CN110155333B - 一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿蒲公英种子的充气式锁合‑脱锁合机构，包括投放装置壳体、固定连接在投放装置壳体上端的弹性密封片、固定连接在弹性密封片中心的定位磁柱、位于弹性密封片上方的信息采集器承载装置、固定连接在投放装置壳体下端的投放装置安装座、固定安装在投放装置安装座上且位于投放装置壳体内的压缩气源组件、位于压缩气源组件下方的撞针组件以及驱动撞针组件动作的电机。本发明能够长久持效的锁合固定在无人机上，并且还可轻易脱锁合投放，具有脱锁合耗能低、控制结构与系统简便、适合承载多结构类型信息采集装置、不易受环境影响以及不易磨损等特点，锁合或脱锁合所需要的能量很少，只需电机转动90°即可完成充气使信息采集装置脱锁合。
Description
技术领域
本发明属于机械锁合装置技术领域，尤其涉及一种适合承载与输送信息采集器的可控锁合-脱锁合的机械装置。
背景技术
机械锁合装置在机械工程技术领域的应用比较普遍，可简便实现机械部件间的牢固结合与脱离，并具有较长的使用寿命和持久功效性。现阶段，机械锁合装置锁合功能的实现多依靠类似键与键槽机械结构的相互配合，或依靠机械部件间的相互勾连，或源于弹性元件对其配合机械机构的压迫实现。
发明专利CN101377212A公开了一种锁合装置，主要包括锁合件与支撑套筒并分别具有锁合部及杆部、贯穿孔等部件，锁合部的核心部件是诸如弹簧的弹性件，支撑套筒用于支撑锁合件且锁合部的外径尺寸大于杆部的外径尺寸，贯穿孔的孔壁设置限位部，通过锁合件的锁合部进入管穿孔的方式实现锁合功能；发明专利CN104554657A公开了一种锁合-脱锁合机械装置，包括锁合插销、U型件、连杆和舵机臂，U型件的口部设置有锁合插销，锁合插销与U型件沿水平方向构成滑动配合，舵机通过传动组件与锁合插销相连接，舵机臂的长度方向与舵机的输出轴相垂直布置，连杆的两端分别与舵机臂、锁合插销铰接连接，旋杆带动连杆及锁合插销运动实现投放功能；发明专利CN109353523A公开了一种无人机锁合-脱锁合投放装置，在无人机机体底部安装有绞盘，绞盘上缠绕有钢丝绳，绞盘连接有绞盘驱动机构，绞盘的下方设有无线充电线圈及无线受电线圈，无线充电线圈及无线受电线圈之间设有限位开关，钢丝绳底部与无线充电线圈相连接，无线受电线圈的下方设有能启闭的投货机构；发明专利CN207956066U公开了一种外挂式锁合投放器及无人机，其中外挂式无人投放器包括投放器本体和控制装置，该投放器本体包括安装架和舵机，安装架上设置有脱线钩和拉杆，拉杆穿过所述脱线钩的U槽设置且连接所述舵机的机械臂；该控制装置与所述安装架固定连接，其中，该控制装置包括灯光感应传感器、控制器和电源，所述灯光感应传感器和电源与所述控制器连接，控制器的输出端连接所述舵机。
上述发明专利涉及的承载与输送信息采集装置的可控锁合-脱锁合的机械装置，其固定大多依靠传送带及凸起部分结合、四杆机构或螺旋杆与U型件配合、转动副同承载板配合实现。虽能有效实现信息采集装置的固定与投放，但投放过程不仅需要大量的能量来提供外力来进行脱锁合，更是需要复杂的控制结构与系统进行操纵，不能适用某些无人机投放装置结构技术领域的应用要求。
因此，有必要研制一种新型的锁合-脱锁合机械装置，能够长久持效的牢固锁合且可以轻易脱锁合，还要具有投放装置控制结构与系统简单、锁合-脱锁合耗能低、适合承载多结构类型信息采集器等特点。
发明内容
本发明基于上述技术背景，提供一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，能够按照需求实现长久持效的牢固锁合以及轻易脱锁合，具有脱锁合耗能低、控制结构与系统简便、适合承载多结构类型信息采集装置、不易受环境影响以及不易磨损等特点。
为实现上述技术目标，本发明所采取的技术方案是：
一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，包括投放装置壳体、固定连接在投放装置壳体上端的弹性密封片、固定连接在弹性密封片中心的定位磁柱、位于弹性密封片上方的信息采集器承载装置、固定连接在投放装置壳体下端的投放装置安装座、固定安装在投放装置安装座上且位于投放装置壳体内的压缩气源组件、位于压缩气源组件下方用来释放压缩气源组件压缩气的撞针组件以及驱动撞针组件动作的电机；
所述弹性密封片的外边沿投放装置壳体上端边沿密封固定连接；
所述信息采集器承载装置一端磁性连接定位磁柱，其另一端连接弹性密封垫。
作为本发明的进一步改进，所述信息采集器承载装置包括上圆台、固定拼接在上圆台下端面的倒立圆台以及固定在倒立圆台下端面的定位圆台底座；
所述上圆台上端磁性连接定位磁柱，所述定位圆台底座固定连接在弹性密封垫上。
作为本发明的进一步改进，所述弹性密封垫上开设有楔形凹槽，所述定位圆台底座卡接在楔形凹槽内。
作为本发明的进一步改进，所述定位磁柱包括贯穿弹性密封片中心的中心定位磁柱以及将中心定位磁柱下端与弹性密封片紧密固定的螺母。
作为本发明的进一步改进，所述信息采集器承载装置中部设置有信息采集装置安装槽，用以搭载信息采集装置；所述信息采集装置安装槽每间隔120°均匀布置在信息采集器承载装置中部。
作为本发明的进一步改进，所述投放装置安装座包括螺纹连接投放装置壳体的投放装置基座、开设在投放装置基座中心的通孔以及开设在投放装置基座上并位于投放装置壳体外侧的阶梯槽。
作为本发明的进一步改进，所述压缩气源组件包括下端固定连接在投放装置基座上的通气阀体以及螺纹固定连接在通气阀体上端的压缩二氧化碳气源；
所述通气阀体的下端口与通孔相通；
所述压缩二氧化碳气源底部设置有与通气阀体上端口相对的易突破的薄膜。
作为本发明的进一步改进，所述撞针组件包括下端与电机动力轴同轴固定连接的撞针杆、固定在撞针杆上端的撞针头以及固定在通孔内用来限位撞针杆上下动作的卡槽；
所述卡槽内部开设有圆柱形中空腔，所述卡槽开设有竖直方向的矩形通孔，所述圆柱形中空腔的直径不小于矩形通孔的长边；
所述撞针杆侧部固定设置有与卡槽相勾连达到锁合的矩形卡块。
作为本发明的进一步改进，所述撞针杆上固定设置有位于矩形卡块上方的圆凸台，所述矩形卡块与圆凸台之间的撞针杆上套装有弹簧。
作为本发明的进一步改进，所述通气阀体的下端口设置有圆形阶梯凹槽；
所述撞针杆上套装有与通气阀体处的圆形阶梯凹槽相紧密配合的密封橡胶垫圈。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：
基于承载与输送信息采集器的可控锁合-脱锁合的机械装置现有技术存在的问题，从蒲公英种子的形貌结构特征方面汲取设计灵感，蒲公英种子成熟前能够与内凹的母体（花序头）牢固结合以保证正常生长，但成熟后母体（花序头）形成外凸的形貌结构使蒲公英种子瘦果底部能够轻易与其脱离以确保扩散，依靠通过风阻力并能形成典型的杠杆效应促使其与花序头轻易脱离。
本发明公开了一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，能够长久持效的锁合固定在无人机上，并且还可轻易脱锁合投放，具有耗能低、控制结构与系统简单、锁合持久且轻易脱锁合等特点，特别适合各类无人机搭载运输，投放到火灾现场、地震现场、战争现场、核辐射区域，以及原始森林、高山峻岭、沙漠腹地等人类难以涉足自然地带，完成对目标区域的情报信息搜集。无人机搭载运输过程中，该装置的球面型橡胶基座内凹状态下安装孔为收缩状态并与中心定位磁柱共同作用下能够牢固锁合信息采集装置；到达目标区域后通过施加触发信号进行充气，球面型橡胶基座改变为外凸状态使安装孔扩张并使信息采集与中心定位磁柱分离从而让信息采集装置以便达到轻易地脱锁合。
附图说明
图1本发明的未触发状态下整体结构示意图；
图2本发明中信息采集器承载装置的结构示意图；
图3本发明中撞针组件与气源的结构示意图；
图4本发明的触发充气状态下的整体结构示意图；
图5本发明中投放装置基座的结构示意图；
其中：1、信息采集器承载装置；1-1、信息采集器安装槽；1-2、定位圆台底座；2-1-1、螺母；2-1-2、中心定位磁柱；2-2、橡胶垫；2-3、投放装置壳体；3-1、压缩二氧化碳气源；3-2、通气阀体；4-1、投放装置基座；4-1-1、安装螺纹；4-1-2、通孔；4-1-3、阶梯槽；4-2、卡槽；5、电机；6-1、撞针头；6-2、密封橡胶垫圈；6-3、撞针杆；6-4、弹簧。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1-5所示，一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，包括投放装置壳体2-3、固定连接在投放装置壳体2-3上端的弹性密封片、固定连接在弹性密封片中心的定位磁柱、位于弹性密封片上方的信息采集器承载装置1、固定连接在投放装置壳体2-3下端的投放装置安装座、固定安装在投放装置安装座上且位于投放装置壳体2-3内的压缩气源组件、位于压缩气源组件下方用来释放压缩气源组件压缩气的撞针组件以及驱动撞针组件动作的电机5；
所述弹性密封片采用橡胶垫2-2；
所述弹性密封片的外边沿投放装置壳体2-3上端边沿密封固定连接；
所述信息采集器承载装置1一端磁性连接定位磁柱，其另一端连接弹性密封垫。
所述信息采集器承载装置1包括上圆台、固定拼接在上圆台下端面的倒立圆台以及固定在倒立圆台下端面的定位圆台底座1-2；
所述上圆台上端磁性连接定位磁柱，所述定位圆台底座1-2固定连接在弹性密封垫上。
所述弹性密封垫上开设有楔形凹槽，所述定位圆台底座1-2卡接在楔形凹槽内。
所述定位磁柱包括贯穿弹性密封片中心的中心定位磁柱2-1-2以及将中心定位磁柱2-1-2下端与弹性密封片紧密固定的螺母2-1-1。
所述信息采集器承载装置1中部设置有信息采集装置安装槽1-1，用以搭载信息采集装置；所述信息采集装置安装槽1-1每间隔120°均匀布置在信息采集器承载装置1中部。
所述投放装置安装座包括螺纹连接投放装置壳体2-3的投放装置基座4-1、开设在投放装置基座4-1中心的通孔4-1-2以及开设在投放装置基座4-1上并位于投放装置壳体2-3外侧的阶梯槽4-1-3。
所述压缩气源组件包括下端固定连接在投放装置基座4-1上的通气阀体3-2以及螺纹固定连接在通气阀体3-2上端的压缩二氧化碳气源3-1；
所述通气阀体3-2的下端口与通孔4-1-2相通；
所述压缩二氧化碳气源3-1底部设置有与通气阀体3-2上端口相对的易突破的薄膜。
所述撞针组件包括下端与电机5动力轴同轴固定连接的撞针杆6-3、固定在撞针杆6-3上端的撞针头6-1以及固定在通孔4-1-2内用来限位撞针杆6-3上下动作的卡槽4-2；
所述卡槽4-2内部开设有圆柱形中空腔，所述卡槽4-2开设有竖直方向的矩形通孔，所述圆柱形中空腔的直径不小于矩形通孔的长边；
所述撞针杆6-3侧部固定设置有与卡槽4-2相勾连达到锁合的矩形卡块。
所述撞针杆6-3上固定设置有位于矩形卡块上方的圆凸台，所述矩形卡块与圆凸台之间的撞针杆6-3上套装有弹簧6-4。
所述通气阀体3-2的下端口设置有圆形阶梯凹槽；
所述撞针杆6-3上套装有与通气阀体3-2处的圆形阶梯凹槽相紧密配合的密封橡胶垫圈6-2。
如图1所示，信息采集器承载装置1通过中心定位磁柱2-1和未充气内凹状态下收缩的安装孔实现与橡胶垫2-2锁合；并可控撞针组件在触发信号作用下能够刺破压缩二氧化碳气源3-1的薄膜，使二氧化碳气体充满投放装置壳体2-3，以此实现橡胶垫2-2达到充气外凸状态，橡胶垫上的安装孔在橡胶垫的延展性作用下扩张放大，使信息采集器承载装置1与橡胶垫2-2之间的稳固锁合转变为轻易脱锁合，使本发明能够长久持效的锁合固定在无人机上，并且还可轻易脱锁合投放，具有脱锁合耗能低、控制结构与系统简便、适合承载多结构类型信息采集装置、不易受环境影响以及不易磨损等特点，特别适合各类无人机搭载运输，投放到火灾现场、地震现场、战争现场、核辐射区域，以及原始森林、高山峻岭、沙漠腹地等人类难以涉足自然地带，完成对目标区域的情报信息搜集工作。
如图1和图2所示，信息采集器承载装置1的结构设计灵感来源于蒲公英种子（瘦果）的形貌结构，蒲公英种子（瘦果）的形貌类似于两个圆台拼接起来，下部与花序头固定连接；因此信息采集器承载装置1结构参照蒲公英种子外形设置，具体的，信息采集器承载装置1的高度为50.0mm，其材质为铝合金，并在信息采集器承载装置1外侧包裹一层铁粉方便和中心定位磁柱2-1-2相互磁性吸引，信息采集器承载装置1可以看做上部为上圆直径为8.0mm且下圆直径为25.0mm的圆台，下部为上圆直径为25.0mm且下圆直径为20.0mm的倒立圆台拼接固定而成。信息采集器承载装置1的中部每间隔120°设置1个信息采集其安装槽1-1，用以搭载信息采集装置；信息采集器承载装置1底部设置下底直径为23.0mm且下圆直径20.0mm的定位圆台底座1-2，实现信息采集器承载装置1与厚度为6.0mm的橡胶垫2-2安装孔之间的稳固锁合。
如图1和图3所示，撞针组件的功能是通过弹簧弹力作用，以此实现撞针头6-1冲破压缩气源的薄膜处使得二氧化碳气源中的气体释放到投放装置壳体2-3。压缩气源选用压缩二氧化碳气源3-1，内部压强为2.0MPa，压缩二氧化碳气源3-1相对撞针头的底部设置有易突破的薄膜并在底部气源瓶口处设置有螺纹，方便与通气阀体3-2的安装配合；长度为20.0mm的撞针头6-1顶部上设置有四个凹槽，可以在释放撞击针后轻易地形成更大的撕裂口并方便气体的释放；尾部设置有螺纹以用于和撞击杆6-3的安装配合。撞击杆6-3尾部设置有矩形卡块能够与卡槽4-2相锁合，弹簧6-4安装在矩形卡块和凸台之间，在卡槽4-2的作用下处于预紧压缩状态；电机5尾部设置有3.0mm的矩形凸起能够与撞击杆尾部的矩形凹槽相配合，防止电机5转动时产生滑移，当电机5转过90°时矩形卡块从卡槽4-2处在弹簧6-4的弹力作用下弹出，撞针头6-1冲破气源使气体通过通气阀体3-2侧壁上设置的一个圆形通道进入投放装置壳体2-3；并在撞击杆6-3上设置有10.0mm的密封橡胶垫圈6-2，密封橡胶垫圈6-2能够与通气阀体3-2处的圆形阶梯凹槽相紧密配合，以此保证撞针组件突破气源后阀体3-2的密封性。
如图1和图4所示，在电机5旋转90°后，撞击组件在弹簧6-4的作用下冲破二氧化碳气源使橡胶垫2-2由内凹状态改变为外凸状态。橡胶垫2-2中心设置有长度为55.0mm中心定位磁柱2-1-2，依靠螺母2-1-1紧固在橡胶垫上，优选地，中心定位磁柱2-1-2顶部为磁铁，用于信息采集器承载装置1一端磁性定位并起到一定的固定作用；橡胶垫上相隔60°设置有6个下底为23.0mm的圆台形槽，在未充气的内凹状态下上部为直径20.0mm的圆形开口，可以轻易地与信息采集器承载装置1的定位圆台底座1-2牢固结合；在充气后橡胶垫2-2成为外凸状态时， 6个圆台形凹槽在橡胶的延展下改变为扩张状态上部为24.0mm的圆形开口，中心定位磁柱2-1-2与信息采集器承载装置1相分离，信息采集器承载装置1能够轻易地脱离橡胶垫2-2。
如图1和图5所示，投放装置基座4上相隔90°设置有四个20.0mm的阶梯槽4-1-3，用于装配螺栓牢固地安装在无人机上；顶部设置有安装螺纹4-1-1，可以和投放装置外壳2牢固配合并确保密闭性；在中间设置有长度为55.0mm且直径40.0mm的圆形通孔4-1-2，卡槽4-2的外围设置一层密封橡胶，能够紧密牢固的安装在通孔之中。
基于承载与输送信息采集器的可控锁合-脱锁合的机械装置现有技术存在的问题，从蒲公英种子的形貌结构特征方面汲取设计灵感，蒲公英种子成熟前能够与内凹的母体（花序头）牢固结合以保证正常生长，但成熟后母体（花序头）形成外凸的形貌结构使蒲公英种子瘦果底部能够轻易与其脱离以确保扩散，依靠通过风阻力并能形成典型的杠杆效应促使其与花序头轻易脱离。
本发明能够长久持效的锁合固定在无人机上，并且还可轻易脱锁合投放，具有耗能低、控制结构与系统简单、锁合持久且轻易脱锁合等特点，特别适合各类无人机搭载运输，投放到火灾现场、地震现场、战争现场、核辐射区域，以及原始森林、高山峻岭、沙漠腹地等人类难以涉足自然地带，完成对目标区域的情报信息搜集。无人机搭载运输过程中，该装置的球面型橡胶基座内凹状态下安装孔为收缩状态并与中心定位磁柱共同作用下能够牢固锁合信息采集装置；到达目标区域后通过施加触发信号进行充气，球面型橡胶基座改变为外凸状态使安装孔扩张并使信息采集与中心定位磁柱分离从而让信息采集装置以便达到轻易地脱锁合。
Claims (8)
1.一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，其特征在于：包括投放装置壳体（2-3）、固定连接在投放装置壳体（2-3）上端的弹性密封片、固定连接在弹性密封片中心的定位磁柱、位于弹性密封片上方的信息采集器承载装置（1）、固定连接在投放装置壳体（2-3）下端的投放装置安装座、固定安装在投放装置安装座上且位于投放装置壳体（2-3）内的压缩气源组件、位于压缩气源组件下方用来释放压缩气源组件压缩气的撞针组件以及驱动撞针组件动作的电机（5）；所述弹性密封片的外边沿投放装置壳体（2-3）上端边沿密封固定连接；所述信息采集器承载装置（1）一端磁性连接定位磁柱，其另一端连接弹性密封片；所述信息采集器承载装置（1）包括上圆台、固定拼接在上圆台下端面的倒立圆台以及固定在倒立圆台下端面的定位圆台底座（1-2）；所述上圆台上端磁性连接定位磁柱，所述定位圆台底座（1-2）固定连接在弹性密封垫上，所述定位磁柱包括贯穿弹性密封片中心的中心定位磁柱（2-1-2）以及将中心定位磁柱（2-1-2）下端与弹性密封片紧密固定的螺母（2-1-1）。
2.根据权利要求1所述的一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，其特征在于：所述弹性密封片上开设有楔形凹槽，所述定位圆台底座（1-2）卡接在楔形凹槽内。
3.根据权利要求1所述的一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，其特征在于：所述信息采集器承载装置（1）中部设置有信息采集装置安装槽（1-1），用以搭载信息采集装置；所述信息采集装置安装槽（1-1）每间隔120°均匀布置在信息采集器承载装置（1）中部。
4.根据权利要求1所述的一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，其特征在于：所述投放装置安装座包括螺纹连接投放装置壳体（2-3）的投放装置基座（4-1）、开设在投放装置基座（4-1）中心的通孔（4-1-2）以及开设在投放装置基座（4-1）上并位于投放装置壳体（2-3）外侧的阶梯槽（4-1-3）。
5.根据权利要求4所述的一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，其特征在于：所述压缩气源组件包括下端固定连接在投放装置基座（4-1）上的通气阀体（3-2）以及螺纹固定连接在通气阀体（3-2）上端的压缩二氧化碳气源（3-1）；所述通气阀体（3-2）的下端口与通孔（4-1-2）相通；所述压缩二氧化碳气源（3-1）底部设置有与通气阀体（3-2）上端口相对的易突破的薄膜。
6.根据权利要求5所述的一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，其特征在于：所述撞针组件包括下端与电机（5）动力轴同轴固定连接的撞针杆（6-3）、固定在撞针杆（6-3）上端的撞针头（6-1）以及固定在通孔（4-1-2）内用来限位撞针杆（6-3）上下动作的卡槽（4-2）；所述卡槽（4-2）内部开设有圆柱形中空腔，所述卡槽（4-2）开设有竖直方向的矩形通孔，所述圆柱形中空腔的直径不小于矩形通孔的长边；所述撞针杆（6-3）侧部固定设置有与卡槽（4-2）相勾连达到锁合的矩形卡块。
7.根据权利要求6所述的一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，其特征在于：所述撞针杆（6-3）上固定设置有位于矩形卡块上方的圆凸台，所述矩形卡块与圆凸台之间的撞针杆（6-3）上套装有弹簧（6-4）。
8.根据权利要求6所述的一种仿蒲公英种子的充气式锁合-脱锁合机构，其特征在于：所述通气阀体（3-2）的下端口设置有圆形阶梯凹槽；所述撞针杆（6-3）上套装有与通气阀体（3-2）处的圆形阶梯凹槽相紧密配合的密封橡胶垫圈（6-2）。
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