CN112550680B - 一种多旋翼无人机可折叠自适应起落架 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多旋翼无人机可折叠自适应起落架，其包括下部位置调整平台、上部位置调整平台及压力传感器、深度相机及IMU，其中，下部位置调整平台包括依次转动连接的下座、底部大腿杆、底部小腿杆，底部大腿杆、底部小腿杆能分别在电机的驱动下转动；上部位置调整平台包括转动连接的上座、连杆，连杆还与下座滑动和转动连接；压力传感器安装在底部小腿杆下方，用用检测起落架与地面的接触力；深度相机安装在下座下方，用于地形勘测；IMU安装在上座上方，用于检测起落架降落后的姿态。本发明的可折叠自适应起落架控制精度高，且能自主折叠，满足了多种复杂场景下起落架的自适应性能。

Description

一种多旋翼无人机可折叠自适应起落架

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体涉及一种多旋翼无人机可折叠自适应起落架。

背景技术

多旋翼无人机由于具有垂直起飞着陆、空中定点悬停、低速飞行、低空超低空飞行、原地转向、向任意方向飞行等特点，在起飞着陆场地受限、飞行空间狭小、要求执行低空低速任务的场合下，其作为一种理想飞行器，有着广阔的应用前景。目前多旋翼无人机的起落架大多采用固定脚架结构，固定脚架结构的起落架具有结构简单、不需要外加控制装置等优点，但是针对地形复杂尤其涉及到地面崎岖出现较大坡度的地形工况，固定脚架结构的起落架往往无法适应，从而限制了其使用范围。

发明内容

针对现有的固定脚架结构的起落架无法适应多种复杂地形工况的不足，本发明提供一种多旋翼无人机可折叠自适应起落架，以解决现有起落架结构普遍存在的地形适应能力差的问题，提升多旋翼无人机在台阶、坡面及沙石等多种复杂地形下的降落适应性。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种多旋翼无人机可折叠自适应起落架，该起落架安装在多旋翼无人机下方，其包括下部位置调整平台、上部位置调整平台及位姿检测装置；

所述的下部位置调整平台包含下座、底部大腿杆、底部小腿杆、底部大腿杆驱动电机和底部小腿杆驱动舵机，所述底部大腿杆与下座转动连接，并在所述底部大腿杆驱动电机的驱动下绕下座转动；所述底部小腿杆与底部大腿杆转动连接，并在底部小腿杆驱动舵机的驱动下绕所述底部大腿杆转动；

所述的上部位置调整平台包含上座、连杆和连杆驱动电机，所述连杆的一端与上座转动连接，另一端与下座转动连接，且可沿下座滑动；所述连杆在所述连杆驱动电机的驱动下绕上座转动，并沿下座直线往返运动；

所述的位姿检测装置包括压力传感器、深度相机及IMU，所述的压力传感器安装在底部小腿杆下方，用于检测起落架降落时底部小腿杆与地面的接触力，并发送给无人机的主控系统；所述的深度相机安装在下座下方，用于多旋翼无人机降落前进行地形勘测，形成降落区域的三维地形建模，并发送给无人机的主控系统；所述的IMU安装在上座上方，用于检测起落架降落后的姿态，并发送给无人机的主控系统。

进一步地，所述下座为人字形，三个端部夹角为120°，每个端部均连接一个底部大腿杆。

进一步地，所述上座为人字形，三个端部夹角为120°，每个端部均连接一个连杆。

进一步地，所述上部位置调整平台还包括滑块，所述连杆的另一端与所述滑块转动连接，所述滑块可沿所述下座滑动，从而带动所述连杆滑动。

进一步地，所述下座的每个端部均开设有滑槽，用于起落架折叠时容纳所述底部大腿杆和底部小腿杆。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明的多旋翼无人机可折叠自适应起落架分成上部姿态调整平台及下部位置调整平台，实现了起落架位置姿态控制的全解耦，降低了对位置量和姿态量耦合的控制难度，提高了控制精度；

(2)起落架上部位置调整平台及下部姿态调整平台均能实现自主折叠展开，飞行过程中起落架能够自主折叠，减少了起落架带来的飞行阻力，降低了无人机的飞行尺寸带来的避障难度，满足了多种复杂场景下起落架的自适应性能。

附图说明

图1为本发明实施例的多旋翼无人机可折叠自适应起落架展开状态的结构示意图。

图2为本发明实施例的多旋翼无人机可折叠自适应起落架折叠正面示意图；

图3为本发明实施例的多旋翼无人机可折叠自适应起落架折叠背面示意图；

图中，1-下部位置调整平台、2-上部位置调整平台、11-下座、12-底部大腿杆、13-底部小腿杆、14-第一转轴、15-底部大腿杆驱动电机、16-底部小腿杆驱动舵机、17-第二转轴、21-上座、22-连杆、23-滑块、24-第三转轴、25-第四转轴、26-连杆驱动电机、3-压力传感器、4-深度相机、5-IMU。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的多旋翼无人机可折叠自适应起落架安装在多旋翼无人机下方，作为其中一种实施例，如图1～3所示，其包括下部位置调整平台1、上部位置调整平台2及位姿检测装置。

其中，下部位置调整平台包含下座11、底部大腿杆12、底部小腿杆13、第一转轴14、底部大腿杆驱动电机15、底部小腿杆驱动舵机16、第二转轴17，所述底部大腿杆12与下座11通过第一转轴14转动连接，并在所述底部大腿杆驱动电机15的驱动下绕下座11转动。所述底部小腿杆13与底部大腿杆12通过第二转轴17转动连接，并在底部小腿杆驱动舵机16的驱动下绕所述底部大腿杆12转动。

下座11为人字形，三个端部夹角为120°，每个端部均连接一个底部大腿杆12。且下座11的每个端部均开设有滑槽，用于起落架折叠时容纳所述底部大腿杆12和底部小腿杆13。

上部位置调整平台包含上座21、连杆22、滑块23、第三转轴24、第四转轴25和连杆驱动电机26。连杆22的一端通过第三转轴24与上座21转动连接，另一端通过第四转轴25与滑块23转动连接，滑块23安装在下座11上，且可沿下座11实现直线往返运动。连杆22在连杆驱动电机26的驱动下绕上座21转动，并在滑块23的约束下沿下座11直线往返运动。

上座21也为人字形，三个端部夹角为120°，每个端部均连接一个连杆22，从而实现稳定支撑。

位姿检测装置包括压力传感器3、深度相机4及IMU5，压力传感器3安装在底部小腿杆13下方，用于检测起落架降落时底部小腿杆13与地面的接触力，并发送给无人机的主控系统，从而便于各底部小腿杆13进行位置调整。深度相机4安装在下座11下方，用于多旋翼无人机降落前进行地形勘测，形成降落区域的三维地形建模，并发送给无人机的主控系统。IMU5安装在上座21上方，用于检测起落架降落后的姿态，并发送给无人机的主控系统。

起落架位姿检测装置能够通过深度相机对降落前的地形进行地图构建，从而利于多旋翼无人机选取有利的降落地形；压力传感器能够在降落时通过测取各着落点的压力值，实现对多旋翼无人机的位置量进行调整；IMU能够在降落后对多旋翼无人机的姿态值进行测量，从而实现对多旋翼无人机的姿态量的调整。

自适应起落架根据具体无人机机型可适当调整自适应起落架结构尺寸，从而能够满足多种旋翼无人机的降落。

本发明的自适应起落架降落时的工作原理如下：

多旋翼无人机在准备降落时，安装在下座11下方的深度相机4会对降落区域的地形情况进行勘测，对降落区进行降落前的地图构建。多旋翼无人机的主控系统利用深度相机4反馈的地形信息对各支撑腿关节进行运动学逆解算，从而算得各底部小腿杆13着地点；多旋翼无人机降落时，各底部小腿杆13下方安装的压力传感器3将各着地点的接触力反馈至主控系统，通过主控系统下发指令给下部位置调整平台1的各腿部关节实现位置量的调整。具体调整方式为：底部大腿杆12接收主控系统的指令后，通过底部大腿杆驱动电机15驱动按照指定的偏转角度绕着第一转轴14旋转，同理底部小腿杆13收到主控系统的指令由底部小腿杆驱动舵机16驱动后，绕着底部大腿杆12的第二转轴17转动。自适应起落架位置量调整结束后，主控系统根据IMU 5反馈的信息对上部姿态调整平台2各腿部关节下达解算后的姿态角信息，连杆22在连杆驱动电机26的驱动下绕着第三转轴24转动，此时滑块23沿着下座11被动滑动，从而实现上座21姿态角的调节。

自适应起落架折叠时的工作原理：飞行作业时，由于起落架的尺寸较大往往会产生较强的阻力，同时对一些特殊作业场景，较大的外形尺寸往往也会限制其适应性，因此本发明设计过程中考虑自适应起落架非降落环境下的自折叠功能。具体实施方式为：非降落环境下，各底部小腿杆13会收缩至相应的各底部大腿杆12内侧，待各底部小腿杆13收缩后，各底部大腿杆12同理会收缩至下座11内侧，此时下部位置调整平台1全部关节实现了自折叠。下部位置调整平台1完成自折叠后，各滑块23沿着相应的下座11移动至最外侧，此时上座21下降至最低点完成自适应起落架的所有部件的自折叠。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多旋翼无人机可折叠自适应起落架，其特征在于，该起落架安装在多旋翼无人机下方，其包括下部位置调整平台（1）、上部位置调整平台（2）及位姿检测装置；

所述的下部位置调整平台包含下座（11）、底部大腿杆（12）、底部小腿杆（13）、底部大腿杆驱动电机（15）和底部小腿杆驱动舵机（16），所述底部大腿杆（12）与下座（11）转动连接，并在所述底部大腿杆驱动电机（15）的驱动下绕下座（11）转动；所述底部小腿杆（13）与底部大腿杆（12）转动连接，并在底部小腿杆驱动舵机（16）的驱动下绕所述底部大腿杆（12）转动；

所述的上部位置调整平台包含上座（21）、连杆（22）和连杆驱动电机（26），所述连杆（22）的一端与上座（21）转动连接，另一端与下座（11）转动连接，且可沿下座（11）滑动；所述连杆（22）在所述连杆驱动电机（26）的驱动下绕上座（21）转动，并沿下座（11）直线往返运动；

所述的位姿检测装置包括压力传感器（3）、深度相机（4）及IMU（5），所述的压力传感器（3）安装在底部小腿杆（13）下方，用于检测起落架降落时底部小腿杆（13）与地面的接触力，并发送给无人机的主控系统；所述的深度相机（4）安装在下座（11）下方，用于多旋翼无人机降落前进行地形勘测，形成降落区域的三维地形建模，并发送给无人机的主控系统；所述的IMU（5）安装在上座（21）上方，用于检测起落架降落后的姿态，并发送给无人机的主控系统。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机可折叠自适应起落架，其特征在于，所述下座（11）为人字形，三个端部夹角为120°，每个端部均连接一个底部大腿杆（12）。

3.根据权利要求1所述的多旋翼无人机可折叠自适应起落架，其特征在于，所述上座（21）为人字形，三个端部夹角为120°，每个端部均连接一个连杆（22）。

4.根据权利要求1所述的多旋翼无人机可折叠自适应起落架，其特征在于，所述上部位置调整平台还包括滑块（23），所述连杆（22）的另一端与所述滑块（23）转动连接，所述滑块（23）可沿所述下座（11）滑动，从而带动所述连杆（22）滑动。

5.根据权利要求2所述的多旋翼无人机可折叠自适应起落架，其特征在于，所述下座（11）的每个端部均开设有滑槽，用于起落架折叠时容纳所述底部大腿杆（12）和底部小腿杆（13）。

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