CN115946893A - 一种刚度及高度可调的无人机起落架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刚度及高度可调的无人机起落架。该无人机起落架,包括若干个单侧起落架结构。单侧起落架结构包括机身连接架、可变支撑模块和底座。机身连接架的底部与底座的顶部之间通过可变支撑模块连接。所述的底座上滑动连接有两个滑块。可变支撑模块包括呈八字形排布的两根可调式缓冲支腿。两根可调式缓冲支腿与两个滑块分别对应。可调式缓冲支腿包括支撑杆、第二齿轮轴、第二齿轮、电动伸缩杆、力矩平衡弹簧、第一齿轮和第一齿轮轴。本发明通过可变支撑模块中的力矩平衡弹簧与齿轮配合,平衡无人机传递的力矩,且能够起到缓冲、减震作用;同时,力矩平衡弹簧和齿轮均集成在支撑杆上,减小了整体结构的体积。
Description
技术领域
本发明属于无人机技术领域,具体涉及一种刚度及高度可调的无人机起落架。
背景技术
随着社会和经济的发展,生活生产中无人机的使用越来越常见,而无人机的起落环境也愈加复杂多样。虽然无人机有着诸多使用上的优点,但其本身结构依旧脆弱,尤其在起飞、降落时易发生碰撞造成损坏,所以通常在无人机的底部都会装有起落架。而起落架的存在使得机身与地面之间有一个安全距离,保证无人机在起飞或降落时机身倾斜不会造成螺旋桨与地面发生碰撞。此外,起落架能够使得螺旋桨与地面之间有足够的空间,无人机起飞和降落时,可以有效减小气流与地面产生的气流干扰。但现有的无人机起落架往往只能起到减震缓冲的功能,无法有效调节落地时机身与地面的高度,也无法根据环境动态调节无人机起落架的刚度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刚度及高度可调的无人机起落架。
一种刚度及高度可调的无人机起落架,包括若干个单侧起落架结构。单侧起落架结构包括机身连接架、可变支撑模块和底座。机身连接架的底部与底座的顶部之间通过可变支撑模块连接。所述的底座上滑动连接有两个滑块。
所述的可变支撑模块包括呈八字形排布的两根可调式缓冲支腿。两根可调式缓冲支腿与两个滑块分别对应。可调式缓冲支腿包括支撑杆、第二齿轮轴、第二齿轮、电动伸缩杆、力矩平衡弹簧、第一齿轮和第一齿轮轴。所述支撑杆的顶端转动连接有第一齿轮轴。第一齿轮轴上固定有第一齿轮。第一齿轮轴和第一齿轮与机身连接架固定。
所述支撑杆的底端与对应的滑块转动连接。支撑杆上转动连接有两根第二齿轮轴。两根第二齿轮轴相互平行且间隔设置。两根第二齿轮轴上均固定有第二齿轮。两个第二齿轮相互啮合。其中一个第二齿轮与第一齿轮啮合。
两根电动伸缩杆的一端与两根第二齿轮轴分别固定。两根电动伸缩杆的另一端与力矩平衡弹簧的两端分别连接。所述的力矩平衡弹簧通过两个第二齿轮对第一齿轮施加的转矩方向,与支撑杆斜度增大的过程中第一齿轮相对于支撑杆的转动方向相反。支撑杆斜度增大的过程为,机身连接架对支撑杆的压力作用下,使得支撑杆逐渐靠近水平姿态的过程。
作为优选,工作过程中,通过控制两根电动伸缩杆的伸缩调节力矩平衡弹簧到两个第二齿轮的轴线的距离,改变第一齿轮受到的转矩大小,改变机身连接架相对于底座的高度,以及可变支撑模块在无人机降落过程中的刚度。
作为优选,所述的电动伸缩杆的伸缩方向沿着对应的第二齿轮的径向设置。两个电动伸缩杆受到一致性控制。
作为优选,所述力矩平衡弹簧的初始长度大于或等于两个第二齿轮的中心距。
作为优选,所述的第一齿轮轴间隔设置有两个第一齿轮;每根第二齿轮轴上均间隔设置有两个第二齿轮,形成两个依次啮合的齿轮组。
作为优选,所述的第一齿轮和两个第二齿轮的轴线在同一平面内。
作为优选,所述的第一齿轮的齿数小于第二齿轮的齿数。
作为优选,所述力矩平衡弹簧均位于对应的可调式缓冲支腿倾斜朝上的一侧。
作为优选,所述的底座包括滑块、连接轴、底架、滑轴和滑动槽。底架呈长条形;底架顶部开设有沿底架长度方向设置的滑动槽。滑轴固定在滑动槽内。两个滑块均与滑轴构成滑动副。
作为优选,所述滑动槽顶部的中间位置固定有限位板。限位板将分隔为两个独立的滑槽段。两个滑槽段内均设置有滑块。两个第一齿轮的中心距小于限位板的长度。
作为优选,所述底架底面的两端呈向上翘起的圆弧状。
作为优选,所述的机身连接架包括连接板、固定孔和固定支座。连接板呈长方体。连接板上开设有用于连接无人机主体的固定孔;连接板的底面上固定有间隔设置的两个固定支座。两个固定支座与两根可调式缓冲支腿中的第一齿轮轴分别固定。
作为优选,所述的机身连接架的顶部与无人机主体连接。
本发明具有的有益效果是:
1、本发明通过可变支撑模块中的力矩平衡弹簧与齿轮配合,平衡无人机传递的力矩,且能够起到缓冲、减震作用;同时,力矩平衡弹簧和齿轮均集成在支撑杆上,减小了整体结构的体积。
2、本发明通过控制伸缩杆的长度,能够改变力矩平衡弹簧相对于齿轮的力臂,从而改变起落架的刚度,并能够调节无人机主体降落后的离地距离,提高了无人机的环境适应能力。
附图说明
图1是本发明实施例1的整体结构示意图;
图2是本发明实施例1的整体结构剖视图;
图3是本发明实施例1中可调式缓冲支腿的侧面示意图;
图4是本发明实施例1中可调式缓冲支腿的内部示意图;
图5是本发明实施例1中机身连接架的结构示意图;
图6是本发明实施例1在无人机主体降落过程中的缓冲变形示意图;
图7是本发明实施例2的整体结构剖视图。
具体实施方式
结合以下附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1和2所示,一种刚度及高度可调的无人机起落架,包括并排设置的两个单侧起落架结构。单侧起落架结构包括机身连接架1、可变支撑模块2和底座3。机身连接架1的顶部与无人机主体连接,底部与底座3通过可变支撑模块2连接。可变支撑模块2能够调节自身倾斜程度,改变机身连接架与底座3之间的距离,进而调节无人机主体的高度。
如图2所示,底座3包括滑块311、连接轴312、底架32、滑轴33、限位板34和滑动槽35。底架32呈长条形;底架32顶部开设有沿底架32长度方向设置的滑动槽35。滑轴33固定在滑动槽35内。滑动槽35顶部的中间位置固定有限位板34。限位板34将分隔为两个独立的滑槽段。两个滑槽段内均设置有滑块311。两个滑块311均与滑轴33构成滑动副。滑块311上固定有连接轴312。底架32的底面的两端呈向上翘起的圆弧状,便于提高无人机降落的平稳性。
如图3和4所示,可变支撑模块2包括呈八字形排布的两根可调式缓冲支腿。两根可调式缓冲支腿与两个滑块311分别对应。可调式缓冲支腿包括支撑杆21、第一轴承221、第一挡圈222、第二轴承231、第二挡圈232、第二齿轮轴233、第二齿轮234、电动伸缩杆241、力矩平衡弹簧242、第一齿轮25和第一齿轮轴26。
支撑杆21内设置有安装腔室。支撑杆21的顶端通过第一轴承221转动连接有第一齿轮轴26。位于第一齿轮轴26两端的第一轴承221均通过第一挡圈222进行轴向限位。第一齿轮轴26上固定有第一齿轮25。第一齿轮轴26和第一齿轮25固定在机身连接架1的底部。
支撑杆21的底端与对应的滑块311通过连接轴312转动连接。支撑杆21的中部通过第二轴承231转动连接有两根第二齿轮轴233。两根第二齿轮轴233相互平行且间隔设置。位于第二齿轮轴233两端的第二轴承231均通过第二挡圈232进行轴向限位。两根第二齿轮轴233上均固定有第二齿轮234。两个第二齿轮234相互啮合。其中一个第二齿轮234与第一齿轮25啮合。第一齿轮25和两个第二齿轮234的轴线在同一平面内。
第一齿轮轴26间隔设置有两个第一齿轮25;每根第二齿轮轴233上均间隔设置有两个第二齿轮234,形成两个依次啮合的齿轮组。第一齿轮25的齿数小于第二齿轮234的齿数。
两根第二齿轮轴233上均固定有电动伸缩杆241。两根电动伸缩杆241的推出杆(即伸缩段)与力矩平衡弹簧242的两端分别固定。力矩平衡弹簧242对两根电动伸缩杆241提供拉力。力矩平衡弹簧242对两根电动伸缩杆241的拉力倾向于使两根电动伸缩杆241相互靠近,带动两个第二齿轮234相对转动,进而带动第一齿轮25转动。电动伸缩杆241的伸缩方向沿着对应的第二齿轮234的径向设置。两个电动伸缩杆241中的电机通过同一个电机驱动器进行同步控制。电动伸缩杆241设置有两个伸缩段;力矩平衡弹簧242共有两根。两根力矩平衡弹簧242分别连接在电动伸缩杆241的两个伸缩段上。
力矩平衡弹簧242的初始长度大于或等于两个第二齿轮234的中心距。因此,两根电动伸缩杆241的外端(即远离第二齿轮轴233的端部)的距离恒大于第二齿轮234的中心距。电动伸缩杆241推出时,力矩平衡弹簧242被拉伸;同时,在电动伸缩杆241推出将使得力臂长度增大,导致相同的弹力对第二齿轮提供的转矩增大。因此,在平衡状态下,若电动伸缩杆241推出,则两根电动伸缩杆241将在力矩平衡弹簧242的拉力作用下相互靠近,进而带动第一齿轮25和两个第二齿轮234转动。
如图5所示,机身连接架1包括连接板11、固定孔12和固定支座13。连接板11呈长方体。连接板11上开设有用于和无人机机身连接的固定孔12;连接板11的底面上固定有间隔设置的两个固定支座13。两个固定支座13与两根可调式缓冲支腿中的第一齿轮轴26分别固定。
本实施例提供一个非必要的优选技术方案:限位板34用于限定两个滑块311向内滑动的极限位置。两个第一齿轮25的中心距小于限位板34的长度。由此使得两根可调式缓冲支腿恒处于倾斜状态,不会与底架32垂直,避免在降落时出现死点无法缓冲的作用。
在本实施例中,力矩平衡弹簧242均位于对应的可调式缓冲支腿倾斜朝上的一侧(即远离单侧起落架结构中心位置的一侧)。
由于第一齿轮固定在机身连接架1上,故当支撑杆21相对于机身连接架1转动连接,第一齿轮相对于支撑杆21转动,进而通过啮合关系带动两个第二齿轮反向转动,使得两个电动伸缩杆241的外端相互远离或相互靠近,带动弹簧伸长或缩短。弹簧的弹力变化又使得弹簧通过两个第二齿轮对第一齿轮施加的转矩发生变化。
底座3支撑在地面上时,无人机主体及机身连接架1对可调式缓冲支腿施加重力矩,使得支撑杆21的底端产生向外翻转的趋势,滑块311产生向底座3的端部滑动的趋势。在可调式缓冲支腿底端向外翻转时,固定在机身连接架1上的第一齿轮25相对于支撑杆21发生转动,进而带动两个第二齿轮234相对于支撑杆21转动。
第一齿轮25在可调式缓冲支腿重力矩的作用下受到的转矩方向与力矩平衡弹簧242的弹力间接对第一齿轮25施加的转矩相反;当第一齿轮25受到的两个转矩相互平衡时,支撑杆21保持稳定。
如图6所示,当支撑杆21的底端在重力矩作用下向外翻转时,将带动两个第二齿轮234转动,使得力矩平衡弹簧242被逐渐拉伸,使得力矩平衡弹簧242产生的反力矩增大,直到与重力矩达到平衡。
平衡状态下,通过控制电动伸缩杆241推出,能够使得力矩平衡弹簧242对第一齿轮25施加的转矩增大,使得支撑杆21的底端向内翻转,带动机身连接架1和无人机主体升高,直到重新恢复力矩平衡;反之,通过控制电动伸缩杆241缩回,能够带动机身连接架1和无人机主体降低。
该刚度及高度可调的无人机起落架的工作方法如下:
步骤一、在无人机降落的过程中,旋翼提供的升力减小,无人机整体下落,底架32与地面开始接触。此时,可变支撑模块2产生的力矩还不足以在无人机旋翼停止转动时单独平衡无人机自身的重力矩。
步骤二、在底座3与地面接触的瞬间,可变支撑模块2中力矩平衡弹簧还处于最小拉伸状态。此时无人机受到的升力与重力未平衡的合力作用在可变支撑模块2上,使得可变支撑模块2中的各支撑杆21相对于机身连接架1转动,进而带动底座3中的滑块311滑动。可变支撑模块2中的第二齿轮234绕着机身连接架1的第一齿轮25转动;由于第二齿轮和电动伸缩杆241是固定连接,故两根电动伸缩杆241之间的力矩平衡弹簧242被拉伸;力矩平衡弹簧242的弹力通过第二齿轮、第一齿轮的传递,最终转化为可变支撑模块2对无人机主体的支撑力;由此使得可变支撑模块2对无人机主体的支撑力逐渐增大,直到足以支撑无人机主体的重力,该过程起到在无人机降落过程中的缓冲减震功能。
步骤三、在无人机支撑在地面上时,通过控制两根电动伸缩杆241的伸长,使得力矩平衡弹簧242对第一齿轮25施加的转矩增大,可变支撑模块2对机身连接架1和无人机主体的支撑力增大,带动机身连接架1升高。反之,通过控制两根电动伸缩杆241的缩短,使得力矩平衡弹簧242对第一齿轮25施加的转矩减小,可变支撑模块2对机身连接架1和无人机主体的支撑力减小,机身连接架1在重力作用下降低。由此实现无人机主体的地面上的高度调节,以便于适应不同的地面环境。
实施例2
如图7所示,一种刚度及高度可调的无人机起落架;本实施例与实施例1的区别仅在于:两个滑块311与滑槽35的对应端部之间均设置有归中弹簧36。归中弹簧36用于调节滑块311与底架32之间的相对位置,使得两个滑块311对称布置在底架32中心位置的两侧,避免底架32相对于两个滑块311任意滑动带来的风险。
Claims (10)
1.一种刚度及高度可调的无人机起落架,其特征在于:包括若干个单侧起落架结构;单侧起落架结构包括机身连接架(1)、可变支撑模块(2)和底座(3);机身连接架(1)的底部与底座(3)的顶部之间通过可变支撑模块(2)连接;所述的底座(3)上滑动连接有两个滑块(311);
所述的可变支撑模块(2)包括呈八字形排布的两根可调式缓冲支腿;两根可调式缓冲支腿与两个滑块(311)分别对应;可调式缓冲支腿包括支撑杆(21)、第二齿轮轴(233)、第二齿轮(234)、电动伸缩杆(241)、力矩平衡弹簧(242)、第一齿轮(25)和第一齿轮轴(26);所述支撑杆(21)的顶端转动连接有第一齿轮轴(26);第一齿轮轴(26)上固定有第一齿轮(25);第一齿轮轴(26)和第一齿轮(25)与机身连接架(1)固定;
所述支撑杆(21)的底端与对应的滑块(311)转动连接;支撑杆(21)上转动连接有两根第二齿轮轴(233);两根第二齿轮轴(233)相互平行且间隔设置;两根第二齿轮轴(233)上均固定有第二齿轮(234);两个第二齿轮(234)相互啮合;其中一个第二齿轮(234)与第一齿轮(25)啮合;
两根电动伸缩杆(241)的一端与两根第二齿轮轴(233)分别固定;两根电动伸缩杆(241)的另一端与力矩平衡弹簧(242)的两端分别连接;所述的力矩平衡弹簧(242)通过两个第二齿轮(234)对第一齿轮(25)施加的转矩方向,与支撑杆(21)斜度增大的过程中第一齿轮(25)相对于支撑杆(21)的转动方向相反;支撑杆(21)斜度增大的过程为,机身连接架(1)对支撑杆(21)的压力作用下,使得支撑杆(21)逐渐靠近水平姿态的过程。
2.根据权利要求1所述的一种刚度及高度可调的无人机起落架,其特征在于:工作过程中,通过控制两根电动伸缩杆(241)的伸缩调节力矩平衡弹簧(242)到两个第二齿轮的轴线的距离,改变第一齿轮(25)受到的转矩大小,改变机身连接架(1)相对于底座(3)的高度,以及可变支撑模块(2)在无人机降落过程中的刚度。
3.根据权利要求1所述的一种刚度及高度可调的无人机起落架,其特征在于:所述的电动伸缩杆(241)的伸缩方向沿着对应的第二齿轮(234)的径向设置;两个电动伸缩杆(241)受到一致性控制。
4.根据权利要求1所述的一种刚度及高度可调的无人机起落架,其特征在于:所述力矩平衡弹簧(242)的初始长度大于或等于两个第二齿轮(234)的中心距。
5.根据权利要求1所述的一种刚度及高度可调的无人机起落架,其特征在于:所述的第一齿轮轴(26)间隔设置有两个第一齿轮(25);每根第二齿轮轴(233)上均间隔设置有两个第二齿轮(234),形成两个依次啮合的齿轮组。
6.根据权利要求1所述的一种刚度及高度可调的无人机起落架,其特征在于:所述的第一齿轮(25)和两个第二齿轮(234)的轴线在同一平面内;所述的第一齿轮(25)的齿数小于第二齿轮(234)的齿数。
7.根据权利要求1所述的一种刚度及高度可调的无人机起落架,其特征在于:所述力矩平衡弹簧(242)均位于对应的可调式缓冲支腿倾斜朝上的一侧。
8.根据权利要求1所述的一种刚度及高度可调的无人机起落架,其特征在于:所述的底座(3)包括滑块(311)、连接轴(312)、底架(32)、滑轴(33)和滑动槽(35);底架(32)呈长条形;底架(32)顶部开设有沿底架(32)长度方向设置的滑动槽(35);滑轴(33)固定在滑动槽(35)内;两个滑块(311)均与滑轴(33)构成滑动副;所述底架(32)底面的两端呈向上翘起的圆弧状。
9.根据权利要求8所述的一种刚度及高度可调的无人机起落架,其特征在于:所述滑动槽(35)顶部的中间位置固定有限位板(34);限位板(34)将分隔为两个独立的滑槽段;两个滑槽段内均设置有滑块(311);两个第一齿轮(25)的中心距小于限位板(34)的长度。
10.根据权利要求1所述的一种刚度及高度可调的无人机起落架,其特征在于:所述的机身连接架(1)包括连接板(11)、固定孔(12)和固定支座(13);连接板(11)呈长方体;连接板(11)上开设有用于连接无人机主体的固定孔(12);连接板(11)的底面上固定有间隔设置的两个固定支座(13);两个固定支座(13)与两根可调式缓冲支腿中的第一齿轮轴(26)分别固定。
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