CN115973476A - 一种可实时收放的旋转式无人机起落架 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可实时收放的旋转式无人机起落架，涉及无人机起落架技术领域，包括起落架组件和辅助降落模块；所述起落架组件包括起落架壳体、起落架收放驱动装置和一组起落架，所述起落架壳体的顶面用于连接无人机本体的底部，所述起落架收放驱动装置安装在起落架壳体的内壁上，所述一组起落架通过转轴可转动安装在起落架壳体的外壁上，起落架收放驱动装置用于驱动一组起落架同步完成收放动作。本发明采用单个电机或伺服舵机，可以排除多个电控件之间的差异性；机械结构轻简化设计，减少加工精度与装配带来的累计误差，使脚架在运作中位置准确，控制芯片根据一组距离传感器和无线角度传感器的数据综合进行判断，实现对起落架的收放控制。

Description

一种可实时收放的旋转式无人机起落架

技术领域

本发明涉及无人机起落架技术领域，尤其是涉及一种可实时收放的旋转式无人机起落架。

背景技术

无人机具备执行任务能力突出、研发成本低廉、消耗资源少以及无人驾驶等优点，随着国际军事需要、国防安防技术发展以及民用领域的业务需求，其发展空间巨大。起落架收放系统的相关技术是无人机在执行任务过程中起降安全和可靠的保证。

常规无人机起落架采用固定式结构，起飞前起到稳定支撑飞行器作用，降落时需依赖起落架保证飞行器稳定着陆，保护飞行器底部挂载在落地时不会碰撞地面导致损坏。

飞行过程中起落架下垂状态固定于机身，对探查、拍摄、照明、抛掷、投放等任务载荷会产生负面影响。传统固定式起落架采用斜撑式结构，存在收纳不方便的现象。

传统自动收放起落架每根脚架上需要布置一个舵机来控制收放，此种控制方式不适合在小型无人机上应用，同时在传统无人机的起落架收放过程中，对于非平整地面的适应性较差。

发明内容

为了解决现有技术中无人机起落架的收发和降落地面适应性技术问题，本发明提供一种可实时收放的旋转式无人机起落架。采用如下的技术方案：

一种可实时收放的旋转式无人机起落架，包括起落架组件和辅助降落模块；

所述起落架组件包括起落架壳体、起落架收放驱动装置和一组起落架，所述起落架壳体的顶面用于连接无人机本体的底部，所述起落架收放驱动装置安装在起落架壳体的内壁上，所述一组起落架通过转轴可转动安装在起落架壳体的外壁上，起落架收放驱动装置用于驱动一组起落架同步完成收放动作；

所述辅助降落模块包括一组距离传感器、电机驱动器和控制芯片，一组距离传感器分别安装在一组起落架的末端，在无人机本体降落时用于检测各个起落架末端与所降落位置的距离，一组距离传感器分别与控制芯片通信连接，所述控制芯片根据一组距离传感器所测距离，计算降落位置平整度，并通过电机驱动器控制起落架收放驱动装置的执行动作，调整一组起落架的打开角度，满足降落位置平整度需求，所述控制芯片与无人机本体的飞控系统通信连接。

通过采用上述技术方案，在无人机本体起飞，一组起落架需要收起，辅助降落模块的控制芯片收到飞控系统的指令，此时需要一组距离传感器进行判断无人机本体是否已经起飞，这个判断可以通过一组距离传感器测得与地面的距离来实现，当满足起飞条件后，控制芯片就可以通过电机驱动器控制起落架收放驱动装置的执行动作，起落架收放驱动装置就驱动一组起落架同步完成收起动作，完成起落架的回收，避免起落架对其它如探查、拍摄、照明、抛掷、投放等任务载荷产生的负面影响。

在无人机本体降落，一组起落架需要放下时，控制芯片根据一组距离传感器所测距离，计算降落位置平整度是否满足降落需求，若满足，同理通过电机驱动器控制起落架收放驱动装置的执行动作，调整一组起落架的打开角度，后飞控系统就可控制无人机本体完成降落；

起落架的收放过程可以采用一个起落架收放驱动装置来进行同步驱动，免每个起落架均需配备驱动装置导致的机构臃肿，排除多个电控件之间的差异性。

可选的，所述起落架收放驱动装置包括驱动电机、主驱动齿轮盘、齿轮盘主轴、一组副驱动齿轮和用于驱动起落架摆动的一组转向齿轮副，所述驱动电机的壳体固定安装在起落架壳体的内壁上，所述主驱动齿轮盘的中部通过齿轮盘主轴和轴承可转动安装在起落架壳体内的底部，主驱动齿轮盘通过传动齿轮与驱动电机的动力轴传动连接，所述一组副驱动齿轮与主驱动齿轮盘相啮合，并在主驱动齿轮盘的驱动下同步转动，一组转向齿轮副分别与一组副驱动齿轮啮合，并分别在一组副驱动齿轮的驱动下同步转动，所述一组起落架通过转轴可转动安装在起落架壳体的外壁上，且起落架在一组转向齿轮副的驱动下同步完成收放动作；

所述控制芯片通过电机驱动器控制驱动电机的执行动作。

通过采用上述技术方案，采用一个驱动电机和特殊设计的齿轮传动机构实现对一组起落架的同步驱动，机械结构轻简化设计，减少加工精度与装配带来的累计误差，使脚架在运作中位置准确。同时也可以减少脚架的重量。

可选的，驱动电机是伺服舵机，电机驱动器是伺服驱动器。

通过采用上述技术方案，伺服舵机和伺服驱动器的选用可以实现更高精度的转速控制，满足起落架下落过程中的精准打开角度的控制。

可选的，一组距离传感器分别是无线距离传感器。

可选的，起落架的末端设置传感器安装槽，距离传感器安装在传感器安装槽内，且当起落架放下时，距离传感器的传感头朝向地面。

通过采用上述技术方案，无线距离传感器的设置，避免采用走线，进一步减少设备的复杂程度。无线距离传感器直接设置在起落架底部的传感器安装槽内，能直接测量起落架放下时即将跟地面接触部位与地面直接的距离，由于起落架放下过程中角度可能出现偏转，然而本发明只需要比较各个起落架所配备的无线距离传感器检测数据的差异性，因此即便无线距离传感器测得的不是起落架与地面的真实距离，但是不影响对起落架降落地面是否符合要求的判断。

可选的，所述控制芯片是NY8BM72AMCU微控制器。

通过采用上述技术方案，NY8BM72AMCU微控制器可高效地按照设定的判断程度来对所有检测值进行判定以及控制指令的生成。

可选的，所述驱动电机具有电控锁紧机构。

通过采用上述技术方案，电控锁紧机构的设置，能使起落架停在设定的任意角度，并能承受一定的冲击力。

可选的，辅助降落模块还包括无线角度传感器，所述无线角度传感器安装在传感器安装槽内，用于检测起落架轴线与水平面的夹角，无线角度传感器与控制芯片无线通信连接。

通过采用上述技术方案，无线角度传感器可检测起落架轴线与水平面的夹角，并将检测数据传输给控制芯片。

可选的，无人机本体的飞控系统通过控制芯片控制起落架收放驱动装置的执行动作，完成起落架的收放的具体方法是：

起落架的收起，当飞控系统完成起飞动作后，飞控系统向控制芯片发出起落架收起的指令，设起落架数量为N个，配套的N个距离传感器分别检测与地面的距离记为S1、S2、……、SN，N个距离传感器分别将S1、S2、……、SN传输给控制芯片，当控制芯片判定S1、S2、……、SN均大于200mm时，控制芯片通过电机驱动器控制驱动电机动作，驱动所有起落架同步收回；

起落架的放下，当飞控系统需要完成降落时，飞控系统向控制芯片发出起落架放下的指令，并等待回执，控制芯片接收到指令后，通过电机驱动器控制驱动电机动作驱动所有起落架同步放下，无线角度传感器检测起落架轴线与水平面的夹角，并传输给控制芯片，控制芯片判断起落架的轴线与水平面的夹角达到60°时，N个距离传感器分别将此时测得的距离S1t、S2t、……、SNt传输给控制芯片，若控制芯片判断任意两个距离值的差值的绝对值大于10mm，则控制芯片继续控制起落架继续同步放下，并监测任意两个距离值的差值，直到差值的绝对值均小于等于10mm，控制芯片控制起落架停止动作，并向飞控系统反馈可以降落的信号，飞控系统控制无人机本体完成降落。

可选的，当起落架完成收回后和起落架停止动作后，电机驱动器开启电控锁紧机构；

若起落架的放下过程中，若起落架的轴线与水平面的夹角达到85°，仍然存在两个距离值的差值的绝对值大于10mm，则控制芯片向飞控系统反馈此处不适宜降落的信息，飞控系统控制无人机本体更换降落地点。

通过采用上述技术方案，可以控制芯片根据一组距离传感器和无线角度传感器的数据综合进行判断，实现对起落架的收放控制，使起落架收起时不对其它设备造成干扰，放下时获得符合要求的地面或者其它降落平台进行降落，避免降落过程中的炸机风险。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

本发明能提供一种可实时收放的旋转式无人机起落架，采用单个电机或伺服舵机，可以排除多个电控件之间的差异性，通过电机或者舵机控制齿轮机构带动所有起落架齿轮旋转；机械结构轻简化设计，减少加工精度与装配带来的累计误差，使脚架在运作中位置准确，同时也可以减少脚架的重量；控制芯片根据一组距离传感器和无线角度传感器的数据综合进行判断，实现对起落架的收放控制，使起落架收起时不对其它设备造成干扰，放下时获得符合要求的地面或者其它降落平台进行降落，避免降落过程中的炸机风险。

附图说明

图1是本发明起落架组件的立体结构示意图；

图2是本发明起落架组件的侧视结构示意图；

图3是本发明起落架组件的俯视结构示意图；

图4是本发明起落架组件主驱动齿轮盘结构示意图；

图5是本发明的电器件连接原理示意图。

附图标记说明：11、起落架壳体；12、起落架；13、驱动电机；14、主驱动齿轮盘；15、齿轮盘主轴；16、副驱动齿轮；17、转向齿轮副；21、距离传感器；22、电机驱动器；23、控制芯片；24、无线角度传感器；100、飞控系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开一种可实时收放的旋转式无人机起落架。

参照图1－图5，一种可实时收放的旋转式无人机起落架，包括起落架组件和辅助降落模块；

起落架组件包括起落架壳体11、起落架收放驱动装置和一组起落架12，起落架壳体11的顶面用于连接无人机本体的底部，起落架收放驱动装置安装在起落架壳体11的内壁上，一组起落架12通过转轴可转动安装在起落架壳体11的外壁上，起落架收放驱动装置用于驱动一组起落架12同步完成收放动作；

辅助降落模块包括一组距离传感器21、电机驱动器22和控制芯片23，一组距离传感器21分别安装在一组起落架12的末端，在无人机本体降落时用于检测各个起落架12末端与所降落位置的距离，一组距离传感器21分别与控制芯片23通信连接，控制芯片23根据一组距离传感器21所测距离，计算降落位置平整度，并通过电机驱动器22控制起落架收放驱动装置的执行动作，调整一组起落架12的打开角度，满足降落位置平整度需求，控制芯片23与无人机本体的飞控系统100通信连接。

在无人机本体起飞，一组起落架12需要收起，辅助降落模块的控制芯片23收到飞控系统100的指令，此时需要一组距离传感器21进行判断无人机本体是否已经起飞，这个判断可以通过一组距离传感器21测得与地面的距离来实现，当满足起飞条件后，控制芯片23就可以通过电机驱动器22控制起落架收放驱动装置的执行动作，起落架收放驱动装置就驱动一组起落架12同步完成收起动作，完成起落架12的回收，避免起落架12对其它如探查、拍摄、照明、抛掷、投放等任务载荷产生的负面影响。

在无人机本体降落，一组起落架12需要放下时，控制芯片23根据一组距离传感器21所测距离，计算降落位置平整度是否满足降落需求，若满足，同理通过电机驱动器22控制起落架收放驱动装置的执行动作，调整一组起落架12的打开角度，后飞控系统100就可控制无人机本体完成降落；

起落架12的收放过程可以采用一个起落架收放驱动装置来进行同步驱动，免每个起落架均需配备驱动装置导致的机构臃肿，排除多个电控件之间的差异性。

起落架收放驱动装置包括驱动电机13、主驱动齿轮盘14、齿轮盘主轴15、一组副驱动齿轮16和用于驱动起落架摆动的一组转向齿轮副17，驱动电机13的壳体固定安装在起落架壳体11的内壁上，主驱动齿轮盘14的中部通过齿轮盘主轴15和轴承可转动安装在起落架壳体11内的底部，主驱动齿轮盘14通过传动齿轮与驱动电机13的动力轴传动连接，一组副驱动齿轮16与主驱动齿轮盘14相啮合，并在主驱动齿轮盘14的驱动下同步转动，一组转向齿轮副17分别与一组副驱动齿轮16啮合，并分别在一组副驱动齿轮16的驱动下同步转动，一组起落架12通过转轴可转动安装在起落架壳体11的外壁上，且起落架12在一组转向齿轮副17的驱动下同步完成收放动作；

控制芯片23通过电机驱动器22控制驱动电机13的执行动作。

采用一个驱动电机13和特殊设计的齿轮传动机构实现对一组起落架12的同步驱动，机械结构轻简化设计，减少加工精度与装配带来的累计误差，使脚架在运作中位置准确。同时也可以减少脚架的重量。

驱动电机13是伺服舵机，电机驱动器22是伺服驱动器。

伺服舵机和伺服驱动器的选用可以实现更高精度的转速控制，满足起落架12下落过程中的精准打开角度的控制。

一组距离传感器21分别是无线距离传感器。

起落架12的末端设置传感器安装槽，距离传感器21安装在传感器安装槽内，且当起落架12放下时，距离传感器21的传感头朝向地面。

无线距离传感器的设置，避免采用走线，进一步减少设备的复杂程度。无线距离传感器直接设置在起落架12底部的传感器安装槽内，能直接测量起落架12放下时即将跟地面接触部位与地面直接的距离，由于起落架12放下过程中角度可能出现偏转，然而本发明只需要比较各个起落架12所配备的无线距离传感器检测数据的差异性，因此即便无线距离传感器测得的不是起落架12与地面的真实距离，但是不影响对起落架12降落地面是否符合要求的判断。

控制芯片23是NY8BM72AMCU微控制器。

NY8BM72AMCU微控制器可高效地按照设定的判断程度来对所有检测值进行判定以及控制指令的生成。

驱动电机13具有电控锁紧机构。

电控锁紧机构的设置，能使起落架12停在设定的任意角度，并能承受一定的冲击力。

辅助降落模块还包括无线角度传感器24，无线角度传感器24安装在传感器安装槽内，用于检测起落架12轴线与水平面的夹角，无线角度传感器24与控制芯片23无线通信连接。

无线角度传感器24可检测起落架12轴线与水平面的夹角，并将检测数据传输给控制芯片23。

无人机本体的飞控系统100通过控制芯片23控制起落架收放驱动装置的执行动作，完成起落架12的收放的具体方法是：

起落架12的收起，当飞控系统100完成起飞动作后，飞控系统100向控制芯片23发出起落架收起的指令，设起落架12数量为N个，配套的N个距离传感器21分别检测与地面的距离记为S1、S2、……、SN，N个距离传感器21分别将S1、S2、……、SN传输给控制芯片23，当控制芯片23判定S1、S2、……、SN均大于200mm时，控制芯片23通过电机驱动器22控制驱动电机13动作，驱动所有起落架12同步收回；

起落架12的放下，当飞控系统100需要完成降落时，飞控系统100向控制芯片23发出起落架放下的指令，并等待回执，控制芯片23接收到指令后，通过电机驱动器22控制驱动电机13动作驱动所有起落架12同步放下，无线角度传感器24检测起落架12轴线与水平面的夹角，并传输给控制芯片23，控制芯片23判断起落架12的轴线与水平面的夹角达到60°时，N个距离传感器21分别将此时测得的距离S1t、S2t、……、SNt传输给控制芯片23，若控制芯片23判断任意两个距离值的差值的绝对值大于10mm，则控制芯片23继续控制起落架12继续同步放下，并监测任意两个距离值的差值，直到差值的绝对值均小于等于10mm，控制芯片23控制起落架12停止动作，并向飞控系统100反馈可以降落的信号，飞控系统100控制无人机本体完成降落。

当起落架12完成收回后和起落架12停止动作后，电机驱动器22开启电控锁紧机构；

若起落架12的放下过程中，若起落架12的轴线与水平面的夹角达到85°，仍然存在两个距离值的差值的绝对值大于10mm，则控制芯片23向飞控系统100反馈此处不适宜降落的信息，飞控系统100控制无人机本体更换降落地点。

可以控制芯片23根据一组距离传感器21和无线角度传感器24的数据综合进行判断，实现对起落架12的收放控制，使起落架12收起时不对其它设备造成干扰，放下时获得符合要求的地面或者其它降落平台进行降落，避免降落过程中的炸机风险。

本发明实施例一种可实时收放的旋转式无人机起落架的实施原理为：

在一个具体的无人机起落架收放应用场景下，无人机采用共轴双桨无人机，底部挂载云台相机，

起飞过程如下，当共轴双桨无人机的飞控系统100完成起飞动作后，飞控系统100向控制芯片23发出起落架收起的指令，起落架12数量为3个，配套的3个距离传感器21分别检测与地面的距离记为S1、S2、S3，3个距离传感器21分别将S1、S2、S3传输给控制芯片23，当控制芯片23判定S1、S2、S3均大于200mm时，控制芯片23通过电机驱动器22控制驱动电机13动作，驱动所有起落架12同步收回；

当飞控系统100需要完成降落时，飞控系统100向控制芯片23发出起落架放下的指令，并等待回执，控制芯片23接收到指令后，通过电机驱动器22控制驱动电机13动作驱动所有起落架12同步放下，无线角度传感器24检测起落架12轴线与水平面的夹角，并传输给控制芯片23，控制芯片23判断起落架12的轴线与水平面的夹角达到60°时，N个距离传感器21分别将此时测得的距离S1t、S2t、……、SNt传输给控制芯片23，若控制芯片23判断任意两个距离值的差值的绝对值大于10mm，则控制芯片23继续控制起落架12继续同步放下，并监测任意两个距离值的差值，直到差值的绝对值均小于等于10mm，此时起落架12的轴线与水平面的夹角达到65°，控制芯片23控制起落架12停止动作，并向飞控系统100反馈可以降落的信号，飞控系统100控制无人机本体完成降落。

当起落架12完成收回后和起落架12停止动作后，电机驱动器22开启电控锁紧机构。

以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可实时收放的旋转式无人机起落架，其特征在于：包括起落架组件和辅助降落模块；

所述起落架组件包括起落架壳体（11）、起落架收放驱动装置和一组起落架（12），所述起落架壳体（11）的顶面用于连接无人机本体的底部，所述起落架收放驱动装置安装在起落架壳体（11）的内壁上，所述一组起落架（12）通过转轴可转动安装在起落架壳体（11）的外壁上，起落架收放驱动装置用于驱动一组起落架（12）

同步完成收放动作；

所述辅助降落模块包括一组距离传感器（21）、电机驱动器（22）和控制芯片（23），一组距离传感器（21）分别安装在一组起落架（12）的末端，在无人机本体降落时用于检测各个起落架（12）末端与所降落位置的距离，一组距离传感器（21）分别与控制芯片（23）通信连接，所述控制芯片（23）根据一组距离传感器（21）所测距离，计算降落位置平整度，并通过电机驱动器（22）控制起落架收放驱动装置的执行动作，调整一组起落架（12）的打开角度，满足降落位置平整度需求，所述控制芯片（23）与无人机本体的飞控系统（100）通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种可实时收放的旋转式无人机起落架，其特征在于：

所述起落架收放驱动装置包括驱动电机（13）、主驱动齿轮盘（14）、齿轮盘主轴（15）、一组副驱动齿轮（16）和用于驱动起落架摆动的一组转向齿轮副（17），所述驱动电机（13）的壳体固定安装在起落架壳体（11）的内壁上，所述主驱动齿轮盘（14）的中部通过齿轮盘主轴（15）和轴承可转动安装在起落架壳体（11）内的底部，主驱动齿轮盘（14）通过传动齿轮与驱动电机（13）的动力轴传动连接，所述一组副驱动齿轮（16）与主驱动齿轮盘（14）相啮合，并在主驱动齿轮盘（14）的驱动下同步转动，一组转向齿轮副（17）分别与一组副驱动齿轮（16）啮合，并分别在一组副驱动齿轮（16）的驱动下同步转动，所述一组起落架（12）通过转轴可转动安装在起落架壳体（11）的外壁上，且起落架（12）在一组转向齿轮副（17）的驱动下同步完成收放动作；

所述控制芯片（23）通过电机驱动器（22）控制驱动电机（13）的执行动作。

3.根据权利要求2所述的一种可实时收放的旋转式无人机起落架，其特征在于：驱动电机（13）是伺服舵机，电机驱动器（22）是伺服驱动器。

4.根据权利要求1所述的一种可实时收放的旋转式无人机起落架，其特征在于：一组距离传感器（21）分别是无线距离传感器。

5.根据权利要求4所述的一种可实时收放的旋转式无人机起落架，其特征在于：起落架（12）的末端设置传感器安装槽，距离传感器（21）安装在传感器安装槽内，且当起落架（12）放下时，距离传感器（21）的传感头朝向地面。

6.根据权利要求1所述的一种可实时收放的旋转式无人机起落架，其特征在于：所述控制芯片（23）是NY8BM72AMCU微控制器。

7.根据权利要求2所述的一种可实时收放的旋转式无人机起落架，其特征在于：所述驱动电机（13）具有电控锁紧机构。

8.根据权利要求5所述的一种可实时收放的旋转式无人机起落架，其特征在于：辅助降落模块还包括无线角度传感器（24），所述无线角度传感器（24）安装在传感器安装槽内，用于检测起落架（12）轴线与水平面的夹角，无线角度传感器（24）与控制芯片（23）无线通信连接。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种可实时收放的旋转式无人机起落架，其特征在于：无人机本体的飞控系统（100）通过控制芯片（23）控制起落架收放驱动装置的执行动作，完成起落架（12）的收放的具体方法是：

起落架（12）的收起，当飞控系统（100）完成起飞动作后，飞控系统（100）向控制芯片（23）发出起落架收起的指令，设起落架（12）数量为N个，配套的N个距离传感器（21）分别检测与地面的距离记为S1、S2、……、SN，N个距离传感器（21）分别将S1、S2、……、SN传输给控制芯片（23），当控制芯片（23）判定S1、S2、……、SN均大于200mm时，控制芯片（23）通过电机驱动器（22）控制驱动电机（13）动作，驱动所有起落架（12）同步收回；

起落架（12）的放下，当飞控系统（100）需要完成降落时，飞控系统（100）向控制芯片（23）发出起落架放下的指令，并等待回执，控制芯片（23）接收到指令后，通过电机驱动器（22）控制驱动电机（13）动作驱动所有起落架（12）同步放下，无线角度传感器（24）检测起落架（12）轴线与水平面的夹角，并传输给控制芯片（23），控制芯片（23）判断起落架（12）的轴线与水平面的夹角达到60°时，N个距离传感器（21）分别将此时测得的距离S1t、S2t、……、SNt传输给控制芯片（23），若控制芯片（23）判断任意两个距离值的差值的绝对值大于10mm，则控制芯片（23）继续控制起落架（12）继续同步放下，并监测任意两个距离值的差值，直到差值的绝对值均小于等于10mm，控制芯片（23）控制起落架（12）停止动作，并向飞控系统（100）反馈可以降落的信号，飞控系统（100）控制无人机本体完成降落。

10.根据权利要求9所述的一种可实时收放的旋转式无人机起落架，其特征在于：当起落架（12）完成收回后和起落架（12）停止动作后，电机驱动器（22）开启电控锁紧机构；

若起落架（12）的放下过程中，若起落架（12）的轴线与水平面的夹角达到85°，仍然存在两个距离值的差值的绝对值大于10mm，则控制芯片（23）向飞控系统（100）反馈此处不适宜降落的信息，飞控系统（100）控制无人机本体更换降落地点。

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