CN112849398B - 一种仿生多功能旋翼飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种仿生多功能旋翼飞行器，具有特殊设计的仿生结构起落架，包括多个支腿，每个支腿包括驱动机构、传动机构及支腿外壳，传动机构包括第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、三同步轮组、二同步轮组、第一固定同步轮、第二固定同步轮和末端同步轮，支腿外壳包括支腿爪尖、第一固定板、第二固定板、第一传动板、第二传动板、第一外侧挡板和第二外侧挡板。与现有技术相比，本发明驱动电机可同时驱动三个传动轴进行旋转，进而产生类似于鹰爪抓握的行为，使得起落架可以在实现轻盈的同时，具有极高的抓握能力可以使用各种形状的地形，提升了飞行器的续航能力。

Description

一种仿生多功能旋翼飞行器
技术领域
本发明涉及旋翼飞行棋领域，尤其是涉及一种仿生多功能旋翼飞行器。
背景技术
相比于固定翼飞行器，旋翼式飞行器可实现垂直起飞与降落，并可以空中悬停，因此被广泛用于各行各业中。但旋翼式飞行器依旧需要一个平坦区域进行起飞与降落，这在很大程度上限制了旋翼机在救援、勘探等任务环境中的应用。
在一些特殊任务中，无人机需要具备空中操作能力，目前大多数解决方案采用安装机械臂在无人机下方，而传统的机械臂要么过于复杂，这无疑极大地增加了无人机的重量，进而降低了无人机的续航及负载能力。要么采用简单的对向卡爪结构，这又无法满足在复杂环境下的起降性能要求。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种仿生多功能旋翼飞行器，驱动电机可同时驱动三个传动轴进行旋转，进而产生类似于鹰爪抓握的行为，使得起落架可以在实现轻盈的同时，具有极高的抓握能力可以使用各种形状的地形，提升了飞行器的续航能力。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种仿生多功能旋翼飞行器，包括机架、设于机架下方的连接舱，以及设于连接舱上的起落架，所述起落架包括多个支腿，所述支腿包括驱动机构、传动机构及支腿外壳，
所述驱动机构包括安装平台，以及置于安装平台上的驱动电机和与驱动电机连接的驱动轴，
所述支腿外壳包括支腿爪尖、第一固定板、第二固定板、第一传动板、第二传动板、第一外侧挡板和第二外侧挡板，
所述传动机构包括第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、三同步轮组、二同步轮组、第一固定同步轮、第二固定同步轮和末端同步轮，
所述第一固定板的一端固定于安装平台上，另一端与第一传动轴一端固定，所述第二固定板的一端固定于安装平台上，另一端与第一传动轴的另一端固定，所述第一固定同步轮和三同步轮组均套设于第一传动轴上并绕第一传动轴转动，所述三同步轮组中的一个同步轮和第一固定同步轮均通过同步带与驱动轴传动连接，所述第一外侧挡板的一端固定在第一固定同步轮上，另一端与第二传动轴的一端固定连接，所述第一传动板的一端通过第一挡边轴承与第一传动轴连接，另一端与第二传动轴的另一端固定连接，所述第二固定同步轮和二同步轮组均套设于第二传动轴上并沿第二传动轴转动，且二同步轮组的一个同步轮和第二固定同步轮分别通过同步带与三同步轮组的另两个同步轮传动连接，所述第二外侧挡板的一端固定在第二固定同步轮上，另一端与第三传动轴的一端固定连接，所述第二传动板的一端通过第二挡边轴承与第二传动轴连接，另一端与第三传动轴固定连接，所述末端同步轮套设于第三传动轴上并绕第三传动轴转动，该末端同步轮通过同步带与二同步轮组的另一个同步轮传动连接，所述支腿爪尖固定在末端同步轮上。
所述三同步轮组中与驱动轴传动连接的同步轮小于另两个传动轮，且另两个传动轮的大小相同；
所述二同步轮组中三同步轮组传动连接的传动轮小于另一个传动轮。
所述三同步轮组中的所述另两个传动轮的大小与第一固定同步轮的大小一致。
所述二同步轮组中的所述另一个传动轮的大小与第二固定同步轮的大小一致。
所述第一外侧挡板与第一传动板间固定有第一挡板。
所述第二外侧挡板与第二传动板间固定有第二挡板。
所述安装平台包括电机安装座和角度传感器安装座，所述角度传感器安装座上设置有角度传感器，所述驱动电机设于电机安装座上。
所述驱动轴的一端固定在驱动电机的输出轴上，另一端通过滑动轴承配合在角度传感器安装座的中间孔内，其末端为半圆形，连接在角度传感器的半圆形孔内。
所述机体包括上层底板、下层底板、机载处理器、旋翼、动力电机，以及连接上层底板和下层底板的连接柱，所述旋翼设于上层底板上且输入端连接至动力电机，所述机载处理器设于上层底板和下层底板之间。
所述连接舱包括舱体、电池、深度相机、光流传感器和超声波传感器，
所述舱体固定在下层底板下方，包括舱体底板、深度相机安装架和传感器安装架，所述深度相机固定于深度相机安装架上，所述深度相机安装架固定于舱体底板上，所述传感器安装架固定于舱体底板上，所述光流传感器和超声波传感器均设于传感器安装架上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)驱动电机可同时驱动三个传动轴进行旋转，进而产生类似于鹰爪抓握的行为，使得起落架可以在实现轻盈的同时，具有极高的抓握能力可以使用各种形状的地形，提升了飞行器的续航能力。
2)同时设计了三同步轮组和二同步轮组的各同步轮的尺寸关系，从而实现了多级放大的转动行程，从而可以放大转角，提高抓握能力，从而可具有非平坦地形自适应降落、空中抓取及栖息等功能。
3)第一挡板和第二挡板可以起到保护作用，降低故障率。
4)通过设置的角度传感器，可以计算出起落架的支腿电机转角，从而具有自适应能力。
附图说明
图1为本发明实施例中的仿生多功能旋翼飞行器的结构示意图；
图2为本发明实施例的连接舱及起落架的结构示意图；
图3为本发明实施例的连接舱及起落架的结构示意图另一视角；
图4为本发明实施例的起落架的支腿结构示意图；
图5为本发明实施例的起落架的支腿结构示意图另一视角；
图6为本发明实施例的起落架的支腿结构示意图正视图视角；
图7为本发明实施例的驱动轴的结构示意图；
图8为本发明实施例的支腿爪尖的结构示意图；
图9为本发明实施例的三同步轮组的结构示意图；
图10为本发明实施例的二同步轮组的结构示意图；
图11为本发明实施例的第一固定同步轮及第二固定同步轮的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种仿生多功能旋翼飞行器，如图1至图7所示，包括机架1、设于机架1下方的连接舱2，以及设于连接舱2上的起落架3，起落架3包括多个支腿，支腿包括驱动机构31、传动机构32及支腿外壳33，
驱动机构31包括安装平台，以及置于安装平台上的驱动电机312和与驱动电机312连接的驱动轴313，
支腿外壳33包括支腿爪尖333、第一固定板334、第二固定板335、第一传动板336、第二传动板337、第一外侧挡板338和第二外侧挡板339，
传动机构32包括第一传动轴321、第二传动轴322、第三传动轴323、三同步轮组324、二同步轮组325、第一固定同步轮326、第二固定同步轮327和末端同步轮328，
第一固定板334的一端固定于安装平台上，另一端与第一传动轴321一端固定，第二固定板335的一端固定于安装平台上，另一端与第一传动轴321的另一端固定，第一固定同步轮326和三同步轮组324均套设于第一传动轴321上并绕第一传动轴321转动，三同步轮组324中的一个同步轮和第一固定同步轮326均通过同步带329与驱动轴313传动连接，第一外侧挡板338的一端固定在第一固定同步轮326上，另一端与第二传动轴322的一端固定连接，第一传动板336的一端通过第一挡边轴承3211与第一传动轴321连接，另一端与第二传动轴322的另一端固定连接，第二固定同步轮327和二同步轮组325均套设于第二传动轴322上并沿第二传动轴322转动，且二同步轮组325的一个同步轮和第二固定同步轮327分别通过同步带329与三同步轮组324的另两个同步轮传动连接，第二外侧挡板339的一端固定在第二固定同步轮327上，另一端与第三传动轴323的一端固定连接，第二传动板337的一端通过第二挡边轴承3221与第二传动轴322连接，另一端与第三传动轴323固定连接，末端同步轮328套设于第三传动轴323上并绕第三传动轴323转动，该末端同步轮328通过同步带329与二同步轮组325的另一个同步轮传动连接，支腿爪尖333固定在末端同步轮328两侧。
驱动电机312可同时驱动三个传动轴进行旋转，进而产生类似于鹰爪抓握的行为，使得起落架可以在实现轻盈的同时，具有极高的抓握能力可以使用各种形状的地形，提升了飞行器的续航能力。
在一些实施例中，三同步轮组324中与驱动轴313传动连接的同步轮小于另两个传动轮，且另两个传动轮的大小相同；二同步轮组325中三同步轮组324传动连接的传动轮小于另一个传动轮。同时设计了三同步轮组324和二同步轮组313的各同步轮的尺寸关系，从而实现了多级放大的转动行程，从而可以放大转角，提高抓握能力，从而可具有非平坦地形自适应降落、空中抓取及栖息等功能。
在一些实施例中，三同步轮组324中的另两个传动轮的大小与第一固定同步轮326的大小一致，二同步轮组325中的另一个传动轮的大小与第二固定同步轮327的大小一致。
在一些实施例中，第一外侧挡板338与第一传动板336间固定有第一挡板331，第二外侧挡板339与第二传动板337间固定有第二挡板332，第一挡板331和第二挡板332可以起到保护作用，降低故障率。
在一些实施例中，安装平台包括电机安装座311和角度传感器安装座314，角度传感器安装座314上设置有角度传感器，电机安装座311上下侧分别与机体下层底板112及舱体底板211连接第一固定板334被固定在电机安装座311上，另一端与第一传动轴321一侧固定；第二固定板335被固定在角度传感器安装座314上，另一端与第一传动轴321另一侧固定；驱动电机312设于电机安装座311上，驱动轴313的一端固定在驱动电机312的输出轴上，另一端通过滑动轴承配合在角度传感器安装座314的中间孔内，其末端为半圆形，连接在角度传感器315的半圆形孔内，机体11包括上层底板111、下层底板112、机载处理器16、旋翼13、动力电机，以及连接上层底板111和下层底板112的连接柱，旋翼13设于上层底板111上且输入端连接至动力电机，机载处理器16设于上层底板111和下层底板112之间，连接舱2包括舱体21、电池22、深度相机23、光流传感器24和超声波传感器25，舱体21固定在下层底板112下方，包括舱体底板211、深度相机安装架212和传感器安装架213，深度相机23固定于深度相机安装架212上，深度相机安装架212固定于舱体底板211上，传感器安装架213固定于舱体底板211上，光流传感器24和超声波传感器25均设于传感器安装架213上。
在一些实施例中，连接柱采用铝合金柱113，动力电机采用无刷电机12，上层底板111和下层底板112之间设有飞行控制器14和电机驱动板15。
在一些实施例中，支腿数量为4个，当然在其他实施例中可以是3个。

Claims (10)

1.一种仿生多功能旋翼飞行器，包括机架(1)、设于机架(1)下方的连接舱(2)，以及设于连接舱(2)上的起落架(3)，其特征在于，所述起落架(3)包括多个支腿，所述支腿包括驱动机构(31)、传动机构(32)及支腿外壳(33)，
所述驱动机构(31)包括安装平台，以及置于安装平台上的驱动电机(312)和与驱动电机(312)连接的驱动轴(313)，
所述支腿外壳(33)包括支腿爪尖(333)、第一固定板(334)、第二固定板(335)、第一传动板(336)、第二传动板(337)、第一外侧挡板(338)和第二外侧挡板(339)，
所述传动机构(32)包括第一传动轴(321)、第二传动轴(322)、第三传动轴(323)、三同步轮组(324)、二同步轮组(325)、第一固定同步轮(326)、第二固定同步轮(327)和末端同步轮(328)，
所述第一固定板(334)的一端固定于安装平台上，另一端与第一传动轴(321)一端固定，所述第二固定板(335)的一端固定于安装平台上，另一端与第一传动轴(321)的另一端固定，所述第一固定同步轮(326)和三同步轮组(324)均套设于第一传动轴(321)上并绕第一传动轴(321)转动，所述三同步轮组(324)中的一个同步轮和第一固定同步轮(326)均通过同步带(329)与驱动轴(313)传动连接，所述第一外侧挡板(338)的一端固定在第一固定同步轮(326)上，另一端与第二传动轴(322)的一端固定连接，所述第一传动板(336)的一端通过第一挡边轴承(3211)与第一传动轴(321)连接，另一端与第二传动轴(322)的另一端固定连接，所述第二固定同步轮(327)和二同步轮组(325)均套设于第二传动轴(322)上并沿第二传动轴(322)转动，且二同步轮组(325)的一个同步轮和第二固定同步轮(327)分别通过同步带(329)与三同步轮组(324)的另两个同步轮传动连接，所述第二外侧挡板(339)的一端固定在第二固定同步轮(327)上，另一端与第三传动轴(323)的一端固定连接，所述第二传动板(337)的一端通过第二挡边轴承(3221)与第二传动轴(322)连接，另一端与第三传动轴(323)固定连接，所述末端同步轮(328)套设于第三传动轴(323)上并绕第三传动轴(323)转动，该末端同步轮(328)通过同步带(329)与二同步轮组(325)的另一个同步轮传动连接，所述支腿爪尖(333)固定在末端同步轮(328)上。
2.根据权利要求1所述的一种仿生多功能旋翼飞行器，其特征在于，所述三同步轮组(324)中与驱动轴(313)传动连接的同步轮小于另两个传动轮，且另两个传动轮的大小相同；
所述二同步轮组(325)中与三同步轮组(324)传动连接的传动轮小于另一个传动轮。
3.根据权利要求2所述的一种仿生多功能旋翼飞行器，其特征在于，所述三同步轮组(324)中的所述另两个传动轮的大小与第一固定同步轮(326)的大小一致。
4.根据权利要求2所述的一种仿生多功能旋翼飞行器，其特征在于，所述二同步轮组(325)中的所述另一个传动轮的大小与第二固定同步轮(327)的大小一致。
5.根据权利要求1所述的一种仿生多功能旋翼飞行器，其特征在于，所述第一外侧挡板(338)与第一传动板(336)间固定有第一挡板(331)。
6.根据权利要求1所述的一种仿生多功能旋翼飞行器，其特征在于，所述第二外侧挡板(339)与第二传动板(337)间固定有第二挡板(332)。
7.根据权利要求1所述的一种仿生多功能旋翼飞行器，其特征在于，所述安装平台包括电机安装座(311)和角度传感器安装座(314)，所述角度传感器安装座(314)上设置有角度传感器，所述驱动电机(312)设于电机安装座(311)上。
8.根据权利要求7所述的一种仿生多功能旋翼飞行器，其特征在于，所述驱动轴(313)的一端固定在驱动电机(312)的输出轴上，另一端通过滑动轴承配合在角度传感器安装座(314)的中间孔内，其末端为半圆形，连接在角度传感器(315)的半圆形孔内。
9.根据权利要求1所述的一种仿生多功能旋翼飞行器，其特征在于，所述机架(1)的机体(11)包括上层底板(111)、下层底板(112)、机载处理器(16)、旋翼(13)、动力电机，以及连接上层底板(111)和下层底板(112)的连接柱，所述旋翼(13)设于上层底板(111)上且输入端连接至动力电机，所述机载处理器(16)设于上层底板(111)和下层底板(112)之间。
10.根据权利要求9所述的一种仿生多功能旋翼飞行器，其特征在于，所述连接舱(2)包括舱体(21)、电池(22)、深度相机(23)、光流传感器(24)和超声波传感器(25)，
所述舱体(21)固定在下层底板(112)下方，包括舱体底板(211)、深度相机安装架(212)和传感器安装架(213)，所述深度相机(23)固定于深度相机安装架(212)上，所述深度相机安装架(212)固定于舱体底板(211)上，所述传感器安装架(213)固定于舱体底板(211)上，所述光流传感器(24)和超声波传感器(25)均设于传感器安装架(213)上。
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