CN212046750U - 一种带减振的飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种带减振的飞行器，其特征在于：包括机身平台、开源飞控平台、减振系统、舵机和足部运动部件；其中，在机身平台的周测向下安装足部运动部件，舵机驱动足部运动部件，开源飞控平台设在机身平台上，在开源飞控平台的周测安装减振系统。本实用新型的主要有益效果是飞行器与机器人相结合，实现陆空两栖作业，应用范围广泛。借鉴蜘蛛的六足机构，抓地牢固，地面爬行时灵活度高，便于调整行走方向，可适应复杂地形。降落过程中，机械足可张开，充当起落架；陆地行走模式时，机械足长，使整机底盘升高，通过性强。使用弹簧减振器，从机械结构方面减弱电机振动和突变风力载荷对飞机航姿的干扰。

Description

一种带减振的飞行器

技术领域：

本实用新型涉及一种飞行器的技术领域。更具体地说，涉及一种带减振的飞行器。

背景技术：

多旋翼飞行器具有体积小、轻便、易隐藏等特点，可以在复杂环境下执行监视、侦察等任务，具有广阔的军事和民用前景；在航拍、救灭、农业等各个领域内都得到了广泛的关注与应用；与此同时，它还是火星探测无人飞行器的重要研究方向之一；另外其优异的机动性、操作简单、成本相对低廉，更是成为各大科研机构所青睐。

然而，多旋翼飞行器在高空飞行时容易受到大风的干扰，从而导致飞行器不稳定。故本设计对机身结构进行了改进，将每个旋翼与机身连接部分设计了新的防风缓冲装置，同时与电子防风扰系统相结合，极大地提高了飞行器飞行时的稳定性，增强了飞行器的防风防干扰性能。

此外，多旋翼飞行器只能在广阔的空间内长距离移动，但无法实现狭隘的多障碍空间内短距离移动。为了实现飞行器的短距离移动，故在飞行器的下机身增加了可移动的机械控制结构。其中机械控制结构可以采取的方式有轮式、履带式和多足式等，但是轮式和履带式机械结构无法适应恶劣地形，而多足机械结构有多个可以自由移动的腿，每个腿部具有两个自由度，可以通过调节腿部的伸缩程度来适应不同情况的地面。

实用新型内容：

本实用新型为解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种带减振的飞行器，包括机身平台、开源飞控平台、减振系统、舵机和足部运动部件；其中，在机身平台的周测向下安装足部运动部件，舵机驱动足部运动部件，开源飞控平台设在机身平台上，在开源飞控平台的周测安装减振系统。

在一个实施例中，所述减振系统包括减振弹簧组件、阻尼减振器、连接叉、摆臂组件和旋翼臂；其中，连接叉呈圆弧型支架，在圆弧型支架的两端通过安装套向外延伸方向连接阻尼减振器，在阻尼减振器的同轴方向连接减振弹簧组件；在圆弧型支架中间部位的垂直方向安装摆臂组件，在摆臂部件的一端同轴度连接旋翼臂，在旋翼臂远离摆臂部件的一端安装叶轮组件。

在一个实施例中，所述足部运动部件包括大腿部件和小腿部件，在大腿部件与小腿部件活动连接。

在一个实施例中，所述开源飞控平台呈四边形，在四边形的四个角向外延伸安装所述的减振系统。

在一个实施例中，所述机身平台呈圆盘状，在圆盘状周测的六个均分位置向下各安装一组所述的足部运动部件。

在一个实施例中，所述摆臂组件分为上摆臂和下摆臂，分别夹持在所述连接叉的上下侧，限制所述连接叉的上下振动。

在一个实施例中，所述减振弹簧组件包括减振弹簧、设在减振弹簧两侧的弹簧支座和弹簧连接头，弹簧连接头设在弹簧支座的一侧，所述开源飞控平台上的各个边上向外安装连接块，弹簧连接头与连接块固定连接。

在一个实施例中，在所述圆盘状周测的六个均分位置向内开设槽口，当所述足部运动部件在飞行模式下，所述小腿部件和所述大腿部件收缩至槽口内。

在一个实施例中，当所述足部运动部件在行走模式下，所述小腿部件和所述大腿部件展开到所述槽口外。

本实用新型的主要有益效果是：

1、本实用新型对机身结构进行了改进，将每个旋翼与机身连接部分时间设计了新的防风缓冲装置，同时也可以与电子防风扰系统相结合，极大地提高了飞行器飞行时的稳定性，增强了飞行器的防风防干扰性能。本实用新型设计了模仿蜘蛛的腿部结构，尤其所选择的六足机械结构来实现飞行器的狭隘多障碍空间内短距离移动。同时，此六足机械结构稳定性较强，可作为飞行器的起落装置。

2、飞行器与机器人的结合，可实现陆空两栖作业，应用范围广泛；借鉴蜘蛛的六足机构，抓地牢固，地面爬行时灵活度高，便于调整行走方向，可适应复杂地形；降落过程中，机械足可张开，充当起落架；陆地行走模式时，机械足长，使整机底盘升高，通过性强；使用弹簧减振器，从机械结构方面减弱电机振动和突变风力载荷对飞机航姿的干扰；除机械减振防风扰系统之外，还搭载有电子防风扰系统，当风力过大，超出机械防风扰系统的承受能力范围，电子防风扰系统可通过收集各种传感器收集的数据，调整相关飞控参数，自主决策调整航姿。

3、本实用新型设计的多旋翼飞行器具有体积小、轻便、易隐藏等特点，可以在复杂环境下执行监视、侦察等任务，具有广阔的军事和民用前景；

可以在航拍、救灭、农业等各个领域内都得到了广泛的关注与应用；与此同时，它还是火星探测无人飞行器的重要研究方向之一；

另外其优异的机动性、操作简单、成本相对低廉，更是成为各大科研机构所青睐。

附图说明：

本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了本实用新型一实施例中，一种带减振的飞行器的整体结构示意图；

图2揭示了本实用新型一实施例中，自适应防风减震系统的整体结构示意图；

图3揭示了本实用新型一实施例中，一种带减振的飞行器在行走模式时的状态图；

图4揭示了本实用新型一实施例中，一种带减振的飞行器在飞行模式时的状态图；

图5揭示了本实用新型一实施例中，一种带减振的飞行器中防风扰模式的流程图。

其中，

具体实施方式：

参考图1并结合图2-图4，图1揭示了本实用新型一实施例中，一种带减振的飞行器的整体结构示意图。在本实施例中的一种带减振的飞行器，包括机身平台1、开源飞控平台2、减振系统3、舵机4和足部运动部件5；其中，在机身平台1的周测向下安装足部运动部件5，舵机4驱动足部运动部件5，开源飞控平台2设在机身平台1上，在开源飞控平台2的周测安装减振系统3。

优选地，减振系统3包括减振弹簧组件31、阻尼减振器32、连接叉33、摆臂组件34和旋翼臂35；其中，连接叉33呈圆弧型支架，在圆弧型支架的两端通过安装套36向外延伸方向连接阻尼减振器32，在阻尼减振器的同轴方向连接减振弹簧组件31；在圆弧型支架中间部位的垂直方向安装摆臂组件34，在摆臂部件34的一端同轴度连接旋翼臂35，在旋翼臂35远离摆臂部件34的一端安装叶轮组件37。

优选地，足部运动部件5包括大腿部件51和小腿部件52，在大腿部件51与小腿部件52之间活动连接。

优选地，开源飞控平台2呈四边形，在四边形的四个角向外延伸安装所述的减振系统3。

优选地，机身平台1呈圆盘状，在圆盘状周测的六个均分位置向下各安装一组足部运动部件5。

优选地，摆臂组件34分为上摆臂345和下摆臂346，分别夹持在所述连接叉33的上下侧，限制连接叉33的上下振动。

优选地，减振弹簧组件31包括减振弹簧311、设在减振弹簧两侧的弹簧支座312和弹簧连接头313，弹簧连接头313设在弹簧支座312的一侧，所述开源飞控平台2上的各个边上向外安装连接块21，弹簧连接头313与连接块21固定连接。

参考图4，图4揭示了本实用新型一实施例中，一种带减振的飞行器在飞行模式时的状态图；在本实施例中，在圆盘状机身平台1的周测的六个均分位置向内开设槽口11，当足部运动部件5在飞行模式下，小腿部件52和大腿部件51收缩至槽口11内。

参考图3，图3揭示了本实用新型一实施例中，一种带减振的飞行器在行走模式时的状态图。在本实施例中，当足部运动部件5在行走模式下，小腿部件52和大腿部件51展开到所述槽口11外。

参考图5，图5揭示了本实用新型一实施例中，一种带减振的飞行器中防风扰模式的流程图。在本实施例中，弹力传感器内设定一定阈值，即当风力达到缓冲装置的最大限度时，弹力传感器将信息综合倾角感应装置信息整合后传输至电机功率控制模块；倾角感应装置主要功能用来测量无人机机身与地面的倾角，以判断风力扰动是否超出缓冲装置的缓冲阈值。倾角感应装置包括倾角传感器，无人机姿态传感器等主要组成部分。姿态传感器是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统，它包含二轴陀螺仪、三轴加速度器、三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器得到经过温度补偿后的三维姿态与方位等数据，利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据。姿态传感器将采样到的数据进行数据整理、滤波、计算，以结合倾角传感器数据整合后得出无人机实时姿态，是否因为风扰而导致机身不平稳，然后及时的将输出调理信号输送至控制器。

风向检测传感器中包含了成对的超声波传感器，其中每对包括一个超声波发射器，另一个接收超声波的接收器，超声波接收器中有超声流量计计算超声波流量。

工作原理为：每当超声波流发射后，若受到风力干扰，则超生波受到干扰，则到达超声波接收器的超声波会因为风扰而流量变少，并在此设置阈值，即超出缓冲装置的风力扰动后的超生波流的减少量为此阈值，以来判断超出缓冲装置后的风扰情况。而后根据超声波流量计数据判断风扰方向，确定最近端，稍远端和最远端等，将数据调理信号输送至控制器；电机功率控制器连接无人机总控制模块，将风向检测传感器调理信号和三维姿态数据整合调节为旋翼电机的功率强度，所述风扰作用力值和电机功率成正比。迎风最近端的旋翼受到的风扰作用力最大，为保证无人机保持平衡，需要调节此电机功率为最大变化量，以此来抵消风扰作用力的影响，达到平行于地面飞行。同理，其余旋翼控制电机根据风向检测装置分别通过控制器改变相应功率。

本实用新型中带减振的飞行器的工作原理为：整机共安装四个彼此独立的减振系统，以保证四个旋翼在受到风力干扰时，整机的航姿不受影响。阻尼减振器与减振弹簧同轴心，弹簧支座夹持减振弹簧。安装套卡紧阻尼减振器上，与连接叉固定连接。连接叉连接摆臂与旋翼臂。当突然有风力加载对旋翼臂作用时，旋翼臂与连接叉会发生平面移动，将平面移动分解为两个相互垂直的方向的移动，将两个移动利用阻尼减振器与减振弹簧削弱，使机身不会发生剧烈和瞬时的方向变化，对飞机的航姿影响最小。其中摆臂会随着连接叉的平面移动而摆动，摆臂的使用一是作为旋翼臂的延伸，增加整个机体的强度。二是限制连接叉垂直方向的运动，防止旋翼沿垂直方向跳动，影响飞机性能。当风吹向旋翼臂一侧，摆臂与连接叉发生平面移动，摆臂摆动。这样，连接叉一端前进，一端后退，一组减振系统中的两个减振弹簧一个受拉一个受压。

另外，本实用新型一实施例中的六足机械腿部采用了双摇杆机构，其中六足机械退的小腿部分和大腿部分，可以与两个舵机连接，构成了腿机构的两个自由度，其中一个自由度决定六足机械腿的前进方向的运动，另一个则决定侧向运动，六足沿机身两侧对称分布，与机体相连的旋转关节呈六边形状分布，来保证行走时整个飞行器的稳定性和灵活性。

当飞行器处于飞行状态时，为了保证姿态的稳定性，采用可收缩性机械腿的结构，各关节的驱动可以采用数字伺服舵机完成，舵机可以控制关节旋转的角度和速度。除此之外，腿机构在飞行模式时，还利用了双摇杆机构的机械干涉位置，让电机轴和机身垂直，防止在升力作用下，舵机位置被拉偏，从而造成有效力矩的相互抵消和干扰力矩的形成，以此来帮助飞行器保持机身姿态。

另外，作为本实用新型一实施例的优选方案，控制器设计和操纵系统可以采用一种基于加性输出分解的动态逆控制方法，用于高度通道、偏航通道和水平位置通道的跟踪控制，通过加性输出分解，带有不确定性的原系统被分解为两个子系统，一个是接近原系统但不含有不确定性的主系统，另一个是含有不确定性的辅系统，并且原系统的输出等于这两个系统输出的和。如果将辅系统的输出视为一个集总扰动，原系统的输出就等于确定的主系统的输出与该集总扰动之和。这时，可用动态逆方法来抑制改集总扰动，并使得原系统的输出精确地跟踪输入指令,与此同时，飞行器中减震防风系统与飞控系统相结合，降低辅系统的总扰动，加强飞行器稳定性和灵活性。对于遥控操纵方面可以采用半自主控制模式和全自主控制模式，半自主控制模式意味着可以用稳定姿态、保持高度和稳定位置等；全自主控制模式下，地面上的飞控手只需要规划任务，包含导航指令和实现自动起降的指令。

另外，作为本实用新型一实施例的优选方案，在飞行动力系统中可以采用锂电池结合太阳能电池的供能形式，其中锂电池负责工作时旋翼电机和电路板等的供能，太阳能电池放置在塑料外壳机体上部，在有光照的工作环境下，为蓄电池进行充能，此蓄电池作为飞行器的第二能源部分。

另外，作为本实用新型一实施例的优选方案，在安全保障系统中首先考虑防水、防砂和轻负载等因素，所以也可以在飞行器机身外安装防水塑料外壳，以保证内部电路板和机械结构的正常运行；

其次也可以通过设计飞行器中的一些结构和控制部分，例如六足机械控制结构、旋翼的结构设计，操纵系统的设计等，来提高整个系统的可靠性；又考虑到飞行器工作时的定位问题，需要在飞行器上安装卫星定位装置，以实现飞行器的实时定位。

本实用新型中产品的部分设计指标如下：

表1设计指标一览表

器材选型：

表2标准器件选型一览表

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (9)

1.一种带减振的飞行器，其特征在于：包括机身平台、开源飞控平台、减振系统、舵机和足部运动部件；其中，

在机身平台的周测向下安装足部运动部件，舵机驱动足部运动部件，开源飞控平台设在机身平台上，在开源飞控平台的周测安装减振系统。

2.根据权利要求1所述的带减振的飞行器，其特征在于：所述减振系统包括减振弹簧组件、阻尼减振器、连接叉、摆臂组件和旋翼臂；其中，

连接叉呈圆弧型支架，在圆弧型支架的两端通过安装套向外延伸方向连接阻尼减振器，在阻尼减振器的同轴方向连接减振弹簧组件；在圆弧型支架中间部位的垂直方向安装摆臂组件，在摆臂部件的一端同轴度连接旋翼臂，在旋翼臂远离摆臂部件的一端安装叶轮组件。

3.根据权利要求1所述的带减振的飞行器，其特征在于：所述足部运动部件包括大腿部件和小腿部件，在大腿部件与小腿部件活动连接。

4.根据权利要求3所述的带减振的飞行器，其特征在于：所述开源飞控平台呈四边形，在四边形的四个角向外延伸安装所述的减振系统。

5.根据权利要求4所述的带减振的飞行器，其特征在于：所述机身平台呈圆盘状，在圆盘状周测的六个均分位置向下各安装一组所述的足部运动部件。

6.根据权利要求2所述的带减振的飞行器，其特征在于：所述摆臂组件分为上摆臂和下摆臂，分别夹持在所述连接叉的上下侧，限制所述连接叉的上下振动。

7.根据权利要求2所述的带减振的飞行器，其特征在于：所述减振弹簧组件包括减振弹簧、设在减振弹簧两侧的弹簧支座和弹簧连接头，弹簧连接头设在弹簧支座的一侧，所述开源飞控平台上的各个边上向外安装连接块，弹簧连接头与连接块固定连接。

8.根据权利要求5所述的带减振的飞行器，其特征在于：在所述圆盘状周测的六个均分位置向内开设槽口，当所述足部运动部件在飞行模式下，所述小腿部件和所述大腿部件收缩至槽口内。

9.根据权利要求8所述的带减振的飞行器，其特征在于：当所述足部运动部件在行走模式下，所述小腿部件和所述大腿部件展开到所述槽口外。

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