CN111874204B - 一种带稳定机臂的切割形无人机机架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带稳定机臂的切割形无人机机架，在机身上转动连接有上摆臂和下摆臂的一端，电机架上转动连接上摆臂和下摆臂的另一端；在上摆臂的中部设置有长条形的摆动槽A，在下摆臂的中部设置有长条形的摆动槽B，在上摆臂和下摆臂之间连接有弹性拉杆，弹性拉杆的一端固定到摆动槽A的前端，弹性拉杆的另一端固定到摆动槽B的后端；其中在电机架顶部转动连接有一组传动摆臂，传动摆臂包括摆臂外壳和设置于摆臂外壳内的传动组件，动力输入轮与动力输出轮之间通过皮带传动连接；在摆臂外壳上还连接有悬臂，机身中部设置有反馈电机，在反馈电机的输出轴上固定有反馈轮，在反馈轮上环形阵列设置有若干反馈摆臂，在反馈摆臂与悬臂之间连接有顶杆。

Description

一种带稳定机臂的切割形无人机机架
技术领域
本发明涉及一种带稳定机臂的切割形无人机机架，属于农业用无人机领域。
背景技术
小型多旋翼无人机选用的翼型多为标准升力翼型，仅提供飞行气动力，不提供其它功能。
园林与农林业使用的切割类工具，其切割体都是仅具有切割功能的刃具，不兼顾其它功能。
目前园林与农林行业的高空树枝切割，只能依靠人工攀爬至树冠高处，再进行切割作业，效率低，风险大，尤其在交通不便，大型机械难以抵达的山地种植区，由此产生的人员伤亡时有发生。
所以申请人研究了采用改进的多轴旋翼无人机进行园林切割的可能性，并发现无人机在切割过程中，在撞击到树枝时，会因为旋翼撞击的反作用力导致无人机失控，同时旋翼旋转时的周向力会向切向力转换，并与无人机上升或下降过程中纵向撞击力的反作用力行程一股合力，其合力与旋翼的旋转轴线倾斜，很容易导致无人机机身的倾斜最终导致无人机失控，此处就需要对传统无人机进行改良，使得无人机可以吸收相关的作用力实现稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中的技术问题，提供一种带稳定机臂的切割形无人机机架。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种带稳定机臂的切割形无人机机架，包括机身、机臂和电机架，电机架通过环形阵列布置于机身外围的机臂与机身连接，所述机臂包括上摆臂和下摆臂，在机身上设置有两组转动座A，上摆臂和下摆臂的一端分别与两组转动座A转动连接，在所述电机架上设置有两组转动座B，上摆臂和下摆臂的一端分别与两组转动座B转动连接，通过两组转动座A和转动座B使得上摆臂和下摆臂平行布置；在所述上摆臂的中部设置有一个长条形的摆动槽A，在下摆臂的中部设置有一个长条形的摆动槽B，在上摆臂和下摆臂之间连接有一个弹性拉杆，所述弹性拉杆的一端固定到摆动槽A的前端，弹性拉杆的另一端固定到摆动槽B的后端；电机安装于电机架上，其中在电机架顶部转动连接有一组传动摆臂，传动摆臂包括摆臂外壳和设置于摆臂外壳内的传动组件，所述电机架包括一个电机连接外壳，在电机连接外壳的顶部通过一个连接柱转动连接摆臂外壳的一端部，在摆臂外壳与连接柱的转动连接位置设置有一个连接孔，电机的输出轴穿过连接孔并连接一个动力输入轮，在摆臂外壳的另一端部转动连接有一个动力输出轮，在动力输出轮上同轴连接有旋翼，动力输入轮与动力输出轮之间通过皮带传动连接；在摆臂外壳上还连接有一个悬臂，所述机身中部设置有一个反馈电机，在反馈电机的输出轴上固定有一个反馈轮，在所述反馈轮上环形阵列设置有若干反馈摆臂，在所述反馈摆臂与悬臂之间连接有一个顶杆，顶杆的两端分别与反馈摆臂、悬臂活动连接；所述悬臂为中空结构，与摆臂外壳内部连通，在所述悬臂内部设置有皮带涨紧机构，所述皮带涨紧机构包括至少一组直线伸缩机构，在直线伸缩机构内部设置有舒张弹簧以提供直线伸缩机构受压时的反向弹力，直线伸缩机构的一端固定与悬臂内部固定连接，直线伸缩机构的另一端转动连接有一个张力轮，张力轮为皮带提供张紧力。
作为本发明的进一步改进，所述反馈摆臂上设置有一个长条形的滑动槽，在所述顶杆的一端设置有一个球头A，球头A嵌入到滑动槽中。
作为本发明的进一步改进，所述顶杆的另一端设置有一个球头B，在所述悬臂的底部设置有一个球头座，球头B嵌入到球头座中。
作为本发明的进一步改进，所述顶杆采用碳纤维制成，球头A和球头B上连接有套管，套管与顶杆固定连接。
作为本发明的进一步改进，在所述悬臂与摆臂外壳的连接位置设置有至少一组导向轮，导向轮与皮带外侧接触。
作为本发明的进一步改进，弹性拉杆包括一根主杆和两根滑动连接于主杆两侧的滑杆，滑杆与主杆之间设置有收缩弹簧。
作为本发明的进一步改进，所述机身通过若干环形阵列布置的连接柱连接有一个环形的支撑圈。
本发明的有益效果是：
1、本方案对传统无人机进行改进，以适应切割工况，当无人机桨叶切割树叶、果实时，桨叶会在较短的时间下，因为切割过程而发生旋转力向切割力的转换，此时电机转速变低输出扭矩增高，电机的温度也会快速升高，而本方案的皮带传动，利用传统皮带自身的微量形变效应，吸收并缓冲了桨叶瞬间受到冲击时，冲击力向电机旋转轴的传递，一定程度降低了电机的负载，保证了电机寿命和电池寿命；
2、本方案的机臂采用四连杆结构，可以在受到冲击时，向斜上或者斜下收缩实现对冲击力的缓冲吸收，同时缩短桨距，提高飞行稳定性，降低无人机倾覆的可能性。
3、本方案的旋翼连接在一个可相对摆动的摆臂上，在受到冲击时，摆臂可以回收，回收过程中冲击力会通过顶杆进行传递，而冲击力则可以通过中心的反馈电机的磁阻进行吸收，同时根据不同切割物料可以及时调整反馈电机的电流，从而改变冲击力的吸收曲线；同时也可以通过反馈电机的驱动主动收拢各个旋翼，改变桨距提升飞行稳定性和通过性。
4、滑动槽可以补偿反馈摆臂作周向旋转时，切向半径的改变，导致的顶杆的弯曲。、
5、球头结构转动自由度高，制造成本低。
6、因为顶杆直接传递冲击力，所以采用纵向刚性和横向弹性较优的碳纤维以提高顶杆的耐用度和吸能性能。
7、皮带涨紧机构可以保证皮带在高速运动时的张紧力，防止打滑的情况发生。
8、导向轮可以防止皮带与摆臂、悬臂内侧摩擦接触，提升传动的稳定性。
9、支撑圈可以对机身产生良好的保护。
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是本发明的局部剖面示意图；
图2是本发明的俯视示意图；
图3是摆臂的俯视示意图；
图4是摆臂的侧视图；
图5是电机架的结构示意图；
图6是本发明的结构总图。
图中：1、机身；2、反馈电机；3、反馈轮；4、转动座A；5、上摆臂；6、下摆臂；7、摆动槽A；8、摆动槽B；9、主杆；10、滑杆；11、收缩弹簧；12、转动座B；13、电机架；14、支撑板；15、输出轴；16、支撑块；17、电机；18、连接柱；19、动力输入轮；20、旋翼；21、动力输出轮；22、顶杆；23、球头A；24、皮带；25、悬臂；26、直线伸缩机构；27、舒张弹簧；28、张力轮；29、导向轮；30、球头座；31、球头B；32、连接柱；33、支撑圈。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1和图2所示，本发明为一种带稳定机臂的切割形无人机机架，包括机身、机臂和电机架，电机架通过环形阵列布置于机身外围的机臂与机身连接，所述机臂包括上摆臂和下摆臂，在机身上设置有两组转动座A，上摆臂和下摆臂的一端分别与两组转动座A转动连接，在所述电机架上设置有两组转动座B，上摆臂和下摆臂的一端分别与两组转动座B转动连接，通过两组转动座A和转动座B使得上摆臂和下摆臂平行布置；在所述上摆臂的中部设置有一个长条形的摆动槽A，在下摆臂的中部设置有一个长条形的摆动槽B，在上摆臂和下摆臂之间连接有一个弹性拉杆，所述弹性拉杆的一端固定到摆动槽A的前端，弹性拉杆的另一端固定到摆动槽B的后端；电机安装于电机架上，电机架由两组支撑板构成，之间通过若干支撑柱固定，其中两组支撑板之间分别固定了电机和支撑块，支撑块用于连接转动座B，其中在电机架顶部转动连接有一组传动摆臂，传动摆臂包括摆臂外壳和设置于摆臂外壳内的传动组件，所述电机架包括一个电机连接外壳，在电机连接外壳的顶部通过一个连接柱转动连接摆臂外壳的一端部，在摆臂外壳与连接柱的转动连接位置设置有一个连接孔，电机的输出轴穿过连接孔并连接一个动力输入轮，在摆臂外壳的另一端部转动连接有一个动力输出轮，在动力输出轮上同轴连接有旋翼，动力输入轮与动力输出轮之间通过皮带传动连接；在摆臂外壳上还连接有一个悬臂，所述机身中部设置有一个反馈电机，在反馈电机的输出轴上固定有一个反馈轮，在所述反馈轮上环形阵列设置有若干反馈摆臂，在所述反馈摆臂与悬臂之间连接有一个顶杆，顶杆的两端分别与反馈摆臂、悬臂活动连接。
如图2和图4，所述反馈摆臂上设置有一个长条形的滑动槽，在所述顶杆的一端设置有一个球头A，球头A嵌入到滑动槽中；所述顶杆的另一端设置有一个球头B，在所述悬臂的底部设置有一个球头座，球头B嵌入到球头座中；所述顶杆采用碳纤维制成，球头A和球头B上连接有套管，套管与顶杆固定连接。
如图2、图3和图5，所述悬臂为中空结构，与摆臂外壳内部连通，在所述悬臂内部设置有皮带涨紧机构，所述皮带涨紧机构包括至少一组直线伸缩机构，在直线伸缩机构内部设置有舒张弹簧以提供直线伸缩机构受压时的反向弹力，直线伸缩机构的一端固定与悬臂内部固定连接，直线伸缩机构的另一端转动连接有一个张力轮，张力轮为皮带提供张紧力；在所述悬臂与摆臂外壳的连接位置设置有至少一组导向轮，导向轮与皮带外侧接触；弹性拉杆包括一根主杆和两根滑动连接于主杆两侧的滑杆，滑杆与主杆之间设置有收缩弹簧。
如图6，所述机身通过若干环形阵列布置的连接柱连接有一个环形的支撑圈。
使用时，默认状态下，反馈电机驱动反馈轮，最后通过顶杆使得悬臂推动摆臂，让摆臂处于外伸状态，桨距最大化；同时，上摆臂和下摆臂在主杆和滑杆的双向拉紧下处于与地面平行的状态；同时旋翼的动力由电机输出，并通过动力输出轮、张力轮、动力输入轮传递给旋翼，并由旋翼提供和升力；在旋翼对树枝或者果实（特别是核桃果实）进行切割时，旋翼会受到冲击，而冲击的横向力会迅速的驱动摆臂回缩，而回缩带来的冲击会迅速的传递给顶杆，顶杆则会推动反馈轮，反馈轮驱动反馈电机，通过反馈电机的磁阻实现对冲击力的吸收，并提供回缩的阻尼；与此同时，无人机向下或者向上篇摆的纵向冲击力则会通过位于主杆和滑杆之间的收缩弹簧，通过上摆臂和下摆臂的摆动实现对冲击的吸收，而上摆臂、下摆臂发生摆动之后，也可以一定程度分解横向冲击力，保证无人机飞行的稳定，在收缩的同时，会使得无人机的桨距变小，进而提升飞行的稳定性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种带稳定机臂的切割形无人机机架，包括机身、机臂和电机架，电机架通过环形阵列布置于机身外围的机臂与机身连接，其特征是：所述机臂包括上摆臂和下摆臂，在机身上设置有两组转动座A，上摆臂和下摆臂的一端分别与两组转动座A转动连接，在所述电机架上设置有两组转动座B，上摆臂和下摆臂的一端分别与两组转动座B转动连接，通过两组转动座A和转动座B使得上摆臂和下摆臂平行布置；在所述上摆臂的中部设置有一个长条形的摆动槽A，在下摆臂的中部设置有一个长条形的摆动槽B，在上摆臂和下摆臂之间连接有一个弹性拉杆，所述弹性拉杆的一端固定到摆动槽A的前端，弹性拉杆的另一端固定到摆动槽B的后端；电机安装于电机架上，其中在电机架顶部转动连接有一组传动摆臂，传动摆臂包括摆臂外壳和设置于摆臂外壳内的传动组件，所述电机架包括一个电机连接外壳，在电机连接外壳的顶部通过一个连接柱转动连接摆臂外壳的一端部，在摆臂外壳与连接柱的转动连接位置设置有一个连接孔，电机的输出轴穿过连接孔并连接一个动力输入轮，在摆臂外壳的另一端部转动连接有一个动力输出轮，在动力输出轮上同轴连接有旋翼，动力输入轮与动力输出轮之间通过皮带传动连接；在摆臂外壳上还连接有一个悬臂，所述机身中部设置有一个反馈电机，在反馈电机的输出轴上固定有一个反馈轮，在所述反馈轮上环形阵列设置有若干反馈摆臂，在所述反馈摆臂与悬臂之间连接有一个顶杆，顶杆的两端分别与反馈摆臂、悬臂活动连接；
所述悬臂为中空结构，与摆臂外壳内部连通，在所述悬臂内部设置有皮带涨紧机构，所述皮带涨紧机构包括至少一组直线伸缩机构，在直线伸缩机构内部设置有舒张弹簧以提供直线伸缩机构受压时的反向弹力，直线伸缩机构的一端与悬臂内部固定连接，直线伸缩机构的另一端转动连接有一个张力轮，张力轮为皮带提供张紧力。
2.如权利要求1所述的一种带稳定机臂的切割形无人机机架，其特征是：所述反馈摆臂上设置有一个长条形的滑动槽，在所述顶杆的一端设置有一个球头A，球头A嵌入到滑动槽中。
3.如权利要求1所述的一种带稳定机臂的切割形无人机机架，其特征是：所述顶杆的另一端设置有一个球头B，在所述悬臂的底部设置有一个球头座，球头B嵌入到球头座中。
4.如权利要求3所述的一种带稳定机臂的切割形无人机机架，其特征是：所述顶杆采用碳纤维制成，球头A和球头B上连接有套管，套管与顶杆固定连接。
5.如权利要求1所述的一种带稳定机臂的切割形无人机机架，其特征是：在所述悬臂与摆臂外壳的连接位置设置有至少一组导向轮，导向轮与皮带外侧接触。
6.如权利要求5所述的一种带稳定机臂的切割形无人机机架，其特征是：弹性拉杆包括一根主杆和两根滑动连接于主杆两侧的滑杆，滑杆与主杆之间设置有收缩弹簧。
7.如权利要求1所述的一种带稳定机臂的切割形无人机机架，其特征是:所述机身通过若干环形阵列布置的连接柱连接有一个环形的支撑圈。
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