旋翼无人机被动式自适应起落架和旋翼无人机

摘要

本发明涉及无人机领域，提供一种旋翼无人机被动式自适应起落架和旋翼无人机。起落架包括：基座和多个支撑腿，多个支撑腿相互间隔地安装于基座；每个支撑腿均包括固定架和支腿，固定架固定安装于基座，支腿沿竖直方向可滑动地安装于固定架；支腿和固定架之间设有传动件和电磁锁止件，电磁锁止件固定安装于固定架，电磁锁止件通过传动件与支腿传动连接；电磁锁止件有锁止状态和解锁状态；在解锁状态，电磁锁止件适于将传动件锁止于固定架，在解锁状态，电磁锁止件适于解除对传动件的锁止。本发明提出的起落架，可以实现起落架的支撑腿执行竖直方向上的伸长、收缩以及姿态保持功能，便于适应地形，结构简单、重量轻、造价低以及能耗低。

说明书

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种旋翼无人机被动式自适应起落架和旋翼无人机。

背景技术

起落架是无人机在地面上的支撑和飞机着陆能量的吸收和耗散系统，是保证飞机安全起飞和着陆的重要部件。旋翼无人机具有垂直起降、定点悬停和机动灵活的性能特点，使其在作战、巡逻、监控、救援、运输等方面发挥着重要作用。旋翼无人机虽然对着陆环境要求较低，但目前仍需降落在平坦区域，这极大地限制了旋翼无人机的效能和应用范围。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种旋翼无人机被动式自适应起落架，可以实现起落架的支撑腿执行竖直方向上的伸长、收缩以及姿态保持功能，便于适应地形，具有结构简单、重量轻、造价低以及能耗低等优点。

本发明还提出一种旋翼无人机。

根据本发明第一方面实施例的旋翼无人机被动式自适应起落架，包括：

基座和多个支撑腿，多个所述支撑腿相互间隔地安装于所述基座；

每个所述支撑腿均包括固定架和支腿，所述固定架固定安装于所述基座，所述支腿沿竖直方向可滑动地安装于所述固定架；

所述支腿和所述固定架之间设有传动件和电磁锁止件，所述电磁锁止件固定安装于所述固定架，所述电磁锁止件通过所述传动件与所述支腿传动连接；

所述电磁锁止件具有锁止状态和解锁状态；在所述解锁状态，所述电磁锁止件适于将所述传动件锁止于所述固定架，在所述解锁状态，所述电磁锁止件适于解除对所述传动件的锁止。

根据本发明实施例的旋翼无人机被动式自适应起落架，通过可滑动的支腿、传动件和电磁锁止件之间的组合传动结构，实现起落架的支撑腿执行竖直方向上的伸长、收缩以及姿态保持功能，并且起落架的每条支撑腿上的支腿、传动件和电磁锁止件的配合结构，可以使各条支撑腿适应不同高度的着陆点，进而实现旋翼无人机起落架对地形的适应。

此外，与相关技术中采用多个关节电机驱动腿部变形的自适应起落架相比，本发明的起落架在每条支撑腿上仅使用了一个电磁锁止件，因此具有结构简单、重量轻、造价低以及能耗低等优点。

根据本发明的一个实施例，所述电磁锁止件包括电磁制动器或者电磁离合器，在所述电磁制动器或者电磁离合器处于分离状态的情况下，所述电磁锁止件处于解锁状态；在所述电磁制动器或者电磁离合器处于结合状态的情况下，所述电磁锁止件处于锁止状态。

根据本发明的一个实施例，所述传动件包括传动齿轮，所述传动齿轮与所述电磁锁止件传动连接，所述支腿设有沿竖直方向延伸的齿条部，所述传动齿轮与所述齿条部相互啮合。

根据本发明的一个实施例，所述固定架和所述支腿中的一个设有限位件，且另一个设有限位槽；

所述限位件滑动配合于所述限位槽，所述限位槽适于在所述支腿的滑动过程中抵靠在所述限位槽的边沿上，以限制所述支腿的滑动。

根据本发明的一个实施例，所述固定架设有中空的滑动槽，所述滑动槽沿竖直方向延伸，所述支腿滑动配合在所述滑动槽内。

根据本发明的一个实施例，所述固定架的侧壁上设有连通所述滑动槽和外界的啮合孔，所述传动齿轮通过所述啮合孔伸入至所述滑动槽内，以啮合所述齿条部。

根据本发明的一个实施例，所述固定架的侧壁上设有连通所述滑动槽和外界的上伸出孔，所述支腿的上端适于通过所述上伸出孔伸出至所述滑动槽外；所述固定架的底部敞开以形成下伸出孔，所述支腿的下端适于通过所述下伸出孔伸出至所述滑动槽外。

根据本发明的一个实施例，所述固定架还设有安装座，所述电磁锁止件固定在所述安装座内。

根据本发明的一个实施例，所述支腿的下端连接有万向支座，所述万向支座内部集成有接近传感器，且所述万向支座的底端设置有防滑垫。

根据本发明的一个实施例，旋翼无人机被动式自适应起落架还包括：

控制器，与所述接近传感器和所述电磁锁止件连接，所述控制器适于根据所述接近传感器的检测结果，控制所述电磁锁止件在所述解锁状态和所述锁止状态之间的切换。

根据本发明的一个实施例，所述支撑腿的数量为四个，四个所述支撑腿均匀且间隔地分布在所述基座的外边沿上，且所述固定架和所述基座一体成型。

根据本发明第二方面实施例的旋翼无人机，包括：

如本发明第一方面实施例所述的旋翼无人机被动式自适应起落架；

无人机本体，安装在所述旋翼无人机被动式自适应起落架上。

根据本发明实施例的旋翼无人机，其无人机本体的结构形式在此不做具体限制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的旋翼无人机的立体示意图；

图2是本发明实施例提供的机架的立体示意图；

图3是本发明实施例提供的单个支撑腿的立体示意图；

图4是本发明实施例提供的固定架的立体示意图。

附图标记：

1、旋翼无人机本体；2、机架；3、控制器；4、电磁锁止件；5、支腿；6、万向支座；7、基座；8、固定架；9、安装座；10、上伸出孔；11、限位件；12、限位槽；13、传动齿轮；14、防滑垫；15、滑动槽；16、下伸出孔；17、啮合孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面参考附图介绍根据本发明第一方面实施例的旋翼无人机被动式自适应起落架，为方便描述，下文中将本发明的旋翼无人机被动式自适应起落架简称为起落架。

如图1至图4所示，根据本发明实施例的旋翼无人机被动式自适应起落架，包括基座7和多个支撑腿。其中，基座7和多个支撑腿共同组成起落架的机架2。

多个支撑腿相互间隔地安装于基座7；每个支撑腿均包括固定架8和支腿5，固定架8固定安装于基座7，支腿5沿竖直方向可滑动地安装于固定架8。支腿5和固定架8之间设有传动件和电磁锁止件4，电磁锁止件4固定安装于固定架8，电磁锁止件4通过传动件与支腿5传动连接。

电磁锁止件4具有锁止状态和解锁状态；在解锁状态，电磁锁止件4适于将传动件锁止于固定架8，在解锁状态，电磁锁止件4适于解除对传动件的锁止。

根据本发明实施例的起落架，通过可滑动的支腿5、传动件和电磁锁止件4之间的组合传动结构，实现起落架的支撑腿执行竖直方向上的伸长、收缩以及姿态保持功能，并且起落架的每条支撑腿上的支腿5、传动件和电磁锁止件4的配合结构，可以使各条支撑腿适应不同高度的着陆点，进而实现旋翼无人机起落架对地形的适应。

此外，与相关技术中采用多个关节电机驱动腿部变形的自适应起落架相比，本发明的起落架在每条支撑腿上仅使用了一个电磁锁止件4，因此具有结构简单、重量轻、造价低以及能耗低等优点。

根据本发明的一些实施例，起落架的每条支腿5仅有一个竖直方向上的自由度，因此，通过控制每条支撑腿上的电磁锁止件4在两种状态之间切换，可以实现各个支撑腿的伸长、收缩以及姿态保持功能。具体地，当电磁锁止件4处于解锁状态时，电磁锁止件4解除对传动件的锁止，从而传动件可以自由转动，进而使得与传动件传动连接的支腿5可以在自身重力作用以及地面的支撑作用下，相对于固定架8发生上下方向上的滑动，实现支撑腿在整体长度上的伸长与收缩功能；当电磁锁止件4处于锁止状态时，传动件被锁死在固定架8上，从而使得与传动件传动连接的支腿5被锁紧，进而实现支撑腿的姿态保持功能。

根据本发明的一些实施例，电磁锁止件4包括电磁制动器或者电磁离合器，在电磁制动器或者电磁离合器处于分离状态的情况下，电磁锁止件4处于解锁状态；在电磁制动器或者电磁离合器处于结合状态的情况下，电磁锁止件4处于锁止状态。

在本实施例中，电磁锁止件4可以为电磁制动器或者电磁离合器，这样，可以通过控制电磁制动器或者电磁离合器在分离状态和结合状态之间的切换，控制传动件被锁止或者脱离锁止，从而实现支腿5相对于固定架8的可滑动或者固定，进而实现支撑腿的伸缩功能或者姿态保持功能。

根据本发明的一些实施例，传动件可以为齿轮、齿条、链条、传送带等结构，支腿5通过传动件与电磁锁止件4传动连接，本发明对于传动件的具体结构以及传动件与支腿5之间的配合结构不做特殊限制，只要支腿5通过传动件与电磁锁止件4传动连接即可。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，传动件包括传动齿轮13，传动齿轮13与电磁锁止件4传动连接，支腿5设有沿竖直方向延伸的齿条部，传动齿轮13与齿条部相互啮合。

以本实施例中的电磁锁止件4为电磁制动器为例进行说明，则本实施例中起落架的具体工作原理如下：当电磁制动器处于分离状态时，传动齿轮13可以自由转动，与之啮合的齿条部可以上下自由移动，从而支腿5可以上下自由移动，进而实现支撑腿在整体长度上的伸长与收缩功能；当电磁制动器处于结合状态时，传动齿轮13锁死止转，与之啮合的齿条部被锁紧，从而支腿5相对于固定架8被锁紧，进而实现支撑腿的姿态保持功能。

如图3所示，根据本发明的一个实施例，固定架8和支腿5中的一个设有限位件11，且另一个设有限位槽12。限位件11滑动配合于限位槽12，限位件11适于在支腿5的滑动过程中抵靠在限位槽12的边沿上，以限制支腿5的滑动。这样，通过限位件11和限位槽12之间的配合，可以将支腿5限制在固定架8上，避免支腿5在滑动至极限位置后继续发生滑动，进而避免支腿5从固定架8上脱落。

例如，当支腿5向下滑动至极限位置时，限位件11抵靠在限位槽12的下边沿上，从而限制支腿5继续向下滑动；又例如，当支腿5向上滑动至极限位置时，限位件11抵靠在限位槽12的上边沿上，从而限制支腿5继续向上滑动。需要说明的是，本实施例中的滑动槽15的上端可以敞开，也即滑动槽15仅通过下边沿限制支腿5的继续向下滑动。

如图4所示，根据本发明的一个实施例，固定架8设有中空的滑动槽15，滑动槽15沿竖直方向延伸，支腿5滑动配合在滑动槽15内。

如图4所示，根据本发明的一个实施例，固定架8的侧壁上设有连通滑动槽15和外界的啮合孔17，传动齿轮13通过啮合孔17伸入至滑动槽15内，以啮合齿条部。这样，在啮合孔17处，传动齿轮13与支腿5的齿条部啮合，当传动齿轮13被电磁锁止件4锁止时，齿条部的运动也被限制，从而支腿5无法自由滑动，进而实现支撑腿的姿态保持功能。

如图4所示，根据本发明的一个实施例，固定架8的侧壁上设有连通滑动槽15和外界的上伸出孔10，支腿5的上端适于通过上伸出孔10伸出至滑动槽15外；固定架8的底部敞开以形成下伸出孔16，支腿5的下端适于通过下伸出孔16伸出至滑动槽15外。这样，支腿5的上端不会被固定架8的内壁限制滑动，增加了支腿5运动的自由程度，支腿5可以通过伸出至上伸出孔10外以进一步缩短支撑腿的整体长度。

如图4所示，根据本发明的一个实施例，固定架8还设有安装座9，电磁锁止件4固定在安装座9内。这样，安装座9可以方便电磁锁止件4的安装。例如，电磁锁止件4为电磁制动器，安装座9为一端敞开的中空圆柱形结构，电磁制动器固定在安装座9内，对应地，传动齿轮13安装在电磁制动器远离安装座9的另一侧，位于安装座9附近的固定架8侧壁上设有啮合孔17，方便传动齿轮13通过啮合孔17与齿条部啮合。

如图3所示，根据本发明的一个实施例，支腿5的下端连接有万向支座6，万向支座6内部集成有接近传感器(图中未示出)，且万向支座6的底端设置有防滑垫14。在另一些实施例中，接近传感器还可以被替换为接触开关。

在本实施例中，万向支座6与支腿5的底端连接，从而万向支座6具有很高的自由度，可以适应多种不同斜度的地面，帮助起落架更稳定地降落在地面上，并且万向支座6底部设置的防滑垫14可以起到防滑的作用，避免起落架在光滑的地面上发生滑落。此外，接近传感器可以检测每个支撑腿是否落到地面上，进而将检测结果传输给控制器3，从而方便控制器3根据检测结果控制电磁锁止件4的锁止与否。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，起落架还包括控制器3，接近传感器和电磁锁止件4均与控制器3连接(包括信号连接或者电连接)，控制器3适于根据接近传感器的检测结果，控制电磁锁止件4在解锁状态和锁止状态之间的切换。这样，可以通过接近传感器和控制器3组成的联动控制组件，使得起落架在降落到地面时自动实现姿态保持功能。

在一个实施例中，以电磁锁止件4为电磁制动器为例：当支腿5底部的万向支座6接触到地面后，接近传感器向控制器3发送信号，当控制器3接收到所有支撑腿的接近传感器所发出的信号之后，也即此时所有支撑腿均降落在地面上后，控制器3控制所有的电磁制动器由分离状态切换至结合状态，从而实现支腿5的锁止，进而实现所有支撑腿的姿态保持功能，完成降落。

当旋翼无人机本体垂直升起后，所有万向支座6均脱离地面，所有万向支座6内的接近传感器均停止向控制器3发送信号，此时控制器3会发出指令，将所有电磁制动器由结合状态全部切换到分离状态，从而解除对传动齿轮13和支腿5的锁止，进而使得支撑腿可以实现整体长度上伸长，以便于为下一次降落做准备。

根据本发明的一个实施例，本发明的起落架可以通过控制器3调节电磁制动器的电流，从而实现起落架的变阻尼功能，也可以实现电磁制动器结合过程的平稳过渡，减小起落架触地瞬间受到的冲击振动，从而保证起落架整体的稳定性。

在本发明的一个实施例中，电磁锁止件4为电磁制动器，并且电磁制动器可以选用常闭式电磁制动器，这样，常闭式电磁制动器控制齿条部的锁紧，避免了电机的使用，并且，本发明仅需要在无人机的起降阶段通电，而在无人机的飞行阶段和停留在地面阶段无需通电，从而降低了电能消耗。

如图1所示，根据本发明的一个实施例，支撑腿的数量为四个，四个支撑腿均匀且间隔地分布在基座7的外边沿上，且固定架8和基座7一体成型。这样，可以提高起落架整体的稳定性和可靠性。

如图1至图4所示，根据本发明第二方面实施例的旋翼无人机，包括本发明第一方面的旋翼无人机被动式自适应起落架，还包括无人机本体1。无人机本体1安装在旋翼无人机被动式自适应起落架上。

根据本发明实施例的旋翼无人机，其无人机本体可以采用各种无人机结构，本发明对于无人机本体的机体结构形式不做特殊限定。需要解释的是，图1仅起到示例作用，目的是解释无人机本体1和起落架之间的连接形式，并不构成对无人机本体1的具体限定。

下面参考附图描述根据本发明的旋翼无人机的一个具体实施例。

如图1至图4所示，旋翼无人机的整体结构包括旋翼无人机本体1、起落架和控制器3。起落架内设置有四个电磁制动器、四个传动齿轮13和四个万向支座6。

起落架包括机架2，机架2由基座7和四个支撑腿组成，四个支撑腿与基座7为一体结构，并均匀布置在基座7的周围；支撑腿包括固定架8和支腿5，固定架8上设置有安装座9，固定架8中空以形成滑动槽15，滑动槽15的上端敞开以形成上伸出孔10，滑动槽15的下端也敞开以形成下伸出孔16，固定架8的侧壁上还设有啮合孔17和限位槽12。

支腿5的上端设置有限位件11，支腿5的下端与万向支座6螺纹连接。支腿5安装在支撑腿的滑动槽15内，支腿5的上端可从固定架8的上伸出孔10伸出，支腿5的下端可从固定架8的下伸出孔16处伸出。

电磁制动器安装在支撑腿的安装座9内，电磁制动器的从动端装配有传动齿轮13，传动齿轮13通过固定架8的啮合孔17与支腿5的齿条部啮合；万向支座6内部集成有接近传感器，并且在万向支座6的下端面设置有防滑垫14。

旋翼无人机的具体工作原理如下：旋翼无人机本体准备降落时，电磁制动器处于分离状态，在自身重力的作用下四个支腿5均处在最低的位置，支腿5上端的限位件11受到固定架8的限位槽12的阻挡作用，支腿5不会从固定架8的滑动槽15中滑落；无人机继续降落，当第一个支腿5上的万向支座6与地面接触，另外三个支腿5上的万向支座6尚未与地面接触，此时仅第一个支腿5的万向支座6中的接近传感器向控制器3发出信号，四个电磁制动器仍处于分离状态，在地面支撑力的作用下，第一个支腿5在固定架8的滑动槽15中向上滑动，实现腿部收缩功能；旋翼无人机本体继续下降，当第二、第三和第四个支腿5上的万向支座6依次与地面接触后，此时四个万向支座6中的接近传感器都会向控制器3发出信号；控制器3接收到四个接近传感器发出的信号后，控制四个电磁制动器由分离状态切换到结合状态，此时安装在电磁制动器从动端的传动齿轮13会停止转动；由于传动齿轮13与支腿5的齿条部相啮合，传动齿轮13停止转动后会阻止支腿5在固定架8的滑动槽15中向上滑动，使支腿5的齿条部被锁紧，实现腿部姿态保持功能；旋翼无人机本体受到四个支腿5的支撑作用，停止下降，从而完成降落。

当旋翼无人机本体1垂直升起后，四个万向支座6均脱离地面，四个万向支座6内的接近传感器停止向控制器3发送信号，此时控制器3会发出指令，将四个电磁制动器由结合状态全部切换到分离状态，使得安装在电磁制动器从动端的传动齿轮13可以自由转动；由于受到自身重力的作用，支腿5在固定架8的滑动槽15中向下滑动，实现腿部伸长功能，直至支腿5的限位件11与固定架8的限位槽12贴合，支腿5停止下滑，此时支腿5处在最低位置，实现复位，并为旋翼无人机本体的下一次的降落做准备。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。