[發明專利]一種節能型的多旋翼無人機起降裝置及方法

有效

• 申請號: 201810947537.7
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN108945403B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 李繼宇;李一凡;展義龍;梁文鈺;黃耀明;劉知杰
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: B64C25/62
• 分類號: B64C25/62;B64C25/32;B64C25/26;F03G1/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅偉富

1.一種節能型的多旋翼無人機起降裝置，其特征在于，包括支撐腳、中間套管以及蓄能彈簧；其中，所述中間套管的上端固定在機身上，所述支撐腳的上端延伸至中間套管的內腔中；所述蓄能彈簧設置于中間套管的內腔中，下端抵在支撐腳延伸至中間套管中的一端上；

所述支撐腳與中間套管之間設有用于鎖定蓄能彈簧所儲存的能量的鎖定機構；降落后，中間套管和支撐腳對蓄能彈簧進行壓縮，鎖定機構固定壓縮后的蓄能彈簧，鎖定蓄能彈簧所儲存的能量；起飛時，鎖定機構取消對蓄能彈簧的固定，釋放儲存的能量；

所述鎖定機構包括設置在支撐腳上的彈性卡扣以及設置在中間套管上的卡槽；當支撐腳沿著中間套管的內腔往上壓縮蓄能彈簧時，彈性卡扣也沿著中間套管的內腔壁往上移動，直至移動到卡槽中，當支撐腳停止壓縮蓄能彈簧，卡扣卡在卡槽中；

所述鎖定機構還包括用于釋放蓄能彈簧所存儲的能量的釋放電機。

2.根據權利要求1所述的節能型的多旋翼無人機起降裝置，其特征在于，所述鎖定機構包括設置在中間套管上的卡塊以及設置在支撐腳上的卡扣；

所述卡塊位于中間套管的外側面上，靠近支撐腳的一端設有傾斜的引導面；所述中間套管設有沿著其軸向方向延伸的滑動槽，所述卡扣的一端穿過滑動槽延伸至中間套管外，并彎向卡塊；所述鎖定機構還包括用于釋放蓄能彈簧所存儲的能量的釋放電機；

當支撐腳在中間套管中壓縮蓄能彈簧時，所述卡扣沿著滑動槽往上滑動，然后跨越引導面，移動至卡塊的上方，直到支撐腳停止壓縮蓄能彈簧，卡扣卡在卡塊的上端面，將支撐腳固定在中間套管中，鎖定蓄能彈簧的彈性勢能。

3.根據權利要求2所述的節能型的多旋翼無人機起降裝置，其特征在于，所述卡扣的一端鉸接在支撐腳上，另一端穿過滑動槽延伸至中間套管的外側；所述卡扣與支撐腳之間設有促使卡扣彎向卡塊的扭簧。

4.根據權利要求3所述的節能型的多旋翼無人機起降裝置，其特征在于，所述釋放電機設置在卡塊的一側；起飛時，釋放電機驅動卡扣脫離卡塊的上端面。

5.一種應用于權利要求1-3任意一項所述的節能型的多旋翼無人機起降裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟：

降落時，當無人機降落至一定高度H后，無人機關閉全部動力系統，開始自由落體下落；在自由落體的過程中，無人機的飛控系統監控無人機下落過程中的姿態數據：當無人機姿態偏離水平時，重新啟動動力系統，進行姿態矯正；當姿態矯正完畢后，再次關閉動力系統，繼續自由落體降落；

當接觸到地面時，支撐腳支撐在地面上，機身和中間套管繼續往下移動，對蓄能彈簧進行壓縮，將重力勢能轉化為彈性勢能；當機身和中間套管停止往下移動時，鎖定機構鎖定蓄能彈簧所存儲的能量；

起飛時，當鎖定機構解鎖后，蓄能彈簧開始釋放能量并復原，驅動中間套管和機身相對于支撐腳往上移動，使得無人機從地面升起；當升起一定高度h后，再啟動動力系統，開始巡航。

6.根據權利要求5所述的節能型的多旋翼無人機起降裝置的方法，其特征在于，高度H根據以下的公式求得：

其中，M為無人機總質量，E為蓄能彈簧的最大勢能，g為重力加速度。

7.根據權利要求5所述的節能型的多旋翼無人機起降裝置的方法，其特征在于，在姿態矯正的過程中，動力系統不提供維持無人機懸停或上升所需要的動力，這樣可確保高度H的重力勢能全部轉化為彈性勢能，從而為下次起飛提供足夠的能量。

8.根據權利要求5所述的節能型的多旋翼無人機起降裝置的方法，其特征在于，高度h根據以下的公式求得：

其中，M為無人機總質量，g為重力加速度，H為上一次自由落體的高度，e為上一次自由落體和本次起飛時的額外損耗的能量之和。