一种自平衡无人机脚架及其平衡方法

技术领域

本发明涉及一种无人机领域或机构自平衡领域，尤其涉及一种自平衡无人机脚架及其平衡方法。

背景技术

无人机，顾名思义是无人驾驶的飞机。从飞机的诞生开始，由于考虑到驾驶飞机的安全性，当时的人们就已经提出了无人驾驶飞机的想法。直至英国费雷尔公司将一架“女王”双固定翼飞机改造成无人靶机，开启了无人机进入航空史的序幕。随着无人机技术逐渐成熟，制造成本和进入门槛降低，消费级无人机市场已经爆发，而民用无人机市场处于爆发前夜。目前我国已经完成了民用无人机登记注册系统的开发，同时正在建立无人机登记数据共享和查询制度实现与无人机运行云平台的实时交联，无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。民用方面，无人机和行业应用，是无人机真正的刚需，随着无人机行业的迅速发展，越来越多的无人机被应用到农业、林业、电力、测绘、遥测、安防、交通等行业，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。

无人机的种类繁多，主要包括固定翼无人机、扑翼无人机和多旋翼无人机等，由于操控简单、可靠性高，并且不需要跑道便可以垂直起降，起飞后可以在空中悬停，因此相对于固定翼无人机和扑翼无人机，多旋翼无人机使用更广泛，小型无人机行业最近可谓热潮涌动，极飞、亿航等多家无人机初创企业在还未有成熟产品的情况下就获得了数千万美元的融资。无人机这一小众行业之所以能够进入大众视野，还是得益于大疆创新的出现。在国内电子企业普遍还处在代工与组装的劳动力密集模式中时，大疆创新已经悄然成为全球小型无人机市场的绝对龙头。大疆的引领与示范作用不可谓不强，国内迅速兴起了一股无人机创业与投资的热潮。

如今随着社会的不断发展，无人机的应用越来越多，目前在航拍、农业植保、快递运输、灾难救援、救火、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大拓展了无人机本身的用途。而无人机所需的脚架是其关键部件之一，其结构合理性直接影响无人机的稳定性、操作人员的安全性等。现有的无人机脚架，在降落时很难做到平衡降落，地面对无人机有一定的反作用力，如果下降速度过快，会产生过大反作用力而发生侧翻现象，导致无人机受到损坏，而目前的无人机产品，不能足够灵敏调整无人机的平衡状态。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种自平衡无人机脚架及其平衡方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种自平衡无人机脚架及其平衡方法，包括：托板以及等角度设置在所述托板外周底的支撑杆组件，在所述托板上表面沿径向设置若干滑轨，所述托板外周侧面设置若干第一弹性转轴和若干定滑轮，所述第一弹性转轴连接所述所述支撑杆组件。

所述支撑杆组件包括两个关于所述托板轴线对称的支架机构，所述支架机构包括折叠构件和连接在所述折叠构件上的配重构件，所述折叠构件包括：通过第二弹性转轴连接的第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆中部设置动滑轮，所述第二支撑杆一端设置脚轮，所述第二支撑杆连接所述配重构件。

所述配重构件包括通过预紧绳连接的配重滑块和卷收器，所述卷收器通过固定件连接在所述第二支撑杆上表面，所述预紧绳从下至上依次经过所述动滑轮和所述定滑轮连接所述配重滑块，所述配重滑块沿所述滑轨运动。

本发明一个较佳实施例中，所述第一弹性转轴和所述第二弹性转轴内部均设置弹簧。

本发明一个较佳实施例中，同一所述支撑杆组件中的两个所述配重滑块通过所述预紧绳连接。

本发明一个较佳实施例中，所述定滑轮设置在所述第一弹性转轴的外侧。

本发明一个较佳实施例中，所述定滑轮与所述动滑轮腰部均设置凹槽。

本发明一个较佳实施例中，所述第二支撑杆下端面设置刹车凸起。

本发明一个较佳实施例中，所述刹车凸起下端面设置刹车垫片。

本发明一个较佳实施例中，所述滑轨两端均设置凸台。

本发明采用的第二种技术方案为：

当无人机脚架在偏斜状态落地时，其中一个支架机构或相邻的两个支架机构首先接触地面，此时支架机构上的预紧绳便会出现短时间的松弛现象，与此同时，同一支撑杆组件上的两个卷收器同时收缩，一直处于张紧状态的另一个卷收器带动两个配重滑块沿滑轨滑动，通过改变配重滑块在滑轨上的位置，无人机脚架的重心向配重滑块运动方向偏移，减弱无人机脚架落地时对地面的斜向作用力，从而使无人机脚架快速调整到平衡状态。

本发明一个较佳实施例中，当所述同一滑轨上方的两个配重滑块关于所述托板轴线对称时，所述无人机脚架为平衡状态。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

（1）本发明中通过预紧带、配重滑块和卷收器之间相互配合，完成对缓冲脚架平衡状态的调整，取代了传统的陀螺仪等电子仪器的使用，利用各构件之间动作时的作用力与反作用力的配合，实现对缓冲脚架的伸缩度调整；在无人机倾斜滑向地面时，地面对支架机构产生不指向无人机重心的反作用力，巧妙利用反作用下推动缓冲脚架旋转，使相邻的支架机构首先接触地面，当两个支架机构着地之后，有效提高无人机落在地面上的稳定性。

（2）本发明中通过在第一弹性转轴和第二弹性转轴内部均设置弹簧，达到缓冲的目的，当第一弹性转轴和第二弹性转轴转动时，设置在内部的弹簧会产生扭矩力，以阻止弹性转轴保持持续转动的趋势，使第一弹性转轴和第二弹性转轴具备一定的韧性，从而使在无人机脚架落地短时间的瞬间，支撑机构能够缓冲无人机脚架撞击地面的作用力，有效降低无人机降落地面出现侧翻现象的几率。

（3）本发明通过在第二支撑杆一端设置脚轮增强无人机降落的稳定性，当无人机脚架接触地面时，第二支撑杆端部首先接触底面，脚轮接触地面之后沿地面滑动，无人机脚架与地面之间由刚性接触改变为滑动接触，有效防止无人机降落时由于自身惯性力而发生侧翻，同时防止因无人机脚架短时间的落地产生过大压力，损坏第二支撑杆。通过在第二支撑杆下端面设置刹车凸起，能够快速制动在地面上滑动的无人机，保证无人机最终稳定在地面上，通过刹车凸在刹车凸起下端面设置刹车垫片，增加刹车凸起与地面之间摩擦力，有效增强刹车效果。

（4）本发明中通过在托板外周底面等角度设置若干支撑杆组件，能够对无人机脚架的重心进行多方位调整，进而使无人机降落之后平衡状态的调整更精确，有效增强无人机脚架降落之后的稳定性。预紧绳通过动滑轮和定滑轮连接配重滑块，能够有效增强减少预紧绳与折叠构件之间的摩擦力，提高无人机脚架调节平衡状态的灵敏度，定滑轮与动滑轮腰部均设置凹槽，能够引导预紧带在凹槽内运动，防止预紧带从侧向滑出定滑轮，保证配重滑块运动的稳定性。

（5）本发明将卷收器与安装架通过转轴连接，保证卷收器能够沿安装轴自由旋转，当支架机构伸缩程度改变，设置在其上方的预紧带方向随之改变，卷收器能够根据预紧带的轴线方向的牵引力，灵活调整方向调整其开口方向，使卷收器开口方向始终与预紧带的轴线方向始终一致，防止卷收器开口处与预紧带接触产生摩擦力，从而降低配重构件的灵敏度，同时防止预紧带过早损坏。

（6）本发明中通过在每个滑轨两端均设置凸台，有效防止配重滑块脱离滑轨，导致脚架无法达到平衡状态，进而破坏缓冲脚架的平衡。在不同的支撑杆组件中，将连接两个配重滑块的预紧绳设置在不同高度，使得每个预紧绳之间互不接触，保证配重滑块运动的流畅性，进而提高无人机平衡状态调整的灵敏性。

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中记载的一些实施例，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为本发明优选实施例的立体结构图；

图2为本发明优选实施例的爆炸示意图；

图3为本发明优选实施例托板的立体结构图；

图4为本发明优选实施例支架机构的立体结构图；

图5为本发明优选实施例第一弹性转轴的立体放大示意图；

图6为本发明优选实施例脚轮的立体放大示意图。

具体地，100-托板，110-配重滑块，120-滑轨，130-凸台，

200-支架机构，210-预紧绳，220-第一支撑杆，230-动滑轮，240-第二支撑杆，250-卷收器，260-第二弹性转轴，270-刹车凸起，271-刹车垫片，280-脚轮，

310-第一弹性转轴，311-弹簧，320-定滑轮，

400-保护壳体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，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保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2和图3所示，一种自平衡无人机脚架，包括：托板100以及等角度设置在托板100外周侧面的支撑杆组件，沿托板100上表面径向等角度设置若干滑轨120，托板100外周侧面等角度设置若干第一弹性转轴310和若干定滑轮320，第一弹性转轴310连接支撑杆组件。

如图4所示，支撑杆组件包括：两个关于托板100轴线对称的支架机构200，支架机构200包括折叠构件和连接在折叠构件上的配重构件，折叠构件包括：通过第二弹性转轴260连接的第一支撑杆220和第二支撑杆240，第一支撑杆220中部设置动滑轮230，第二支撑杆240一端设置脚轮280，第二支撑杆240连接配重构件。

配重构件包括：通过预紧绳210连接的配重滑块110和卷收器250，卷收器250通过固定件连接在第二支撑杆240上表面，预紧绳210从下至上依次经过动滑轮230和定滑轮320连接配重滑块110，配重滑块110沿滑轨120运动。

本发明一个较佳实施例中，通过在每个滑轨120两端均设置凸台130，有效防止配重滑块110脱离滑轨120，导致脚架无法达到平衡状态，进而破坏缓冲脚架的平衡。在不同的支撑杆组件中，将连接两个配重滑块110的预紧绳210设置在不同高度，使得每个预紧绳210之间互不接触，保证配重滑块110运动的流畅性，进而提高无人机平衡状态调整的灵敏性。

本发明一个较佳实施例中，支撑杆组件包括两个关于托板100轴线对称的支架机构200，每个支架机构200都设置有一个卷收器250，卷收器250通过预紧绳210连接配重滑块110，通过预紧带、配重滑块110和卷收器250之间相互配合，完成对缓冲脚架平衡状态的调整，取代了传统的陀螺仪等电子仪器的使用，利用各构件之间动作时的作用力与反作用力的配合，实现对缓冲脚架的伸缩度调整；在无人机倾斜滑向地面时，地面对支架机构200产生不指向无人机重心的反作用力，巧妙利用反作用下推动缓冲脚架旋转，使相邻的支架机构200首先接触地面，当两个支架机构200着地之后，能够分担无人机脚架落地时单个支架机构200对地面的斜向作用力，有效提高无人机落在地面上的稳定性。

本发明一个较佳实施例中，卷收器250通过固定件连接在第二支撑杆240上表面，卷收器250设置在固定件之间，卷收器250与固定件之间通过转轴连接，当第二支撑件在的位置不断变化时，卷收器250与第二支撑杆240之间的角度关系也不断变化，从卷收器250到动滑轮230之间的一段预紧绳210始终与卷收器250的开口方向一致，在预紧绳210的牵引作用下，卷收器250可以根据牵引力灵活调整方向，防止卷收器250开口处与预紧绳210接触产生摩擦力，从而降低配重构件的灵敏度，且预紧绳210过早损坏。

本发明一个较佳实施例中，卷收器250通过固定件连接在第二支撑杆240上表面，卷收器250设置在固定件之间，卷收器250与固定件之间通过转轴连接，将卷收器250与安装架通过转轴连接，保证卷收器250能够沿安装轴自由旋转，当支架机构200伸缩程度改变，设置在其上方的预紧带方向随之改变，卷收器250能够根据预紧带的轴线方向的牵引力，灵活调整方向调整其开口方向，使卷收器250开口方向始终与预紧带的轴线方向始终一致，防止卷收器250开口处与预紧带接触产生摩擦力，从而降低配重构件的灵敏度，同时防止预紧带过早损坏。

本发明一个较佳实施例中，通过在第一弹性转轴260和第二弹性转轴310内部均设置弹簧311，达到缓冲的目的，当第一弹性转轴260和第二弹性转轴310转动时，设置在内部的弹簧311会产生扭矩力，以阻止弹性转轴保持持续转动的趋势，使第一弹性转轴260和第二弹性转轴310具备一定的韧性，从而使在无人机脚架落地短时间的瞬间，支撑机构200能够缓冲无人机脚架撞击地面的作用力，有效降低无人机降落地面出现侧翻现象的几率。

需要说明的是，本发明中第一弹性转轴310和第二弹性转轴260可以用阻尼转轴替换，由于阻尼转轴在扭转时具有一定的摩擦力，因此当阻尼转轴处受到一定的扭矩时，不会突然旋转，而是在自身的缓冲作用下旋转，从而不影响折叠构件的折叠作用，且有效缓冲无人机脚架受到的撞击力。

本发明一个较佳实施例中，在托板100上方设置保护壳体400，防止沙子等细小颗粒物进入轨道槽等构件内，影响机构运行的流畅性。

本发明一个较佳实施例中，当无人机脚架接触地面时，第二支撑杆240端部首先接触底面，通过在第二支撑杆240一端设置脚轮280增强无人机降落的稳定性，当无人机脚架接触地面时，第二支撑杆240端部首先接触底面，脚轮280接触地面之后沿地面滑动，无人机脚架与地面之间由刚性接触改变为滑动接触，有效防止无人机降落时由于自身惯性力而发生侧翻，同时防止因无人机脚架短时间的落地产生过大压力，损坏第二支撑杆240。通过在第二支撑杆240下端面设置刹车凸起270，能够快速制动在地面上滑动的无人机，保证无人机最终稳定在地面上，通过刹车凸在刹车凸起270下端面设置刹车垫片271，增加刹车凸起270与地面之间摩擦力，有效增强刹车效果。

本发明一个较佳实施例中，卷收器250通过固定件连接在第二支撑杆240上表面，连接在卷收器250上的预紧绳210从下至上依次经过动滑轮230和定滑轮320连接配重滑块110，定滑轮320和动滑轮230能够有效减小预紧绳210运动过程中出现的摩檫力，提高无人机脚架重心调整的灵敏性，同时，也可以在配重滑块110下端面设置滑动轮，使配重滑块110和托板100之间从滑动摩擦改变为滚动摩擦，很大程度上减小了配重滑块110和托板100之间的摩擦力，进一步提高配重滑块110沿滑轨120滑动的灵敏性。定滑轮320与动滑轮230腰部均设置凹槽，防止预紧绳210侧向滑出定滑轮320与动滑轮230。

本发明一个较佳实施例中，通过在托板100外周底面等角度设置若干支撑杆组件，能够对无人机脚架的重心进行多方位调整，进而使无人机降落之后平衡状态的调整更精确，有效增强无人机脚架降落之后的稳定性。预紧绳210通过动滑轮230和定滑轮320连接配重滑块110，能够有效增强减少预紧绳210与折叠构件之间的摩擦力，提高无人机脚架调节平衡状态的灵敏度，定滑轮320与动滑轮230腰部均设置凹槽，能够引导预紧带在凹槽内运动，防止预紧带从侧向滑出定滑轮320，保证配重滑块110运动的稳定性。

本发明使用时，当无人机脚架在偏斜状态落地时，其中一个支架机构200或者相邻的两个支架机构200首先接触地面，由于无人机自身的重力和惯性力作用下会迫使折叠机构折叠一定高度，连接在支架机构200上的预紧绳210便会出现短时间的松弛现象，与此同时，同一支撑杆组件上的两个卷收器250同时收缩，一直处于张紧状态的另一个卷收器250带动两个配重滑块110沿滑轨120滑动，通过改变配重滑块110在滑轨120上的位置，无人机脚架的重心向配重滑块110运动方向偏移，减弱无人机脚架落地时对地面的斜向作用力，从而使无人机脚架快速调整到平衡状态。

综上，在无人机脚架落地时，通过调整配重滑块110在托板100上的位置，调整无人机脚架重心位置，减弱无人机脚架落地时对地面的斜向作用力，使无人机脚架快速调整到平衡状态。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。