CN111874217B - 一种带有收放机构的无人机吸附装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有收放机构的无人机吸附装置，属于无人机吸附领域，具体包括顶座、支撑杆、弹性绳、底座和双舵机；第一舵机固定在顶座，通过输出轴带动摇臂旋转，从而带动与摇臂连接的支撑杆进行收放；支撑杆上安有回复拉扣，支撑杆底端安装在第二套筒上，第二套筒与底座铰接，形成转轴；底座底面布置有仿生粘附干胶，底座上方布置有回复拉钩，与回复拉扣之间连接弹性绳；底座内部安装第二舵机，输出轴连接摇臂，在底座上对称位置设有的上下开口之间转动，从而带动与摇臂相连的回复顶杆上下运动，完成吸附材料的吸附和脱离；本发明装置简单可靠，轻质高效，采用双舵机驱动，质量小，扭矩大，具有很高的效率，灵活性高，抗风性能强。

Description

一种带有收放机构的无人机吸附装置

技术领域

本发明属于无人机吸附技术领域，具体是一种带有收放机构的无人机吸附装置，可增强抗风性能，实现长时稳定吸附。

背景技术

近年来，微型无人机的应用场景越来越广泛，微型无人机可在人难以察觉的位置潜伏侦查，提供作战信息，执行打击任务；然而续航时间一直制约着作战效能的提高。

目前比较热门的解决方案是将无人机吸附停靠在壁面上，这样可以减少滞空时间，同时增加战场停留时间。

设计一款结构简单，实用可靠的无人机吸附装置，让无人机在进行任务的同时减少能量损耗，以延长无人机续时间，是当前很有需求的研究方向。

国内外现有的吸附方式主要有干胶吸附、推力吸附和负压吸附，在隐蔽性和可靠性上还有改进空间，且较少有吸附装置考虑其抗风性能。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种带有收放机构的无人机吸附装置，便于微型无人机吸附在建筑物表面，达到无动力、隐蔽栖息的效果，并具有良好的抗风性。

所述的无人机吸附装置包括顶座、支撑杆、弹性绳、两个连接套筒、底座和双舵机。

所述双舵机包括第一舵机和第二舵机，分别驱动支撑杆的收放和吸附材料的脱附。

所述顶座固定安有第一舵机；同时留有外接口，与无人机进行连接。

第一舵机上安装有第一摇臂，绕输出轴转动，第一摇臂与支撑杆一端通过第一连接套筒固定连接；第一舵机的输出轴带动第一摇臂旋转，实现带动支撑杆从与顶座垂直的位置运动到与顶座平行；支撑杆的另一端通过第二连接套筒与底座连接。

在支撑杆的中间位置安有回复拉扣，回复拉扣的下方为第二连接套筒，第二连接套筒通过顶部的开孔与支撑杆底端连接，第二连接套筒的开孔下方两侧各有一个对称的接口，与底座顶部铰接，形成转轴，第二连接套筒绕此转轴相对于底座转动。

所述底座底面布置有仿生粘附干胶，底座上方布置有两个回复拉钩；两个回复拉钩与回复拉扣之间各连接一根弹性绳。

底座内部中空部分固定安装第二舵机，第二舵机的输出轴连接第二摇臂一端，第二摇臂另一端连接回复顶杆，在底座的两个回复拉钩中间设有上开口，在底座的底部边缘中间对应位置设有相应宽度的下开口，第二摇臂在第二舵机的控制下，在上下两个开口之间绕舵机轴转动，从而带动回复顶杆上下运动。

吸附时，第二舵机控制第二摇臂从上开口伸出，带动回复顶杆卡在回复拉扣与第二连接套筒之间的支撑杆上，将底座推至与支撑杆垂直位置，使底座的吸附材料吸附在壁面上；脱附时，第二舵机控制第二摇臂从下开口伸出，同时控制第二摇臂向下旋转，第二摇臂与墙壁相互作用，使得底座翘起，实现吸附材料与墙面的脱离。

进一步，在支撑杆的中间位置安装有辅助杆接口，用于在支撑杆两侧分别各固定一根辅助杆；两根辅助杆随着支撑杆一起运动。

进一步，所述的仿生粘附干胶的粘附性随单位预紧力的提高而提高。

所述的无人机吸附装置工作原理如下：

在飞行状态时，第一舵机控制第一摇臂将支撑杆旋转至与顶座平行状态，同时，第二舵机的第二摇臂和回复顶杆收起，弹性绳在弹性回复力作用下将底座拉起，同时第二连接套筒绕转轴运动，将底座拉至与支撑杆平行位置，整个吸附装置收起，跟随无人机一起飞行。

在找到目标壁面后，第一舵机驱动第一摇臂使得支撑杆垂直于墙面；同时，第二舵机控制第二摇臂向上旋转，回复顶杆将底座推至与壁面平行状态，通过第二舵机控制第二摇臂向上旋转，调整底座与支撑杆之间的角度，将底座推至与支撑杆垂直位置，使吸附材料与壁面成功吸附；然后，第一舵机控制第一摇臂将支撑杆旋转至与顶座平行状态，同时关闭无人机动力，机身紧贴墙面。

脱附时，第一舵机控制第一摇臂，同时在无人机动力帮助下，使得支撑杆绕底座转动至垂直于底座的位置，飞机抬起至平行于墙面的位置，此时，两侧辅助杆也随支撑杆抬起，保证了在脱附过程的横向稳定性；第二舵机控制第二摇臂从下开口伸出时，通过控制第二摇臂向下旋转，使得底座翘起，实现吸附材料与墙面的脱离。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优势：

1)、一种带有收放机构的无人机吸附装置，利用仿生黏性干胶，无人机得以长时可靠吸附停靠在垂直壁面，并且稳定性和隐蔽性大大提升。

2)、一种带有收放机构的无人机吸附装置，装置简单可靠，轻质高效。主要部件采用3D打印树脂和碳纤维管，质量轻，强度高；采用双舵机驱动，质量小，扭矩大，具有很高的效率。

3)、一种带有收放机构的无人机吸附装置，仿生粘附干胶避免了复杂吸附装置的使用，减轻了质量，提高了可靠性；并且粘性大、时效长，使用较小面积便可实现功能。

4)、一种带有收放机构的无人机吸附装置，隐蔽性好，战场生存率高。仿生粘附干胶为无源吸附，无噪声，提升了声学隐蔽性；平飞时吸附装置收起，吸附时机身紧贴壁面，提升了外形隐蔽性。

5)、一种带有收放机构的无人机吸附装置，灵活性高，抗风性能强。平飞时，吸附装置收起，降低了飞行阻力，提高了灵活性；吸附时，收放装置有效降低了飞机重心距离壁面的距离，改善了风场性能，极大提高了抗风性能，实现了长时可靠吸附。

6)、一种带有收放机构的无人机吸附装置，采用两侧辅助杆，保持无人机的横向稳定性。在无人机脱附时，两侧辅助杆可维持横向稳定性，防止侧翻，提高了复飞稳定性。

附图说明

图1为本发明一种带有收放机构的无人机吸附装置的结构示意图；

图2为本发明第二舵机控制底座和支撑杆之间的角度调节的示意图；

图3为本发明第二舵机控制底座脱附过程的示意图；

图4为本发明无人机使用吸附装置吸附墙壁的过程图；

图5为本发明无人机使用吸附装置脱附墙壁的过程图。

具体实施方式

为使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图为本发明作进一步的详细描述。

本发明一种带有收放机构的无人机吸附装置，如图1所示，包括顶座1、第一舵机2、支撑杆3、弹性绳4、第二连接套筒5、底座6和第二舵机7。

所述顶座1为半封闭盒式结构，通过螺钉固定安装第一舵机2；同时顶部有接口1-1，与无人机进行机械连接，同时将第一舵机2和第二舵机7的电气线路与无人机连接。顶座1仅前侧开口以便于第一舵机2的安装以及第一摇臂的活动，其余面适当开孔减轻重量。

第一舵机2上安装有第一摇臂2-1，在第一舵机2的控制下绕输出轴转动，第一摇臂2-1与支撑杆3一端通过第一连接套筒2-3固定连接；第一舵机2的输出轴带动第一摇臂2-1旋转，实现带动支撑杆3从与顶座1垂直的位置运动到与顶座1平行，驱动支撑杆3的收放；当支撑杆3与顶座1之间平行时，支撑杆3处于收起状态，当支撑杆3与顶座1垂直时，支撑杆3处于放开状态；支撑杆3的另一端通过第二连接套筒5与底座6连接。

第一连接套筒2-3与第二连接套筒5之间的支撑杆3上安装有辅助杆接口3-1，辅助杆接口3-1的中间环与支撑杆3活动安装，在支撑杆3两侧左右对称分别通过两个套环各固定一根辅助杆3-2；保证了无人机横向稳定性，提高复飞成功率。同时，在辅助杆3-2接口的下方安有回复拉扣3-3。

所述的第二连接套筒5通过顶部的开孔与支撑杆3底端连接，第二连接套筒5的开孔下方两侧各有一个对称的接口，与底座6顶部的接头铰接，形成转轴，第二连接套筒5绕此转轴相对于底座6转动。

所述底座6也为半封闭盒式结构，底面布置有仿生粘附干胶，仿生粘附干胶粘性极强，使用较小面积便可悬吊整架无人机。底座上方布置有两个回复拉钩6-2；两个回复拉钩6-2与回复拉扣3-3之间各连接一根弹性绳4，用于保持底座6与支撑杆3之间的位置关系。

底座6的盒式结构确保了底座6在脱附时的结构强度，避免了两侧受力不均引起的变形。

底座6内部中空部分固定安装第二舵机7，第二舵机7的输出轴连接第二摇臂7-1一端，第二摇臂7-1另一端连接回复顶杆7-2，在底座6的两个回复拉钩6-2中间设有上开口，在底座6的底部边缘中间对应第二摇臂7-1下的位置设有相应宽度的下开口，用于脱离时顶离壁面。第二摇臂7-1在第二舵机7的控制下，在上下两个开口之间绕舵机轴转动，从而带动回复顶杆7-2上下运动。回复顶杆7-2在第二舵机7控制下能够反向转动，克服弹性绳4作用，将支撑杆3推至与底座6垂直，增大接触面积，使吸附材料与壁面充分接触。

上下开口位于底座边缘的中心位置，两边对称，避免了两侧受力不均。

吸附时，第二舵机控制第二摇臂从上开口伸出，带动回复顶杆卡在回复拉扣与第二连接套筒之间的支撑杆上，将底座推至与支撑杆垂直位置，使底座的吸附材料吸附在壁面上；脱附时，第二舵机控制第二摇臂从下开口伸出，同时控制第二摇臂向下旋转，第二摇臂与墙壁相互作用，使得底座翘起，实现吸附材料与墙面的脱离。

进一步，所述的仿生粘附干胶具有以下特性：粘附性能随单位预紧力的提高而提高。因此，在预紧力(飞机冲撞墙面产生)一定的情况下，采用较小的吸附面积，可以提高单位面积吸附力，从而悬吊起整架无人机。

所述的无人机吸附装置工作原理如下：

如图2所示，在飞行平飞状态时，第一舵机控制第一摇臂将支撑杆旋转至与顶座平行，同时，第二舵机的第二摇臂和回复顶杆收起，弹性绳在弹性回复力作用下将底座拉起，同时第二连接套筒绕转轴运动，将底座拉至与支撑杆平行位置，整个吸附装置收起，跟随无人机一起飞行，有效降低了飞行时的空气阻力。支撑杆和底座处于收起状态，降低了吸附装置对无人机气动外形的影响，提高了飞行效率；同时减少了无人机的纵向尺寸，增强了灵活性。

图3所示，在找到目标壁面后，无人机先将支撑杆和底座放下，使吸附装置能够贴近墙面。无人机以一定的初速度飞向壁面，在惯性作用下，使底座仿生粘附干胶紧紧粘附墙面，然后，第二舵机控制第二摇臂从上开口伸出，带动回复顶杆卡在支撑杆上，通过第二舵机控制第二摇臂向上旋转，调整底座与支撑杆之间的角度，将底座推至与支撑杆垂直位置，保证了最大的接触面积，同时冲击力垂直作用在底面，使吸附材料与壁面充分接触。吸附成功后，第一舵机控制第一摇臂将支撑杆旋转至与顶座平行状态，同时关闭无人机动力，机身紧贴墙面，降低无人机重心与墙面的距离，使机身紧贴墙面，极大地提高了栖息时的抗风性能和隐蔽性。

脱附时，第一舵机控制第一摇臂，同时在无人机动力帮助下，使得支撑杆绕底座转动至垂直于底座的位置，飞机抬起至平行于墙面的位置，此时，两侧辅助杆也随支撑杆抬起，保证了在脱附过程的横向稳定性，防止无人机侧翻，实现稳定复飞。第二舵机控制第二摇臂从下开口伸出时，通过控制第二摇臂向下旋转，第二摇臂与墙壁相互作用，使得底座翘起，实现吸附材料与墙面的脱离。

本发明采用收放机构，有效降低了飞机重心距离墙面的距离，改善了风场性能，极大提高了飞机栖息时的抗风性能，实现了长时稳定吸附；两侧辅助杆保持横向稳定性，防止侧翻，实现稳定复飞。同时，该吸附方法有效提高了无人机的隐蔽性，提高了战场生存率，具有很大的应用价值。

该无人机吸附装置在竖直壁面上的栖息方法具体如下：

如图4所示，无人机飞行至被停靠建筑物壁面处，装置顶座内的第一舵机驱动第一摇臂使得支撑杆垂直于墙面；同时，第二舵机控制第二摇臂向上旋转，回复顶杆将底座推至与壁面平行状态。飞机以一定的初速度飞向壁面，在惯性作用下，冲撞作用产生的预紧力使底座仿生粘附干胶紧紧粘附于壁面。无人机关闭动力，在重力作用下，支撑杆绕轴转动，机身下垂，直到机身和螺旋桨基本贴合墙面。

如图5所示，顶座内的第一舵机驱动第一摇臂使得支撑杆绕旋转轴转动，机身抬起，螺旋桨远离壁面。无人机重启动力，机身进一步抬起，将支撑杆拉至垂直位置，同时底座中的第二舵机驱动第二摇臂，将仿生粘附干胶顶离墙面。两辅助杆起到横向稳定的作用，防止侧翻，提高复飞成功率。同时，弹性绳的回复力使支撑杆和底座恢复到平行关系，减小飞行时阻力。

最后，顶座中的第一舵机驱动第一摇臂使得支撑杆绕旋转轴转动，收回吸附装置。

Claims (4)

1.一种带有收放机构的无人机吸附装置，其特征在于，包括顶座、支撑杆、弹性绳、两个连接套筒、底座、第一舵机和第二舵机；

所述顶座固定安有第一舵机；同时留有外接口，与无人机进行连接；

第一舵机上安装有第一摇臂，第一摇臂与支撑杆一端通过第一连接套筒固定连接；第一舵机的输出轴带动第一摇臂旋转，带动支撑杆从与顶座垂直的位置运动到与顶座平行的位置；

在支撑杆的中间位置安有回复拉扣，回复拉扣的下方为第二连接套筒，第二连接套筒通过顶部的开孔与支撑杆另一端连接，第二连接套筒的开孔下方两侧各有一个对称的接口，与底座顶部铰接，形成转轴，第二连接套筒绕此转轴相对于底座转动；

所述底座底面布置有仿生粘附干胶，底座上方布置有两个回复拉钩；两个回复拉钩与回复拉扣之间各连接一根弹性绳；

底座内部中空部分固定安装第二舵机，第二舵机的输出轴连接第二摇臂一端，第二摇臂另一端连接回复顶杆，在底座的两个回复拉钩中间设有上开口，在底座的底部边缘中间对应位置设有相应宽度的下开口，第二摇臂在第二舵机的控制下，在上下开口之间绕舵机轴转动，从而带动回复顶杆上下运动；

吸附时，第二舵机控制第二摇臂从上开口伸出，带动回复顶杆卡在回复拉扣与第二连接套筒之间的支撑杆上，将底座推至与支撑杆垂直位置，使底座的吸附材料吸附在壁面上；脱附时，第二舵机控制第二摇臂从下开口伸出，同时控制第二摇臂向下旋转，第二摇臂与墙壁相互作用，使得底座翘起，实现吸附材料与墙面的脱离。

2.如权利要求1所述的一种带有收放机构的无人机吸附装置，其特征在于，所述的支撑杆的中间位置安装有辅助杆接口，用于在支撑杆两侧分别各固定一根辅助杆；两根辅助杆随着支撑杆一起运动。

3.如权利要求1所述的一种带有收放机构的无人机吸附装置，其特征在于，所述的仿生粘附干胶的粘附性随单位预紧力的提高而提高。

4.如权利要求1所述的一种带有收放机构的无人机吸附装置，其特征在于，所述的无人机吸附装置工作原理如下：

在飞行状态时，第一舵机控制第一摇臂将支撑杆旋转至与顶座平行状态，同时，第二舵机的第二摇臂和回复顶杆收起，弹性绳在弹性回复力作用下将底座拉起，同时第二连接套筒绕转轴运动，将底座拉至与支撑杆平行位置，整个吸附装置收起，跟随无人机一起飞行；

在找到目标壁面后，第一舵机驱动第一摇臂使得支撑杆垂直于墙面；同时，第二舵机控制第二摇臂向上旋转，回复顶杆将底座推至与壁面平行状态，通过第二舵机控制第二摇臂向上旋转，调整底座与支撑杆之间的角度，将底座推至与支撑杆垂直位置，使吸附材料与壁面成功吸附；然后，第一舵机控制第一摇臂将支撑杆旋转至与顶座平行状态，同时关闭无人机动力，机身紧贴墙面；

脱附时，第一舵机控制第一摇臂，同时在无人机动力帮助下，使得支撑杆绕底座转动至垂直于底座的位置，飞机抬起至平行于墙面的位置，此时，两侧辅助杆也随支撑杆抬起，保证了在脱附过程的横向稳定性；第二舵机控制第二摇臂从下开口伸出时，通过控制第二摇臂向下旋转，使得底座翘起，实现吸附材料与墙面的脱离；

最后，顶座中的第一舵机驱动第一摇臂使得支撑杆绕旋转轴转动，收回吸附装置。

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