CN112849400B - 一种筒式运载的套筒锁紧式四旋翼无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种筒式运载的套筒锁紧式四旋翼无人飞行器。采用纵向结构布局方式，由上至下分为控制舱、四个动力臂、电源及载荷舱，折叠状态下，中间四个动力臂向下折叠收拢，紧靠尾部电源及载荷舱，使无人机呈“细长型”纵向分布，减小并缩小了筒式运载器的径向尺寸；同时，设计了一种轻巧的折叠展开机构，该机构以扭簧作为动力源驱动动力臂展开，以三连杆随动绷直拉紧动力臂实现限位，以压簧驱动套筒套紧三连杆使其不能弯折实现锁紧，该限位方式能在不增加折叠机构结构强度的同时有效减小和避免动力臂在冲击过载下的塑性变形和冲击变形，且折叠状态下动力臂和三连杆可相互嵌套，减小折叠机构占用尺寸空间，提升空间利用率，能满足筒式运载的要求。

Description

一种筒式运载的套筒锁紧式四旋翼无人飞行器

技术领域

本发明属于无人飞行器技术领域，具体涉及一种可筒式运载，采用套筒锁紧式的四旋翼无人飞行器。

背景技术

旋翼无人飞行器由于具有自由悬停的特点而被广泛运用，按领域可分为军用与民用两个方面。军用方面，旋翼无人飞行器根据搭载载荷不同可分为靶机、侦察机和察打一体机；民用方面，旋翼无人飞行器在航拍、测绘、农业、植保、快递运输、灾难救援、电力巡检、影视拍摄等等领域占据着越来越重要的地位，这些应用给市场带来了新的经济增长点，同时也逐渐改变了我们的生产和生活方式。

然而，旋翼无人飞行器飞行速度较慢，飞行距离较短，难以满足远程作业要求。对于军用方面的远程侦察、远程打击，民用方面的远程救援、远程灭火等有远程作业要求的应用场景，就需要无人飞行器折叠放置在筒式运载器中，由弹道导弹或者运输机等运载平台进行远程投送，运载平台抵近作业场所后，无人飞行器从筒式运载器中释放或者发射出来，浮空作业。

对于采用运载平台进行远程投送的应用场景，为了提升作业效率，降低投送成本，必须要求单次投送无人飞行器的数量尽量多，这就要求筒式运载的无人飞行器在满足负载要求的同时尺寸尽量小。市场上现有旋翼型无人飞行器由于采用横向的结构布局方式，加上折叠展开机构臃肿、折叠状态下占用空间大，使得无人飞行器折叠时径向尺寸过大，载荷尺寸空间小，空间利用率不高，难以满足筒式运载的要求。

发明内容

针对现有旋翼型无人飞行器横向的结构布局方式和臃肿的折叠展开机构难以满足筒式运载需求的问题，本专利提供一种筒式运载的套筒锁紧式四旋翼无人飞行器，该无人飞行器采用纵向结构布局方式，以及轻巧的折叠展开机构，既能降低飞行器折叠状态下的径向尺寸，同时缩小了折叠机构占用的空间，增大了载荷的尺寸空间，提升了空间利用率，满足了筒式运载的要求。

该方案采用纵向结构布局，由上至下分为控制舱、四个动力臂、电源及载荷舱，头部控制舱内放置飞行控制器、电机电子调速器和数据链，中间四个动力臂上安装四套电机和折叠桨，尾部电源及载荷舱内放置电池、电源管理模块和载荷。在运载器内飞行器处于折叠状态，中间四个动力臂向下折叠收拢，紧靠尾部电源及载荷舱，使得无人机呈“细长型”纵向分布，减小了无人机的径向尺寸，也即缩小了筒式运载器的径向尺寸；从运载器释放或发射后，飞行器中间四个动力臂在折叠展开机构作用下迅速展开并锁紧，折叠桨在电机旋转产生的离心力下甩开，飞行器稳定浮空作业。

本发明所述的折叠展开机构包括机体、动力臂、扭簧、压簧、上连杆、过渡连杆、下连杆、锁紧套筒、转轴等，该机构以扭簧作为动力，以三连杆随动绷直拉紧作为限位，以压簧推动锁紧套筒套紧三连杆防止其弯折实现锁紧。控制舱和电源及载荷舱通过螺栓固连共同形成机体，扭簧安装在机体及动力臂架根部，提供展开动力。三连杆分为上连杆、中间过渡连杆和下连杆，下连杆一端铰支固定在飞行器尾部，另一端与中间过渡连杆铰支；上连杆一端铰支固定在动力臂端部，另一端与中间过渡连杆铰支。锁紧套筒安装在上连杆上，可沿连杆上下滑动；压簧安装在上连杆上，一端由上连杆凸环限位，另一端紧贴套筒，推动套筒下移同时套紧三连杆，防止三连杆弯折，实现锁紧。动力臂采用薄壁中空结构，折叠状态下动力臂、三连杆可以利用中空结构相互嵌套，缩小折叠机构占用的尺寸空间，为电源及载荷舱留出足够的可用空间。此外，上连杆一端拉动力臂端部，下连杆的一端拉飞行器尾部，采用三连杆拉伸绷紧的方式限位，这种结构方式可以在不增加折叠机构结构强度的同时有效减小动力臂展开时的冲击变形，避免动力臂在冲击过载下塑性变形，也避免了折叠桨桨尖在动力臂冲击变形下与动力臂碰撞而损坏。

本发明专利所采用的技术方案为：一种可以筒式运载的，采用套筒锁紧和限位的四旋翼无人飞行器方案，包括控制舱、动力臂、电源及载荷舱以及折叠展开机构。

所述四旋翼无人飞行器，包括控制舱、四个动力臂、电源及载荷舱，折叠状态下整体结构布局呈“细长型”纵向分布，以缩小筒式运载器径向尺寸。

所述控制舱包括飞行控制器、电机电子调速器和数据链，飞行控制器实现任务规划、航迹与姿态控制，电子调速器实现电机转速控制，数据链实现飞行器与飞行器之间、飞行器与地面站之间的通讯。

所述动力臂包括臂架、电机和折叠桨。

所述折叠展开机构包括机体、动力臂、扭簧、压簧、上连杆、过渡连杆、下连杆、锁紧套筒、转轴等，该机构主要实现动力臂的折叠、展开、限位和锁紧。

所述动力臂展开以扭簧为动力源，在扭簧的驱动下沿转轴转动实现展开。

所述动力臂限位通过三连杆绷直拉紧动力臂实现。所述下连杆一端铰支固定在飞行器尾部，另一端与中间过渡连杆铰支；上连杆一端铰支固定在动力臂端部，另一端与中间过渡连杆铰支。三连杆在动力臂转动的过程中同步展开，当三连杆伸展绷直时，三连杆拉紧动力臂使其停止转动，实现限位。

进一步，所述限位方式可以在不增加折叠机构结构强度的同时有效减小动力臂展开时的冲击变形，避免动力臂在冲击过载下塑性变形，也避免了折叠桨桨尖在动力臂冲击变形下与动力臂碰撞而损坏。

所述动力臂锁紧主要由压簧推动套筒套紧三连杆使其不能弯折实现锁紧，压簧安装在上连杆上，一端由上连杆凸环限位，另一端紧贴套筒，推动套筒下移套紧三连杆，防止三连杆弯折，实现锁紧。

所述动力臂折叠主要通过动力臂的薄壁中空结构、三连杆相互嵌套实现，缩小折叠机构占用的尺寸空间，为电源及载荷舱留出足够的可用空间，提升空间利用率。

附图说明

图1为四旋翼无人飞行器展开状态示意图；

图2为四旋翼无人飞行器折叠状态示意图；

图3为飞行器折叠展开机构结构示意图；

图4为动力臂架限位示意图；

图5为动力臂架锁紧结构示意图；

图6为动力臂架折叠结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1为控制舱，2为动力臂，3为电源及载荷舱，4为扭簧，5为动力臂转轴，6为上连杆转轴，7为上连杆，8为压簧，9为套筒，10为中间过渡连杆，11上连杆与中间过渡连杆转轴，12为下连杆与中间过渡连杆转轴，13为下连杆，14为下连杆转轴，15为下连杆凸环，16为上连杆凸环。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施方式如图1、2、3、4、5和6所示。为了适应筒式运载器的环境，无人机结构布局采用“细长型”纵向分布方案，由上至下分为控制舱1、四个动力臂2、电源及载荷舱3(见图1中展开状态)。头部控制舱1内放置飞行控制器、电机电子调速器和数据链，中间四个动力臂2上安装四套电机和折叠桨，尾部电源及载荷舱3内放置电池、电源管理模块和载荷。在运载器内飞行器处于折叠状态(见图2中折叠状态)，中间四个动力臂2向下折叠收拢，紧靠尾部电源及载荷舱3，使得无人机呈“细长型”纵向分布，以减小无人机的径向尺寸，满足筒式运载器的需求。

为了进一步增大了载荷的尺寸空间，提升了空间利用率，本发明设计了一种轻巧的折叠展开机构(见图3)，该折叠展开机构包括机体、电源及载荷舱1、动力臂2、扭簧4、上连杆7、压簧8、套筒9、中间过渡连杆10、下连杆13、动力臂转轴5、上连杆转轴6、上连杆与中间过渡连杆转轴11、下连杆与中间过渡连杆转轴12、下连杆转轴14等。机体和电源及载荷舱1通过螺栓固连，动力臂2在扭簧4的驱动下绕机体上的动力臂转轴5转动，实现折叠展开。上连杆7一端通过上连杆转轴6与动力臂2的端部铰接，另一端通过上连杆与中间过渡连杆转轴11与过渡连杆10铰接。下连杆13一端通过下连杆与中间过渡连杆转轴12与过渡连杆10铰接，另一端通过下连杆转轴14与电源及载荷舱1的尾部铰接。套筒9与上连杆7同轴安装，可在上连杆7、下连杆13和中间过渡连杆10上滑动。压簧8与上连杆7同轴安装，一端由上连杆7的凸环限位，另一端与套筒9接触，并可推动套筒9向下移动。当上连杆7、下连杆13和中间过渡连杆10绷直时，套筒9在压簧8的推动下向下移动，直至下连杆凸环15，在这种状态下套筒9套紧上连杆7、下连杆13和过渡连杆10，使得三个连杆不能相对弯折，即当上连杆7、下连杆13伸展绷直时，压簧8弹开，整个中间过渡连杆10均位于套筒8之中，实现锁紧(见图5)。

在上连杆7、下连杆13折叠时，套筒9压缩压簧8，套筒9和压簧8均位于上连杆7的位置；折叠时(见图6)，沿上连杆1向上推动套筒3，使压簧2压缩，解除下连杆7和过渡连杆5的约束，再弯折三个连杆至图5的状态，实现折叠。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种筒式运载的套筒锁紧式四旋翼无人飞行器，包括控制舱、动力臂、折叠展开机构、电源及载荷舱，其特征在于，采用纵向结构布局方案，使得无人机折叠状态呈“细长型”纵向分布，所述折叠展开机构包括机体、动力臂、扭簧、压簧、上连杆、过渡连杆、下连杆、锁紧套筒、转轴；扭簧安装在机体及动力臂架根部；三连杆分为上连杆、中间过渡连杆和下连杆，下连杆一端铰支固定在飞行器尾部，另一端与中间过渡连杆铰支；上连杆一端铰支固定在动力臂端部，另一端与中间过渡连杆铰支；锁紧套筒以可滑动方式安置在上连杆上；压簧安置在上连杆上，一端由上连杆凸环限位，另一端紧贴套筒。

2.根据权利要求1所述的一种筒式运载的套筒锁紧式四旋翼无人飞行器，其特征在于，折叠展开机构以扭簧为动力展开动力臂，三连杆随动绷直拉紧动力臂，在下连杆上设置有对套筒限位的下连杆凸环。

3.根据权利要求1或2所述的一种筒式运载的套筒锁紧式四旋翼无人飞行器，其特征在于，折叠展开机构的动力臂为薄壁中空结构，在折叠状态下可以与三连杆相互嵌套。

4.根据权利要求3所述的一种筒式运载的套筒锁紧式四旋翼无人飞行器，其特征在于，压簧安装在上连杆上，一端由上连杆凸环限位，另一端紧贴套筒；在上连杆、下连杆折叠时，套筒压缩压簧，套筒和压簧均位于上连杆的位置；当上连杆、下连杆伸展绷直时，压簧弹开，套筒的一端与压簧接触，另一端与下连杆凸环接触，整个中间过渡连杆均位于套筒之中。

5.根据权利要求1所述的一种筒式运载的套筒锁紧式四旋翼无人飞行器，其特征在于，所述动力臂包括臂架、电机和折叠桨。

6.根据权利要求1所述的一种筒式运载的套筒锁紧式四旋翼无人飞行器，其特征在于，控制舱内放置飞行控制器、电机电子调速器和数据链；电源及载荷舱内放置电池、电源管理模块和载荷。

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