一种轻量化结构的无人机机巢归中机构

技术领域

本发明属于无人机领域，尤其是涉及一种轻量化结构的无人机机巢归中机构。

背景技术

无人机分为固定翼无人机和旋翼无人机两个大类，是一种利用无线电遥控设备和自主飞行驾驶仪共同操控的无人飞行装备。随着无人机及其附属设备的蓬勃发展，无人机的使用范围越来越广，应用前景广阔。目前已广泛用于摄影摄像、地图绘制、风力发电机巡检、太阳能光伏板巡检、林场火情预防、野生动物保护、新闻报道、交通疏导、险情救援照明、灾区信号中继等领域。

目前无人机的任务执行条件较为复杂，需要专业的飞行操纵手和专门的起降场地。无人机的大部分飞行时间不需要操纵手给与干预，无人机可以在飞控的控制下按照预定航线进行自主飞行。无人机整个任务执行最难的部分是降落阶段，受到自身定位精度和突风的影响，无人机的降落往往很难精准的降落到预设的点位，一旦无人机的落点偏离了机巢的中心位置，将会带来很多问题，无人机将无法充电甚至发生倾倒和翻覆。

为了保证无人机能精确停留在中心位置，现有的无人机机巢归中装置一般包含多套步进电机和多套丝杠组合，结构复杂，电子元器件繁杂，成本较高，重量较大，多电机协同性要求也高，不太能满足无人机机巢大规模快速生产的实际需求。

发明内容

针对现有无人机机巢归中装置结构复杂，多组步进电机同步率要求高，难以满足无人机机巢轻量化低成本的要求，本发明提供了一种简单高效的轻量化结构的无人机机巢归中机构，利用单电机便可完成无人机的归中操作，使得无人机着陆后至起飞前的任务循环变得流畅，为无人机提供了一个稳定可靠的地面基站。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种轻量化结构的无人机机巢归中机构，包括飞行平台，还包括驱动电机、传动系统和推杆组件；

所述飞行平台为方形结构，包括边框以及镶嵌在边框上的中心板，所述边框内侧设置有滑轨；

所述驱动电机为双轴电机，所述驱动电机安装在飞行平台的背部；

所述传动系统包括丝杠，所述丝杠为2根，分别与所述驱动电机的2根输出轴轴连接，所述丝杠上安装有一个丝杠螺母；

所述推杆组件包括2组第一推杆组件和2组第二推杆组件；

每组所述第一推杆组件为长方形的框架结构，所述框架结构的2个短边分别与所述飞行平台的左右边框内侧连接，可以沿相应滑轨滑动，所述框架结构的2个长边将中心板夹在中间；所述第一推杆组件位于底面的长边与所述丝杠螺母固定；

每组所述第二推杆组件包括1根第二推杆、2根竖连杆和2根斜连杆；

2根所述竖连杆分别与所述飞行平台的内外两侧边框的内侧连接，可以沿相应滑轨滑动，2根所述竖连杆的顶端分别固定在所述第二推杆的两端，1根所述斜连杆的一端与其中1根所述竖连杆的底端可转动连接，所述斜连杆的另一端与临近的所述丝杠螺母或者所述框架结构位于底面的长边可转动连接，另一根所述斜连杆对称布置。

进一步的，2根所述竖连杆的顶端分别垂直固定在所述第二推杆的两端，形成门字形结构，所述斜连杆的一端与对应的所述竖连杆的底端活动垂直连接，所述斜连杆可沿连接点转动。

进一步的，所述第一推杆组件与所述飞行平台的前后两侧边框平行，所述短边的延伸方向与对应滑轨的延伸方向垂直。

进一步的，所述第二推杆与所述飞行平台的左右边框平行，所述竖连杆的延伸方向与对应滑轨的延伸方向垂直。

进一步的，所述第一推杆组件有2组，沿横向展开，所述飞行平台的前后两侧各分布一个；所述第二推杆组件有2组，沿纵向展开，所述飞行平台的左右两侧各分布一个。

进一步的，所述滑轨上设置有定位块。

进一步的，所述驱动电机为双轴步进电机。

进一步的，所述飞行平台背面还设置有十字形的支架，所述步进电机安装在所述支架上。

进一步的，所述丝杠与所述驱动电机的输出轴通过联轴器相连。

进一步的，所述斜连杆的一端与所述竖连杆的底端通过轴承可转动连接。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的传动装置全部使用杆件、丝杆等刚性结构，相较于现有的传送带(绳)结构，杆件等刚性结构的运动轨迹更加可控、稳定，满足无人机巢高可靠性、低维护成本，易于生产、安装和布置等要求。本发明采用单电机方案，相较以往冗杂的驱动装置，优化结构后，大大降低了制造成本，结构稳定可靠，易于大规模生产，维修。为无人机的循环工作提供保障。

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的实施例，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是本发明去除中心板后正面部分的结构示意图；

图2是本发明去除中心板后背面部分的结构示意图；

图3是本发明安装中心板后正面部分的结构示意图；

图4是本发明安装中心板后背面部分的结构示意图；

图5是本发明竖连杆部分的结构示意图；

图6是本发明双轴电机部分的结构示意图。

图中：

1、边框 2、中心板3、双轴电机 4、丝杠

5、丝杠螺母 6、框架结构7、第二推杆 8、竖连杆

9、斜连杆 10、联轴器

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，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

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它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及高度的三维空间尺寸。

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者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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；可以是直接相连，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4所示，本发明包括飞行平台，还包括驱动电机、传动系统和推杆组件；

所述飞行平台为方形结构，包括边框1以及镶嵌在边框上的中心板2，所述边框内侧底部设置有滑轨，所述滑轨上设置有定位块，可以限制滑动的距离长短，使相关部件只能沿滑轨进行有限的直线运动；飞行平台作为无人机降落的着陆位置，起着承载无人机的重要作用。

所述驱动电机为双轴电机3，为双轴步进电机，所述飞行平台背面还设置有十字形的支架，所述步进电机安装在所述支架上，也就是中心板的背部；

所述传动系统包括丝杠4，为滚珠丝杠，所述丝杠为2根，分别与所述驱动电机的2根输出轴通过联轴器10相连，对称安装在所述步进电机两侧，如图6所示，每个所述丝杠上安装有一个丝杠螺母5；

所述推杆组件包括2组第一推杆组件和2组第二推杆组件；

每组所述第一推杆组件为长方形的框架结构6，与所述飞行平台的前后两侧边框平行，所述框架结构6的2个短边分别与所述飞行平台的左右边框内侧连接，可以沿相应滑轨滑动，所述短边的延伸方向与对应滑轨的延伸方向垂直，所述框架结构6的2个长边将中心板2夹在中间；所述第一推杆组件位于底面的长边与所述丝杠螺母5固定；

每组所述第二推杆组件包括1根第二推杆7、2根竖连杆8和2根斜连杆9；

如图5所示，2根所述竖连杆8分别与所述飞行平台的内外两侧边框的内侧连接，可以沿相应滑轨滑动，所述竖连杆8的延伸方向与对应滑轨的延伸方向垂直，2根所述竖连杆8的顶端分别固定在所述第二推杆7的两端，使所述第二推杆7与所述飞行平台的左右边框平行，1根所述斜连杆9的一端与其中1根所述竖连杆8的底端通过轴承可转动连接(轴承使得杆件之间的相互运动变得丝滑，使得归中机构可以流畅运动)，所述斜连杆9的另一端与临近的所述丝杠螺母5可转动连接，另一根所述斜连杆对称布置。

2根所述竖连杆的顶端分别垂直固定在所述第二推杆的两端，形成门字形结构，所述斜连杆的一端与对应的所述竖连杆的底端活动垂直连接，所述斜连杆可沿连接点转动。

所述第一推杆组件有2组，沿横向展开，所述飞行平台的前后两侧各分布一个；所述第二推杆组件有2组，沿纵向展开，所述飞行平台的左右两侧各分布一个。

工作时：

无人机机巢检测到无人机降落到飞行平台后，若降落点发生偏移，未能降落在中心板2的中心位置，驱动电机的2根轴开始同步工作，输出动力，通过联轴器10带动丝杠4，丝杠螺母5沿丝杠4从边缘开始向中间靠拢；

由于所述框架结构6与丝杠螺母5相连，使两个所述框架结构6同时向中心靠拢，所述第一推杆组件位于顶面的长边也就是第一推杆，两根第一推杆也共同向中间靠拢；

斜连杆9的一端也跟随丝杠螺母5向中间运动，斜连杆9的另一端带动竖连杆8沿着导轨运动，从飞行平台的边沿端点向边沿中点运动，第二推杆7跟随竖连杆8运动，就这样两根第二推杆同时向中间运动。

至此，第一推杆和第二推杆均向中间收拢，将无人机推至平台中心，完成无人机降落偏离后的归中运动。完成归中工作后，电机也可以反向转动，使各个推杆再同时返回，回到边缘位置，空出平台的中心区域，给无人机着陆预留足够的起飞或降落空间，放飞无人机或者等待下一次任务。

本方案为了实现无人机的归中共使用4组推杆，两两平行，分别位于平台四周，为无人机降落预留充足的空间，在平台上呈井字排布，无人机返航后，自四周向中心靠拢带动无人机归中。

本方案采用了滑轨组件，使得各种连杆在运动时更加稳定，顺畅。也给连杆的运动加以限制，使得多根连杆按照既定的运动轨迹来运动，在推杆运动过程中不会发生倾斜、翻覆等意外，使得无人机的归中运动更加稳定。

驱动电机安装于飞行平台的背部中央，是整个归中装置的动力来源。本发明利用巧妙的传动机构减少了驱动装置的体量，整个归中装置仅仅由一颗步进电机来驱动，大大降低了无人机巢的生产成本，维护费用，安装难度。

本发明相较于之前无人机机巢的冗杂机构，巧妙的利用轻量化的结构设计驱动位于飞行平台上的推杆组件，将偏离飞行平台中心的无人机进行归中，以完成后续工作。优化后的传动结构减小了驱动结构的大小，仅仅使用单个动力源完成整个无人机的归中动作，降低了整个无人机巢的复杂程度，制造、布置、维修等过程的费用均有不同程度的下降。使用刚性杆件连接，归中的运动更加精准、稳定，机构的疲劳寿命大大提升。本发明高效、可靠、稳定的完成了无人机机巢的归中任务，结构稳定，运行安全，维护方便，为无人机的整个任务循环过程提供强有力的保障。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。