一种滚轮式液压阻尼无人机防摔起落架的制作方法

本发明属于涉及无人机技术领域，具体地说涉及一种滚轮式液压阻尼无人机防摔起落架。

背景技术：

多旋翼无人机是近年来国内外研究的前沿和热点问题，在农业、商业和勘测领域都有广泛的应用。多旋翼无人机在航拍和物品搭载输运应用方面，具有操控性灵活机动、反应迅速的特点。但无人机操作人员熟练程度参差不齐，或偶有自身机械故障的发生，引起的非正常降落，容易造成飞机结构和搭载设备的损坏。因此，具有一定阻尼的减震起落架的设计,对保护机体和设备安全尤为重要。

现有技术中的多旋翼无人机起落架通常为支柱式，底部不设滑轮。由于操控的精度和技术的限制，无人机在垂直降落碰触地面时会受到强烈的震动。通常需要对无人机的起落架采取减震措施。发明专利CN105416574A中提出的通过拉线由内侧收起的起落架设计。该发明达到缓冲的效果主要是由拉线和支架的弹性材质决定的，结构上并没有针对减震的目的做出改造。在中国专利CN204846362U中公开的与机身贴合的起落架设计。该专利结构虽然节约了起落架空间，有一定减震效果，但其结构较复杂，增加了机身重量，影响了飞行性能。在专利CN204822063U中介绍了一种倒V形结构的起落架。该起落架采用轻型直管通过插接方式固定连接，减轻了重量,降低了制造成本，但全部采用刚性结构,减震效果不明显。在专利CN205022852U中介绍了一种橡胶结构的起落架减震装置，该起落架减震装置利用空心橡胶圈吸收无人机降落地瞬间的载荷，减震效果较好；但容易造成机体侧翻，且无法在不平整的地面降落。在发明专利201610821420.5中没有有效利用长短簧管第三级簧管的空间，发挥结构的最大减震防摔效能，实心磁铁棒也较为笨重。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：为了降低现有技术中无人机着陆碰触地面的强烈冲击，克服无法在起伏路面降落及降落时容易侧翻的问题，本发明提出一种滚轮式液压阻尼无人机防摔装置。

本发明的技术方案是：一种滚轮式液压阻尼无人机防摔起落架，包括若干防摔组件，该组件沿无人机机身的轴线周向均布；每一组件包括短簧管、长簧管和万向轮组件，长簧管一端与万向轮连接，另一端与无人机底部连接，短簧管一端与长簧管的三分之一处连接，另一端与无人机底部连接，且短簧管长度为长簧管的三分之一；所述长簧管和短簧管均包括若干磁管并呈阶梯状，其特征在于，所述与万向轮组件最近的磁管内设有液压系统，其他磁管内设有磁棒和弹簧，弹簧位于磁棒外壁和磁管内壁之间；当无人机降落时，万向轮组件触地受压，磁管收缩，液压系统三者同时将冲击能量损失耗散，减少无人机冲击力。

本发明的进一步技术方案是：所述长簧管包括第三铰链支座(12)、第三磁棒(13)、第四铁磁管(14)、第三弹簧(15)、第五铰链支座(16)、第三弹簧支座(17)、第四磁棒(18)、第五铁磁管(19)、第四弹簧(20)、第四弹簧支座(21)、第六铁磁管(22)、第四铰链支座(23)、第二密封橡胶圈(31)、第二液压活塞(32),第三铰链支座(12)与第四铁磁管(14)上端部通过螺纹连接；第三磁棒(13)位于第四铁磁管(14)内，且与第四铁磁管(14)同轴安装；第三磁棒(13)上端与第三铰链支座(12)固定连接,第三弹簧(15)嵌套在第三磁棒(13)与第四铁磁管(14)内壁之间，第三弹簧(15)上端与第三铰链支座(12)接触，第三弹簧(15)下端与第三弹簧支座(17)接触。第三弹簧支座(17)安装在第四铁磁管(14)与第五铁磁管(19)之间；第四磁棒(18)位于第五铁磁管(19)内，第四磁棒(18)上端与第三磁棒(13)下端固定连接；第四弹簧(20)嵌套在第四磁棒(18)与第五铁磁管(19)内壁之间，第四弹簧(20)上端与第三弹簧支座(17)接触，第四弹簧(20)下端与第四弹簧支座(21)接触。第六铁磁管(22)上端与第四弹簧支座(21)连接，万向轮支架安装在第六铁磁管(22)下端，第五铰链支座(16)固定在第四铁磁管(14)侧壁下部。短簧管的第二铰链支座(11)与第五铰链支座(16)连接；第三磁管(10)内设有第二液压活塞(32)，与第四磁棒(18)固连，并通过第二密封橡胶圈(31)密封；无人机落地时，第五铁磁管(19)伸缩进第四铁磁管(14)内，第六磁管(22)伸缩至第五铁磁管(19)内，使得第二液压活塞(32)下移。

本发明的进一步技术方案是：所述第六铁磁管(22)的管体内充有液体，与第二密封橡胶圈(31)和第二液压活塞(32)共同组成长簧管的液压系统，当上一级管体上移时，带动第六铁磁管(22)上移，使得第二液压活塞(32)下移，液体进行流动，损失耗散能量。

本发明的进一步技术方案是：所述短簧管包括第一铰链支座(1)、第一磁棒(2)、第一铁磁管(3)、第一弹簧(4)、第一弹簧支座(5)、第二磁棒(6)、第二铁磁管(7)、第二弹簧(8)、第二弹簧支座(9)、第三铁磁管(10)、第二铰链支座(11)、第一密封橡胶圈(29)、第一液压活塞(30)，第一铰链支座(1)通过螺纹旋接在第一铁磁管(3)上端部，第一磁棒(2)位于第一铁磁管(3)内，且与第一铁磁管(3)同轴安装；第一磁棒(2)上端与第一铰链支座(1)固定连接，第一弹簧(4)嵌套在第一磁棒(2)与第一铁磁管(3)内壁之间，第一弹簧(4)上端与第一铰链支座(1)接触，第一弹簧(4)下端与第一弹簧支座(5)接触；第一弹簧支座(5)安装在第一铁磁管(3)与第二铁磁管(7)之间；第二磁棒(6)安装在第二铁磁管(7)内，第二磁棒(6)上端与第一磁棒(2)下端固定连接,第二弹簧(8)嵌套在第二磁棒(6)与第二铁磁管(7)内壁之间；第二弹簧(8)上端与第一弹簧支座(5)接触，第二弹簧(8)下端与第二弹簧支座(9)接触；第三铁磁管(10)一端与第二弹簧支座(9)连接，第三铁磁管(10)另一端与第二铰链支座(11)连接；第三磁管(10)内设有第一液压活塞(30)，与第二磁棒(6)固连，并通过第一密封橡胶圈(29)密封；无人机落地时，第二铁磁管(7)伸缩进第一铁磁管(3)内，第三磁管(10)伸缩至第二铁磁管(7)内，使得第一液压活塞(30)下移。

本发明的进一步技术方案是：所述第三铁磁管(10)的管体内充有液体，第一密封橡胶圈(29)和第一液压活塞(30)共同组成短簧管的液压系统，当上一级管体上移时，带动第三铁磁管(10)上移，使得第一液压活塞(30)下移，液体进行流动，损失耗散能量。

本发明的进一步技术方案是：所述万向轮组件包括轴承底座(24)、压力球轴承(25)、卡环(26)、橡胶轮(27)，轴承底座(24)固定在第六铁磁管(22)下端，压力球轴承(25)位于轴承底座(24)与第四铰链支座(23)之间，卡环(26)与第六铁磁管(22)螺纹连接，橡胶轮(27)安装在第四铰链支座(23)上；压力球轴承(25)转动实现橡胶轮(27)的360度转动，油槽储存润滑油，带有内螺纹的卡环(26)用于固定内部构件，防止其脱落。

发明效果

本发明的技术效果在于：本发明提出的一种滚轮式多级阻尼簧管无人机防摔起落架，采用三级阻尼簧管伸缩结构，阻尼簧管为薄壳圆筒形，阻尼簧管内为磁棒，磁棒中空以减轻重量，中间层为缓冲弹簧；两根阻尼簧管长度不等，短簧管的长度为长簧管长度的三分之一，长簧管与短簧管分别连接在机身底板铰链支座上，且短簧管的末端连接在长簧管第一级的侧壁上。长短簧管的第三极簧管采用液压技术，利用流动损失耗散能量，增强了能量耗散效果。长簧管的铰链支座下面装有橡胶轮，连接处的压力球轴承旋转实现橡胶轮的360度转动。旋翼无人机降落时，防摔装置通过压缩弹簧来延缓触地时间，以降低冲击力，并将动能转化为弹性势能，磁阻尼可减轻震动，耗散能量，万向轮支架与橡胶轮配合避免由于水平速度引起的侧翻，达到保护无人机的目的。

本发明滚轮式多级阻尼簧管无人机防摔装置,有效地避免无人机坠落时造成机体和设备损坏，使旋翼无人机安全降落在不平整的地面，降低了无人机碰触地面的强烈冲击，克服无法在起伏路面降落，降落时容易侧翻的问题。本发明滚轮式多级阻尼簧管无人机防摔装置,具有结构简单、易于拆装更换、重量轻的特点。防摔装置也可充当起落架，使无人机能直接着陆。

附图说明

图1为本发明滚轮式液压阻尼无人机防摔装置示图。

图2为本发明滚轮式液压阻尼无人机防摔装置局部放大图。

图3为本发明滚轮式液压阻尼无人机防摔装置的短簧管示意图。

图4为本发明滚轮式液压阻尼无人机防摔装置的长簧管示意图。

图5为本发明的万向轮支架局部放大示意图。

图6为本发明的长簧管一级末端与短簧管三级末端连接处局部放大图。

图7为本发明的短簧管第三级内液压装置示意图。

图8为本发明的长簧管第三级内液压装置示意图。

附图标记说明：1.第一铰链支座 2.第一磁棒 3.第一铁磁管 4.第一弹簧 5.第一弹簧支座 6.第二磁棒 7.第二铁磁管 8.第二弹簧 9.第二弹簧支座 10.第三铁磁管 11.第二铰链支座 12.第三铰链支座 13.第三磁棒 14.第四铁磁管 15.第三弹簧 16.第五铰链支座 17.第三弹簧支座 18.第四磁棒 19.第五铁磁管 20.第四弹簧 21.第四弹簧支座 22.第六铁磁管 23.第四铰链支座 24.轴承底座 25.压力球轴承 26.卡环 27.橡胶轮 28.机身底板铰链支座 29.第一密封橡胶圈 30.第一液压活塞 31.第二密封橡胶圈 32.第二液压活塞

具体实施方式

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括长簧管、短簧管、万向轮支架、机身底板铰链支座，长簧管与短簧管分别为三级阻尼簧管伸缩结构，阻尼簧管为薄壁圆筒形铁磁管，铁磁管内安装有磁棒和弹簧，磁铁中空，减小重量；长簧管与短簧管为两个结构相同的部件，短簧管的长度为长簧管长度的三分之一，长短簧管的第三极簧管内有液压系统，液压油可选择10号航空液压油、12号航空液压油和15号航空液压油；

所述机身底板铰链支座为多组，以过机身重心的机身底板外法线为基准外法线，机身底板铰链支座以基准外法线为轴线在机身底板平面上按环形阵列排布，每两个机身底板铰链支座位于同一径向，长簧管和短簧管的上端分别与机身底板铰链支座连接，两个机身底板铰链支座间距与短簧管长度相等；

所述短簧管包括第一铰链支座、第一磁棒、第一铁磁管、第一弹簧、第一弹簧支座、第二磁棒、第二铁磁管、第二弹簧、第二弹簧支座、第三铁磁管、第二铰链支座、第一密封橡胶圈、第一液压活塞，第一铰链支座旋接在第一铁磁管上端部，第一磁棒位于第一铁磁管内，且与第一铁磁管同轴安装，第一磁棒上端与第一铰链支座固连，第一弹簧嵌套在第一磁棒与第一铁磁管内壁之间，第一弹簧上端与第一铰链支座接触，下端与第一弹簧支座接触；第一弹簧支座位于第一铁磁管与第二铁磁管之间，第二磁棒位于第二铁磁管内，第二磁棒上端与第一磁棒下端固定连接，第二弹簧嵌套在第二磁棒与第二铁磁管内壁之间，第二弹簧上端与第一弹簧支座接触，下端与第二弹簧支座接触，第三铁磁管上端与第二弹簧支座连接，下端与第二铰链支座连接；第三铁磁管内有第一密封橡胶圈,固定在上端壁面上,与磁棒可以发生相对滑动；第三铁磁管内有第一液压活塞，固定在第二磁棒上；

所述长簧管包括第三铰链支座、第三磁棒、第四铁磁管、第三弹簧、第五铰链支座、第三弹簧支座、第四磁棒、第五铁磁管、第四弹簧、第四弹簧支座、第六铁磁管、第四铰链支、第二密封橡胶圈、第二液压活塞,第三铰链支座与第四铁磁管上端部通过螺纹连接，第三磁棒位于第四铁磁管内，且与第四铁磁管同轴安装，第三磁棒上端与第三铰链支座固连，第三弹簧嵌套在第三磁棒与第四铁磁管内壁之间，第三弹簧上端与第三铰链支座接触，下端与第三弹簧支座接触；第三弹簧支座位于第四铁磁管与第五铁磁管之间，第四磁棒位于第五铁磁管内，第四磁棒上端与第三磁棒下端固定连接，第四弹簧嵌套在第四磁棒与第五铁磁管内壁之间，第四弹簧分别与第三弹簧支座和第四弹簧支座接触，第六铁磁管上端与第四弹簧支座连接，万向轮支架安装在第六铁磁管下端，第五铰链支座固定在第四铁磁管侧壁下部；第六铁磁管内有第二密封橡胶圈,固定在上端壁面上,与磁棒可以发生相对滑动；第六铁磁管内有第二液压活塞，固定在第四磁棒上；短簧管的第二铰链支座与第五铰链支座连接；

所述万向轮支架包括轴承底座、压力球轴承、卡环、橡胶轮，轴承底座固定在第六铁磁管内下端，压力球轴承位于轴承底座与第四铰链支座之间，卡环与第六铁磁管螺纹连接，橡胶轮安装在第四铰链支座上，压力球轴承转动实现橡胶轮的360度转动。

所述第一磁棒、第二磁棒、第三磁棒与第四磁棒采用低密度多孔磁体材料制成的空心结构体。

参阅图1～图6，本实施例以旋翼无人机为例。滚轮式多级阻尼簧管无人机防摔装置由长簧管、短簧管、万向轮支架、机身底板铰链支座组成，长簧管与短簧管分别为三级阻尼簧管伸缩结构，阻尼簧管为薄壁圆筒形铁磁管，铁磁管内安装有磁棒和弹簧。长簧管与短簧管为两个结构相同的部件，短簧管的长度为长簧管长度的三分之一。机身底板铰链支座为多组，以过机身重心的机身底板外法线为基准外法线，机身底板铰链支座以基准外法线为轴线在机身底板平面上按环形阵列排布，每两个机身底板铰链支座位于同一径向，长簧管和短簧管的上端分别与机身底板铰链支座连接，两个机身底板铰链支座间距与短簧管长度相等。其中,短簧管包括第一铰链支座1、第一磁棒2、第一铁磁管3、第一弹簧4、第一弹簧支座5、第二磁棒6、第二铁磁管7、第二弹簧8、第二弹簧支座9、第三铁磁管10、第二铰链支座11、第一密封橡胶圈29、第一液压活塞30，第一铰链支座1通过螺纹旋接在第一铁磁管3上端部，第一磁棒2位于第一铁磁管3内，且与第一铁磁管3同轴安装；第一磁棒2上端与第一铰链支座1固定连接，第一弹簧4嵌套在第一磁棒2与第一铁磁管3内壁之间，第一弹簧4上端与第一铰链支座1接触，第一弹簧4下端与第一弹簧支座5接触；第一弹簧支座5安装在第一铁磁管3与第二铁磁管7之间。第二磁棒6安装在第二铁磁管7内，第二磁棒6上端与第一磁棒2下端固定连接,第二弹簧8嵌套在第二磁棒6与第二铁磁管7内壁之间；第二弹簧8上端与第一弹簧支座5接触，第二弹簧8下端与第二弹簧支座9接触；第三铁磁管10一端与第二弹簧支座9连接，第三铁磁管10另一端与第二铰链支座11连接。工作时，第二铁磁管7伸缩进第一铁磁管3内，第二磁棒6伸缩第三铁磁管10内；第三铁磁管10内有第一密封橡胶圈29,固定在上端壁面上,与第二磁棒6可以发生相对滑动；第三铁磁管内有第一液压活塞30，固定在第二磁棒6上。

本实施例中，长簧管包括第三铰链支座12、第三磁棒13、第四铁磁管14、第三弹簧15、第五铰链支座16、第三弹簧支座17、第四磁棒18、第五铁磁管19、第四弹簧20、第四弹簧支座21、第六铁磁管22、第四铰链支座23、第一密封橡胶圈31、第一液压活塞32,第三铰链支座12与第四铁磁管14上端部通过螺纹连接；第三磁棒13位于第四铁磁管14内，且与第四铁磁管14同轴安装；第三磁棒13上端与第三铰链支座12固定连接,第三弹簧15嵌套在第三磁棒13与第四铁磁管14内壁之间，第三弹簧15上端与第三铰链支座12接触，第三弹簧15下端与第三弹簧支座17接触。第三弹簧支座17安装在第四铁磁管14与第五铁磁管19之间；第四磁棒18位于第五铁磁管19内，第四磁棒18上端与第三磁棒13下端固定连接；第四弹簧20嵌套在第四磁棒18与第五铁磁管19内壁之间，第四弹簧20上端与第三弹簧支座17接触，第四弹簧20下端与第四弹簧支座21接触。第六铁磁管22上端与第四弹簧支座21连接，万向轮支架安装在第六铁磁管22下端，第五铰链支座16固定在第四铁磁管14侧壁下部。短簧管的第二铰链支座11与第五铰链支座16连接。工作时，第五铁磁管19伸缩进第四铁磁管14内，第五铁磁管19同时带动第六铁磁管22联动，使第四磁棒18伸缩进第六铁磁管22内；第六铁磁管22内有第二密封橡胶圈31,固定在上端壁面上,与第四磁棒18可以发生相对滑动；第六铁磁管22内有第二液压活塞32，固定在第四磁棒18上。

万向轮支架包括轴承底座24、压力球轴承25、卡环26、橡胶轮27，轴承底座24固定在第六铁磁管22内下端，压力球轴承25位于轴承底座24与第四铰链支座23之间，卡环26与第六铁磁管22螺纹连接，橡胶轮27安装在第四铰链支座23上；压力球轴承25转动实现橡胶轮27的360度转动，油槽用于储存少量润滑油，带有内螺纹的卡环26用于固定内部构件，防止其脱落。

本实施例中，短簧管的第一铰链支座1和长簧管的第三铰链支座12分别与机身底板铰链支座28通过螺栓、螺母连接，短簧管的第二铰链支座11与长簧管的第五铰链支座16通过螺栓、螺母连接，两个机身底板铰链支座28之间距离与短簧管长度相等。橡胶轮27与万向轮支架的第四铰链支座23通过螺栓、螺母连接。第一磁棒2、第二磁棒6、第三磁棒13与第四磁棒18采用低密度多孔磁体材料制成的空心结构体。

本实施例工作过程

当旋翼无人机着陆时,旋翼无人机同时存在水平方向速度和竖直方向速度的情况时，橡胶轮触地受压，长簧管的第三弹簧、第四弹簧分别收缩，将旋翼无人机的一部分动能转化为弹簧的弹性势能，起到延长落地的作用时间，降低冲击力的作用。短簧管一方面辅助长簧管转化旋翼无人机动能，另一方面，同时调节万向轮支架与橡胶轮和旋翼无人机之间的竖直高度，使无人机平稳降落在不平整的地面。万向轮支架与橡胶轮配合将滑动摩擦变为滚动摩擦，使旋翼无人机在降落时朝原有水平速度方向滑行一段距离，防止旋翼无人机降落时因起落架与地面摩擦产生的扭矩过大而导致侧翻。长簧管与短簧管内的磁棒与铁磁管产生辐射状磁场，弹簧与铁磁管构成闭合回路；当弹簧受压收缩时会切割辐射状磁感线产生电流，将动能转化为电能继而产生焦耳热耗散能量。当旋翼无人机着陆时长短簧管的第三极簧管内的液压活塞会向下运动，液体经由缝隙自下而上流动，利用流动损失耗散能量，增强了能量耗散效果，无人机起飞后在重力的作用下活塞会自动复位回到第三级簧管顶端。