CN112896487A - 一种无人机同步展开折叠系统、方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机技术领域，公开了一种无人机同步展开折叠系统、方法及应用，所述无人机同步展开折叠系统中固定板下端固定有电机座，电机座中安装有舵机，舵机通过舵机法兰与转动盘连接；转动盘与连杆的一端铰接，连杆的另一端与曲柄滑块铰接，曲柄滑块与机翼传动杆接触。本发明中4个机翼转轴转动带动机翼展开所需的动力均由一个舵机提供与控制，保证4个机翼高效稳定地展开与收拢。仅需要一个舵机即可实现4个机翼同步、高效、稳定地完成展开与收拢动作。本发明中展开阶段和收拢阶段，两个工作过程互逆，装置结构简单、实现方便、运行速度快、可靠性高、同步性好。

Description

一种无人机同步展开折叠系统、方法及应用

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种无人机同步展开折叠系统、方法及应用。

背景技术

目前，从国内外的研究进展及成果来看，折叠翼无人机越来越受到广泛关注，其大部分的折叠翼无人机起飞方式是运用弹射筒发射装置进行发射，在无人机离开发射筒到水平飞行的过程中，无人机在空中先将机翼展开，后以固定翼的方式在空中飞行，然而其最关键的技术之一就是机翼折叠。

机翼折叠可以使无人机更好地存储在发射装置里，减少了空间占用率，使结构更加紧凑。但目前现有的折叠翼无人机大多数是矩形机翼，在采用串列翼布局时，4个机翼均是分层放置，这样不仅会导致空间占用大，并且在满足升力的情况下，矩形机翼的气动特性不如直角梯形机翼的优越；同时大多数的折叠机构都是采用2个以上的作动器或压力弹簧驱动，不仅结构复杂，而且机翼的展开难以达到同步或控制复杂。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有的折叠翼无人机在采用串列翼布局时，4个机翼均是分层放置，这样不仅会导致空间占用大，并且在满足升力的情况下，矩形机翼的气动特性不如直角梯形机翼的优越。

(2)现有的折叠机构都是采用2个以上的作动器或压力弹簧驱动，不仅结构复杂，而且机翼的展开难以达到同步或控制复杂。

解决以上问题及缺陷的难度为：

(1)只能使用一个动力源同时带动4个机翼同步展开及收拢；

(2)串列翼布局时，不仅要避免前2个机翼产生的气流干扰到后2个机翼，还要使4个机翼不能分层放置，各自处一平面；

(3)要避免4个机翼在展开及收拢时，不能相互碰到；

(5)4个机翼在展开时要完全伸出机身，使其机翼面积能够完全可用，收拢时要完全合并，不能留存冗余的空间；

(6)机翼折叠展开机构要结构紧凑、高效、稳定性好。

解决以上问题及缺陷的意义为：

(1)只用一个动力源，不仅减少了无人机的总体重量及能源损耗，而且使控制更加精准与简单；

(2)4个机翼同步展开及收拢，使无人机在展开及收拢的过程中，重心的位置不会受到太大的干扰，从而使无人机在飞行的过程中更加稳定且控制更好；

(3)无需为4个机翼腾出4个同样大小的平面空间，减小了机翼的占用空间以及无人机总的轴向面积；

(4)在展开时，靠近机身的4个机翼的部分面积不会受到遮挡，提高机翼效率，在收拢时，4个机翼能完全合在机身内部，避免与弹射装置接触而受到破坏；

(5)4个机翼在展开及收拢过程中，不会相互制约，提高了整体效率；

(6)4个机翼产生的气流不会相互影响，并且采用了直角梯形机翼，使无人机的气动特性得到改善。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无人机同步展开折叠系统、方法及应用。本发明能够使4个机翼两两放在同一水平层，减少空间占用率，并且采用的是直角梯形机翼。本发明实现折叠翼无人机能够平稳、高效、同步地进行机翼展开与收拢动作，能够保证高速航行时折叠机翼的稳定性以及具有良好的气动特性。

本发明是这样实现的，一种无人机同步展开折叠系统，所述无人机同步展开折叠系统设置有固定板；

固定板下端固定有电机座，电机座中安装有舵机，舵机通过舵机法兰与转动盘连接；

转动盘与连杆的一端铰接，连杆的另一端与曲柄滑块铰接，曲柄滑块与机翼传动杆接触。

进一步，所述机翼传动杆与机翼转轴连接，机翼转轴安装有扭力弹簧。

进一步，所述固定板与电机座上分别设置有限位柱。

进一步，所述固定板上设置有4个孔，孔内部安装有机翼转轴，4个机翼转轴分别位于固定板中心轴线的左右两侧。

进一步，所述4个机翼转轴分别与左前机翼、左后机翼、右后机翼和右前机翼连接；

左前机翼在左后机翼的上方，右前机翼在右后机翼的下方。

进一步，所述左前机翼与右后机翼处于上方同一水平面，右前机翼与左后机翼位于下方同一水平面；

进一步，所述同一水平面的两机翼利用直角梯形的几何特征，将两机翼的斜边重合；

左机翼的翼根弦线与右机翼的翼尾弦线头尾相连，处于同一直线，使其收拢时，同一水平面的两机翼合成一长方形。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述无人机同步展开折叠系统的无人机同步展开折叠方法，所述无人机同步展开折叠方法包括：

折叠机构安装于无人机的机身，通过固定板与无人机机身连接；固定板作为折叠机构的基础结构，舵机安装在电机座上的相应位置作为机翼展开运动的动力源；

舵机带动舵机法兰与转动盘固连做旋转运动，最后通过连杆带动曲柄滑块的直线运动；机翼传动杆与机翼转轴固连，通过机翼传动杆转动使机翼转轴进行4个机翼同步展开过程；

当转动盘碰到电机座上的限位柱时，曲柄滑块处于两机翼传动杆之间，使机翼传动杆受到扭力弹簧的扭力相互抵消，固定板上设置有限位柱，此时机翼被限制在水平状态；

曲柄滑块向原始位置移动时，机翼传动杆会受到来自扭力弹簧的扭转力作用，进行机翼收拢过程。

进一步，所述机翼同步展开的具体过程为：折叠机构的舵机逆时针转动，通过舵机法兰带动转动盘逆时针转动，转动盘与连杆、曲柄滑块构成一个曲柄移动导杆机构，使曲柄滑块向靠近转动盘方向做直线运动；

曲柄滑块在移动的过程中，其左右两端始终与机翼传动杆的一端接触，机翼传动杆在受压后发生偏转，使机翼转轴旋转带动机翼向外展开，此时扭力弹簧处于扭紧状态；

在机翼完全展开后，曲柄滑块继续移动，当转动盘碰到电机座上的限位柱时，曲柄滑块停止运动，此时正处于两机翼传动杆之间，机翼传动杆受到约束而固定不动，使机翼呈展开状态；

所述机翼收拢具体过程为：折叠机构的舵机顺时针转动，通过舵机法兰带动转动盘顺时针转动，转动盘与连杆、曲柄滑块构成一个曲柄移动导杆机构，使曲柄滑块向远离转动盘方向做直线运动；

曲柄滑块与机翼传动杆脱离接触，扭力弹簧复位，机翼传动杆在受到扭转力作用下发生偏转，使机翼转轴旋转带动机翼向内收拢；

在机翼完全收拢后，曲柄滑块停止运动，此时扭力弹簧处于正常状态，使机翼处于收拢状态。

本发明的另一目的在于提供一种直角梯形串列翼无人机同步展开折叠方法，所述直角梯形串列翼无人机同步展开折叠方法实施所述的无人机同步展开折叠方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一，本发明所述的折叠方法避开了传统的矩形机翼，采用直角梯形机翼不仅改善了无人机的气动特性，也减轻了整机重量；

第二，本发明所述的折叠方法避开了传统的机翼分层叠放，利用直角梯形机翼的几何特性，使两个机翼之间可以通过拼合放置在同一水平面，使结构更加紧凑、空间占用率更低；

第三，本发明所述的折叠方法避开了传统的多个动力源驱动，仅需一个动力源即可完成4个机翼的展开与收拢，使控制更加简单高效，减少能源消耗。

本发明中4个机翼转轴转动带动机翼展开所需的动力均由一个舵机提供与控制，保证4个机翼高效稳定地展开与收拢。仅需要一个舵机即可实现4个机翼同步、高效、稳定地完成展开与收拢动作。本发明所述的折叠机构采用的是直角梯形机翼，相比于矩形机翼，具有更好的气动特性。本发明所述的折叠机构的4个机翼利用两直角梯形可拼接为一个矩形的几何性质，使4个机翼仅需要占用两层空间，使结构更加简单紧凑，可靠性高、占用空间小，保证4个机翼同步展开与收拢运动，提高效率；比传统的机翼布局少了两层空间的大小，使结构更加紧凑。本发明所述的折叠机构可进行多次展开与收拢，传统的折叠机翼只能进行展开而不能再次收拢。本发明所述的折叠机构采用的是曲柄移动导杆机构带动机翼转轴旋转，其结构简单、可靠性高、稳定性好。右前机翼与左后机翼以斜边作为公共边，合成长方形并紧贴在固定板的上表面，左前机翼与右后机翼以斜边作为公共边，合成长方形并紧贴在前两个机翼的上方；4个机翼水平转动90度角后会受到曲柄滑块与固定板的约束，保证机翼不因飞行时机翼上产生的升力和阻力而变形。综上所述，本发明中展开阶段和收拢阶段，两个工作过程互逆，装置结构简单、实现方便、运行速度快、可靠性高、同步性好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的无人机同步展开折叠系统结构示意图。

图2是本发明实施例提供的无人机同步展开折叠系统仰视图。

图3是本发明实施例提供的A-A剖视图。

图4是本发明实施例提供的机翼展开结构示意图。

图5是本发明实施例提供的机翼收拢结构示意图。

图6是本发明实施例提供的展开与收拢结构示意图。

图7是本发明实施例提供的电机座结构示意图。

图8是本发明实施例提供的曲柄滑块、连杆和转动盘结构示意图。

图9是本发明实施例提供的固定板和限位柱结构示意图。

图中：1、固定板；2、机翼传动杆；3、左前机翼；4、电机座；5、限位柱；6、左后机翼；7、曲柄滑块；8、连杆；9、舵机；10、舵机法兰；11、转动盘；12、右后机翼；13、右前机翼；14、扭力弹簧；15、机翼转轴。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无人机同步展开折叠系统、方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1-图9所示，本发明实施例提供的无人机同步展开折叠系统中固定板1上设置有4个孔，4个孔内部安装有4个机翼转轴15，4个机翼转轴15分别位于固定板1中心轴线的左右两侧；其中4个机翼转轴15分别安装有扭力弹簧14，机翼转轴15与机翼传动杆2连接。机翼转轴15分别与左前机翼3、左后机翼6、右后机翼12和右前机翼13连接；左前机翼3在左后机翼6的上方，右前机翼13在右后机翼12的下方。

固定板1下端固定有电机座4，电机座4中安装有舵机9，舵机9通过舵机法兰10与转动盘11连接；转动盘11与连杆8的一端铰接，连杆8的另一端与曲柄滑块7铰接。机翼转轴15的下端各固连机翼传动杆2，曲柄滑块7沿导轨移动，与机翼传动杆2接触，使机翼传动杆2产生转动，从而带动机翼转轴15旋转；通过扭力弹簧14使机翼收拢，固定板1与电机座4上分别设置有限位柱5，对机翼展开限位。

左前机翼3、左后机翼6、右后机翼12和右前机翼13，4个机翼各不相同，左前机翼3与右后机翼12处于上方同一水平面，而右前机翼13与左后机翼6位于下方同一水平面，利用直角梯形的几何特征，将同一水平面的两机翼的斜边重合，左机翼的翼根弦线与右机翼的翼尾弦线头尾相连，处于同一直线，使其收拢时，同一水平面的两机翼合成一长方形。

本发明实施例提供的折叠机构展开与收拢的原理：

展开阶段：折叠机构的舵机9逆时针转动，通过舵机法兰10带动转动盘11逆时针转动，转动盘11与连杆8、曲柄滑块7构成一个曲柄移动导杆机构，使曲柄滑块7向靠近转动盘11方向做直线运动，曲柄滑块7在移动的过程中，其左右两端始终与机翼传动杆2的一端接触，机翼传动杆2在受压后发生偏转，使机翼转轴15旋转带动机翼向外展开，此时扭力弹簧14处于扭紧状态，在机翼完全展开后，曲柄滑块7继续移动，当转动盘11碰到电机座4上的限位柱5时，曲柄滑块7停止运动，此时正处于两机翼传动杆2之间，机翼传动杆受到约束而固定不动，从而保持机翼展开状态。

收拢阶段：该过程与展开阶段过程相反，折叠机构的舵机9顺时针转动，通过舵机法兰10带动转动盘11顺时针转动，转动盘11与连杆8、曲柄滑块7构成一个曲柄移动导杆机构，使曲柄滑块7向远离转动盘11方向做直线运动，曲柄滑块7与机翼传动杆2脱离接触，扭力弹簧14复位，机翼传动杆2在受到扭转力作用下发生偏转，使机翼转轴15旋转带动机翼向内收拢，在机翼完全收拢后，曲柄滑块7停止运动，此时扭力弹簧处于正常状态，从而保持机翼收拢状态。

本发明的工作原理为：折叠机构安装于无人机的机身，通过固定板与无人机机身连接；固定板作为折叠机构的基础结构，舵机安装在电机座上的相应位置作为机翼展开运动的动力源；舵机带动舵机法兰与转动盘固连做旋转运动，最后通过连杆带动曲柄滑块的直线运动；机翼传动杆与机翼转轴固连，通过机翼传动杆转动使机翼转轴进行4个机翼同步展开；当转动盘碰到电机座上的限位柱时，曲柄滑块处于两机翼传动杆之间，使机翼传动杆受到扭力弹簧的扭力相互抵消，此时机翼被限制在水平状态；曲柄滑块向原始位置移动时，机翼传动杆会受到来自扭力弹簧的扭转力作用，而使机翼收拢，固定板上设置有限位柱，防止机翼展开以及转动盘回转过度。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机同步展开折叠系统，其特征在于，所述无人机同步展开折叠系统设置有：

固定板；

固定板下端固定有电机座，电机座中安装有舵机，舵机通过舵机法兰与转动盘连接；

转动盘与连杆的一端铰接，连杆的另一端与曲柄滑块铰接，曲柄滑块与机翼传动杆接触。

2.如权利要求1所述的无人机同步展开折叠系统，其特征在于，所述机翼传动杆与机翼转轴连接，机翼转轴安装有扭力弹簧。

3.如权利要求1所述的无人机同步展开折叠系统，其特征在于，所述固定板与电机座上分别设置有限位柱。

4.如权利要求1所述的无人机同步展开折叠系统，其特征在于，所述固定板上设置有4个孔，孔内部安装有机翼转轴，4个机翼转轴分别位于固定板中心轴线的左右两侧。

5.如权利要求4所述的无人机同步展开折叠系统，其特征在于，所述4个机翼转轴分别与左前机翼、左后机翼、右后机翼和右前机翼连接；

左前机翼在左后机翼的上方，右前机翼在右后机翼的下方。

6.如权利要求5所述的无人机同步展开折叠系统，其特征在于，所述左前机翼与右后机翼处于上方同一水平面，右前机翼与左后机翼位于下方同一水平面。

7.如权利要求6所述的无人机同步展开折叠系统，其特征在于，所述同一水平面的两机翼利用直角梯形的几何特征，将两机翼的斜边重合；

左机翼的翼根弦线与右机翼的翼尾弦线头尾相连，处于同一直线，使其收拢时，同一水平面的两机翼合成一长方形。

8.一种实施权利要求1～7任意一项所述无人机同步展开折叠系统的无人机同步展开折叠方法，其特征在于，所述无人机同步展开折叠方法包括：

折叠机构安装于无人机的机身，通过固定板与无人机机身连接；固定板作为折叠机构的基础结构，舵机安装在电机座上的相应位置作为机翼展开运动的动力源；

舵机带动舵机法兰与转动盘固连做旋转运动，最后通过连杆带动曲柄滑块的直线运动；机翼传动杆与机翼转轴固连，通过机翼传动杆转动使机翼转轴进行4个机翼同步展开过程；

当转动盘碰到电机座上的限位柱时，曲柄滑块处于两机翼传动杆之间，使机翼传动杆受到扭力弹簧的扭力相互抵消，固定板上设置有限位柱，此时机翼被限制在水平状态；

曲柄滑块向原始位置移动时，机翼传动杆会受到来自扭力弹簧的扭转力作用，进行机翼收拢过程。

9.如权利要求8所述的无人机同步展开折叠方法，其特征在于，所述机翼同步展开的具体过程为：折叠机构的舵机逆时针转动，通过舵机法兰带动转动盘逆时针转动，转动盘与连杆、曲柄滑块构成一个曲柄移动导杆机构，使曲柄滑块向靠近转动盘方向做直线运动；

曲柄滑块在移动的过程中，其左右两端始终与机翼传动杆的一端接触，机翼传动杆在受压后发生偏转，使机翼转轴旋转带动机翼向外展开，此时扭力弹簧处于扭紧状态；

在机翼完全展开后，曲柄滑块继续移动，当转动盘碰到电机座上的限位柱时，曲柄滑块停止运动，此时正处于两机翼传动杆之间，机翼传动杆受到约束而固定不动，使机翼呈展开状态；

所述机翼收拢具体过程为：折叠机构的舵机顺时针转动，通过舵机法兰带动转动盘顺时针转动，转动盘与连杆、曲柄滑块构成一个曲柄移动导杆机构，使曲柄滑块向远离转动盘方向做直线运动；

曲柄滑块与机翼传动杆脱离接触，扭力弹簧复位，机翼传动杆在受到扭转力作用下发生偏转，使机翼转轴旋转带动机翼向内收拢；

在机翼完全收拢后，曲柄滑块停止运动，此时扭力弹簧处于正常状态，使机翼处于收拢状态。

10.一种直角梯形串列翼无人机同步展开折叠方法，其特征在于，所述直角梯形串列翼无人机同步展开折叠方法实施权利要求8所述的无人机同步展开折叠方法。

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