CN113212740A - 一种无人机起落架的折叠与转向控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机起落架的折叠与转向控制装置，包括前起落架、后起落架和液压控制机构，前、后起落架均包括伸缩油缸、滑套环、缓冲支架和基座，伸缩油缸的活塞杆连接滑套环，滑套环套设在缓冲支架上，缓冲支架与基座连接，伸缩油缸及基座与无人机机体铰接，前起落架的缓冲支架是通过转动座与基座转动连接，由转向油缸推动转动座的转动实现转向。液压控制机构包括变量泵，变量泵通过顺序阀分别连接两个三位四通电磁阀，其中一个形成的两路油路驱动转向油缸，另一个形成的两路油路分别经过分流集流阀后驱动伸缩油缸。本发明采用单一液压驱动源座位起落架折叠下放以及转向的动力源，控制系统简单，折叠与转向两者相互独立互不影响，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机起落架的控制装置及控制方法，特别是一种无人机起落架的折叠与转向控制装置及控制方法。
背景技术
随着无人机在社会各领域中的广泛应用，与之相配套的起落架也得到了充分的发展。无人机起落架是无人机的起飞着陆装置，其主要功用是保证无人机起飞、着陆、滑跑和停放，吸收着陆及地面运动时产生的撞击和跳动能量，改善无人机起飞着陆性能。目前无人机起落架折叠与转向控制是主要由电动系统驱动控制，电动系统容易受重量/功率比限制，成本高，特别是在多执行元器件时重量较大。现有技术也有采用液压系统作为控制系统的起落架装置。例如公开号为CN104340359A的中国专利公开了一种无人机起落架自动收放液压装置。无人机起落架自动收放液压装置，该装置包括：油箱、定量液压泵、变频电机、油虑、起落架收放电磁阀、溢流阀、第一压力传感器、起落架收放作动筒以及第二压力传感器。
但是这些装置中，通常由一套液压系统用于控制起落架的折叠，另一套液压系统用于转向，或者采用的电机驱动进行转向控制，比如公开号为CN208746237U的中国专利采用的是舵机与传递齿轮的配合来驱动。无论是两套液压系统控制，还是液压系统加电机的组合控制，无人机在起降阶段的起落架的折叠、转向的系统，结构复杂、成本高，并且复杂的结构会带来无人机的起落架折叠收放、转向动作不准确并且故障率高、可靠性差。
另外现有技术中的无人机在起降时起落架的折叠与转向的控制还具有以下技术问题：
1、多个无人机起落架的折叠收放的同步度不高，同步控制不精确，导致无人机着陆、滑跑的稳定性不足，存在安全隐患。
2、无人机着陆时，对无人机起落架与地面的撞击的缓冲吸能的效果较差，导致无人机时容易跳动，安全性不足，并且现有的缓冲装置结构复杂，不易控制。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种无人机起落架的折叠与转向控制装置，简化起落架折叠与转向结构并通过单一液压驱动源简化控制结构以减少故障率并保证折叠与转向动作的准确控制。本发明的另一任在于提供一种无人机起落架的折叠与转向控制方法。
本发明技术方案如下：一种无人机起落架的折叠与转向控制装置，包括前起落架、后起落架和液压控制机构，所述前起落架包括第一伸缩油缸、第一缓冲支架、转向油缸、第一滚轮和第一基座，所述第一基座及所述第一伸缩油缸的缸体与无人机机体铰接，所述第一缓冲支架外套设沿所述第一缓冲支架滑动的第一滑套环，所述第一伸缩油缸的活塞杆与所述第一滑套环的侧边铰接，所述第一缓冲支架的顶端通过转动座与所述第一基座转动连接，所述转向油缸固定连接于所述第一基座，所述转动座固定设置有转向推杆，所述转向推杆与所述转向油缸的活塞杆的端部转动连接，所述第一滚轮连接于所述第一缓冲支架的底端，所述后起落架包括第二伸缩油缸、第二缓冲支架、第二滚轮和第二基座，所述第二基座及所述第二伸缩油缸的缸体与无人机机体铰接，所述第二缓冲支架外套设沿所述第二缓冲支架滑动的第二滑套环，所述第二伸缩油缸的活塞杆与所述第二滑套环的侧边铰接，所述第二缓冲支架的顶端与所述第二基座固定连接，所述第二滚轮连接于所述第二缓冲支架的底端；
所述液压控制机构包括油箱、控制器以及与所述控制器均为电连接的变量泵、顺序阀、第一三位四通电磁换向阀、第二三位四通电磁换向阀、第一分流集流阀、第二分流集流阀、第一卸荷阀和第二卸荷阀，所述变量泵的进口连接所述油箱，所述变量泵的出口连接所述顺序阀，所述顺序阀的第一出口连接所述第一三位四通电磁换向阀的P口，所述顺序阀的第二出口连接所述第二三位四通电磁换向阀的P口，所述第一三位四通电磁换向阀的两个进出油口分别与所述转向油缸的无杆腔及有杆腔连接，所述第二三位四通电磁换向阀的两个进出油口分别与所述第一分流集流阀和所述第二分流集流阀连接，所述第一分流集流阀的出口分别连接至所述第一伸缩油缸和所述第二伸缩油缸的无杆腔，所述第一伸缩油缸和所述第二伸缩油缸的无杆腔连接有所述第一卸荷阀，所述第二分流集流阀的出口分别连接至所述第一伸缩油缸和所述第二伸缩油缸的有杆腔，所述第一伸缩油缸和所述第二伸缩油缸的有杆腔连接有所述二卸荷阀。
进一步地，为了使第一滚轮和第二滚轮在无人机起降时得到充分地缓冲，使无人机能够平稳起降，所述第一缓冲支架和所述第二缓冲支架均为阻尼减震缸，所述阻尼减震缸的活塞杆从阻尼减震缸的缸体的底端伸出用于连接所述第一滚轮或第二滚轮，所述阻尼减震缸的活塞杆设有轴向导向槽，所述阻尼减震缸的缸体端部设有与所述轴向导向槽的径向凸起，所述阻尼减震缸的无杆腔内设有密封隔板，阻尼弹簧两端分别固定在阻尼减震缸的无杆腔的顶部和密封隔板，所述密封隔板与所述阻尼减震缸的活塞间填充液压油。通过径向凸起与轴向导向槽的配合使第一滚轮或第二滚轮收到冲击时，能够保证活塞杆不产生转动，确保第一滚轮或第二滚轮的方向稳定。
进一步地，所述阻尼减震缸的无杆腔的内壁位于所述密封隔板与活塞之间设有第一限位凸台，所述阻尼减震缸的有杆腔的内壁设有第二限位凸台，所述阻尼减震缸的缸体位于所述第一限位凸台处设有径向贯穿所述第一限位凸台的充油口。
进一步地，为了保证起落架在折叠或下放后能够保持其姿态，所述第二三位四通电磁换向阀的进出油口与所述第一分流集流阀之间设有由所述第二三位四通电磁换向阀向所述第一分流集流阀单向导通的第一单向阀，所述第二三位四通电磁换向阀的进出油口与所述第二分流集流阀之间设有由所述第二三位四通电磁换向阀向所述第二分流集流阀单向导通的第二单向阀。
进一步地，所述顺序阀为两位四通高速电磁换向阀。
进一步地，所述第一卸荷阀、第二卸荷阀均为两位二通电磁换向阀。
进一步地，所述第一分流集流阀和所述第二分流集流阀均为等量式分流集流阀。
一种无人机起落架的折叠与转向控制方法，基于上述无人机起落架的折叠与转向控制装置运行，包括：在无人机着陆时，所述控制器控制所述变量泵泵油，所述顺序阀受控导通至所述第二三位四通电磁换向阀的油路，所述第二三位四通电磁换向阀供油至所述第一分流集流阀，所述第一卸荷阀截止，所述第二卸荷阀开启，所述前起落架和所述后起落架姿态到位后所述控制器控制所述截止阀导通至所述第一三位四通电磁换向阀的油路，所述第一三位四通电磁换向阀受控导通至所述转向油缸的油路进行转向；在无人机起飞后，所述顺序阀受控导通至所述第二三位四通电磁换向阀的油路，所述第二三位四通电磁换向阀供油至所述第二分流集流阀，所述第一卸荷阀开启，所述第二卸荷阀截止。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、本发明的无人机起落架折叠下放和转向动作由同一个液压系统的单一驱动源驱动，结构简单，利用顺序阀控制折叠和转向顺序动作，两者相互独立互不影响，可靠性高。
2、三个起落架的伸缩油缸的无杆腔分别连接到第一分流集流阀、三个起落架的伸缩油缸的有杆腔分别连接到第二分流集流阀，通过第一分流集流阀、第二分流集流阀等量式的分流集流作用，使三个起落架的伸缩油缸伸缩同步，并且保证了三个起落架精准的同步折叠。
3、通过第一液控单向阀、第二液控单向阀的保压作用，使三个起落架折叠到预定姿态后能够稳定地保持起落架的姿态。
4、阻尼减震缸作为缓冲装置，结构简单、性能可靠，并利用阻尼弹簧、密封隔板、阻尼减震缸的活塞与密封隔板之间的压力油液，三者协同作用，起到了良好的缓冲减震、吸收无人机着陆瞬间的弹跳能量的作用。并且可以通过无人机的重量和着陆环境，合理设定预先充进活塞与密封隔板之间的压力油液的量控制弹簧的预紧力，从而实现阻尼减震缸的阻尼大小灵活可调节。
附图说明
图1为本发明无人机起落架的折叠与转向控制装置的液压控制机构示意图。
图2为前起落架结构示意图。
图3为后起落架结构示意图。
图4为阻尼减震缸结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
请结合图1至图3所示，本发明实施例所涉及的一种无人机起落架的折叠与转向控制装置，包括前起落架、后起落架和液压控制机构，其中前起落架位于无人机前部中间，设有一个，后起落架位于无人机后部的左、右两边，设有两个。前起落架的滚轮主动转向，而后起落架的滚轮均为转向随动轮随着前轮的转向而随动转向。
请结合图2所示，前起落架结构是这样的：包括第一伸缩油缸9-1、第一缓冲支架11-1、转向油缸5、第一滚轮12-1和第一基座13-1，第一基座13-1及第一伸缩油缸9-1 的缸体分别与无人机机体铰接于不同的位置，第一缓冲支架11-1的外围套设沿第一缓冲支架11-1滑动的第一滑套环14-1，第一伸缩油缸9-1的活塞杆与第一滑套环14-1的侧边铰接。第一缓冲支架11-1的顶端通过转动座15与第一基座13-1转动连接，转向油缸5固定连接于第一基座13-1。当第一伸缩油缸9-1的活塞杆进行伸缩时，第一伸缩油缸9-1绕自身铰接轴转动，通过改变其活塞杆与第一滑套环14-1的连接角度，使第一滑套环14-1沿第一缓冲支架11-1滑动并使第一缓冲支架11-1连同第一基座13-1绕第一基座13-1的铰接轴转动(X-Y平面内转动)，从而实现前起落架的折叠和下放。转动座15 固定设置有转向推杆16，转向推杆16与转向油缸5的活塞杆的端部转动连接，第一滚轮12-1连接于第一缓冲支架11-1的底端。当转向油缸5的活塞杆进行伸缩时(Z轴方向)，推动转向推杆16使转动座15绕自身轴线转动，从而使得第一缓冲支架11-1也进行转动，实现了前起落架的转向。请结合图3所示，后起落架结构是这样的：包括第二伸缩油缸9-2、第二缓冲支架11-2、第二滚轮12-2和第二基座13-2，第二基座13-2及第二伸缩油缸9-2的缸体分别与无人机机体铰接于不同的位置，第二缓冲支架11-2的外围套设沿第二缓冲支架11-2滑动的第二滑套环14-2，第二伸缩油缸9-2的活塞杆与第二滑套环14-2的侧边铰接。第二缓冲支架11-2的顶端通过转动座15与第二基座13-2转动连接，转向油缸5固定连接于第二基座13-2，第二滚轮12-2连接于第二缓冲支架11-2 的底端。当第二伸缩油缸9-2的活塞杆进行伸缩时，第二伸缩油缸9-2绕自身铰接轴转动，通过改变其活塞杆与第二滑套环14-2的连接角度，使第二滑套环14-2沿第二缓冲支架11-2滑动并使第二缓冲支架11-2连同第二基座13-2绕基座的铰接轴转动(X-Y平面内转动)，从而实现前起落架的折叠和下放。
再请结合图4所示，前起落架与后起落架结构中的第一缓冲支架11-1和第二缓冲支架11-2均为阻尼减震缸11，阻尼减震缸11的活塞杆11a为向下设置，从阻尼减震缸 11的底部伸出，第一滚轮12-1和第二滚轮12-2与阻尼减震缸11的活塞杆11a连接。阻尼减震缸11的活塞杆11a具有轴向的导向槽11b，阻尼减震缸11的缸体头部固定设置有径向凸起11c与导向槽11b滑动配合，使活塞杆11a在伸缩时保证其不会在缸体内转动。阻尼减震缸11的无杆腔内设有密封隔板11d和阻尼弹簧11e，阻尼弹簧11e固定在阻尼减震缸11的无杆腔的缸体顶部和密封隔板11d上，密封隔板11d设置在阻尼减震缸11的无杆腔内并可以沿着无杆腔内壁轴向地密封滑动。第一滑套环14-1及第二滑套环14-2滑动套设在阻尼减震缸11的缸体圆周上。阻尼减震缸11的无杆腔中位于密封隔板11d与活塞之间具有第一限位凸台11f，阻尼减震缸11的有杆腔的内壁设有第二限位凸台11g，阻尼减震缸11的缸体位于第一限位凸台11f处设有径向贯穿第一限位凸台11f 的充油口11h。根据无人机起降位置的地面条件，通过该充油口11h在阻尼减震缸11的密封隔板11d与活塞之间的空腔内输入一定压力的液压油后密封，即可利用阻尼弹簧11e 和阻尼减震缸11内的液压油的作用适应起降时缓冲的要求。
请结合图1所示，液压控制机构包括有由伺服电机驱动的伺服液压变量泵1，伺服液压变量泵1的进口通过过滤器18连接到油箱17，伺服液压变量泵1的出口分别连接到溢流阀2和顺序阀3。顺序阀3为两位四通高速电磁换向阀。顺序阀3一个出口连接到第一三位四通电磁换向阀4的P油口，顺序阀3另一个出口连接到第二三位四通电磁换向阀6的P油口。第一三位四通电磁换向阀4的T油口、A油口、B油口分别连接到油箱、转向油缸5的无杆腔、转向油缸5的有杆腔。第二三位四通电磁换向阀6的T油口、A油口、B油口分别连接到油箱、第一液控单向阀7-1的进油口、第二液控单向阀 7-2的进油口。第一液控单向阀7-1的出油口通过第一分流集流阀8-1分别连接到一个前起落架的第一伸缩油缸9-1的无杆腔以及两个后起落架的第二伸缩油缸9-2的无杆腔。第二液控单向阀7-2的出油口通过第二分流集流阀8-2分别连接到一个前起落架的第一伸缩油缸9-1的有杆腔以及两个后起落架的第二伸缩油缸9-2的有杆腔，第一伸缩油缸 9-1和第二伸缩油缸9-2的无杆腔均连接到第一卸荷阀10-1，第一伸缩油缸9-1和第二伸缩油缸9-2的有杆腔均连接到第二卸荷阀10-2。伺服电机、顺序阀3、第一三位四通电磁换向阀4、第二三位四通电磁换向阀5、第一卸荷阀10-1和第二卸荷阀10-2都与 PLC控制器19连接，受PLC控制器19控制。
基于上述无人机起落架的折叠与转向控制装置的控制方法为：
在无人机着陆过程中，伺服液压变量泵1在伺服电机驱动下启动，PLC控制器19 控制顺序阀3的阀芯处于右位、第一卸荷阀10-1处于截至状态、第二卸荷阀10-2处于开启状态，顺序阀3与第二三位四通电磁换向阀6的P油口连通，此时第二三位四通电磁换向阀6的P油口与第二三位四通电磁换向阀6的A油口连通，压力油液从A油口经第一液控单向阀7-1、第一分流集流阀8-1分别等流量地进入第一伸缩油缸9-1及第二伸缩油缸9-2的无杆腔，使其活塞杆伸出，活塞杆通过滑套环14-1、14-2推动阻尼减震缸11运动，前起落架的阻尼减震缸11的运动是与转动座15和转向油缸5、第一基座 13-1整体转动，后起落架的阻尼减震缸11则直接与第二基座13-2整体转动。驱动无人机的三个起落架同步伸出到预定姿态位置，并保持这种姿态位置，在此过程中原先存在于第一伸缩油缸9-1和第二伸缩油缸9-2的有杆腔的压力油经过第二卸荷阀10-2排出。
在伸出状态完成后，PLC控制器19控制顺序阀3的阀芯处于左位，顺序阀3与第一三位四通电磁换向阀4的P油口连通，此时第一三位四通电磁换向阀4的P油口、T 油口分别与第一三位四通电磁换向阀4的A油口、B油口连通，压力油液从A油口进入转向油缸5的无杆腔，并根据PLC控制器19的指令控制转向油缸5的伸出量，转向油缸5的活塞杆推动转向推杆16经过转动座15推动前起落架的阻尼减震缸11缸体转动，使无人机着陆后的滑行阶段实现转向，在此过程中原先存在于转向油缸5的有杆腔的压力油经过第一三位四通电磁换向阀4的B油口、T油口排出到油箱。并且第一三位四通电磁换向阀4的P油口、T油口也可以分别与第一三位四通电磁换向阀4的B油口、 A油口连通，使转向油缸5的活塞杆缩回，也能实现转向。
在无人机滑跑起飞后，伺服液压变量泵1在伺服电机驱动下启动，PLC控制器19 控制顺序阀3的阀芯处于右位、第一卸荷阀10-1处于开启状态、第二卸荷阀10-2处于截至状态，顺序阀3与第二三位四通电磁换向阀6的P油口连通，此时第二三位四通电磁换向阀6的P油口与第二三位四通电磁换向阀6的B油口连通，压力油液从B油口经第二液控单向阀7-2、第二分流集流阀8-2分别等流量地进入第一伸缩油缸9-1和第二伸缩油缸9-2的有杆腔，使其活塞杆缩回，活塞杆通过滑套环14-1、14-2推动阻尼减震缸11运动，前起落架的阻尼减震缸11的运动是与转动座15和转向油缸5、第一基座 13-1整体转动，后起落架的阻尼减震缸11则直接与第二基座13-2整体转动。驱动无人机的三个起落架同步缩回到预定姿态位置，并保持这种姿态位置。在此过程中原先存在于第一伸缩油缸9-1和第二伸缩油缸9-2的无杆腔的压力油经过第二卸荷阀10-2排出。
Claims (8)
1.一种无人机起落架的折叠与转向控制装置，其特征在于，包括前起落架、后起落架和液压控制机构，所述前起落架包括第一伸缩油缸、第一缓冲支架、转向油缸、第一滚轮和第一基座，所述第一基座及所述第一伸缩油缸的缸体与无人机机体铰接，所述第一缓冲支架外套设沿所述第一缓冲支架滑动的第一滑套环，所述第一伸缩油缸的活塞杆与所述第一滑套环的侧边铰接，所述第一缓冲支架的顶端通过转动座与所述第一基座转动连接，所述转向油缸固定连接于所述第一基座，所述转动座固定设置有转向推杆，所述转向推杆与所述转向油缸的活塞杆的端部转动连接，所述第一滚轮连接于所述第一缓冲支架的底端，所述后起落架包括第二伸缩油缸、第二缓冲支架、第二滚轮和第二基座，所述第二基座及所述第二伸缩油缸的缸体与无人机机体铰接，所述第二缓冲支架外套设沿所述第二缓冲支架滑动的第二滑套环，所述第二伸缩油缸的活塞杆与所述第二滑套环的侧边铰接，所述第二缓冲支架的顶端与所述第二基座固定连接，所述第二滚轮连接于所述第二缓冲支架的底端；
所述液压控制机构包括油箱、控制器以及与所述控制器均为电连接的变量泵、顺序阀、第一三位四通电磁换向阀、第二三位四通电磁换向阀、第一分流集流阀、第二分流集流阀、第一卸荷阀和第二卸荷阀，所述变量泵的进口连接所述油箱，所述变量泵的出口连接所述顺序阀，所述顺序阀的第一出口连接所述第一三位四通电磁换向阀的P口，所述顺序阀的第二出口连接所述第二三位四通电磁换向阀的P口，所述第一三位四通电磁换向阀的两个进出油口分别与所述转向油缸的无杆腔及有杆腔连接，所述第二三位四通电磁换向阀的两个进出油口分别与所述第一分流集流阀和所述第二分流集流阀连接，所述第一分流集流阀的出口分别连接至所述第一伸缩油缸和所述第二伸缩油缸的无杆腔，所述第一伸缩油缸和所述第二伸缩油缸的无杆腔连接有所述第一卸荷阀，所述第二分流集流阀的出口分别连接至所述第一伸缩油缸和所述第二伸缩油缸的有杆腔，所述第一伸缩油缸和所述第二伸缩油缸的有杆腔连接有所述二卸荷阀。
2.根据权利要求1所述的无人机起落架的折叠与转向控制装置，其特征在于，所述第一缓冲支架和所述第二缓冲支架均为阻尼减震缸，所述阻尼减震缸的活塞杆从阻尼减震缸的缸体的底端伸出用于连接所述第一滚轮或第二滚轮，所述阻尼减震缸的活塞杆设有轴向导向槽，所述阻尼减震缸的缸体端部设有与所述轴向导向槽的径向凸起，所述阻尼减震缸的无杆腔内设有密封隔板，阻尼弹簧两端分别固定在阻尼减震缸的无杆腔的顶部和密封隔板，所述密封隔板与所述阻尼减震缸的活塞间填充液压油。
3.根据权利要求2所述的无人机起落架的折叠与转向控制装置，其特征在于，所述阻尼减震缸的无杆腔的内壁位于所述密封隔板与活塞之间设有第一限位台，所述阻尼减震缸的有杆腔的内壁设有第二限位台，所述阻尼减震缸的缸体位于所述第一限位台处设有径向贯穿所述第一限位台的充油口。
4.根据权利要求1所述的无人机起落架的折叠与转向控制装置，其特征在于，所述第二三位四通电磁换向阀的进出油口与所述第一分流集流阀之间设有由所述第二三位四通电磁换向阀向所述第一分流集流阀单向导通的第一单向阀，所述第二三位四通电磁换向阀的进出油口与所述第二分流集流阀之间设有由所述第二三位四通电磁换向阀向所述第二分流集流阀单向导通的第二单向阀。
5.根据权利要求1所述的无人机起落架的折叠与转向控制装置，其特征在于，所述顺序阀为两位四通高速电磁换向阀。
6.根据权利要求1所述的无人机起落架的折叠与转向控制装置，其特征在于，所述第一卸荷阀、第二卸荷阀均为两位二通电磁换向阀。
7.根据权利要求1所述的无人机起落架的折叠与转向控制装置，其特征在于，所述第一分流集流阀和所述第二分流集流阀均为等量式分流集流阀。
8.一种无人机起落架的折叠与转向控制方法，其特征在于，基于权利要求1至7中任意一项所述的无人机起落架的折叠与转向控制装置运行，在无人机着陆时，所述控制器控制所述变量泵泵油，所述顺序阀受控导通至所述第二三位四通电磁换向阀的油路，所述第二三位四通电磁换向阀供油至所述第一分流集流阀，所述第一卸荷阀截止，所述第二卸荷阀开启，所述前起落架和所述后起落架姿态到位后所述控制器控制所述截止阀导通至所述第一三位四通电磁换向阀的油路，所述第一三位四通电磁换向阀受控导通至所述转向油缸的油路进行转向；在无人机起飞后，所述顺序阀受控导通至所述第二三位四通电磁换向阀的油路，所述第二三位四通电磁换向阀供油至所述第二分流集流阀，所述第一卸荷阀开启，所述第二卸荷阀截止。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113602485A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-05 | 苏州锡子智能科技有限公司 | 一种无人机起落架的驱动装置 |
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Cited By (1)
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