基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构及无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构及无人机。

背景技术

无人驾驶飞机简称“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，或者由车载计算机完全地或间歇性地自主操作。

无人机按照应用领域划分，分为民用无人机和军用无人机，其中军用无人机的发射阶段作为无人机作战运用中最困难、最关键的阶段之一，直接影响着无人机系统作战的机动灵活性、地域适应性以及生存能力等。根据飞行气动原理，无人机的机翼通常设计较大的长宽比以保证可以提供足够的升力，并且，为提高空间利用率，无人机机翼为可折叠设计，通过机身上所设的机翼展开机构以实现机翼的展开。

现如今，无人机折叠机翼的展开机构主要应用传统的机械结构，如申请号为CN201420731520.5、名称为《一种无人机机翼智能折叠装置》的中国专利，其使用铰链和转轴作为传动装置，使用电推杆作为动力装置，具有较大自重且占用机身空间大；如申请号为CN201911378741.2、名称为《一种折叠机翼襟翼驱动传动机构》的中国专利，其以齿轮组和万向轴作为传动机构，整体结构较为复杂，调节麻烦，影响无人机的调试和维护。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构，旨在解决目前无人机的折叠机翼展开机构重量大、占用机身空间大、驱动双翼展开同步性差、调节麻烦、不便于无人机的调试和维护的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构，该基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构包括机身板、两对称设置在所述机身板上的机翼板和位于两所述机翼板之间的双面齿条；

所述机翼板的第一端与所述机身板转动连接，所述机翼板的第二端为自由端，所述双面齿条与所述机身板滑动连接且与两所述机翼板的第一端啮合连接，所述双面齿条的一端与所述机身板之间连接有形状记忆合金丝。

优选地，所述双面齿条的另一端与所述机身板之间连接有弹簧。

优选地，所述机身板上设有连接轴，所述机翼板的第一端设有与所述连接轴相适配的轴孔。

优选地，所述连接轴上套设有与所述机翼板连接的齿轮，所述齿轮与所述双面齿条啮合。

优选地，所述机身板上设有滑槽，所述双面齿条上设有与所述滑槽相适配的滑块。

优选地，所述机身板和所述双面齿条上设有用于固定所述形状记忆合金丝的固定组件。

优选地，所述固定组件包括夹持柱和套设在所述夹持柱上的锁紧套，所述夹持柱的端部设有两可相靠近或远离、用于夹持所述形状记忆合金丝的夹持部，所述夹持部呈半圆锥状，所述锁紧套包括与所述夹持柱螺纹连接的中空圆柱部和与所述夹持部相抵持的中空圆台部。

优选地，所述机身板上设有用于限定所述机翼板展开角度的机翼板锁紧组件。

优选地，所述机翼板锁紧组件包括分别用于与所述机翼板的相对两侧抵持的固定挡块和活动挡块，所述固定挡块位于所述机翼板的展开方向上，所述活动挡块位于所述机翼板与所述机身板之间，且通过弹性件与所述机翼板弹性抵持。

本发明还提出一种无人机，该无人机包括前述记载的基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构。

与现有技术相比，本发明实施例技术方案的有益效果在于：

本基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构的双面齿条的一端与机身板之间连接有形状记忆合金丝，由于形状记忆合金的形状记忆效应，形状记忆合金丝通电将发热收缩以拉动双面齿条在机身板上滑动，双面齿条进而啮合传动两机翼板同步转动，两机翼板由折叠状态转变为展开状态；其采用形状记忆合金丝作为驱动器，重量和尺寸极小，占用机身空间小；并且两机翼板采用同一齿条传动，可保证同步展开；此外，驱动力可调，结构简单，调节方便，便于无人机的调试和维护。

附图说明

图1为本发明一实施例中基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构的结构示意图；

图2为图1中基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构从折叠状态转换为展开状态的结构变化示意图；

图3为图1中基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构的部分结构示意图；

图4为图1中基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构的固定组件的结构示意图；

图5为图4中固定组件的爆炸结构示意图；

图6为图1中基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构从折叠状态转换为展开状态机翼板锁紧组件的结构变化示意图；

图7为本发明另一实施例中基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构的结构示意图。

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方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，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作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。

本发明提出一种基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构，参照图1，该基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构包括机身板100、两对称设置在机身板100上的机翼板200和位于两机翼板200之间的双面齿条300；

机翼板200的第一端与机身板100转动连接，机翼板200的第二端为自由端，双面齿条300与机身板100滑动连接且与两机翼板200的第一端啮合连接，双面齿条300的一端与机身板100之间连接有形状记忆合金丝10。

本实施例所提出的基于形状记忆合金的折叠机翼展开机构主要应用于无人机上，以实现无人机发射时折叠机翼的展开动作。具体地，参照图1，折叠机翼展开机构由机身板100、两机翼板200、双面齿条300和形状记忆合金丝10组成，其中的机身板100为长方形板状体，实际应用时装配于无人机机身上；机翼板200为对称设置的两块，分别位于机身板100的左右两侧，机翼板200通过其第一端与机身板100转动连接，从而可在机身板100上转动折叠或展开。参照图2，当机翼板200为0°的折叠状态时，其与机身板100互相平行，而当机翼板200为90°的展开状态时，其与机身板100互相垂直。其中，可以在机翼板200的第一端和机身板100之间设置铰接轴，以进行二者的转动连接。

本实施例所涉及的双面齿条300即相对两侧面上设有齿纹的齿条，双面齿条300与机身板100滑动连接，其设置形式具有多种，比如在机身板100上设置导轨，滑轨沿双面齿条300的滑动方向布置，双面齿条300则与导轨上的滑块连接。当然不仅限于此，还可以根据实际情况采用其它不同的设置形式。并且，双面齿条300位于两机翼板200之间，双面齿条300通过其相对两侧面的齿纹与两机翼板200的第一端啮合连接。其中，可以将机翼板200的第一端设为半圆状并对应设置齿纹以与双面齿条300啮合。容易理解的是，当双面齿条300沿其自身长度方向在机身板100上滑动时，便可带动两机翼板200转动。

本实施例所涉及的形状记忆合金丝10在双面齿条300的一端方向上将其拉紧，以使其在机身板100上保持静止状态。需要说明的是，形状记忆合金(shape memory alloys，SMA)是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应(shape memory effect，SME)的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆效应即具有一定形状的固体材料，在某种条件下经过一定的塑性变形后，加热到一定温度时，材料又恢复到变形前原来形状的现状。其中，本实施例所采用的形状记忆合金丝10为在低温下预先制作的伸长的形状记忆合金丝10。

因此，当向形状记忆合金丝10通电时，形状记忆合金丝10将发热以升温，并当温度升高到相变温度以上，形状记忆合金丝10会缩短至原始长度，从而拉动双面齿条300在机身板100上滑动，双面齿条300进而啮合传动两机翼板200同步转动，两机翼板200由折叠状态转变为展开状态。

本折叠机翼展开机构采用形状记忆合金丝10作为驱动器，重量和尺寸极小，占用机身空间小；并且两机翼板200采用同一齿条传动，可保证同步展开；此外，驱动力可调，结构简单，调节方便，便于无人机的调试和维护。

在一较佳实施例中，参照图1，双面齿条300的另一端与机身板100之间连接有弹簧20。弹簧20沿其齿条的长度方向设置，其作用在于对机翼板200展开瞬时形状记忆合金丝10对于双面齿条300的强大拉力进行部分抵消，从而为机翼板200的展开提供缓冲作用，使机翼板200展开稳定，提高飞行安全性。对应地，机身板100上设有第一挂钩，双面齿条300上设有第二挂钩，弹簧20的两端分别与第一挂钩和第二挂钩相钩持，弹簧20拆装简单，便于更换和维护。

在一较佳实施例中，参照图3，机身板100上设有连接轴110，机翼板200的第一端设有与连接轴110相适配的轴孔。具体地，对应两机翼板200，机身板100上所设连接轴110为对称布置的两个，连接轴110可与机身板100一体成型设置。机翼板200的第一端通过轴孔以与连接轴110形成转动配合，即机翼板200可绕连接轴110转动。当然，作为优设，还可以在机翼板200的轴孔与连接轴110之间设置轴承，提高机翼板200与机身板100的装配稳固性和机翼板200的转动稳定性。

在一较佳实施例中，参照图3，连接轴110上套设有与机翼板200连接的齿轮210，齿轮210与双面齿条300啮合。具体地，在形状记忆合金丝10的拉动下，双面齿条300沿其长度方向在机身板100上滑动，从而啮合传动位于其两侧的齿轮210，使齿轮210转动进而带动两机翼板200转动。其中，所涉及的齿轮210并非与机翼板200可拆卸连接设置，而是与机翼板200一体成型设置的齿轮盘。

在一较佳实施例中，机身板100上设有滑槽，双面齿条300上设有与滑槽相适配的滑块。其中，滑块位于双面齿条300的侧面且沿双面齿条300的长度方向布置，通过将滑块装配于滑槽之中，双面齿条300与机身板100实现滑动连接。作为优设，滑槽设置为燕尾槽，双面齿条300在机身板100上滑动稳定，不易脱落。而至于滑槽以及滑块的长度，可以根据实际情况设置，在此不作限制。

在一较佳实施例中，参照图1，机身板100和双面齿条300上设有用于固定形状记忆合金丝10的固定组件30。其中，机身板100和双面齿条300上的固定组件30的位置对应，通过所设固定组件30固定形状记忆合金丝10，机身板100和双面齿条300可以分别实现与形状记忆合金丝10的连接。而至于该固定组件30，其结构形式可以是多种，比如固定组件30包括通过螺丝锁紧的两夹块，两夹块的相对面上设有夹丝槽，形状记忆合金丝10置于夹丝槽中以被两夹块相对夹持。当然，其仅是示例性，并非限制性的，固定组件30的结构形式还可为其它。

在一较佳实施例中，参照图4和图5，固定组件30包括夹持柱31和套设在夹持柱31上的锁紧套32，夹持柱31的端部设有两可相靠近或远离、用于夹持形状记忆合金丝10的夹持部31a，夹持部31a呈半圆锥状，锁紧套32包括与夹持柱31螺纹连接的中空圆柱部32a和与夹持部31a相抵持的中空圆台部32b。具体地，夹持柱31的外壁和锁紧套32的中空圆柱部32a的内壁对应设有螺纹，夹持柱31和锁紧套32的中空圆柱部32a以此形成螺纹连接。在固定形状记忆合金丝10时，将其一端伸入夹持柱31的两夹持部31a之间，并通过在夹持柱31上旋转锁紧套32，锁紧套32的中空圆台部32b挤压两夹持部31a相靠近以形成对形状记忆合金丝10的夹持。与之对应的，当需要拆下形状记忆合金丝10时，从夹持柱31上松掉锁紧套32即可，简单易操作。进一步地，作为优设，两夹持部31a的相对面上设有夹丝槽，以提高夹持效果；并且夹持柱31上对应设有可供形状记忆合金丝10穿设的贯穿孔，方便形状记忆合金丝10走丝。

在一较佳实施例中，机身板100上设有用于限定机翼板200展开角度的机翼板锁紧组件40。其中，机翼板锁紧组件40所限定的机翼板200展开角度根据实际需求设定，当然，在实际应用时，机翼板200展开角度通常为90°。即机翼板200初始时为0°的折叠状态，而在机翼板200转动过程中通过所设机翼板锁紧组件40将机翼板200限制为90°的展开状态。

具体地，该机翼板锁紧组件40的结构形式可为多种，比如机翼板锁紧组件40包括活动卡块，机身板100上设有用于容置活动卡块的安装槽，安装槽的开口朝向机翼板200，活动卡块与安装槽的槽底之间设有弹簧20。对应地，机翼板200上设有与该活动卡块相适配的卡口。以机翼板200展开90°为例，当机翼板200为0°的折叠状态或从0°开始转动时，活动卡块因弹簧20向其所施加的弹性作用力而与机翼板200保持抵持状态，而当机翼板200转动至90°时，其卡口随之到达活动卡块的位置处，活动卡块因弹簧20的弹性作用力而自动伸入至卡口中，实现对机翼板200的锁紧。当然，其仅是示例性，并非限制性的，机翼板锁紧组件40的结构形式还可为其它。

在一较佳实施例中，参照图1和图6，机翼板锁紧组件40包括分别用于与机翼板200的相对两侧抵持的固定挡块41和活动挡块42，固定挡块41位于机翼板200的展开方向上，活动挡块42位于机翼板200与机身板100之间，且通过弹性件43与机翼板200弹性抵持。具体地，机身板100上设有安装腔1，活动挡块42和弹性件43位于该安装腔1内，活动挡块42呈凸字型，弹性件43为设于活动挡块42与安装腔1的底壁之间的压缩弹簧20，安装腔1的开口处还设有可用于与活动挡块42的两侧抵接以限制其继续外移的限位部。同以机翼板200展开90°为例，当机翼板200为0°的折叠状态或从0°开始转动时，活动挡块42因弹性件43向其所施加的弹性作用力而与机翼板200保持抵持状态，而当机翼板200转动至90°时，活动挡块42因弹性件43的弹性作用力而自动伸出至机翼板200的一侧以避免其回转，与此同时，机翼板200的另一侧则被固定挡块41所阻挡而防止其继续转动，从而实现机翼板200的锁紧。

本发明还提出一种无人机，该无人机包括上述实施例所记载的基于形状记忆合金驱动的折叠机翼展开机构，该折叠机翼展开机构的具体结构参照上述实施例，由于本无人机采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。

其中，参照图7，无人机包括开关控制器50和与开关控制器50电连接的电源60，形状记忆合金丝10的两端分别与开关控制器50和电源60连接。具体地，形状记忆合金丝10、开关控制器50和电源60之间采用导线连接，开关控制器50为远程电源控制器，通过开关控制器50可将电源60与形状记忆合金丝10之间的供电电路接通或截断。具体地，在无人机发射之时，开关控制器50接收到控制信号后接通供电电路，以使形状记忆合金丝10通电。

以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。