CN110816818A - 轻型折叠式多旋翼机臂锁紧复用起落架及使用方法及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轻型折叠式多旋翼机臂锁紧复用起落架及使用方法及无人机，所述机臂锁紧复用起落架包括：起落架支撑杆、固定结构和锁定回弹结构，所述起落架支撑杆通过固定结构连接锁定回弹结构。本发明机构简单、可靠性高的起落架，外观上与直杆式起落架相似，具备体积小、重量轻、可折叠、便携性好的优点，兼具机臂锁紧的功能，主要适用于机臂可折叠的小型多旋翼无人机。

Description

轻型折叠式多旋翼机臂锁紧复用起落架及使用方法及无人机

【技术领域】

本发明涉及航空飞行器的机构设计技术领域，尤其涉及一种轻型折叠式多旋翼机臂锁紧复用起落架及无人机。

【背景技术】

小型多旋翼无人机目前被广泛用于植保、巡线、安防、目标侦察等领域，为保证小型多旋翼无人机的便携性以及快速展开回收，需要对一些部件设计连接锁定机构。

小型多旋翼无人机的飞行航时是其性能考核的重要指标，如何在保证机体承载能力的前提下，尽可能减少机体重量、提高机体的强度重量比是飞行器设计工程师们一直在专研的问题。起落架是小型多旋翼无人机的重要组成部分，用于无人机的停放、起飞和着陆。

目前小型多旋翼无人机的起落架有拱形起落架，直杆式起落架、收放式起落架等。拱形起落架具有重量大、体积大、便携性差等缺点，影响无人机飞行航时和包装运输的便利性；直杆式起落架具备体积小、重量轻的特点，但它不具备机臂锁紧功能，需要另外设计锁紧机构，这无疑增加了零部件数量，从而增加了机体重量；收放式起落架具备可折叠回收的便携性特点，但同样不具备机臂锁紧功能。

在小型多旋翼无人机技术领域，同时具备可折叠性和机臂锁紧功能的起落架还没有出现，它的最大技术瓶颈是如何将原本不相关的折叠机构和机臂锁紧机构结合起来，融合成一种新的联动机构。新的联动机构要做到零部件数量少、结构形式简单，这样机体重量也会减小。

因此，有必要研究一种机臂锁紧复用起落架来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种轻型折叠式多旋翼机臂锁紧复用起落架及无人机，本发明机构简单、可靠性高，外观上与直杆式起落架相似，具备体积小、重量轻、可折叠、便携性好的优点，兼具机臂锁紧的功能，主要适用于机臂可折叠的小型多旋翼无人机。

一方面，本发明提供一种轻型折叠式多旋翼机臂锁紧复用起落架及无人机，所述机臂锁紧复用起落架包括：起落架支撑杆、固定结构和锁定回弹结构，所述起落架支撑杆通过固定结构连接锁定回弹结构；

所述起落架支撑杆用于无人机的地面停放、起飞和着陆，同时用于机臂的展开锁紧和折叠回收；

所述固定结构用于起落架支撑杆一端与机臂转轴的紧固和拆分；

所述锁定回弹结构固定在机臂的转轴轴线上，用于实现机臂的锁定和释放。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述锁定回弹结构包括机臂转轴、吸能弹片和锁定钮扣；

所述锁定钮扣一端与机体上壳固定连接，另一端设有凹槽；

所述机臂转轴靠近机体上壳一端设有限位凸台，所述限位凸台与凹槽相互配合，所述机臂转轴通过限位凸台进入和脱离锁定钮扣的凹槽，分别实现机臂锁定和释放；

所述吸能弹片一端作用于锁定钮扣，另一端作用于机臂转轴上端。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述固定结构包括锁定杆、锁定帽和底钮扣；

所述底钮扣一端与机体下壳固定连接，另一端连接机臂转轴下端；

所述锁定杆从机体下壳的下方依次穿过机体下壳、底钮扣、机臂转轴、吸能弹片、锁定钮扣和机体上壳，所述锁定杆靠近机体上壳一端固定连接锁定帽，另一端通过卡销连接起落架支撑杆。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述起落架支撑杆为一端具备凸轮形状结构的杆状体，所述起落架支撑杆包括凸轮结构和直臂段，所述凸轮结构通过卡销连接锁定杆，并将卡销作为凸轮结构的转轴。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述吸能弹片为弹性环状弹片或弹簧。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述锁定杆为一圆柱杆，一端为外螺纹结构，另一端设有一通孔。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种机臂锁紧复用起落架的使用方法，所述使用方法包括：

机臂展开过程时，直臂段绕卡销向下转动α°，凸轮结构在转动过程中拉动锁定杆，压迫吸能弹片，使机臂转轴上的限位凸台进入锁定钮扣的凹槽内，完成展开过程；

机臂回收过程时：直臂段绕卡销向上转动α°，凸轮结构在转动过程中拉动锁定杆，吸能弹片释放弹力，迫使机臂转轴上的限位凸台脱离锁定钮扣的凹槽，机臂绕机臂转轴回转，完成回收过程；

α∈(90,180)。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述凸轮结构的作用点与转轴相对位置包括：回收状态位置、临界状态位置和展开状态位置；

回收状态位置时，凸轮结构的作用点与转轴中心点距离为L1；

展开状态位置时，凸轮结构的作用点与转轴中心点距离为L3；

临界状态位置时，凸轮结构的作用点与转轴中心点距离为L2；

其中，L1<L3<L2，机臂展开过程时，压迫行程为L3-L1，机臂回收过程时，凸轮结构回程为L3-L1。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述起落架支撑杆由回收状态到临界状态过程中，吸能弹片的变形量为L2-L3，根据能量转化定律得出：

式中K为吸能弹片的弹性系数，m为起落架支撑杆的质量，a为起落架支撑杆的加速度，h为质心下降的高度，m值较小，h值较小，吸能弹片的弹性系数K值较大，通过增加L2-L3的值，使式中左边的值远大于右边的值，保证飞行中机臂锁紧的可靠性。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种无人机，所述无人机包括机体上壳、机体下壳、机臂和起落架，所述起落架为如前述的机臂锁紧复用起落架，所述机体上壳和机体下壳组成机身，所述机身通过起落架连接机臂。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1)本发明一种机构具备两种机构的功能，节约了重量，延长了多旋翼无人机飞行航时。

2)本发明体积小，不遮挡相机载荷视线。

3)本发明可快速拆卸，维修性好。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的机臂锁紧复用起落架的结构图；

图2是本发明一个实施例提供的无人机结构图；

图3是本发明一个实施例提供的机臂由回收到展开的过程图；

图4是本发明一个实施例提供的起落架支撑杆结构图；

图5是本发明一个实施例提供的起落架支撑杆回收和打开过程图。

其中，图中：

1.锁定帽、2.锁定钮扣、3.吸能弹片、4.锁定杆、5.起落架支撑杆、6.开口卡销、7.底钮扣、8.机臂转轴、9.机体下壳、10.机体上壳。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明提供一种轻型折叠式多旋翼机臂锁紧复用起落架及无人机，如图1所示，所述机臂锁紧复用起落架包括：起落架支撑杆5、固定结构和锁定回弹结构，所述起落架支撑杆5通过固定结构连接锁定回弹结构；

所述起落架支撑杆5用于无人机的地面停放、起飞和着陆，同时用于机臂的展开锁紧和折叠回收；

所述固定结构用于起落架支撑杆5一端与机臂的转轴的紧固和拆分；

所述锁定回弹结构固定在机臂的转轴轴线上，用于实现机臂的锁定和释放。

所述锁定回弹结构包括机臂转轴8、吸能弹片3和锁定钮扣2；

所述锁定钮扣2与机体上壳10固定连接，所述锁定钮扣2相反于无人机机体的另一端设有凹槽；

所述机臂转轴8靠近机体上壳10一端设有限位凸台，所述限位凸台与凹槽相互配合，所述机臂转轴8通过限位凸台进入和脱离锁定钮扣2的凹槽，分别实现机臂锁定和释放；

所述吸能弹片3一端通过机臂转轴8连接锁定钮扣2，另一端连接固定结构。

所述固定结构包括锁定杆4、锁定帽1和底钮扣7；

所述底钮扣7一端与机体下壳9固定连接，另一端连接机臂转轴下端3；

所述锁定杆4从机体下壳9的下方依次穿过机体下壳9、底钮扣7、机臂转轴8、吸能弹片3、锁定钮扣2和机体上壳10，所述锁定杆4靠近机体上壳10一端固定连接锁定帽1，另一端通过开口卡销6连接起落架支撑杆5，所述吸能弹片3为弹性环状弹片或弹簧，锁定杆4为一圆柱杆，一端为外螺纹结构，另一端有一通孔。

如图3和图4所示，所述起落架支撑杆5为一端具备凸轮形状结构的杆状体，所述起落架支撑杆5包括凸轮结构和直臂段，所述凸轮转轴通过卡销连接锁定杆，所述凸轮结构将卡销作为其转轴。

机臂展开过程时，起落架支撑杆绕卡销向下转动α°，凸轮结构迫使起落架支撑杆拉动锁定杆，压迫吸能弹片3，压迫行程为L3-L1，使机臂转轴8上的限位凸台进入锁定钮扣2的凹槽内，完成展开过程；

机臂回收过程时：起落架支撑杆绕卡销向上转动α°，凸轮结构回程，吸能弹片3释放弹力，迫使机臂转轴8上的限位凸台脱离锁定钮扣2的凹槽，机臂绕机臂转轴8回转，完成回收过程。

如图2所示，一种无人机，所述无人机包括机体上壳10、机体下壳9、机臂和机臂锁紧复用起落架，所述机体上壳和机体下壳组成机身，所述机身通过机臂锁紧复用起落架连接机臂。

实施例

1、安装固定

将锁定钮扣2与上机壳进行胶合，底钮扣7与下机壳进行胶合，起落架支撑杆5与锁定杆4通过开口卡销6进行连接，将机臂转轴8和吸能弹片3依次放入机体上壳10和机体下壳9之间，然后将锁定杆4从机体下壳9下方依次穿过机体下壳9、底钮扣7、机臂转轴8、吸能弹片3、锁定钮扣2和机体上壳10，在机体上壳10上方用锁定帽1将锁定杆4进行锁住。

2、机臂展开与回收

机臂展开过程：第一步将机臂旋转到特定的展开角度，此角度由锁定钮扣2的止动面和凹槽位置决定。第二步将起落架支撑杆5依次掰下，起落架支撑杆5上端近似凸轮结构，在掰下的过程中拉动锁定杆4，压迫吸能弹片3，使机臂转轴8上的凸台进入锁定钮扣2的凹槽内，完成展开过程。在本发明中起落架支撑杆5不仅多旋翼无人机起落架本身具有的起降着陆功能，而且具有机臂锁紧机构的开关功能。

机臂回收过程：第一步将起落架支撑杆5依次掰上，在掰上的过程中吸能弹片3释放弹力，迫使机臂转轴8上的凸台脱离锁定钮扣2的凹槽结构，此时机臂可以绕机臂转轴8回转。第二步将机臂依次旋转到特定的回收位置，完成机臂回收过程。

安全性分析

如图5所示，本发明最重要的技术特点是起落架支撑杆5端部为凸轮结构，通过旋转起落架支撑杆5迫使吸能弹片3压缩或者伸展，另外带动机臂转轴8上的限位凸台进入锁定钮扣2的限位凹槽内，实现机臂锁定功能。

本发明在使用时：

机臂展开过程时，直臂段绕卡销向下转动α°，凸轮结构在转动过程中拉动锁定杆，压迫吸能弹片，使机臂转轴上的限位凸台进入锁定钮扣的凹槽内，完成展开过程；

机臂回收过程时：直臂段绕卡销向上转动α°，凸轮结构在转动过程中拉动锁定杆，吸能弹片释放弹力，迫使机臂转轴上的限位凸台脱离锁定钮扣的凹槽，机臂绕机臂转轴回转，完成回收过程；

α∈(90,180)。

所述凸轮结构的作用点与转轴相对位置包括：回收状态位置、临界状态位置和展开状态位置；

回收状态位置时，凸轮结构的作用点与转轴中心点距离为L1；

展开状态位置时，凸轮结构的作用点与转轴中心点距离为L3；

临界状态位置时，凸轮结构的作用点与转轴中心点距离为L2；

其中，L1<L3<L2，机臂展开过程时，压迫行程为L3-L1(L3和L1的距离之差)，机臂回收过程时，凸轮结构回程为L3-L1(L3和L1的距离之差)。

从起落架支撑杆5的展开状态到临界状态过程中，由于L2＞L3，所以吸能弹片3将被压缩。为了保证无人机在飞行过程中，起落架支撑杆5不会因为自身重力以及振动影响而落下，需对本发明进行安全性分析。以起落架支撑杆5的展开状态和临界状态作为安全性分析的边界情况。在落下过程中，吸能弹片3的变形量为L2-L3(L2和L3的距离之差)，根据能量转化定律得出：

式中K为吸能弹片3的弹性系数，m为起落架支撑杆5的质量，a为收到的加速度，h为质心下降的高度。

起落架支撑杆5都是轻量化设计，m的值很小，本发明主要用于小型多旋翼无人机，h的值也很小，而吸能弹片3的弹性系数K值很大，通过增加L2-L3(L2和L3的距离之差)的值，能使公式左边的值远大于公式右边的值。保证无人机飞行过程中起落架支撑杆5无法克服吸能弹片3弹力做功而进入临界状态。

以上对本申请实施例所提供的一种轻型折叠式多旋翼机臂锁紧复用起落架及无人机，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轻型折叠式多旋翼机臂锁紧复用起落架，其特征在于，所述机臂锁紧复用起落架包括：起落架支撑杆、固定结构和锁定回弹结构，所述起落架支撑杆通过固定结构连接锁定回弹结构；

所述起落架支撑杆用于无人机的地面停放、起飞和着陆，同时用于机臂的展开锁紧和折叠回收；

所述固定结构用于起落架支撑杆一端与机臂的转轴的紧固和拆分；

所述锁定回弹结构固定在机臂的转轴轴线上，用于实现机臂的锁定和释放。

2.根据权利要求1所述的机臂锁紧复用起落架，其特征在于，所述锁定回弹结构包括机臂转轴、吸能弹片和锁定钮扣；

所述锁定钮扣一端与机体上壳固定连接，另一端设有凹槽；

所述机臂转轴靠近机体上壳一端设有限位凸台，所述限位凸台与凹槽相互配合，所述机臂转轴通过限位凸台进入和脱离锁定钮扣的凹槽，分别实现机臂锁定和释放；

所述吸能弹片一端作用于锁定钮扣，另一端作用于机臂转轴上端。

3.根据权利要求2所述的机臂锁紧复用起落架，其特征在于，所述固定结构包括锁定杆、锁定帽、卡销和底钮扣；

所述底钮扣一端与机体下壳固定连接，另一端连接机臂转轴下端；

所述锁定杆从机体下壳的下方依次穿过机体下壳、底钮扣、机臂转轴、吸能弹片、锁定钮扣和机体上壳，所述锁定杆靠近机体上壳一端固定连接锁定帽，另一端通过卡销连接起落架支撑杆。

4.根据权利要求3所述的机臂锁紧复用起落架，其特征在于，所述起落架支撑杆为一端具备凸轮形状结构的杆状体，所述起落架支撑杆包括凸轮结构和直臂段，所述直臂段连接凸轮结构，所述凸轮结构通过卡销连接锁定杆，并将卡销作为凸轮结构的转轴。

5.根据权利要求2所述的机臂锁紧复用起落架，其特征在于，所述吸能弹片为弹性环状弹片或弹簧。

6.根据权利要求3所述的机臂锁紧复用起落架，其特征在于，所述锁定杆为一圆柱杆，所述锁定杆一端为外螺纹结构，另一端设有一通孔。

7.一种如权利要求1-6之一所述的机臂锁紧复用起落架的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：

机臂展开过程时，直臂段绕卡销向下转动α°，凸轮结构在转动过程中拉动锁定杆，压迫吸能弹片，使机臂转轴上的限位凸台进入锁定钮扣的凹槽内，完成展开过程；

机臂回收过程时：直臂段绕卡销向上转动α°，凸轮结构在转动过程中拉动锁定杆，吸能弹片释放弹力，迫使机臂转轴上的限位凸台脱离锁定钮扣的凹槽，机臂绕机臂转轴回转，完成回收过程；

α∈(90,180)。

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述凸轮结构的作用点与转轴相对位置包括：回收状态位置、临界状态位置和展开状态位置；

回收状态位置时，凸轮结构的作用点与转轴中心点距离为L1；

展开状态位置时，凸轮结构的作用点与转轴中心点距离为L3；

临界状态位置时，凸轮结构的作用点与转轴中心点距离为L2；

其中，L1<L3<L2，机臂展开过程时，压迫行程为L3-L1，机臂回收过程时，凸轮结构回程为L3-L1。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述起落架支撑杆由回收状态到临界状态过程中，吸能弹片的变形量为L2-L3，根据能量转化定律得出：

式中K为吸能弹片的弹性系数，m为起落架支撑杆的质量，a为起落架支撑杆的加速度，h为质心下降的高度，通过增加L2-L3的值，使式中左边的值大于右边的值，保证飞行中机臂锁紧的可靠性。

10.一种无人机，所述无人机包括机体上壳、机体下壳、机臂和起落架，其特征在于，所述起落架为如权利要求1-6之一所述的机臂锁紧复用起落架，所述机体上壳和机体下壳组成机身，所述机身通过起落架连接机臂。

Images