CN113636066B - 一种可人为操作的无人机锁桨机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可人为操作的无人机锁桨机构，包括长杆和连接在长杆一端的U型梁，U型梁的底部固定有桨毂放置台，U型梁的一侧设置有电池插槽，U型梁的另一侧固定有一对舵机支架，舵机支架上安装有舵机，舵机的转轴上安装有舵盘，舵盘沿径向固定连接有机械臂，机械臂的自由端通过螺栓连接有电磁铁，两个电磁铁相对设置。本发明设计并制造了一种电磁锁桨机构，有效填补了大中型旋翼无人机锁桨技术的空白，且制造工艺简易、成本较低、操作方便，具有极大的工程运用价值。

Description

一种可人为操作的无人机锁桨机构

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种可人为操作的无人机锁桨机构。

背景技术

无人机凭借其机动性强、续航时间长、载重能力大及成本低等特点，已在多个领域发挥了越来越重要的作用。大型化是无人机的主要发展趋势之一，然而对于数百公斤的大中型旋翼无人机来说，机上的高功率无刷电机与大直径螺旋桨在试飞过程中给飞行器附近的人员安全带来了极大的风险。尤其是在产品尚不成熟的研发、调试阶段，飞行器具有较大的不稳定性和危险性，一旦出现螺旋桨意外高速转动的事故将造成极其严重的后果。研究旋翼无人机安全锁桨机构具有重要的工程应用价值。

由于螺旋桨意外转动导致人员伤亡在理论上是小概率事件，遥控器上也需多道解锁操作才能操控螺旋桨转动，因此目前没有专门针对未断动力电的情况下，在安全距离外对旋翼进行机械锁死、防止其意外转动的机构。然而在实际的全新型号无人机调试过程中，电机连线出现漏电、由于控制电路短路致使电调发送出错误信号、以及通讯异常等现象都会导致螺旋桨的意外转动，因此在没有锁桨机构的保护之下的调试，是存在较大安全隐患的。

发明内容

本发明提供一种可人为操作的无人机锁桨机构，旨在设计一种在安全距离外，通过简易操作即可拆装的电磁锁桨机构，以填补现有技术的空白。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可人为操作的无人机锁桨机构，包括长杆和连接在长杆一端的U型梁，所述U型梁的底部固定有桨毂放置台，所述U型梁的一侧设置有电池插槽，所述U型梁的另一侧固定有一对舵机支架，所述舵机支架上安装有舵机，所述舵机的转轴上安装有舵盘，所述舵盘沿径向固定连接有机械臂，所述机械臂的自由端通过螺栓连接有电磁铁，两个电磁铁相对设置。

进一步，所述机械臂包括连接梁、直臂和折臂，所述舵盘上沿周向间隔分布有第一螺纹孔，所述连接梁通过第一螺纹孔连接固定在舵盘的前端面，所述直臂的上端焊接在连接梁的下侧，所述直臂的下端与折臂焊接，两根折臂相对向内折弯。

进一步，所述折臂的自由端弯折有一固定段，所述固定段的轴线与直臂的轴线平行，所述固定段沿径向开设有通孔，所述电磁铁沿轴向开设有第二螺纹孔，通孔与第二螺纹孔通过螺栓连接，所述螺栓和所述通孔之间径向间隙配合。

进一步，两个所述电磁铁之间连接有钢丝绳。

进一步，所述长杆为碳纤维管，所述连接梁、直臂和折臂均由铝合金方管切割而成。

相比现有技术，本发明具有如下有益技术效果：

(1)本发明针对无人机调试过程中存在的安全隐患，设计并制造了一种电磁锁桨机构，有效填补了大中型旋翼无人机锁桨技术的空白。

(2)本发明所采用的电磁锁方式，相比传统的机械锁，更容易在安全距离外进行操作，整个锁部结构简单、易于更换维护，具有较强通用性。

(3)本发明的机械臂采用铝合金方管进行制造加工，铝合金方管具有硬度高质量轻的特点，可达到螺旋桨意外转动时不瞬间打破锁桨机构伤人的设计要求。对于结构强度要求不高的部件如桨毂放置台、电池插槽等，均采用3D打印件。在确保强度的情况下，整个机构的质量轻，仅为1.2Kg。

(4)本发明中如U型梁、舵机支架、舵盘、铝合金方管等部件均为现有标准件，通过对铝合金方管进行简单的切割、焊接、打孔即可制成所需的机械臂。市面上的舵机、电磁铁也均满足设计要求，无需单独定制。其余部件如桨毂放置台等可根据螺旋桨具体尺寸进行3D打印。因此，本发明制造工艺简易、成本较低，具有极大的工程运用价值。

(5)本发明中所采用的长杆为直径20mm、壁厚2mm、长1.4m的碳纤维管。碳纤维管抗拉强度高：碳纤维的强度是钢材的6-12倍，可达到3000mpa以上。该类长杆同时具备密度小、重量轻的特点。密度只有钢材的1/4不到。在主要锁止部件重量在1.2kg的情况下，使用1.4m碳管可以使人在桨叶旋转区域外操作锁桨机构，实现安全锁桨。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种可人为操作的无人机锁桨机构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的图1的主视图；

图3为本发明实施例提供的图1的俯视图；

图4为本发明实施例提供的一种可人为操作的无人机锁桨机构展开状态时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：长杆1、U型梁2、桨毂放置台3、电池插槽4、舵机支架5、舵机6、舵盘7、机械臂8、连接梁81、直臂82、折臂83、固定段831、电磁铁9、M6螺栓10。

如图1、图2、图3和图4所示的，一种可人为操作的无人机锁桨机构，包括长杆1和连接在长杆1一端的U型梁2，长杆1为直径20mm，壁厚2mm，长1400mm的碳纤维管。长杆1通过插销的方式与U型梁2可拆卸连接，U型梁2的底部固定有桨毂放置台3，U型梁2的后侧设置有电池插槽4，U型梁2的前侧固定有一对舵机支架5，舵机支架5上安装有舵机6，舵机6的转轴上安装有舵盘7，舵盘7沿径向固定连接有机械臂8，使得舵机6转动时即可带动机械臂8转动。机械臂8包括连接梁81、直臂82和折臂83，舵盘7上沿周向间隔分布有第一螺纹孔，连接梁81通过螺栓和第一螺纹孔连接固定在舵盘7的前端面，直臂82和折臂83均由铝合金方管切割而成，直臂82的上端焊接在连接梁81的下侧，直臂82的下端与折臂83焊接，两根折臂83相对向内折弯。折臂83的自由端弯折有一固定段831，固定段831的轴线与直臂82的轴线平行，固定段831设置有电磁铁9，两个电磁铁9相对设置，固定段831沿径向开设有φ6.2通孔，电磁铁9沿轴向开设有φ6第二螺纹孔，且啮合深度为15mm，通孔穿设有M6螺栓10，M6螺栓10与第二螺纹孔连接。

由于电磁铁9吸力较大，单个吸力面吸力可达45Kg。同时由于加工定位、舵机6初始角度无法完全一致等误差存在，使得在实际操作中很难做到两个机械臂8互相平行时电磁铁9全面积紧密贴合。而电磁铁9一经通电便会产生强大的吸力，在一定距离内快速互相拉近、贴合，这时会拉动机械臂8，在通电的情况下强制转动舵机6，导致舵机6损坏。本发明的M6螺栓10和通孔之间径向间隙配合。使得电磁铁9及其螺栓在较小吸力下就可以在轴-孔间隙与水平方向上自由移动调整位置，而不对舵机6产生转矩导致其损坏。

当前所设计的机械臂8长度、两臂间宽度较大，适用于较大螺旋桨直径的旋翼无人机。为增强其通用性，通过在两个电磁铁9上焊接6mm钢丝绳，可形成一个柔性套索。对于承载能力较弱的无人机，可在机械臂8完全夹住无人机的支臂与螺旋桨后，拧下电磁铁9上的M6螺栓，取走机械臂8，减少部件承重。

具体实施过程如下：操作人员手握长杆1，同时通过旋转舵机6测试仪上的旋钮来操纵舵机6，舵机6转动并控制一对机械臂8打开。再将整个机构放置在桨毂放置台3上，并再次操纵舵机6，舵机6控制一对机械臂8收拢，直至无人机旋翼及支臂完全被夹住，然后按下电磁铁9的电源开关，使机械臂8上的电磁铁9通电，电磁铁9产生的磁场使得两个电磁铁9紧紧贴合，一对机械臂8形成一个牢固的刚性环套在无人机的旋翼与支臂上，阻止其发生相对运动，无人机螺旋桨在意外转动后会迅速形成堵转，从而触发保护，确保人员安全。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (2)

1.一种可人为操作的无人机锁桨机构，其特征在于：包括长杆和连接在长杆一端的U型梁，所述U型梁的底部固定有桨毂放置台，所述U型梁的一侧设置有电池插槽，所述U型梁的另一侧固定有一对舵机支架，所述舵机支架上安装有舵机，所述舵机的转轴上安装有舵盘，所述舵盘沿径向固定连接有机械臂，所述机械臂的自由端通过螺栓连接有电磁铁，两个电磁铁相对设置；

所述机械臂包括连接梁、直臂和折臂，所述舵盘上沿周向间隔分布有第一螺纹孔，所述连接梁通过第一螺纹孔连接固定在舵盘的前端面，所述直臂的上端焊接在连接梁的下侧，所述直臂的下端与折臂焊接，两根折臂相对向内折弯；

所述折臂的自由端弯折有一固定段，所述固定段的轴线与直臂的轴线平行，所述固定段沿径向开设有通孔，所述电磁铁沿轴向开设有第二螺纹孔，通孔与第二螺纹孔通过螺栓连接，所述螺栓和所述通孔之间径向间隙配合；

所述长杆为直径20mm，壁厚2mm，长1400mm的碳纤维管，所述连接梁、直臂和折臂均由铝合金方管切割而成。

2.根据权利要求1所述的一种可人为操作的无人机锁桨机构，其特征在于：两个所述电磁铁之间连接有钢丝绳。