CN107914867B - 摩擦锁定自适应变形起落架及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种摩擦锁定自适应变形起落架及其控制方法，摩擦锁定自适应变形起落架，包括矩形动力架，动力架的四个角通过滑动支脚连接有支脚底端，动力架对角线上安装有十字中心板；所述的十字中心板中心下方固定有绕着线圈的衔铁，衔铁下方连接有轭铁中心板，轭铁中心板的四边分别通过一个类L型摇臂与十字中心板的四个端部连接。本发明可使垂直起降无人机在崎岖地形下进行正常起降，具有结构简单，控制方便，制造成本低，维护成本低且便于维护等特点。

Description

摩擦锁定自适应变形起落架及其控制方法

技术领域

本发明涉及垂直起降无人机起落架领域，具体是一种适应复杂地形的摩擦锁定自适应变形起落架及其控制方法。

背景技术

目前，垂直起降无人机在军用或民用领域应用十分广泛。但垂直起降无人机虽然对起降场地要求相对于固定翼飞机大大降低，但对于像在复杂崎岖地形等极端条件下的起降难度大大增加，几乎不可能完成在崎岖地形下的正常起降。

美国DARPA公司研发了一套变形机械起落架，该起落架能用于可垂直起降飞行器，并且可在崎岖地形下进行正常起降。但该变形起落架具有以下缺点，该变形起落架结构复杂，需要多个伺服装置使得机构复杂，且需要对起落架的多个支脚分别进行专门的主动控制，控制方式复杂,制造成本高,维修成本高。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种摩擦锁定自适应变形起落架及其控制方法，可在崎岖地形下进行正常起降，变形起落架结构简单，控制方便,制造成本低,维修成本低且便于维修。

本发明提供了一种摩擦锁定自适应变形起落架，包括矩形动力架，动力架的四个角通过滑动支脚连接有支脚底端，动力架对角线上安装有十字中心板；所述的十字中心板中心下方固定有绕着线圈的衔铁，衔铁下方连接有轭铁中心板，轭铁中心板的四边分别通过一个类L型摇臂与十字中心板的四个端部连接；

所述的动力架上装有动力系统，为无人机提供动力。

所述的支脚底端包括支脚框架，支脚框架顶部固定有支脚滑筒，支脚框架底部中央穿入有支脚绝缘连接柱，支脚绝缘连接柱下端装有半球体脚，上端装有第一金属片；

所述的十字中心板的中心下方通过支柱连接有长型挡板，十字中心四个端部下方分别连接有中心板滑筒、中心板绝缘接柱、固定支点，其中滑筒与滑动支脚6的支脚支柱连接，中心板绝缘接柱端部固定有第四金属片；

所述的滑动支脚包括通过支脚支柱连接的上挡板和下挡板，支脚支柱下方穿过支脚底端的支脚滑筒中，下挡板固定在支脚框架内部，下挡板中央穿入有支脚绝缘连接柱，支脚绝缘连接柱两端分别安装有第二金属片和第三金属片；支脚支柱上方穿过十字中心板的中心板滑筒，上挡板固定在十字中心板上方；当支脚底端接触地面时，支脚底端会沿着支脚支柱向上滑动，第一金属片和第二金属片接触，无人机继续下降则十字中心板会沿着支脚支柱向下滑动最终会导致第三金属片和第四金属片接触；当支脚底端离开地面时，支脚底端会自动沿着支脚支柱向下滑动，第一金属片和第二金属片分离，下挡板阻止支脚底端过度下降，然后十字中心板沿着支脚支柱向上滑动导致第三金属片和第四金属片分离，上挡板阻止滑动支脚过度下降；

所述的类L型摇臂在转折处有一个圆孔，类L型摇臂通过圆孔装配到十字中心板的固定支点上并可以绕固定支点转动，类L型摇臂较长端有一个豁口，较短端固定有带着弧形凹槽的阻尼刹；

所述的轭铁中心板侧部设有与类L型摇臂的豁口进行装配的圆柱支点，类L型摇臂可以与圆柱支点相对转动，轭铁中心板上方安装有轭铁和轭铁滑筒，十字中心板的支柱穿过轭铁滑筒，长型挡板固定在轭铁中心板下方；

每个支脚的第一金属片，第二金属片与第三金属片，第四金属片串联，四个支脚的线路并联后与线圈和电池串联，当任意支脚的两对金属片都接触后线圈通电，锁紧四个滑动支脚。

当任意支脚的金属片全部贴合后，线圈会有电流通过，衔铁会产生磁性吸引轭铁中心板沿着支柱向上滑动，从而带动类L型摇臂的较长一端向上运动，由于类L型摇臂可以绕着固定支点转动，则类L型摇臂的较短一端会向外运动，此时阻尼刹与支脚支柱紧密接触则会锁紧滑动支脚。

所述的十字中心板通过弹性圆柱与矩形动力架固定，弹性圆柱具有减震的作用。

本发明还提供了一种摩擦锁定自适应变形起落架的控制方法，包括以下过程：

1）飞机在空中飞行时，起落架的四个滑动支脚和四个支脚底端在重力的作用下沿着支脚支柱和中心板滑筒自然下滑到由下挡板和上挡板所限制的最低位置；

2）无人机在选定区域降落的过程中，最先接触到地面的支脚底端的金属片与金属片在地面支撑的作用下贴合，此时无人机继续缓慢下落，没有接触到地面的滑动支脚会相继与地面接触使支脚底端的第一金属片与第二金属片贴合，此时无人机继续缓慢降落，当最先接触地面的滑动支脚的第三金属片与第四金属片贴合时，线路会接通，线圈有电流通过，使衔铁产生磁性从而吸引轭铁中心板沿着十字中心板的支柱上升，从而导致类L型摇臂绕着十字中心板的固定支点转动，当衔铁与轭铁贴合时，类L型摇臂的阻尼刹会接触4个滑动支脚的支脚支柱从而锁紧滑动支脚使其不能随意滑动。

3）当无人机起飞时，每个支脚底端的第一金属片与第二金属片在离开地面的一瞬间由于受到重力的作用会自动断开，从而导致电路断开，衔铁会失去磁性，轭铁中心板在重力作用下会沿着十字中心板的支柱下滑到长型挡板所限制的最低处，类L型摇臂会绕着十字中心板的固定支点转动使阻尼刹离开各个滑动支脚的支脚支柱，从而可滑动支脚在重力的作用下沿着中心板滑筒向下滑动直到所可滑动支脚全部下滑到上挡板限制的最低处并离开地面，最终实现无人机在复杂地面的成功起飞。

本发明有益效果在于：与垂直起降无人机的传统起落架相比，该变形起落架可以实现垂直起降无人机在崎岖地形下的正常起降，减少了垂直起降无人机对起降场地的要求，扩大了垂直起降无人机的应用范围。与世界上现有的唯一一种美国DARPA公司生产的变形机械起落架相比该变形起落架结构简单，控制方法简单，制造成本低，维护成本低且便于维护。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为支脚底端结构示意图。

图3为滑动支脚结构示意图。

图4为十字中心板结构示意图。

图5为十字中心板端部的放大图。

图6为衔铁结构示意图。

图7为类L型摇臂示意图。

图8为轭铁中心板结构示意图。

图9为动力架结构示意图。

图10为支脚底端，滑动支脚和十字中心板的装配图。

图11为支脚未锁定示意图。

图12为支脚锁定示意图。

图13为动力架和十字中心板连接示意图。

图14为本发明线路图。

图15为飞机在空中飞行时滑动支脚示意图。

图16为无人机降落过程中滑动支脚示意图。

图17为无人机成功降落时滑动支脚示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种摩擦锁定自适应变形起落架，整体结构如图1所示，包括矩形动力架30，动力架30的四个角通过滑动支脚6连接有支脚底端1，动力架30对角线上安装有十字中心板13；所述的十字中心板13中心下方固定有绕着线圈21的衔铁20，衔铁20下方连接有轭铁中心板26，轭铁中心板26的四边分别通过一个类L型摇臂22与十字中心板13的四个端部连接；

所述的支脚底端1如图2所示，包括支脚框架，支脚框架顶部固定有支脚滑筒2，支脚框架底部中央穿入有支脚绝缘连接柱4，支脚绝缘连接柱4下端装有半球体脚3，上端装有第一金属片5；

所述的十字中心板13如图4所示，十字中心板13的中心下方通过支柱15连接有长型挡板14，十字中心13四个端部放大图如图5所示，其下方分别连接有中心板滑筒16、中心板绝缘接柱18、固定支点19，其中滑筒16与滑动支脚6的支脚支柱12连接，中心板绝缘接柱端部固定有第四金属片17；

所述的滑动支脚6如图3所示，包括通过支脚支柱12连接的上挡板11和下挡板10，支脚支柱12下方穿过支脚底端1的支脚滑筒2中，下挡板10固定在支脚框架内部，下挡板10中央穿入有支脚绝缘连接柱9，支脚绝缘连接柱9两端分别安装有第二金属片7和第三金属片8；支脚支柱12上方穿过十字中心板13的中心板滑筒16，上挡板11固定在十字中心板13上方。

图10为支脚底端，滑动支脚和十字中心板的装配图。当支脚底端1接触地面时，支脚底端1会沿着支脚支柱12向上滑动，第一金属片5和第二金属片7接触，无人机继续下降则十字中心板13会沿着支脚支柱12向下滑动最终会导致第三金属片8和第四金属片17接触；当支脚底端1离开地面时，支脚底端1会自动沿着支脚支柱12向下滑动，第一金属片5和第二金属片7分离，下挡板10阻止支脚底端1过度下降，然后十字中心板沿着支脚支柱12向上滑动导致第三金属片8和第四金属片17分离，上挡板11阻止滑动支脚6过度下降；

所述的类L型摇臂22如图7所示，在转折处有一个圆孔24，类L型摇臂22通过圆孔24装配到十字中心板13的固定支点19上并可以绕固定支点19转动，类L型摇臂22较长端有一个豁口23，较短端固定有带着弧形凹槽的阻尼刹25；

所述的轭铁中心板26如图8所示，侧部设有与类L型摇臂的豁口23进行装配的圆柱支点29，类L型摇臂22可以与圆柱支点29相对转动，轭铁中心板26上方安装有轭铁27和轭铁滑筒28，十字中心板13的支柱15穿过轭铁滑筒28，长型挡板14固定在轭铁中心板26下方；

图9所示为四轴动力架30，其上装有动力系统，为无人机提供动力。

如图14所示为线路图，每个支脚的第一金属片5，第二金属片7与第三金属片8，第四金属片17串联，四个支脚的线路并联后与线圈21和电池32串联，当任意支脚的两对金属片都接触后线圈21通电，锁紧四个滑动支脚6。

如图11与图12所示讲解支脚锁定原理。图11为支脚未锁定的情况，当任意支脚的金属片全部贴合后，线圈21会有电流通过，衔铁20会产生磁性吸引轭铁中心板26沿着支柱15向上滑动，从而带动类L型摇臂22的较长一端向上运动，由于类L型摇臂22可以绕着固定支点19转动，则类L型摇臂22的较短一端会向外运动，此时阻尼刹25与支脚支柱12紧密接触则会锁紧滑动支脚6，如图12所示。

图13为动力架和十字中心板连接示意图，所述的十字中心板13通过弹性圆柱31与矩形动力架30固定，弹性圆柱31具有减震的作用。

本发明还提供了一种摩擦锁定自适应变形起落架的控制方法，包括以下过程：

1）飞机在空中飞行时，如图15所示，起落架的四个滑动支脚6和四个支脚底端1在重力的作用下沿着支脚支柱12和中心板滑筒16自然下滑到由下挡板10和上挡板11所限制的最低位置；

2）无人机在选定区域降落的过程中，如图16所示，最先接触到地面的支脚底端1的金属片5与金属片7在地面支撑的作用下贴合，此时无人机继续缓慢下落，没有接触到地面的滑动支脚1会相继与地面接触使支脚底端的第一金属片5与第二金属片7贴合，此时无人机继续缓慢降落，当最先接触地面的滑动支脚6的第三金属片8与第四金属片17贴合时，如图14的线路会接通，线圈21有电流通过，使衔铁20产生磁性从而吸引轭铁中心板26沿着十字中心板13的支柱15上升，从而导致类L型摇臂22绕着十字中心板13的固定支点19转动，当衔铁20与轭铁27贴合时，类L型摇臂22的阻尼刹25会接触4个滑动支脚6的支脚支柱12从而锁紧滑动支脚6使其不能随意滑动，无人机成功降落如图17所示；

3）当无人机起飞时，每个支脚底端1的第一金属片5与第二金属片7在离开地面的一瞬间由于受到重力的作用会自动断开，从而导致电路断开，衔铁20会失去磁性，轭铁中心板26在重力作用下会沿着十字中心板13的支柱15下滑到长型挡板14所限制的最低处，类L型摇臂22会绕着十字中心板13的固定支点19转动使阻尼刹25离开各个滑动支脚6的支脚支柱12，从而可滑动支脚6在重力的作用下沿着中心板滑筒16向下滑动直到所可滑动支脚6全部下滑到上挡板11限制的最低处并离开地面，最终实现无人机在复杂地面的成功起飞。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种摩擦锁定自适应变形起落架的控制方法，其特征在于：采用如下摩擦锁定自适应变形起落架，包括矩形动力架（30），动力架（30）的四个角通过滑动支脚（6）连接有支脚底端（1），动力架（30）对角线上安装有十字中心板（13）；所述的十字中心板（13）中心下方固定有绕着线圈（21）的衔铁（20），衔铁（20）下方连接有轭铁中心板（26），轭铁中心板（26）的四边分别通过一个类L型摇臂（22）与十字中心板（13）的四个端部连接；

所述的动力架（30）上装有动力系统；

所述的支脚底端（1）包括支脚框架，支脚框架顶部固定有支脚滑筒（2），支脚框架底部中央穿入有第一支脚绝缘连接柱（4），第一支脚绝缘连接柱（4）下端装有半球体脚（3），上端装有第一金属片（5）；

所述的十字中心板（13）的中心下方通过支柱（15）连接有长型挡板（14），十字中心板（13）四个端部下方分别连接有中心板滑筒（16）、中心板绝缘接柱（18）、固定支点（19），其中滑筒（16）与滑动支脚（6）的支脚支柱（12）连接，中心板绝缘接柱端部固定有第四金属片（17）；

所述的滑动支脚（6）包括通过支脚支柱（12）连接的上挡板（11）和下挡板（10），支脚支柱（12）下方穿过支脚底端（1）的支脚滑筒（2）中，下挡板（10）固定在支脚框架内部，下挡板（10）中央穿入有第二支脚绝缘连接柱（9），第二支脚绝缘连接柱（9）两端分别安装有第二金属片（7）和第三金属片（8）；支脚支柱（12）上方穿过十字中心板（13）的中心板滑筒（16），上挡板（11）固定在十字中心板（13）上方；当支脚底端（1）接触地面时，支脚底端（1）会沿着支脚支柱（12）向上滑动，第一金属片（5）和第二金属片（7）接触，无人机继续下降则十字中心板（13）会沿着支脚支柱（12）向下滑动最终会导致第三金属片（8）和第四金属片（17）接触；当支脚底端（1）离开地面时，支脚底端（1）会自动沿着支脚支柱（12）向下滑动，第一金属片（5）和第二金属片（7）分离，下挡板（10）阻止支脚底端（1）过度下降，然后十字中心板沿着支脚支柱（12）向上滑动导致第三金属片（8）和第四金属片（17）分离，上挡板（11）阻止滑动支脚（6）过度下降；

所述的类L型摇臂（22）在转折处有一个圆孔（24），类L型摇臂（22）通过圆孔（24）装配到十字中心板（13）的固定支点（19）上并可以绕固定支点（19）转动，类L型摇臂（22）较长端有一个豁口（23），较短端固定有带着弧形凹槽的阻尼刹（25）；

所述的轭铁中心板（26）侧部设有与类L型摇臂的豁口（23）进行装配的圆柱支点（29），类L型摇臂（22）可以与圆柱支点（29）相对转动，轭铁中心板（26）上方安装有轭铁（27）和轭铁滑筒（28），十字中心板（13）的支柱（15）穿过轭铁滑筒（28），长型挡板（14）固定在轭铁中心板（26）下方；

每个支脚的第一金属片（5），第二金属片（7）与第三金属片（8），第四金属片（17）串联，四个支脚的线路并联后与线圈（21）和电池（32）串联，当任意支脚的两对金属片都接触后线圈（21）通电，锁紧四个滑动支脚（6）；

当任意支脚的金属片全部贴合后，线圈（21）会有电流通过，衔铁（20）会产生磁性吸引轭铁中心板（26）沿着支柱（15）向上滑动，从而带动类L型摇臂（22）的较长一端向上运动，由于类L型摇臂（22）可以绕着固定支点（19）转动，则类L型摇臂（22）的较短一端会向外运动，此时阻尼刹（25）与支脚支柱（12）紧密接触则会锁紧滑动支脚（6）；

该起落架的控制方法包括以下过程：

1）飞机在空中飞行时，起落架的四个滑动支脚（6）和四个支脚底端（1）在重力的作用下沿着支脚支柱（12）和中心板滑筒（16）自然下滑到由下挡板（10）和上挡板（11）所限制的最低位置；

2）无人机在选定区域降落的过程中，最先接触到地面的支脚底端（1）的第一金属片（5）与第二金属片（7）在地面支撑的作用下贴合，此时无人机继续缓慢下落，没有接触到地面的支脚底端（1）会相继与地面接触使支脚底端的第一金属片（5）与第二金属片（7）贴合，此时无人机继续缓慢降落，当最先接触地面的滑动支脚（6）的第三金属片（8）与第四金属片（17）贴合时，线路会接通，线圈（21）有电流通过，使衔铁（20）产生磁性从而吸引轭铁中心板（26）沿着十字中心板（13）的支柱（15）上升，从而导致类L型摇臂（22）绕着十字中心板（13）的固定支点（19）转动，当衔铁（20）与轭铁（27）贴合时，类L型摇臂（22）的阻尼刹（25）会接触4个滑动支脚（6）的支脚支柱（12）从而锁紧滑动支脚（6）使其不能随意滑动；

3）当无人机起飞时，每个支脚底端（1）的第一金属片（5）与第二金属片（7）在离开地面的一瞬间由于受到重力的作用会自动断开，从而导致电路断开，衔铁（20）会失去磁性，轭铁中心板（26）在重力作用下会沿着十字中心板（13）的支柱（15）下滑到长型挡板（14）所限制的最低处，类L型摇臂（22）会绕着十字中心板（13）的固定支点（19）转动使阻尼刹（25）离开各个滑动支脚（6）的支脚支柱（12），从而可滑动支脚（6）在重力的作用下沿着中心板滑筒（16）向下滑动直到所可滑动支脚（6）全部下滑到上挡板（11）限制的最低处并离开地面，最终实现无人机在复杂地面的成功起飞。