CN107303947A - 一种无人机自主动平台起降辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机与无人船协作技术领域，具体地说是一种无人机自主动平台起降辅助装置。包括连接板、舵机、舵机固定板、压缩弹簧、扭簧、滑槽、套筒、拉杆、滑块及鱼叉机构，其中舵机和套筒通过舵机固定板安装在无人机起落架上，所述压缩弹簧和所述鱼叉机构由上至下依次容置于套筒内，所述拉杆的一端插设于套筒内、并且下端通过滑块与所述鱼叉机构连接，所述拉杆的另一端通过螺纹与滑槽连接；所述舵机通过拉杆驱动所述鱼叉机构从所述套筒伸出或缩回，所述鱼叉机构伸出所述套筒时在扭簧的作用下自动弹开，卡住无人船上的网格从而实现无人机与自主动平台的锚固。本发明能够使得无人机安全地降落在处于风浪的扰动环境中无人船上，实现自主降落。

Description

一种无人机自主动平台起降辅助装置

技术领域

本发明属于无人机与无人船协作技术领域，具体地说是一种无人机自主动平台起降辅助装置。

背景技术

在机器人装备研制所面临的一些问题中，无人机的续航能力以及无人船的狭隘视野一直阻碍着进一步的科学研究。如：无人机则有着较为宽广的视野，但其续航能力有限(通常为10-20分钟)，无法长时间提供全局信息；无人船很难感知所处的复杂水面环境，或者说感知的能力和感知范围十分有限，这也就使得单单依靠自身的环境感知能力很难做出路径规划和决策。基于以上问题，充分利用无人机广阔的视野和无人船的超长续航能力，将无人机与无人船结合起来，实现无人机在无人船上自主起降，是目前亟待解决的问题。因此，急需一个更加完善的机器人协作系统。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种无人机自主动平台起降辅助装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种无人机自主动平台起降辅助装置，包括滑槽、舵机、舵机固定板、压缩弹簧、套筒、拉杆、滑块及鱼叉机构，其中舵机和套筒通过舵机固定板安装在无人机起落架上，所述压缩弹簧和所述鱼叉机构由上至下依次容置于套筒内，所述拉杆的一端插设于套筒内、并且端部通过滑块与所述鱼叉机构连接，所述拉杆的另一端与滑槽连接，舵机臂上的销轴可在滑槽内滑动；所述舵机通过拉杆驱动所述鱼叉机构由所述套筒伸出或缩回，所述鱼叉机构伸出所述套筒时自动弹开，卡住安装在无人船上的网孔，从而实现无人机与自主动平台的固定。

所述鱼叉机构包括前叉和限位连杆机构，所述前叉的底部设有防止前叉由所述套筒内脱落的限位止口，头部设有便于插入网孔的锥形结构，所述滑块与前叉滑动连接，所述限位连杆机构与所述前叉的头部及滑块铰接。

所述限位连杆机构包括连杆、挡臂及扭簧，其中挡臂的一端通过销轴与所述前叉的头部铰接，所述扭簧套设于该销轴上、并且两端分别与所述前叉和挡臂连接，所述挡臂的另一端与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述滑块铰接；当所述鱼叉机构由所述套筒伸出时，所述限位连杆机构通过扭簧的弹力作用自动弹开。

所述限位连杆机构为两组，两组所述限位连杆机构对称设置、并且弹开方向相反。

所述前叉为筒状结构，所述筒状结构的两侧沿轴向设有条形开口，两组所述限位连杆机构可由所述筒状结构的两侧条形开口弹出。

所述前叉内设有用于限制所述滑块在所述鱼叉机构自动弹开后继续下滑的滑块限位面。

所述套筒的顶部设有端盖，底部设有鱼叉机构伸出孔，所述端盖上设有用于所述拉杆滑动的导向孔。

所述滑块为中部带有通孔、底部有槽口的长方体结构，所述拉杆的一端容置于所述滑块内、并且通过轴肩实现轴向限位，所述拉杆与所述滑块通过位于滑块上侧的卡簧固定。

所述套筒通过管夹固定在所述舵机固定板上。

所述起降辅助装置为两套、并且分别安装在无人机的两个起落架上。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明可重复多次使用。本发明中的双鱼叉机构可以实现无人机的多次起降。而且双鱼叉机构中的鱼叉可以收回至起落架以上的套筒内，因此可以实现在陆地平面上的起降。

2.本发明轻便可靠。双鱼叉机构由碳纤板，铝合金等轻质材料构成，质量轻。它有两个鱼叉装置构成，增加降落的可靠性。

3.本发明可实现手控与自动降落。双鱼叉机构是由两个舵机驱动，舵机直接接到飞控上，通过编写修改飞控程序则可以实现自主起降和手动起降。如果程序出现问题可以切换至手动控制模式，实现起降。

附图说明

图1为本发明的伸出状态示意图；

图2为本发明的缩回状态示意图；

图3为本发明中前叉的结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为本发明中滑块的结构示意图；

图6为图5的侧视图。

图中：1为舵机臂，2为滑槽，3为端盖，4为舵机，5为舵机固定板，6为压缩弹簧，7为套筒，8为管夹，9为前叉，91为限位止口，92为滑块限位面，93为锥形结构，94为条形开口，10为卡簧，11为拉杆，12为滑块，121为通孔，122为槽口，123为连接孔，13为连杆，14为挡臂，15为扭簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种无人机自主动平台起降辅助装置，包括滑槽2、舵机4、舵机固定板5、压缩弹簧6、套筒7、拉杆11、滑块12及鱼叉机构，其中舵机4和套筒7通过舵机固定板5安装在无人机起落架上，所述压缩弹簧6和所述鱼叉机构由上至下依次容置于套筒7内，所述拉杆11的一端插设于套筒7内、并且端部通过滑块12与所述鱼叉机构连接，所述拉杆11的另一端与滑槽2连接，其中舵机4的舵机臂1上设有的销轴可在滑槽内滑动；所述滑槽2将舵机臂1的旋转运动转化为拉杆11的直线运动，拉杆11带动滑块12上下滑动。所述舵机4通过拉杆11驱动所述鱼叉机构由所述套筒7伸出或缩回，所述鱼叉机构伸出所述套筒7时自动弹开，卡住安装在无人船上的网孔从而实现无人机与自主动平台的固定。

所述鱼叉机构包括前叉9和限位连杆机构，所述前叉9的底部设有防止前叉9由所述套筒7内脱落的限位止口91，头部为锥形结构93，如图3、图4。该锥形结构93便于前叉9插入自主动平台上的网格内。所述滑块12与前叉9滑动连接，所述限位连杆机构与所述前叉9的头部和所述滑块12铰接。

所述限位连杆机构包括连杆13、挡臂14及扭簧15，其中挡臂14的一端通过销轴与所述前叉9的头部铰接，所述扭簧15套设于该销轴上、并且两端分别与所述前叉9和挡臂14连接，所述挡臂14的另一端与连杆13的一端铰接，所述连杆13的另一端与所述滑块12铰接；当所述鱼叉机构由所述套筒7伸出时，所述限位连杆机构通过扭簧15的弹力作用自动弹开。

所述限位连杆机构为两组，两组所述限位连杆机构对称设置、并且弹开方向相反。

所述前叉9为筒状结构，所述筒状结构的两侧沿轴向设有条形开口94，两组所述限位连杆机构可由所述筒状结构的两侧条形开口94弹出。所述前叉9内设有用于限制所述滑块12在所述鱼叉机构自动弹开后继续下滑的滑块限位面92，如图3、图4所示。所述滑块12在向下滑动时，与前叉9的滑块限位面92接触，防止其继续向下运动。同时确保，连杆13和挡臂14成一定夹角(约为45度)便于鱼叉9收回时闭合，而不会产生因连杆13和挡臂14夹角过小导致的连杆13和挡臂14无法收回的现象。

所述滑块12中部带有通孔121、下端开有槽口122的长方体结构，如图5、图6所示。所述拉杆11的一端容置于所述滑块12内、并且通过轴肩实现轴向限位，所述拉杆11与所述滑块12通过位于滑块12上端的卡簧10固定。所述滑块12的下端还开有与槽口122垂直的连接孔123，所述连接孔123通过销轴与连杆13铰接，所述连杆13的上端容置与槽口122内。

所述套筒7通过管夹8固定在所述舵机固定板5上。所述套筒7的顶部设有端盖3，底部设有鱼叉机构伸出孔，所述端盖3上设有用于所述拉杆11滑动的导向孔。

所述起降辅助装置为两套，两套所述起降辅助装置中的所述舵机固定板5通过鱼叉碳纤板用管夹固定在起落架的碳纤管上，左右各一个。所述舵机固定板5为碳纤板。

采用两套鱼叉机构组成了双鱼叉系统，目的在于：一是增加其降落的可靠性，由于降落的平台较小而自主降落精度有限，可能会发生无人机只有一个起落架降落在网格上，而另外一个未成功降落在网格上的意外情况。如果只有一个鱼叉，此时无人机可能无法固定在无人船上，导致降落失败，发生倾覆坠落。而双鱼叉系统能够保证，只要有一个起落架降落在网格上无人机可能会发生倾覆但不会坠落；二是双鱼叉系统避免了单个锚固机构会使无人机在无人船横摇纵摇时因晃动发生转动的现象。

下面以六旋翼无人机在无人船上自主起降为例来详细说明：

当无人机靠近无人船时，首先要确保两个鱼叉机构均被收入套筒7内，无人机悬停在无人船上方，开始逐渐下降。下降的过程中不断调整位置以适应无人船在水面上的漂移并逐渐降落。当无人机检测到降落在无人船上的网格上时，立刻由飞控发出指令控制舵机4将鱼叉机构伸入无人船的网孔固定，降落过程结束。

所述鱼叉机构的执行过程是：

降落时，无人机降落在无人船上的网格上时，所述舵机4通过拉杆11驱动滑块12向下运动，所述滑块12推动所述鱼叉机构向下运动。所述连杆13和挡臂14在套筒7内时，无法张开，只能随前叉9共同向下运动，并且伸出套筒7。当前叉9伸出套筒7插入无人船的网孔以后，连杆13和挡臂14在扭簧15的作用下张开，卡住网孔。与此同时，前叉9上端的限位止口与套筒7的限位面接触，从而无法向下运动。此时，如果脱离的力比较大，连杆13和挡臂14在网孔的钢丝挤压下有继续张开的趋势，而滑块12接触到鱼叉9内的滑块限位面，保证滑块12不会继续向下运动。因此，连杆13和挡臂14一直处于张开状态，前叉9无法脱离，此时无人机便固定在无人船上，如图1所示。

当前叉9伸入网孔以下时，连杆13和挡臂14自动弹开，卡住网孔。若无人船在风浪作用下产生纵摇或起伏，无人机有脱离无人船的倾向。此时，挡臂14受到来自网孔的挤压力。压力通过前叉9里的滑块限位面传递至前叉9上，然后传递到与起落架固定的套筒7上。因此，不会导致因压力作用而使得连杆13和挡臂14闭合的情况发生，使得系统更加可靠。只有在舵机4驱动拉杆11时，连杆13和挡臂14才会闭合，进而收入套筒7内。

起飞时，无人机收到无人船的起飞命令后，由飞控控制舵机4驱动拉杆11使得滑块12向上滑动，因扭簧15的刚度小于压缩弹簧6的刚度，故首先被压缩，连杆13和挡臂14闭合被收入前叉9内，然后随着舵机4继续转动同前叉9一同收入套筒7内，此时便可起飞，如图2所示。

所述前叉9可以完全收入套筒7内，在无人机起飞时不会因为鱼叉9在起落架以下与无人船或网格碰撞导致起飞姿态不稳定导致倾覆。

本发明的所解决的本质问题是无人机在动平台上的起降所面临的平台不规则晃动所产生的问题，如无人机起降时与可能与动平台接触产生碰撞致使无人机发生倾覆坠毁。因此，可以将此装置安装在无人船上或无人车上以及其他动平台上，实现无人机的自主起降。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机自主动平台起降辅助装置，其特征在于：包括滑槽(2)、舵机(4)、舵机固定板(5)、压缩弹簧(6)、套筒(7)、拉杆(11)、滑块(12)及鱼叉机构，其中舵机(4)和套筒(7)通过舵机固定板(5)安装在无人机起落架上，所述压缩弹簧(6)和所述鱼叉机构由上至下依次容置于套筒(7)内，所述拉杆(11)的一端插设于套筒(7)内、并且端部通过滑块(12)与所述鱼叉机构连接，所述拉杆(11)的另一端与滑槽(2)连接，舵机臂(1)上的销轴可在滑槽(2)内滑动；所述舵机(4)通过拉杆(11)驱动所述鱼叉机构由所述套筒(7)伸出或缩回，所述鱼叉机构伸出所述套筒(7)时自动弹开，卡住安装在无人船上的网孔，从而实现无人机与自主动平台的固定。

2.根据权利要求1所述的无人机自主动平台起降辅助装置，其特征在于：所述鱼叉机构包括前叉(9)和限位连杆机构，所述前叉(9)的底部设有防止前叉(9)由所述套筒(7)内脱落的限位止口(91)，头部设有便于插入网孔的锥形结构(93)，所述滑块(12)与前叉(9)滑动连接，所述限位连杆机构与所述前叉(9)的头部及滑块(12)铰接。

3.根据权利要求2所述的无人机自主动平台起降辅助装置，其特征在于：所述限位连杆机构包括连杆(13)、挡臂(14)及扭簧(15)，其中挡臂(14)的一端通过销轴与所述前叉(9)的头部铰接，所述扭簧(15)套设于该销轴上、并且两端分别与所述前叉(9)和挡臂(14)连接，所述挡臂(14)的另一端与连杆(13)的一端铰接，所述连杆(13)的另一端与所述滑块(12)铰接；当所述鱼叉机构由所述套筒(7)伸出时，所述限位连杆机构通过扭簧(15)的弹力作用自动弹开。

4.根据权利要求3所述的无人机自主动平台起降辅助装置，其特征在于：所述限位连杆机构为两组，两组所述限位连杆机构对称设置、并且弹开方向相反。

5.根据权利要求4所述的无人机自主动平台起降辅助装置，其特征在于：所述前叉(9)为筒状结构，所述筒状结构的两侧沿轴向设有条形开口(94)，两组所述限位连杆机构可由所述筒状结构的两侧条形开口(94)弹出。

6.根据权利要求2所述的无人机自主动平台起降辅助装置，其特征在于：所述前叉(9)内设有用于限制所述滑块(12)在所述鱼叉机构自动弹开后继续下滑的滑块限位面(92)。

7.根据权利要求1所述的无人机自主动平台起降辅助装置，其特征在于：所述套筒(7)的顶部设有端盖(3)，底部设有鱼叉机构伸出孔，所述端盖(3)上设有用于所述拉杆(11)滑动的导向孔。

8.根据权利要求1所述的无人机自主动平台起降辅助装置，其特征在于：所述滑块(12)为中部带有通孔(121)、底部有槽口(122)的长方体结构，所述拉杆(11)的一端容置于所述滑块(12)内、并且通过轴肩实现轴向限位，所述拉杆(11)与所述滑块(12)通过位于滑块(12)上侧的卡簧(10)固定。

9.根据权利要求1所述的无人机自主动平台起降辅助装置，其特征在于：所述套筒(7)通过管夹(8)固定在所述舵机固定板(5)上。

10.根据权利要求1-9任一项所述的无人机自主动平台起降辅助装置，其特征在于：所述起降辅助装置为两套、并且分别安装在无人机的两个起落架上。