CN104260878A - 能自主折叠、展开的四旋翼飞行器机架 - Google Patents
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Abstract
从照相机镜头机械式光圈调谐机构得到设计灵感，设计了由中心蜗轮蜗杆减速电机、上下中心板、曲柄、连杆以及支撑臂、旋翼挡板构成的自主折叠机架，使四旋翼飞行器能在布置于其机架中心的电机驱动下折叠为紧凑的正方形结构，相邻旋翼的端部尽可能接近，为正方形的顶点，旋翼的位置相对固定，因此大大减少了四轴飞行器的几何尺寸。当中心电机反转时即可实现四旋翼支撑臂的自主展开。
Description
技术领域
本发明属于飞行器设计领域，具体涉及一种能自主折叠、展开的四旋翼飞行器机架。
背景技术
四旋翼飞行器是一种较为常见和经典的小型飞行器，广泛用于军事侦察、资源勘测、民用航拍等技术领域。该飞行器结构紧凑，运动灵活，适宜在狭小空间或复杂环境中使用。但常见的四旋翼飞行器其支撑臂多为整体构造，且与机身固为一体，几何尺寸较大，不便于携带。即便有些四旋翼飞行器采用了支撑臂可折叠结构，使结构尺寸有所缩小，但这些结构在使用时需要操控人员来折叠和展开，造成不便。为了提高四旋翼飞行器携带、运输、使用过程中的便利性与灵活性，需要研制一种能自主折叠、展开的四旋翼飞行器支撑臂，并且这种能自主折叠、展开的支撑臂能够与四旋翼飞行器机架有机融合，保证四旋翼飞行器在整体结构上的和谐性、可靠性、稳定性。
发明内容
从照相机镜头机械式光圈调谐机构得到设计灵感，设计了由中心蜗轮蜗杆减速电机、上下中心板、曲柄、连杆以及支撑臂、旋翼挡板构成的自主折叠机架，使四旋翼飞行器能在布置于其机架中心的电机驱动下折叠为紧凑的正方形结构，相邻旋翼的端部尽可能接近，为正方形的顶点，旋翼的位置相对固定，因此大大减少了四轴飞行器的几何尺寸。当中心电机反转时即可实现四旋翼支撑臂的自主展开。
本发明的技术实现方案：
这种能自主折叠、展开的四旋翼飞行器机架是由中心蜗轮蜗杆减速电机、上下中心板、曲柄、连杆、支撑臂和旋翼挡板等组成的单自由度系统。通过对布置在机架中心的电机正反转的控制，可实现支撑臂的展开和折叠，还可通过蜗轮蜗杆电机的自锁效应实现断电自锁，保证四旋翼飞行器机架结构的稳定性。
该折叠机架采用四套平行四边形机构对称布置，由蜗轮蜗杆减速电机驱动曲柄，从而将动力沿曲柄、连杆传递到支撑臂，使四个支撑臂同时围绕中心板边缘的圆孔转动。当四旋翼飞行器需要展开支撑臂飞行时，电机正转，带动支撑臂展开，最终呈“十”字型布置，由限位扣限制连杆的位置，进而防止支撑臂展开过度达到死点，导致难以折叠。当四旋翼飞行器飞行完毕需要折叠支撑臂时，电机反转，带动支撑臂收拢，通过设计合适的角度使得支撑臂折叠完毕时，限位扣又起到限制折叠过度的作用。另外，旋翼挡板能使旋翼在任意角度下，当旋翼开始接触旋翼挡板时，旋翼在旋翼挡板的反作用力下自适应调整角度，待支撑臂折叠 完毕后，旋翼归位完毕，与旋翼挡板基本平齐。
支撑臂与中心板的连接件采用铝合金材料制作，支撑臂的轴与中心板边缘的孔组成一个转动副，同时该轴能有效承受飞行器飞行时在此处产生的弯矩。连接件上下有端盖，可防止轴脱出孔。支撑臂和电机座使用ABS塑料制作，强度较大，重量较轻，吸振能力更强。
为防止连杆干涉，将两对平行的连杆分别布置在两个平面内，并用短套筒保证连杆稳定性。曲柄由曲柄上盘、曲柄中盘、曲柄下盘和四个小钢轴组成，中间采用型面联接将电机输出轴和曲柄的三片盘片联轴，能传递较大扭矩，抗冲击性能较好，能有效提高四旋翼飞行器飞行的稳定性。限位扣能通过对连杆限位进而实现对支撑臂位置的限位，既可保证支撑臂不会展开过度，也可保证不会使其折叠过度，同时还具备将上、下中心板锁紧的作用。在中心的曲柄附近，还有四个塑料锁紧柱，穿入双头螺柱将上下中心片可靠地锁紧。
该系统的优点：支撑臂展开与折叠时，四套平行四边形机构并不通过运动不确定位置，且系统为单自由度，可靠性高；采用蜗轮蜗杆减速电机，扭矩较大，支撑臂收放自如，同时电机速度较低，减少了因惯性对系统造成的破坏；利用电机本身蜗杆传动的自锁特性，能实现断电自锁，在飞行时可不必再为电机上电，节约能源，且折叠后断电也不会再意外展开；旋翼挡板的使用能使支撑臂在折叠后，整机的几何尺寸最大限度地减小；限位扣既能实现对连杆的双限位，又能对上下中心板起到一定的锁紧作用，一物多用，效率高，重量轻；多机构多单元融合为一体，集成度高，系统精简，稳定可靠。
附图说明
图1所示为本发明一个实施例中平行四边形机构轴测图
图2所示为本发明一个实施例中支撑臂、中心板部分轴测图。
图3所示为本发明一个实施例中旋翼挡板与限位扣轴测图。
图4所示为本发明一个实施例中整体结构展开轴测图。
图5所示为本发明一个实施例中整体结构展开俯视图。
图6所示为本发明一个实施例中整体结构折叠轴测图。
图7所示为本发明一个实施例中整体结构折叠俯视图。
具体实施方式
如图1-7所示，能自主折叠的四旋翼飞行器机架由图1平行四边形机构；图2支撑臂、中心板部分；图3旋翼挡板与限位扣集成为一体的系统。
如图1，为平行四边形机构：2下中心板3曲柄上盘，5短套筒，6曲柄中盘，7曲柄下 盘，8连杆，11连接件，12长钢轴，13长套筒，18蜗轮蜗杆减速电机。平行四边形机构的机架由2下中心板的中心和11连接件的轴的连线确定。曲柄由3曲柄上盘、6曲柄中盘、7曲柄下盘及中间的短钢轴与短套筒组成，支撑臂A、B的8连杆在3曲柄上盘与6曲柄中盘之间的平面；支撑臂C、D的连杆8在曲柄中盘6与曲柄下盘7之间的平面，避免干涉。
如图2，为支撑臂、中心板以及其连接件：1上中心板，11连接件，14端盖，15方管，16电机座，19无刷电机，20旋翼。支撑臂由11连接件、15方管、16电机座组成，11连接件上下固定有14端盖，防止连接件脱出
如图3，为旋翼挡板和限位扣：9限位扣，10旋翼挡板。限位扣固定于上下中心板上，限制连杆位置进而限制支撑臂位置。旋翼挡板安装角度可调，以适应旋翼的形状与尺寸。
如图4-7，根据图1-3，将图1平行四边形机构，图2支撑臂、中心板以及其连接件，图3旋翼挡板和限位扣集成为一体的系统。
以上所述仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.能自主折叠、展开的四旋翼飞行器机架，其特征在于利用对称布置的平行四边形机构传递动力，驱动支撑臂折叠与展开，原动机为蜗轮蜗杆减速电机。在此系统上加入限位扣与旋翼挡板。
2.根据权利要求1所述的能自主折叠、展开的四旋翼飞行器机架，其特征在于用对称布置的平行四边形机构传递动力，并使该机构全程不通过运动不确定位置，使支撑臂可靠展开与折叠，结构简单，重量轻盈。
3.根据权利要求1所述的能自主折叠、展开的四旋翼飞行器机架，其特征在于使用蜗轮蜗杆减速电机为原动机，在保证增大扭矩的同时还可利用其本身的自锁特性实现支撑臂的展开、折叠到位后锁死，并利用其低速的性质防止其因惯性对四旋翼飞行器的结构产生破坏。
4.根据权利要求1所述的能自主折叠、展开的四旋翼飞行器机架，其特征在于限位扣通过限制连杆的位置，既能防止支撑臂展开过度，又能防止其折叠过度，实现两种工况的双限位。
5.根据权利要求1所述的能自主折叠、展开的四旋翼飞行器机架，其特征在于将旋翼挡板固定在上中心板上，使支撑臂折叠时，旋翼无论处于何种角度，都能在旋翼挡板的作用下转为与旋翼挡板近似平行的状态。最终，四片旋翼首尾连成正方形，节省空间。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150107 |