CN114212255B - 适用于组合飞行器的组合分离机构 - Google Patents

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    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Abstract

本发明公开了一种适用于组合飞行器的组合分离机构，包括外盒，所述外盒外间隔设置有若干分离臂，所述外盒内设置有通过舵机驱动的主动盘，所述主动盘沿轴向间隔铰接若干连杆，每个连杆铰接从动摇杆，所述从动摇杆延伸至分离臂一端设置有锁定钩，舵机控制主动盘转动，从而带动从动摇杆转动，引起锁定钩在分离臂里位置变化，实现锁定和解锁。本发明能够适用于大尺寸飞行器的高转速飞行状态；在锁定状态下具有自锁能力，提高了组合体飞行时的可靠性。

Description

适用于组合飞行器的组合分离机构
技术领域
本发明涉及分离机构，具体涉及一种适用于组合飞行器的组合分离机构。
背景技术
人们受到自然界枫树种子荚下落过程的启发，根据枫树子下落过程中的空气动力学行为，模仿枫树子外形设计出一种高效的无人飞行器，这种飞行器会像枫树子一样自发进入旋转状态，在人为引入动力和控制系统后可以实现空中悬停以及可控飞行。为了进一步提高飞行器的飞行性能及任务执行性能，出现了将单一飞行器组合为组合体的设想。
现有的组合分离机构由于其设计上的局限，仅被用于不带动力系统的微型飞行器。不带动力系统的飞行器无法保持悬停，在持续下落过程中将自发进入旋转状态以减小下落速度，这种情况下飞行器旋转角速度较小，加上飞行器本身尺寸不大，所形成的离心力很小，现有的组合分离机构勉强能够满足要求。若希望实现较大尺寸且带有动力系统的高转速飞行器的组合与空中分离，原有的组合分离机构将不再适用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种适用于组合飞行器的组合分离机构，解决现有的分离机构可靠性不够，不适于带动力系统的飞行器的组合和分离的问题。
技术方案：本发明所述的适用于组合飞行器的组合分离机构，包括外盒，所述外盒外间隔设置有若干分离臂，所述外盒内设置有通过舵机驱动的主动盘，所述主动盘沿轴向间隔铰接若干连杆，每个连杆铰接从动摇杆，所述从动摇杆延伸至分离臂一端设置有锁定钩，舵机控制主动盘转动，从而带动从动摇杆转动，引起锁定钩在分离臂里位置变化，实现锁定和解锁。
为了可以实现双机组合，所述外盒为六边形外盒。
为了既能够在组合时锁住飞行器，也能在分离时防撞和保证飞行器的分离方向，所述分离臂的数量为六个，分离臂一侧设置有与锁定钩适应的通孔。
优选的是，所述主动盘设置在外盒的中心。
所述连杆数量为六个，所述从动摇杆通过转轴与外盒连接，从动摇杆绕转轴转动。
所述舵机安装在舵机盒内。
有益效果：组合体在实际飞行中，单个飞行器将产生很大的离心力，并直接作用于从动摇杆，本发明依靠四杆机构的合理传动，使得机构能够在从动摇杆受到大拉力情况下，依靠较小的舵机输出力矩实现机构的锁定与分离，使其能够适用于大尺寸飞行器的高转速飞行状态；在锁定状态下具有自锁能力，提高了组合体飞行时的可靠性；机构解锁与锁定状态之间的切换响应速度快，同步性高，加上分离臂的合理设计，能有效防止组合体在分离时发生碰撞；在组合成组合体时，只需将单个飞行器沿分离臂插入即可，操作简单便捷。
附图说明
图1为本发明结构结构示意图；
图2(a)为组合分离机构锁定时的状态图，图2(b)为组合分离机构解锁时的状态图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1所示，本发明公开了一种适用于组合式飞行器的组合分离机构，包括六边形外盒1、长方体分离臂2、舵机10、舵机盒11、六组四杆机构，四杆机构分别包括一个主动盘5、六根连杆6、六根从动摇杆3，从动摇杆端部有锁定钩4，外盒1则充当四杆机构的机架。机构由舵机10控制主动盘转动，从而带动从动摇杆3转动，引起锁定钩4 的位置变化，用于锁定和解锁。
从动摇杆通过第一转轴7与外盒1固连，从动摇杆3绕第一转轴7转动，连杆6和从动摇杆3通过第二转轴8铰接，连杆6和主动盘5通过第三转轴9铰接，主动盘5与舵机10的输出轴固连。所述四杆机构在组合分离机构处于锁定状态时，从动摇杆3与连杆6呈90°夹角，连杆6与主动盘5对应位置共线，此时四杆机构处于顶死状态，即此时从动摇杆受到转动力矩时，连杆与主动盘顶死，因此无论从动摇杆受到来自飞行器多大的转动力矩，四杆机构均稳定锁死在锁定状态；另一方面，当下达分离指令后，舵机发生转动，由于连杆和主动盘共线，舵机10仅需输出一个很小的扭矩即能驱动主动盘转动，并迅速进入解锁状态。
从动摇杆3，其端部有锁定钩4，锁定钩的外端面与分离臂2轴线呈75°夹角，方便飞行器机身的插入；以锁定钩4内端面的中心位置作内端面的法线，该线应尽可能接近从动摇杆转轴7。此时锁定钩4内端面受到来自飞行器的拉力后，在从动摇杆3上产生的绕转轴7的力矩将很小，有利于机构的稳定运行。
分离臂2，机构解锁后，飞行器将沿着分离臂方向分离，分离臂的长度决定了飞行器是否能够成功分离而不相撞。分离臂的长度应满足如下计算公式
Figure GDA0003998319740000031
式中x即为所求的分离臂长度，一般取等号即可。其中l表示单个飞行器总长度，r表示单个飞行器的重心与组合分离机构中心的距离。分离臂长度的计算公式中不包含飞行器重量和飞行器飞行时的角速度，因此通用性较强。
组合分离机构还包含舵机10、舵机盒11、舵机控制线12、舵机控制接口13，舵机 10固连于舵机盒11中，舵机控制线12连接了舵机10以及舵机控制接口13，舵机的控制信号将由其中一架飞行器提供，其控制线由飞行器的飞行控制板中引出，并通过排针接入舵机控制接口13.当处于组合状态时，飞行器完全插入分离臂，此时飞行器上的控制线排针自然插入舵机控制接口13，下达分离指令后，指令传入组合分离机构，控制舵机作动，机构解锁，飞行器分离，分离时飞行器上的控制线排针与舵机控制接口13自然脱离。
如图2(a)所示的锁定状态下，锁定钩4突出到分离臂2外侧，此时只需将飞行器机身沿分离臂插入即可锁住飞行；图2(b)所示的解锁状态下，锁定钩4完全收入分离臂2，飞行器将依靠离心力，自动沿分离臂2弹出。
本发明通过分离臂形状及长度的合理设计可以大幅提高飞行器组合体发生解锁分离时的可靠性，避免了分离后的飞行器发生碰撞。六组四杆机构的主动杆需要同步运动，故将其设计为一个主动盘，由舵机驱动。经合理设计后，六组四杆机构可安装于较小的外盒内且工作时互不干涉，并能够依靠较小的舵机输出力矩来控制受到较大离心力作用的飞行器。通过锁定钩的设计来控制锁定钩与飞行器之间的作用力力线方向，使得机构在锁定状态下具有自锁能力。舵机驱动主动盘转动，并同时带动六组四杆机构发生运动，迅速改变从动摇杆和锁定钩的位置，实现机构的解锁与锁定。为了简化机构，舵机的控制信号及电源线均从飞行器上引出，并通过舵机控制接口接入，而无需自带电源及控制电路。在锁定状态下由飞行器对舵机提供电源和控制信号，输入分离控制信号后，机构解锁，同时飞行器离开组合分离机构，从飞行器上引出的控制线自动拔离舵机控制接口，组合分离机构上的舵机随即失去供电，直至重新接入飞行器形成组合体。

Claims (6)

1.一种适用于组合飞行器的组合分离机构，其特征在于，包括外盒(1)，所述外盒(1)外间隔设置有若干分离臂(2)，所述外盒(1)内设置有通过舵机驱动的主动盘(5)，所述主动盘(5)沿轴向间隔铰接若干连杆(6)，每个连杆(6)铰接从动摇杆(3)，所述从动摇杆(3)延伸至分离臂一端设置有锁定钩(4)，舵机(10)控制主动盘(5)转动，从而带动从动摇杆(3)转动，引起锁定钩(4)在分离臂(2)里位置变化，实现锁定和解锁；
还包括第一转轴(7)、第二转轴(8)、第三转轴(9)；从动摇杆(3)通过第一转轴(7)与外盒(1)连接且绕第一转轴(7)转动；连杆(6)与从动摇杆(3)通过第二转轴(8)铰接；连杆(6)与主动盘(5)通过第三转轴(9)铰接；主动盘(5)与舵机(10)的输出轴固连；
四杆机构在组合分离机构处于锁定状态时，从动摇杆(3)与对应铰接的连杆(6)呈90°夹角，连杆(6)与主动盘(5)对应位置共线，此时四杆机构处于顶死状态，即此时从动摇杆(3)受到转动力矩时，连杆(6)与主动盘(5)顶死；当舵机(10)发生转动时，舵机(10)输出扭矩驱动主动盘(5)转动，组合分离机构进入解锁状态；所述四杆机构包括一个主动盘(5)、六根连杆(6)、六根从动摇杆(3)。
2.根据权利要求1所述的适用于组合飞行器的组合分离机构，其特征在于，所述外盒(1)为六边形外盒。
3.根据权利要求1所述的适用于组合飞行器的组合分离机构，其特征在于，所述分离臂(2)量为六个，分离臂(2)一侧设置有与锁定钩(4)适应的通孔。
4.根据权利要求1所述的适用于组合飞行器的组合分离机构，其特征在于，所述主动盘(5)设置在外盒(1)的中心。
5.根据权利要求1所述的适用于组合飞行器的组合分离机构，其特征在于，所述连杆(6)数量为六个，所述从动摇杆(3)通过转轴与外盒连接，从动摇杆绕转轴转动。
6.根据权利要求1所述的适用于组合飞行器的组合分离机构，其特征在于，所述舵机(10)安装在舵机盒(11)内。
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