CN116788544A - 一种基于sma锁紧释放装置的轻量化无人机起落架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机起落架技术领域，尤其涉及一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架，包括解锁圆柱螺旋扭转弹簧、SMA锁紧释放装置、斜支撑杆、上支撑杆和下支撑杆，所述下支撑杆的底端与起落架轮连接，所述下支撑杆的顶端与所述上支撑杆的一端铰接；所述斜支撑杆的内端与所述下支撑杆的外壁中部铰接，所述斜支撑杆的外端设有所述解锁圆柱螺旋扭转弹簧；所述下支撑杆的顶端下表面通过锁止卡销的左端限制其转动；所述锁止卡销通过设置于机腹内的SMA锁紧释放装置驱动其沿着水平方向移动。本发明结构简单，释放速度快，功耗低，可以重复使用，并且装配简单；能够实现起落架与锁紧释放装置的轻量化。

Description

一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架

技术领域

本发明涉及无人机起落架技术领域，尤其涉及一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架。

背景技术

起落架是无人机等飞行器在降落地面滑行时支撑无人机移动的重要装置。随着无人机技术近年来的不断发展，无人机相关部件的性能要求也在不断提高。起落架作为无人机关键的承力部件，其性能将会对无人机的安全产生直接的影响。在无人机飞行时，起落架不受无人机自身飞行载荷作用，但在着陆关键阶段，担负着相当重要的使命。当无人机停放在地面上，起落架起到支撑无人机自身重量的作用，在滑行时用于制动和操纵无人机，着陆时消耗和吸收无人机与地面产生的冲击能量，从而保证无人机的安全。因此，起落架需要具备重量轻、承载能力强、高效缓冲和防坠毁等要求。

现阶段无人机起落架多为固定式起落架和液压驱动可收放式起落架。固定式起落架多为扁簧式和滑撬式，主要应用于中小型低速无人机上，此类起落架不可收放，在无人机执行飞行任务时暴露在机体外，不利于无人机的气动外形，会产生较大的空气阻力。在降落过程中，其对降落场地的要求较高，只能降落在专用机场或平摊沙地上，在崎岖地面上降落时容易与地面产生冲击发生变形弯曲，使机体产生震动从而导致机体发生侧翻，造成设备损伤。

目前可收放式起落架多以轮式起落架方式出现，其优势在于停机时更加平稳，有助于侧风着陆，并且易于移动。然而，目前普遍使用的轮式起落架通常由液压系统驱动，需要有配套液压装置，结构复杂，质量较大。轮式起落架系统包括制动装置、轮胎、机轮、减震装置和其它液压设备等，此外还需配备相关收放系统，不适用于轻型无人机。

正是基于上述考虑，本发明设计了一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架，该起落架采用SMA锁解装置控制起落架的释放，避免了液压驱动装置的复杂笨重，又能利用轮式起落架适应能力强的优点，能够极大提高无人机的使用率，同时能够更加高效的保证无人机在降落过程的安全性。

为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：

本发明公开了一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架，包括解锁圆柱螺旋扭转弹簧、SMA锁紧释放装置、斜支撑杆、上支撑杆和下支撑杆，所述下支撑杆的底端与起落架轮连接，所述下支撑杆的顶端与所述上支撑杆的一端铰接，所述上支撑杆的另一端与机腹内铰接；所述斜支撑杆的内端与所述下支撑杆的外壁中部铰接，所述斜支撑杆的外端设有所述解锁圆柱螺旋扭转弹簧；所述下支撑杆的顶端下表面通过锁止卡销的左端限制其转动；所述锁止卡销通过设置于机腹内的SMA锁紧释放装置驱动其沿着水平方向移动。

所述SMA锁紧释放装置包括圆柱螺旋扭转弹簧、旋臂、卡销、第一压缩弹簧、SMA丝、第二压缩弹簧、卡销座和锁止座，所述卡销座呈圆柱形结构，其右端设有用于所述卡销插入的卡销槽，所述卡销槽内端与卡销的内端之间连接有所述第一压缩弹簧，所述SMA丝套装于所述第一压缩弹簧内侧，所述SMA丝的内端与卡销的内端端面连接，所述SMA丝的外端穿过所述卡销槽的内端与外部相连；所述锁止座呈方形结构设置于所述卡销座的下方，所述锁止卡销呈圆柱形结构，其右端形成限位部，所述限位部为外径大于所述锁止卡销的圆柱形结构，所述锁止座的内部形成用于所述限位部滑动的限位槽，所述限位槽的左端设有用于所述锁止卡销穿过的卡销孔，所述限位部的左端与所述限位槽的左端之间连接有所述第二压缩弹簧；所述锁止座右端顶部形成与外部连通的开口，所述限位部的外端顶部形成限位斜面；所述旋臂的右端与机腹内铰接并通过所述圆柱螺旋扭转弹簧驱动其顺时针转动，所述旋臂的左端形成上斜面和下斜面，所述上斜面和下斜面组成等腰三角形结构。

所述下斜面与所述限位斜面的斜率相同，所述卡销伸出时，所述下斜面的底端与所述限位斜面的底端顶紧接触；所述卡销收缩时，所述下斜面的底端与所述限位斜面的顶端顶紧接触。

所述开口的左端形成与所述限位斜面斜率相同的开口斜面。

本发明的有益效果在于：

1.该装置结构简单，释放速度快，功耗低，可以重复使用，并且装配简单，可以极大降低使用成本。

2.能够克服传统液压驱动起落架装置结构复杂、重量大、所占空间大等缺陷，实现起落架与锁紧释放装置的轻量化。

3.SMA锁紧释放装置采用移动副，通过旋臂、卡销、锁止卡销以及圆柱螺旋压缩弹簧，对SMA丝回复力的要求也进一步减小，可以通过采用直接对SMA通电加热的方式进行解锁，同时也降低了对电源功率的要求，因此，可以采用无人机的内接电源。

附图说明

图1：本发明中一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架示意图，主要由起落架各支撑杆与SMA锁紧释放装置组成；

图2：本发明中一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架在无人机正常飞行时锁紧释放装置与起落架支撑杆状态示意图；

图3：无人机在接到落地任务时，SMA锁紧释放装置解锁与起落架支撑杆下放过程状态示意图；

图4：无人机降落时SMA锁紧释放装置与起落架各支撑杆状态示意图；

图5：本发明中SMA锁紧释放装置锁紧状态原理图；

图6：本发明中SMA锁紧释放装置解锁状态原理图。

图中，1解锁圆柱螺旋扭转弹簧，2SMA锁紧释放装置，3斜支撑杆，4上支撑杆，5下支撑杆，6起落架轮，201圆柱螺旋扭转弹簧，202旋臂，203卡销，204第一压缩弹簧，205SMA丝，206第二压缩弹簧，207锁止卡销，208卡销座，209锁止座，210卡销槽，211限位部，212限位槽，213卡销孔，214开口，215限位斜面，216上斜面，217下斜面，218开口斜面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

参见图1-6。

本发明公开了一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架，如图1所示，包括解锁圆柱螺旋扭转弹簧1、SMA锁紧释放装置2、斜支撑杆3、上支撑杆4和下支撑杆5，所述下支撑杆5的底端与起落架轮6连接，所述下支撑杆5的顶端与所述上支撑杆4的一端铰接，所述上支撑杆4的另一端与机腹内铰接；所述斜支撑杆3的内端与所述下支撑杆5的外壁中部铰接，所述斜支撑杆3的外端设有所述解锁圆柱螺旋扭转弹簧1；所述下支撑杆5的顶端下表面通过锁止卡销207的左端限制其转动；所述锁止卡销207通过设置于机腹内的SMA锁紧释放装置2驱动其沿着水平方向移动，本案通过SMA丝受热收缩的原理驱动锁止卡销207对起落架的限位与解锁，结构简单，释放速度快，功耗低，可以重复使用，并且装配简单，可以极大降低使用成本；能够克服传统液压驱动起落架装置结构复杂、重量大、所占空间大等缺陷，实现起落架与锁紧释放装置的轻量化；SMA锁紧释放装置采用移动副，通过旋臂、卡销、锁止卡销以及圆柱螺旋压缩弹簧，对SMA丝回复力的要求也进一步减小，可以通过采用直接对SMA通电加热的方式进行解锁，同时也降低了对电源功率的要求，因此，可以采用无人机的内接电源。

进一步的，SMA锁紧释放装置2包括圆柱螺旋扭转弹簧201、旋臂202、卡销203、第一压缩弹簧204、SMA丝205、第二压缩弹簧206、卡销座208和锁止座209，所述卡销座208呈圆柱形结构，其右端设有用于所述卡销203插入的卡销槽210，所述卡销槽210内端与卡销203的内端之间连接有所述第一压缩弹簧204，所述SMA丝205套装于所述第一压缩弹簧204内侧，所述SMA丝205的内端与卡销203的内端端面连接，所述SMA丝205的外端穿过所述卡销槽210的内端与外部相连；所述锁止座209呈方形结构设置于所述卡销座208的下方，所述锁止卡销207呈圆柱形结构，其右端形成限位部211，所述限位部211为外径大于所述锁止卡销207的圆柱形结构，所述锁止座209的内部形成用于所述限位部211滑动的限位槽212，所述限位槽212的左端设有用于所述锁止卡销207穿过的卡销孔213，所述限位部211的左端与所述限位槽212的左端之间连接有所述第二压缩弹簧206；所述锁止座209右端顶部形成与外部连通的开口214，所述限位部211的外端顶部形成限位斜面215；所述旋臂202的右端与机腹内铰接并通过所述圆柱螺旋扭转弹簧201驱动其顺时针转动，所述旋臂202的左端形成上斜面216和下斜面217，所述上斜面216和下斜面217组成等腰三角形结构。

SMA锁紧释放装置2的工作原理如下：

如图2所示，为轻量化无人机起落架在无人机正常飞行时的状态。在无人机执行正常飞行任务时，起落架上支撑杆4、下支撑杆5和斜支撑杆3收缩在机腹内，锁止卡销207向左伸出将下支撑杆5的顶端底部进行支撑限位，从而限制起落架无法放下；此时SMA锁紧释放装置2的状态，如图5所示，SMA丝205和第一压缩弹簧204处于常态，卡销203的右端伸出将旋臂202的左端压到最低点，此时旋臂202的下斜面217的底端与所述限位斜面215的底端顶紧接触，此时锁止卡销207的左端为向左伸出最多的状态，且第二压缩弹簧206处于压缩状态，从而实现锁止卡销207将下支撑杆5的顶端底部进行支撑限位。

如图3所示，为轻量化无人机起落架在无人机接收到落地指令时SMA锁紧释放装置解锁与起落架下放时的状态，此时锁止卡销207的左端向右移动，使得锁止卡销207解除与下支撑杆5顶端底部的支撑限位，解锁圆柱螺旋扭转弹簧1驱动斜支撑杆3逆时针转动，依次带动与斜支撑杆3铰接的下支撑杆5逆时针转动、上支撑杆4顺时针转动至，如图4所示的起落架完全展开的状态；无人机在执行降落任务前，地面操纵人员只需打开SMA锁止释放装置的通电开关，SMA丝205通电受热收缩，SMA锁紧释放装置解锁，状态如图6所示。解锁时，对SMA丝205通电，使得SMA丝205在通电后温度升高，SMA丝205受热收缩，克服第一压缩弹簧204做功，驱动卡销203沿着卡销槽210向左运动，当卡销203的右端移动至旋臂202左端的上斜面216上时，由于旋臂202右端圆柱螺旋扭转弹簧201的作用，驱动旋臂202的左端逐渐顺时针转动，同时，下斜面217也沿着限位部211上的限位斜面215逐渐向上移动，锁止卡销207也能够在第二压缩弹簧206的复位作用下沿着限位槽212向右逐渐移动，直至所述下斜面217的底端与所述限位斜面215的顶端顶紧接触时，锁止卡销207的左端与下支撑杆5顶端底部的支撑限位解除，完成SMA锁紧释放装置的解锁；此时，停止对SMA丝205通电，SMA丝205在停止受热后温度下降，恢复至初始长度，卡销203在第一压缩弹簧204的弹力作用下往右移动，在卡销203的压力作用下，旋臂202克服圆柱螺旋扭转弹簧201的扭转力，沿着逆时针方向旋转，推动锁止卡销207，锁止卡销207在旋臂202作用下克服第二压缩弹簧206的弹力往左移动，此时，SMA锁止释放装置1恢复初始状态，如图5所示。

进一步的，本实施例中下斜面217与限位斜面215的斜率相同，卡销203伸出时，下斜面217的底端与所述限位斜面215的底端顶紧接触；卡销203收缩时，下斜面217的底端与限位斜面215的顶端顶紧接触，确保在锁止卡销207的左端与下支撑杆5顶端底部的支撑限位解除时，下斜面207与限位斜面215之间不会完全脱离，若完全脱离，锁止卡销207不再受到旋臂202限位即可在第二压缩弹簧206的作用下移动至限位槽212的右端，当SMA丝205不再通电时，锁止卡销207无法复位。

进一步的，锁止卡销207的左端底部形成复位斜面219，复位斜面219的底端向右下方倾斜，与下支撑杆5的顶端相配合。当无人机完成降落任务时，在人力推动下将起落架沿着收起方向推动，此时下支撑杆5的顶端与复位斜面219接触时，复位斜面219受力产生部分向右的分力将锁止卡销207向右端移动，当下支撑杆5越过锁止卡销207后，手动下压旋臂202，下斜面217和限位斜面215互相作用，将锁止卡销207向左推动，回复锁止位置，防止下支撑杆5运动，同时，卡销203在第一压缩弹簧204的作用下向右移动，卡住悬臂202，整个锁紧机构回复图5所示锁止状态，如此即可完成起落架的收起动作，使起落架隐藏在机身内。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架，其特征在于：包括解锁圆柱螺旋扭转弹簧（1）、SMA锁紧释放装置（2）、斜支撑杆（3）、上支撑杆（4）和下支撑杆（5），所述下支撑杆（5）的底端与起落架轮（6）连接，所述下支撑杆（5）的顶端与所述上支撑杆（4）的一端铰接，所述上支撑杆（4）的另一端与机腹内铰接；所述斜支撑杆（3）的内端与所述下支撑杆（5）的外壁中部铰接，所述斜支撑杆（3）的外端设有所述解锁圆柱螺旋扭转弹簧（1）；所述下支撑杆（5）的顶端下表面通过锁止卡销（207）的左端限制其转动；

所述锁止卡销（207）通过设置于机腹内的SMA锁紧释放装置（2）驱动其沿着水平方向移动。

2.根据权利要求1所述的一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架，其特征在于：所述SMA锁紧释放装置（2）包括圆柱螺旋扭转弹簧（201）、旋臂（202）、卡销（203）、第一压缩弹簧（204）、SMA丝（205）、第二压缩弹簧（206）、卡销座（208）和锁止座（209），所述卡销座（208）呈圆柱形结构，其右端设有用于所述卡销（203）插入的卡销槽（210），所述卡销槽（210）内端与卡销（203）的内端之间连接有所述第一压缩弹簧（204），所述SMA丝（205）套装于所述第一压缩弹簧（204）内侧，所述SMA丝（205）的内端与卡销（203）的内端端面连接，所述SMA丝（205）的外端穿过所述卡销槽（210）的内端与外部相连；所述锁止座（209）呈方形结构设置于所述卡销座（208）的下方，所述锁止卡销（207）呈圆柱形结构，其右端形成限位部（211），所述限位部（211）为外径大于所述锁止卡销（207）的圆柱形结构，所述锁止座（209）的内部形成用于所述限位部（211）滑动的限位槽（212），所述限位槽（212）的左端设有用于所述锁止卡销（207）穿过的卡销孔（213），所述限位部（211）的左端与所述限位槽（212）的左端之间连接有所述第二压缩弹簧（206）；所述锁止座（209）右端顶部形成与外部连通的开口（214），所述限位部（211）的外端顶部形成限位斜面（215）；所述旋臂（202）的右端与机腹内铰接并通过所述圆柱螺旋扭转弹簧（201）驱动其顺时针转动，所述旋臂（202）的左端形成上斜面（216）和下斜面（217），所述上斜面（216）和下斜面（217）组成等腰三角形结构。

3.根据权利要求2所述的一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架，其特征在于：所述下斜面（217）与所述限位斜面（215）的斜率相同，所述卡销（203）伸出时，所述下斜面（217）的底端与所述限位斜面（215）的底端顶紧接触；所述卡销（203）收缩时，所述下斜面（217）的底端与所述限位斜面（215）的顶端顶紧接触。

4.根据权利要求3所述的一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架，其特征在于：所述锁止卡销（207）的左端底部形成复位斜面（219），所述复位斜面（219）的底端向右下方倾斜。

5.根据权利要求4所述的一种基于SMA锁紧释放装置的轻量化无人机起落架，其特征在于：所述开口（214）的左端形成与所述限位斜面（215）斜率相同的开口斜面。