同步运动，因此所述限位部202随所述旋转导柱201的移动而逐渐从所述限位槽104中脱离，当所述限位部202与所述限位槽104完全分离时，所述限位部202在所述弹性推压件105的推动力而移动到某一位置并固定，从而实现所述锁定装置100的锁定功能。

进一步地，所述基座10上与所述凸台101相对的一端设有开口，该开口内嵌设有盖板30。一种实施例中，所述盖板30和所述旋转导柱201均采用磁性材料制作，因此，二者具有相互吸引力。另一种实施例中，所述盖板30采用磁性材料制作，所述旋转导柱201采用导磁性材料制作，或者，所述盖板30采用导磁性材料制作，所述旋转导柱201采用磁性材料制作，因此都可以使得所述盖板30与旋转导柱201之间具有相互吸引力。

由于所述盖板30嵌设于所述开口中，固定不动，因此当所述旋转导柱201受到沿靠近所述凸台101一侧的作用力小于所述盖板30对所述旋转导柱201的吸引力时，所述旋转导柱201向靠近所述盖板30的一侧移动，所述限位部202与所述旋转导柱201同向移动，从所述限位槽104中脱离，同时所述限位部202受到所述弹性推压件105的推动力而移动到某一位置而固定，从而使所述锁定装置100实现自锁功能。

优选地，所述弹性推压件105为压缩弹簧，该材料易于获得，且能适应不同形状的限位轨道103，使用周期较长。

较佳地，所述锁定装置100包括对称设置的两所述限位结构20，此时，每个限位结构20可对应一个限位轨道，每一个限位轨道内设有一根压缩弹簧；当然，该两限位结构也可共用一个限位轨道，该限位轨道内设有一根压缩弹簧。

优选地，该两限位结构20共用一个限位轨道103，限位轨道103内设置一根压缩弹簧，所述限位轨道103为弧形轨道，该弧形轨道103的两端之间设有抵挡件107。两所述限位结构20的限位部202分别对称地设于所述弧形轨道103中。当两限位部202同时分别从限位槽104中脱离时，两限位部202皆受到设于所述弧形轨道103内的弹性推压件105的推动力而移动，最终抵压在所述抵挡件107上，从而实现了锁定功能。

请参阅图4、图5和图6，本发明还提供一种飞行器1000，所述飞行器1000可以是无人机等。所述飞行器1000包括机身主体200、翼架300、桨翼400及所述锁定装置100。具体地，所述翼架300一端与所述机身主体200固接，且所述翼架300的另一端则嵌设有所述锁定装置100，所述锁定装置100位于所述翼架300的顶端面之上。优选地，所述机身主体200两侧边前后皆设有所述翼架300，以便实现所述飞行器1000的变速、转向等功能。所述桨翼400一端与所述旋转导柱201固接且所述桨翼400处于所述凸台101顶端面之上，并且，所述桨翼400在所述旋转导柱201的带动下能够锁定于所述翼架300顶端面之上的垂直空间内。

可见，所述桨翼400与所述旋转导柱201固接，因此所述桨翼400与所述旋转导柱201同步运动。如图6中c图所示，当所述限位部202卡入所述限位槽104中时，所述弹性推压件105受到所述限位部202的挤压而处于压缩状态，此时所述桨翼400不在所述翼架300顶端面上的垂直空间内。如图6中d图所示，当所述旋转导柱201向远离所述凸台101的一侧移动时，由于所述限位部202与所述旋转导柱201保持同步运动，因此所述限位部202随所述旋转导柱201的移动而逐渐从所述限位槽104中脱离，当所述限位部202与所述限位槽104完全分离时，所述限位部202在所述弹性推压件105的推动力作用下迅速移动到某一特定位置，使得所述桨翼400锁定于所述翼架400顶端面上的垂直空间内，可有效防止所述桨翼400与外界发生撞击而损坏。

进一步，所述机身主体200包括设于该机身主体200内部的电机(未图示，下同)及与所述电机电连接的控制器(未图示，下同)。具体地，所述电机与所述锁定装置100电连接，当所述飞行器1000处于正常飞行状态时，所述控制器控制所述电机正常运转以控制所述锁定装置100转动；当所述飞行器1000处于失控状态时，所述控制器控制所述电机使之停止运转从而使得所述锁定装置100停止转动。

较佳地，所述凸台101顶端面上设有对称的两所述桨翼400。

以所述凸台101内侧面设有所述抵挡件107为例，当所述限位部202抵压在所述抵挡件107上时，随着所述控制器控制所述锁定装置100转动，所述桨翼400受到因所述锁定装置100旋转而产生的离心力的作用，从而带动所述限位部202逐渐压缩所述弹性推压件105，最终所述限位部202卡入所述限位槽104中，所述旋转导柱201停止转动，此时所述凸台101顶端面上的两桨翼400处于张开状态，两桨翼400随着所述锁定装置100的旋转而旋转，产生悬浮力以使所述飞行器1000能够实现起飞、变速、变向等功能。而当所述飞行器1000产生故障或遇到阻碍物而失控时，所述控制器及时控制所述锁定装置100停止转动，此时悬浮力消失，所述旋转导柱201向远离所述凸台101的一侧移动，所述限位部202逐渐从所述限位槽104中脱离，进而所述弹性推压件105推动所述限位部202以使其抵压于所述抵挡件107上，使得处于所述凸台101顶端面上的两桨翼400合拢，且二者位于所述翼架300顶端面之上的垂直空间内，故在所述翼架300的保护下，减小了所述桨翼400与外界碰撞的可能性，防止所述桨翼因撞击而损坏。

请参阅图7，所述桨翼400所处的水平面与所述机身主体200底面之间的距离小于所述机身主体200顶端平面210与所述机身主体200底面之间的距离。因此，当所述飞行器1000与外界发生撞击时，在所述桨翼400锁定于所述翼架300顶端面之上的垂直空间内之后，所述机身主体200顶端平面210先于所述桨翼400而与外界发生碰撞，起到一个缓冲作用，故而在较大程度上防止所述桨翼400损坏。

请参阅图8，所述凸台101呈圆形，所述桨翼400上与所述旋转导柱201固接的一端位于所述凸台101顶端面之上的垂直空间内，并且，所述凸台101的直径大于两桨翼400的总宽度。同理，在此基础上，当所述飞行器1000失控而与外界发生撞击时，所述凸台101先于所述桨翼400与外界发生碰撞，起到一个缓冲作用，故而在较大程度上防止所述桨翼400损坏。

相应地，在运用所述飞行器1000的基础上，本发明还提供了一种桨翼锁定方法，本发明的桨翼锁定方法包括如下步骤：

所述控制器发送控制所述锁定装置停止转动的指令，以控制所述锁定装置停止转动，从而使得所述旋转导柱带动所述限位部脱离所述限位槽，进而所述限位部受所述弹性推压件的推动力而移动，所述桨翼与所述旋转导柱同步运动而锁定于所述翼架顶端面之上的垂直空间内。

对于上述控制方法，可根据具体的飞行需求而使用，通常可利用于所述飞行器1000失控而影响飞行的情形之中。

具体地，当所述飞行器1000前方有障碍物或者所述飞行器1000失控而不得不迫降时，所述控制器接收到相应电信号，从而发送控制指令至所述电机以使其停止运转，导致所述锁定装置100失去驱动力而停止转动。而随着所述锁定装置100停止转动，与其保持同步运动的桨翼400也停止转动，同时由于桨翼400转动而产生的悬浮力也消失。

由于所述桨翼400停止转动而使悬浮力消失，所述旋转导柱201在外力作用下向靠近所述盖板30的一侧移动，从而使得所述限位部202从所述限位槽104中脱离。此前所述限位部202卡入所述限位槽104中时，所述弹性推压件105受到所述限位部202的挤压而一直处于压缩状态，因此所述弹性推压件105对所述限位部202始终存在一个推动力，故当所述限位部202从所述限位槽104中脱离时，故所述弹性推压件105推动所述限位部202而使其移动到某个位置并固定。同时，由于所述桨翼400与所述旋转导柱201保持同步运动，因此当所述限位部202固定于某个位置时，所述桨翼400可锁定于所述翼架300顶端面之上的垂直空间内，从而可防止所述桨翼400因与外界发生碰撞而损坏。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锁定装置，其特征在于，包括基座和限位结构，所述基座内部中空形成容置空间，所述基座的一端固设有凸台；

所述凸台内侧面开设有限位轨道，所述限位轨道内开设有限位槽；

所述限位结构包括旋转导柱和与所述旋转导柱固接且与所述旋转导柱同步运动的限位部，所述旋转导柱可旋转地插接于所述凸台上；

所述旋转导柱能够在外力作用下同步带动所述限位部作靠近或远离所述凸台的运动，以使所述限位部卡入或脱离所述限位槽；

所述限位轨道内设有一端抵压于所述限位部以给所述限位部施加推动力的弹性推压件。

2.根据权利要求1所述的锁定装置，其特征在于，所述基座上与所述凸台相对的一端设有开口，所述开口内嵌设有盖板；所述盖板和旋转导柱皆采用磁性材料制作，或者，所述盖板和旋转导柱中的一个采用磁性材料制作，另一个采用导磁性材料制作。

3.根据权利要求1所述的锁定装置，其特征在于，包括对称设置的两所述限位结构。

4.根据权利要求3所述的锁定装置，其特征在于，所述限位轨道为弧形轨道，所述弧形轨道的两端之间设有抵挡件，两限位结构的限位部对称地设于所述弧形轨道中，所述弹性推压件能够对两限位部施加推动力以使两限位部皆抵压在所述抵挡件上。

5.一种飞行器，其特征在于，包括机身主体、翼架、桨翼及权利要求1-4中任意一项所述的锁定装置，所述翼架一端与所述机身主体固接，另一端嵌设有所述锁定装置；所述桨翼一端与所述旋转导柱固接且所述桨翼处于所述凸台顶端面之上，所述桨翼在所述旋转导柱的带动下能够锁定于所述翼架顶端面之上的垂直空间内。

6.根据权利要求5所述的飞行器，其特征在于，所述机身主体包括设于所述机身主体内部的电机及与所述电机电连接的控制器，所述电机与所述锁定装置电连接，所述控制器通过控制所述电机运转或停止运转以控制所述锁定装置转动或停止转动。

7.根据权利要求6所述的飞行器，其特征在于，所述凸台顶端面上设有对称的两所述桨翼，所述控制器控制所述锁定装置停止转动以使所述弹性推压件推动所述限位部移动，进而使两所述桨翼锁定于所述翼架顶端面之上的垂直空间内。

8.根据权利要求6所述的飞行器，其特征在于，所述桨翼所处的水平面与所述机身主体底面之间的距离小于所述机身主体顶端平面与所述机身主体底面之间的距离。

9.根据权利要求6所述的飞行器，其特征在于，所述凸台呈圆形，所述桨翼上与所述旋转导柱固接的一端位于所述凸台顶端面之上的垂直空间内，所述凸台的直径大于两桨翼的总宽度。

10.一种飞行器控制方法，其特征在于，运用于权利要求6-9中任意一项所述的飞行器，包括如下步骤：

所述控制器发送控制所述锁定装置停止转动的指令，以控制所述锁定装置停止转动，从而使得所述旋转导柱带动所述限位部脱离所述限位槽，进而所述限位部受所述弹性推压件的推动力而移动，所述桨翼与所述旋转导柱同步运动而锁定于所述翼架顶端面之上的垂直空间内。