CN114348248A - 一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置，包括柔性折叠机构和连接无人机的支架，柔性折叠机构包括多层环形单元，相邻的环形单元之间柔性连接，柔性折叠机构的一端固定连接支架；每层环形单元包括多个沿环形依次连接的基本单元；基本单元包括第一折板、第二折板、第三折板和第四折板，第一折板和第四折板均为梯形板且对称设置，第二折板和第三折板均为三角形板且对称设置；第一折板与第四折板柔性连接并形成第一山折，第二折板与第三折板柔性连接并形成第一谷折，第一折板与第二折板柔性连接，第四折板与第三折板柔性连接。本发明安装于无人机外侧，可对外界碰撞起缓冲作用，保证无人机飞行稳定性和安全性，属于无人机碰撞缓冲技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及无人机碰撞缓冲技术领域，具体涉及一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置。
背景技术
在自然灾害或人为事故发生时，无人机是为灾区提供第一信息、物资运送等不可或缺的重要工具之一。受灾区的环境复杂多变，无人机在作业时将不可避免地与树木、障碍物等发生碰撞，导致其无法按照规定路径飞行，甚至损坏机体以及佩戴电子探测等设备的安全，致使任务失败。因此，为无人机装载缓冲装置十分有必要。然而，现有无人机缓冲装置大多为刚性结构，缓冲作用有限，且应对复杂多变的碰撞角度的能力较差。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种可较好地防护无人机碰撞的基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置，包括柔性折叠机构和连接无人机的支架，柔性折叠机构包括多层环形单元，相邻的环形单元之间柔性连接，柔性折叠机构的一端固定连接支架；每层环形单元包括多个沿环形依次连接的基本单元；基本单元包括第一折板、第二折板、第三折板和第四折板，第一折板和第四折板均为梯形板，第二折板和第三折板均为三角形板，第一折板与第四折板对称设置，第二折板与第三折板对称设置；第一折板与第四折板柔性连接并形成第一山折，第一折板与第四折板之间的对称轴与第一山折重合，第二折板与第三折板柔性连接并形成第一谷折，第二折板与第三折板之间的对称轴与第一谷折重合，第一折板与第二折板柔性连接，第四折板与第三折板柔性连接；第一山折的一端连接第一谷折的一端，每层环形单元中，多个第一山折和多个第一谷折沿环形交替连接。采用这种结构后，柔性折叠机构可以折叠收缩，柔性折叠机构通过支架连接无人机，当无人机发生碰撞时，柔性折叠机构变形吸能，对碰撞可起到缓冲作用，实现对无人机的保护。
作为一种优选，当第一折板与第二折板处于同一平面时，第一折板与第二折板拼接成平行四边形，当第三折板与第四折板处于同一平面时，第三折板与第四折板接拼成平行四边形。
作为一种优选，第一折板、第二折板、第三折板和第四折板的材料均为塑料。采用这种结构后，塑料板质量小，较为轻盈，同时又能提供足够的刚度，以维持柔性折叠机构的稳定性。
作为一种优选，相邻的环形单元之间通过弹性材料连接，环形单元中，第一折板与第四折板之间通过弹性材料连接，第二折板与第三折板之间通过弹性材料连接，第一折板与第二折板之间通过弹性材料连接，第三折板与第四折板之间通过弹性材料连接，相邻的基本单元之间通过弹性材料连接。采用这种结构后，折痕处不易磨损，且可以产生弹性形变，吸收能量。
作为一种优选，弹性材料为橡胶。采用这种结构后，橡胶成本低且耐磨损，可提高装置的寿命。
作为一种优选，支架上设有凸起的卡扣。采用这种结构后，在无人机上设置相应的卡槽即可连接支架，拆装方便。
作为一种优选，支架包括支撑底板和支撑侧板，支撑底板垂直于支撑侧板，卡扣设于支撑底板上，支撑底板位于支撑侧板的一侧，柔性折叠机构位于支撑侧板的另一侧。
作为一种优选，支撑底板为镂空板。
总的说来，本发明具有如下优点：
(1)本装置具有折纸机构的大折展比、免(少)组织、轻质等优点，缓冲效果良好，且对复杂多变的碰撞角度具有良好的适应性。
(3)本装置以柔性塑料薄板作为折纸板，并在折痕处填充弹性材料，制作简单，重量轻，体积小，且塑料板具有一定刚度和韧性，能在对无人机自身重量和体积影响较小的前提下，实现更加优异的缓冲性能。
(4)本装置的变形吸能主要发生在折痕处，而折痕处采用橡胶，不易发生磨损，保证了装置的使用寿命。
(2)本装置抗干扰性能优异、工程适应性强，通接支架的卡扣直接与无人机的机身固定连接，安装十分简易，且便于更换。
附图说明
图1为一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置用于无人机时的立体结构图。
图2为一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置的立体结构图。
图3为柔性折叠机构的立体结构图。
图4为环形单元的立体结构图。
图5为基本单元展开后的平面图。
图6为基本单元的立体图。
其中，1为柔性折叠机构，2为支架，3为无人机，4为卡扣，5为环形单元，6为基本单元，7为第一山折，8为第一折板，9为第二折板，10为第二山折，11为第三山折，12为第三折板，13为第一谷折，14为第四折板。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
实施例一
如图1～图4所示，一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置，包括柔性折叠机构和连接无人机的支架，柔性折叠机构包括多层环形单元，相邻的环形单元之间柔性连接，柔性折叠机构的一端固定连接支架；每层环形单元包括多个沿环形依次连接的基本单元；基本单元包括第一折板、第二折板、第三折板和第四折板，第一折板和第四折板均为梯形板，第二折板和第三折板均为三角形板，第一折板与第四折板对称设置，第二折板与第三折板对称设置；第一折板与第四折板柔性连接并形成第一山折，第一折板与第四折板之间的对称轴与第一山折重合，第二折板与第三折板柔性连接并形成第一谷折，第二折板与第三折板之间的对称轴与第一谷折重合，第一折板与第二折板柔性连接，第四折板与第三折板柔性连接；第一山折的一端连接第一谷折的一端，每层环形单元中，多个第一山折和多个第一谷折沿环形交替连接。
第一折板与第二折板之间形成第二山折，第四折板与第三折板之间形成第三山折。
当第一折板与第二折板处于同一平面时，第一折板与第二折板拼接成平行四边形，当第三折板与第四折板处于同一平面时，第三折板与第四折板接拼成平行四边形。
第一折板、第二折板、第三折板和第四折板的材料均为塑料，如PVC。
相邻的环形单元之间通过弹性材料连接，环形单元中，第一折板与第四折板之间通过弹性材料连接，第二折板与第三折板之间通过弹性材料连接，第一折板与第二折板之间通过弹性材料连接，第三折板与第四折板之间通过弹性材料连接，相邻的基本单元之间通过弹性材料连接。
相邻的环形单元之间、第一折板与第四折板之间、第二折板与第三折板之间、第一折板与第二折板之间、第三折板与第四折板之间、相邻的基本单元之间均设有间隙，弹性材料填充于间隙内。
弹性材料为橡胶。
支架上设有凸起的卡扣。
支架包括支撑底板和支撑侧板，支撑底板垂直于支撑侧板，卡扣设于支撑底板上，支撑底板位于支撑侧板的一侧，柔性折叠机构位于支撑侧板的另一侧。
支撑底板为镂空板。
在设计上述基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置时，可通过如下方式确定其几何参数，通过改变柔性折纸单元的几何参数可实现对其柔性缓冲特性的调控。
如图5和图6所示，虚线表示山折，实线表示谷折，需要指出的是，山折和谷折是相对的，并不代表绝对的凸起和凹下。在图5中建立平面x-y坐标系，在图6中建立空间x-y-z坐标系。柔性折叠机构的几何参数包括第一折板的长度a、第一折板的宽度b、第一折板的锐内角θ、第二山折与第一谷折之间的夹角
、第三折板与第四折板之间的折叠角γ、环形单元的层数n，每个环形单元中基本单元的个数m，通过改变上述几何参数可实现对折纸结构柔性缓冲特性的调控。
第二山折的长度c、第一折板的高度h、第一谷折的长度d通过式(1)～式(3)确定。
h＝bsinθ (1)
基本单元中，第一折板和第四折板之间的折叠角η和基本单元的宽度l通过式(4)和式(5)确定。
柔性折叠机构的轴向长度L和径向外端直径D通过式(6)和式(7)确定。
当安装有上述缓冲装置的无人机与障碍物发生碰撞时，缓冲装置中的柔性折叠机构在轴向发生压缩变形，折痕处产生弹性形变，吸收碰撞所产生的能量，随后柔性折纸单元恢复原状，使无人机远离障碍物，起到碰撞缓冲的作用，保护了无人机机身的安全性和稳定性。
上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置，其特征在于：包括柔性折叠机构和连接无人机的支架，柔性折叠机构包括多层环形单元，相邻的环形单元之间柔性连接，柔性折叠机构的一端固定连接支架；
每层环形单元包括多个沿环形依次连接的基本单元；
基本单元包括第一折板、第二折板、第三折板和第四折板，第一折板和第四折板均为梯形板，第二折板和第三折板均为三角形板，第一折板与第四折板对称设置，第二折板与第三折板对称设置；
第一折板与第四折板柔性连接并形成第一山折，第一折板与第四折板之间的对称轴与第一山折重合，第二折板与第三折板柔性连接并形成第一谷折，第二折板与第三折板之间的对称轴与第一谷折重合，第一折板与第二折板柔性连接，第四折板与第三折板柔性连接；
第一山折的一端连接第一谷折的一端，每层环形单元中，多个第一山折和多个第一谷折沿环形交替连接。
2.按照权利要求1所述的一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置，其特征在于：当第一折板与第二折板处于同一平面时，第一折板与第二折板拼接成平行四边形，当第三折板与第四折板处于同一平面时，第三折板与第四折板接拼成平行四边形。
3.按照权利要求1所述的一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置，其特征在于：第一折板、第二折板、第三折板和第四折板的材料均为塑料。
4.按照权利要求1所述的一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置，其特征在于：相邻的环形单元之间通过弹性材料连接，环形单元中，第一折板与第四折板之间通过弹性材料连接，第二折板与第三折板之间通过弹性材料连接，第一折板与第二折板之间通过弹性材料连接，第三折板与第四折板之间通过弹性材料连接，相邻的基本单元之间通过弹性材料连接。
5.按照权利要求4所述的一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置，其特征在于：弹性材料为橡胶。
6.按照权利要求1所述的一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置，其特征在于：支架上设有凸起的卡扣。
7.按照权利要求6所述的一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置，其特征在于：支架包括支撑底板和支撑侧板，支撑底板垂直于支撑侧板，卡扣设于支撑底板上，支撑底板位于支撑侧板的一侧，柔性折叠机构位于支撑侧板的另一侧。
8.按照权利要求7所述的一种基于柔性折纸结构的无人机缓冲装置，其特征在于：支撑底板为镂空板。
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- 2021-11-30 CN CN202111444351.8A patent/CN114348248A/zh active Pending
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