一种三自由度车载无人机收纳装置

摘要

本发明涉及无人机飞行辅助设备技术领域，且提出了一种三自由度车载无人机收纳装置，该装置包括:基座、三台驱动系统、三套球头转接杆、正六边形平板；所述驱动系统作为核心部分，其中行星减速电机提供动力，通过控制电机转动来驱动梯形丝杠旋转，滑块通过固定在其上的圆法兰螺母和直线轴承间接转化为平移运动；与所述滑块上侧翼链接板连接的球头转接杆作为支撑杆承载着正六边形平板；当驱动系统中行星减速电机转动速度一致时，滑块的移动速度也相同，正六边形平板与基座平行做升降运动；反之当行星减速电机转速不同时，滑块平移速度不同，正六边形平板可做俯仰运动；本发明可做到升降运动和空间多角度运动，应用范围更广；该装置除可作为无人机起降点、收纳装置等，还可运用在其他领域，如：物体运输减震等等。

权利要求

1.一种三自由度车载无人机收纳装置，其特征在于，包括：一套基座、三台驱动系统、三套球头转接杆、一个正六边形平板；所述基座与所述驱动系统固定连接；所述球头转接杆与所述驱动系统固定连接；所述正六边形平板与所述球头转接杆固定连接；

所述基座包括底板、限位器；所述驱动系统包括行星减速电机固定板、行星减速电机、行星减速电机端的梅花联轴器、梯形丝杠、直线光轴、圆法兰丝杠螺母、法兰直线轴承、滑块、侧翼连接板、法兰轴承、轴套、光电旋转编码器、光电旋转编码器固定板、光电旋转编码器端的梅花联轴器；所述球头转接杆包括A形杆、球台、球台底座、外框；

所述球头转接杆中A形杆以其几何形状命名，A形杆分叉端连接所述侧翼连接板，A形杆上端有螺纹杆；所述侧翼连接板几何形状为字母“L”，该侧翼连接板上有五个两两间隔20mm的通孔，可通过改变A形杆在侧翼连接板上的安装位置来调整实际使用过程中所需要的正六边形平板升降高度行程或正六边形平板的空间角度；经过运动仿真得到正六边形平板的最大俯仰角度为25°，最大升降高度为290mm；

所述球台、球台底座、外框固定连接；所述球台两底直径相同，底圆心处有一个螺纹孔贯穿球台；所述球台底座上的弧形凹槽用于放置球台；所述A形杆上端螺纹杆与所述球台通过螺纹孔固定连接，A形杆分叉端通孔与所述轴套同轴固定连接；外框一端矩形凹槽作用是当正六边形平板移动到最低高度时提供A形杆上端所需的放置空间；所述外框与所述球台底座固定后形成的胶囊形空间使球台可以在内旋转。

2.如权利要求1所述的一种三自由度车载无人机收纳装置，其特征在于，所述基座中限位器与所述底板固定连接。

3.如权利要求1所述的一种三自由度车载无人机收纳装置，其特征在于，所述行星减速电机固定板与所述底板固定连接；所述行星减速电机与所述行星减速电机固定板固定连接；所述行星减速电机端的梅花联轴器分别与行星减速电机、梯形丝杠同轴固定连接；所述光电旋转编码器端的梅花联轴器分别与光电旋转编码器、梯形丝杠同轴固定连接；所述直线光轴与所述行星减速电机固定板和光电旋转编码器固定板固定连接；

所述梯形丝杠螺母和法兰直线轴承与所述滑块固定连接；所述滑块通过安装完成的圆法兰丝杠螺母和法兰直线轴承的中心孔与所述梯形丝杠和直线光轴同轴连接；所述侧翼连接板与所述滑块固定连接；所述光电旋转编码器与所述光电旋转编码器固定板固定连接；所述光电旋转编码器固定板与所述底板固定连接。

4.如权利要求1所述的一种三自由度车载无人机收纳装置，其特征在于，所述球头转接杆作用相当于直线杆端轴承，所述球台先放入外框底部，之后球台底座与外框固定连接；所述A形杆与所述球台固定连接；所述球台底座与所述正六边形平板固定连接。

5.如权利要求1所述的一种三自由度车载无人机收纳装置，其特征在于，其中三台驱动系统和三套球头转接杆配合可控制正六边形平板拥有水平升降、倾斜角度升降、平板角度即时调整的功能；在飞行器降落时可根据飞行器姿态调整正六边形平板角度发挥其减震功能，飞行器起飞时可改变正六边形平板仰角助于起飞。

说明书

一种三自由度车载无人机收纳装置

技术领域

[0001] 本发明涉及无人机飞行辅助设备技术领域，具体提出了一种三自由度车载无人机收纳装置。

背景技术

[0002] 三自由度运动平台能在空间三个自由度上做任一自由度的单自由度运动，也能做任意几个自由度的复合运动。由于采用全数字控制的伺服系统及伺服电动缸作为平台运动部分的执行机构，因此，三自由度仿真平台的运动轨迹及速度平滑连续，既可实现高频响的快速运动，也可实现低速下的平稳运动。

[0003] 一般三自由度平台是由三支伺服电动缸、上下各三只万向铰链(虎克铰)和上下两个平台组成。下平台固定在基础设施上，借助三支伺服电动缸的伸缩运动，完成平台在空间三个自由度(X、Y、Z、α、β、γ)的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。

发明内容

[0004] 本发明提出了一种三自由度车载飞行器平台，由三台驱动系统、三套球头转接杆、一个正六边形平板和一套基座组成。车载飞行器平台的驱动系统内置一台减速电机作为动力源，该电机驱动梯形丝杠旋转使滑块平移；三台驱动系统可单独或协同工作调整正六边形平板在空间中的姿态。

[0005] 一种三自由度车载飞行器平台，其特征在于，包括：基座、三台驱动系统、三套球头转接杆、正六边形平板。所述基座包括底板、三枚限位器；所述基座与所述驱动系统固定连接；所述球头转接杆与所述驱动系统固定连接；所述平正六边形平板与所述球头转接杆固定连接。（上下文没有强调数量的零件默认为单个）

[0006] 进一步的，所述基座包括：底板、三枚限位器；所述驱动系统包括：减速电机固定板、行星减速电机、梅花联轴器（电机端）、梯形丝杠、两根直线光轴、圆法兰丝杠螺母、两枚法兰直线轴承、滑块、两个侧翼连接板、四个法兰螺母、两个轴套、光电旋转编码器、编码器固定板、梅花联轴器（编码器端）；所述球头转接杆包括A形杆、球台、球台底座、外框。

[0007] 进一步的，所述基座中底板几何形状为六边形，由三条相等的长边和三条相等的短边构成，其中长边与短边两两相邻，底板平面上提供了电路板安装的孔位，底板三条长边的中点处有限位器固定的矩形凹槽；所述限位器几何形状类似英文字母“F”，限位器下端可与底板的矩形凹槽配合，限位器最高点为所述正六边形平板运动时可达到的最低高度。

[0008] 进一步的，所述基座中三枚限位器下端分别与所述底板矩形凹槽配合，使用螺钉固定连接。

[0009] 进一步的，所述驱动系统中减速电机固定板提供了安装所述行星减速电机的通孔，其中大直径通孔一个，小直径通孔4个，该板上还有两个沉头孔关于通孔对称；所述行星减速电机旋转轴直径8mm，与所述梯形丝杠外径相同；所述梅花联轴器（电机端）双端中心孔直径都为8mm，可串联所述行星减速电机旋转轴和所述梯形丝杠；所述梯形丝杠长度为250mm，导程2mm，两个梅花联轴器安装在梯形丝杠后提供滑块最大213mm的平移距离；所述光轴直径8mm，安装高度与所述梯形丝杠相同；所述滑块几何形状为矩形立方体，中心位置有用于安装所述圆法兰丝杠螺母的圆形多凹槽，圆形多凹槽分为大凹槽和小凹槽，大凹槽的直径与所述圆法兰丝杠螺母的法兰盘直径相同，小凹槽的直径与所述圆法兰丝杠螺母外径相同；所述滑块的圆形多凹槽左右两端各有一个双切边椭圆形凹槽用于安装所述法兰直线轴承，且滑块左右两侧各有两个螺纹孔用于固定所述侧翼连接板；所述侧翼连接板几何形状为字母“L”，该板上有五个两两间隔20mm的通孔，用于所述A形杆调整固定位置，板上还有两个通孔用于连接所述滑块；所述法兰轴承安装在所述侧翼连接板的通孔；所述光电旋转编码器旋转轴直径为4mm；所述编码器固定板几何形状与所述减速电机固定板大致相同，且有中心通孔用于安装所述光电旋转编码器，两个沉头孔关于中心通孔对称，下端有三个螺纹孔；所述梅花联轴器（编码器端）一端中心孔直径8mm，另一端直径4mm，可串联所述梯形丝杠和光电旋转编码器旋转轴；。

[0010] 进一步的，所述减速电机固定板与所述底板通过螺钉固定连接；所述行星减速电机旋转轴与所述减速电机固定板中心通孔相合放置后通过螺钉固定连接；同理，所述光电旋转编码器和编码器固定板安装方式与前者相同，不再赘述；所述圆法兰丝杠螺母和法兰直线轴承与所述滑块固定连接，之后手动旋转梯形丝杠进入圆法兰丝杠螺母，直线光轴一端对准法兰直线轴承孔慢慢插入即可；所述侧翼连接板与所述滑块通过螺钉固定连接；所述法兰轴承与所述侧翼连接板固定连接；所述轴套与所述法兰轴承同轴连接；所述梅花联轴器（电机端）和梅花联轴器（编码器端）串联起行星减速电机、梯形丝杠和光电旋转编码器，起到了同轴的作用。

[0011] 进一步的，所述球头转接杆中A形杆以其几何形状命名，分叉端连接所述侧翼连接板，上端有螺纹杆；所述球台两底直径相同，底圆心处有一个螺纹孔贯穿球台；所述球台底座上的弧形凹槽用于放置球台；所述外框与所述球台底座固定后形成的空间使球台可以在内旋转。

[0012] 进一步的，所述球台、球体底座、外框固定连接；所述A形杆上端螺纹杆与所述球台通过螺纹孔固定连接，分叉端通孔与所述轴套同轴固定连接。

[0013] 进一步的，所述车载飞行器平台内三台驱动系统和三套球头转接杆安装步骤相同，所有零件安装完成后可进行下一步调试。

[0014] 本发明的优点在于，

[0015] 本发明结构简单，安装简易，成本较低，使用寿命长，精度高；多数零件采用7075铝合金加工制成，整体质量较轻；用于支撑的A形轴采用45#钢，增大平台荷载能力和整体强度。

[0016] 本发明采用直流永磁无刷行星减速电机驱动梯形丝杠旋转带动梯形丝杠螺母，并通过直线光轴引导滑块平移运动；通过减速电机控制梯形丝杠转动与停止来达到自锁效果，定位精度可达0.02mm。

[0017] 本发明可通过改变A形杆在侧翼连接板上的安装位置来调整实际使用过程中所需要的升降高度行程或正六边形平台的空间角度。

[0018] 本发明可通过分别控制三台减速电机的转速调整正六边形平板的升降速度和空间角度，经过运动仿真得到最大俯仰角度为25°，最大升降高度为290mm；驱动系统中三台减速电机协同作用，大大提高了平台在大荷载情况下的控制能力和反应速度。

[0019] 本发明为除可作为飞行器起降升降平台之外还可以运用在其他领域，比如：小件易碎物体运输中减震等。

附图说明

[0020] 图1是本发明实施例提供的三自由度车载飞行器平台的结构示意图；

[0021] 图2是本发明实施例提供的基座的结构示意图；

[0022] 图3是本发明实施例提供的驱动系统的结构示意图；

[0023] 图4是本发明实施例提供的驱动系统的结构示意图；

[0024] 图5是本发明实施例提供的球头转接杆的结构示意图；

[0025] 图6是本发明实施例提供的正六边形平板结构示意图；

[0026] 图7是本发明实施例提供的连杆组合件与正六边形平台连接方式示意图；

[0027] 图8是本发明实施例提供的滑块、减速电机固定板、编码器固定板特征示意图。

具体实施方式

[0028] 以下结合附图对本发明进行详细阐述，其中部件及具体特征在图中通过数字标注指出。

[0029] 如图1为一种三自由度车载飞行器平台的结构示意图，其中包括：基座、三台驱动系统、三套球头转接杆、正六边形平板。

[0030] 所述基座与所述传动系统固定连接；所述球头转接杆与所述传动系统固定连接；所述平正六边形平板与所述球头转接杆固定连接。图中正六边形平板与基座处于平行状态，驱动系统内三个滑块运动状态一致。（上下文没有强调数量的零件默认为单个）[0031] 根据下图可知，所述基座包括底板1、三枚限位器2；所述驱动系统包括：减速电机固定板3、行星减速电机4、梅花联轴器（电机端）5、梯形丝杠6、直线光轴7、圆法兰丝杠螺母
8、法兰直线轴承9、滑块10、两个侧翼连接板11、四个法兰轴承12、两个轴套13、光电旋转编码器14、编码器固定板15、梅花联轴器（编码器端）16；所述球头转接杆包括A形杆17、球台
18、球台底座19、外框20；正六边形平板21。

[0032] 如图2为所述基座，其中包括：底板1，限位器2；

[0033] 所述基座中底板1几何形状为六边形，由三条相等的长边和三条相等的短边构成，其中长边与短边两两相邻，底板1平面上提供了电路板和减速电机固定板3、编码器固定板15安装的孔位；所述底板1三条长边的中点处有限位器2固定的矩形凹槽，凹槽内有用于固定的螺纹孔；

[0034] 所述限位器2几何形状类似英文字母“F”，限位器2下端可与底板的矩形凹槽配合，当限位器2与底板1固定后其最高点为所述正六边形平板21运动时可达到的最低高度。

[0035] 安装方式：所述基座中三枚限位器2以下端直角边与所述底板1矩形凹槽配合，使用螺钉固定连接；

[0036] 如图3为所述驱动系统，其中包括：减速电机固定板3、行星减速电机4、梅花联轴器（电机端）5、梯形丝杠6、直线光轴7、圆法兰丝杠螺母8、法兰直线轴承9、滑块10、两个侧翼连接板11、法兰轴承12、轴套13、光电旋转编码器14、编码器固定板15、梅花联轴器（编码器端）16；

[0037] 所述驱动系统中减速电机固定板3提供了安装所述行星减速电机4的通孔，其中大直径通孔一个，小直径通孔四个，该板上还有一对沉头孔关于大通孔对称，该板下端还有三个螺纹孔；

[0038] 所述行星减速电机4旋转轴直径8mm，与所述梯形丝杠6外径相同；

[0039] 所述梅花联轴器（电机端）5双端中心孔直径都为8mm，可串联所述行星减速电机4旋转轴和所述梯形丝杠6；

[0040] 所述梯形丝杠6长度为250mm，导程2mm，两个梅花联轴器安装在梯形丝杠6后提供滑块最大213mm的平移距离；

[0041] 所述直线光轴7直径8mm，安装高度与所述梯形丝杠6相同；

[0042] 所述滑块10几何形状为矩形立方体，中心位置有用于安装所述圆法兰丝杠螺母8的圆形多凹槽，圆形多凹槽分为大凹槽和小凹槽，大凹槽的直径与所述梯形丝杠螺母8的法兰盘直径相同，小凹槽的直径与所述圆法兰丝杠螺母8外径相同；所述滑块10的圆形多凹槽左右两端各有一个双切边椭圆形凹槽用于安装所述法兰直线轴承12，且滑块10左右两侧各有一对螺纹孔用于固定所述侧翼连接板11；

[0043] 所述侧翼连接板11几何形状为字母“L”，该板上有五个两两间隔20mm的通孔，用于所述A形杆17调整固定位置，板上还有两个通孔用于连接所述滑块10；

[0044] 所述法兰轴承12安装在所述侧翼连接板11的通孔；所述光电旋转编码器14旋转轴直径为4mm；

[0045] 所述编码器固定板15几何形状与所述减速电机固定板3大致相同，且有中心通孔用于安装所述光电旋转编码器14，两个沉头孔关于中心通孔对称，下端有三个螺纹孔；所述梅花联轴器（编码器端）16一端中心孔直径8mm，另一端直径4mm，可串联所述梯形丝杠6和光电旋转编码器14旋转轴；

[0046] 安装方式：所述减速电机固定板3与所述底板1通过螺钉固定连接；所述行星减速电机4旋转轴与所述减速电机固定板3中心通孔相合放置后通过螺钉固定连接；同理，所述光电旋转编码器14和编码器固定板15安装方式与前者相同，不再赘述；所述圆法兰丝杠螺母8和法兰直线轴承9与所述滑块固定连接，之后手动旋转梯形丝杠6进入梯形丝杠螺母8，直线光轴7一端对准法兰直线轴承9孔慢慢插入即可；所述侧翼连接板11与所述滑块10通过螺钉固定连接；所述法兰轴承12与所述侧翼连接板11通孔固定连接；所述轴套13与所述法兰轴承12同轴连接，其中两个位于外侧的轴承需安装轴套；所述梅花联轴器（电机端）5和梅花联轴器（编码器端）16串联起行星减速电机4、梯形丝杠6和光电旋转编码器14，起到了同轴的作用。

[0047] 如图4为所述球头转接杆，其中包括：A形杆17、球台18、球台底座19、外框20；

[0048] 所述球头转接杆中A形杆17以其几何形状命名，分叉端连接所述侧翼连接板11，上端有螺纹杆；

[0049] 所述球台18两底直径相同，底圆心处有一个螺纹孔贯穿球台18；

[0050] 所述球台底座19上的弧形凹槽用于放置球台18；

[0051] 所述外框20一端矩形凹槽作用是当正六边形平板21移动到最低高度时提供A形杆17上端所需的放置空间；所诉外框20与所述球台底座19固定后形成的胶囊形空间使球台18可以在内旋转；

[0052] 所述球头转接杆中零件除A形杆17之外其余零件都由POM材料制成，该材料具有自润滑性、耐磨、抗拉强度高等优点，完全适合本发明的设计需求；

[0053] 所述球台18、球台底座19、外框20固定连接；所述A形杆17上端螺纹杆与所述球台18通过螺纹孔固定连接，分叉端通孔与所述轴套13同轴后通过螺钉固定连接；

[0054] 综上所述，本发明结构简单，安装简易，成本较低，使用寿命长，精度高；多数零件采用7075铝合金加工制成，强度大，重量轻；连接轴采用45#钢，增大平台荷载能力和整体强度；本发明采用直流永磁无刷行星减速电机驱动梯形丝杠旋转带动梯形丝杠螺母，并通过直线光轴引导滑块平移运动；通过减速电机控制梯形丝杠转动与停止来达到自锁效果，定位精度可达0.02mm；本发明可通过分别控制三台减速电机的转速调整正六边形平板的升降速度和空间角度，经过运动仿真得到最大俯仰角度为25°，最大升降高度为290mm；驱动系统中三台减速电机协同作用，大大提高了平台在大荷载情况下的控制能力和反应速度；本发明为除可作为无人机升降平台和收纳装置之外还可以运用在其他领域，比如：小件易碎物体运输中减震等。

[0055] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。因此，凡是未脱离本发明技术要求范围，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改等操作均属于本发明技术方案的保护范围。