潘長(zhǎng)天 ，陳 娜 ，張家一 ，劉 鑫 ，王一鳴

（青島恒星科技學(xué)院，山東 青島 266100）

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模日益增加，市場(chǎng)空間不斷擴(kuò)大，無(wú)論是在電視節(jié)目創(chuàng)作中應(yīng)用的航拍技術(shù)，還是在農(nóng)業(yè)植保方面采用的無(wú)人機(jī)自主作業(yè)，或是無(wú)人機(jī)電力線塔巡查方面應(yīng)用的無(wú)人機(jī)操控技術(shù)[1]。無(wú)人機(jī)作為一種新型飛行器，以體積小巧、便于操作、成本較低、便于完成各種任務(wù)而被廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域[2]。而多旋翼無(wú)人機(jī)由于具有可以垂直起降、隨時(shí)懸停[3]、穩(wěn)定性較高等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)下很受歡迎的無(wú)人機(jī)機(jī)種。但如若碰到惡劣天氣或高空氣旋等復(fù)雜狀況時(shí)，多旋翼無(wú)人機(jī)的縱橫向姿態(tài)保持和滑移控制就變得十分困難，極易出現(xiàn)為了避免縱橫向滑移時(shí)受地面約束而引起傾翻和垂向近地顛簸[4]，不但很考驗(yàn)技術(shù)員的操作水平且操作過(guò)程中也較易出現(xiàn)墜機(jī)、降落不穩(wěn)等狀況，而在此過(guò)程中減震起落架是無(wú)人機(jī)唯一的保護(hù)措施。

1 無(wú)人機(jī)起落架現(xiàn)存問(wèn)題

起落架作為無(wú)人機(jī)不可缺少的承力部件，承受著與地面撞擊時(shí)產(chǎn)生的靜載荷和動(dòng)載荷，吸收并消耗無(wú)人機(jī)在著陸撞擊時(shí)所產(chǎn)生的能量，成為無(wú)人機(jī)關(guān)鍵的保護(hù)設(shè)施[5]。當(dāng)下，市面上常用的起落架多無(wú)減震裝置，或采用具有一般柔性的材料進(jìn)行減震[6]，只能做到硬著陸式減震，效果不佳，還有采用只在兩個(gè)支撐腿周圍加上彈簧的方式進(jìn)行緩沖的減震裝置，但還是會(huì)存在震動(dòng)的情況發(fā)生，比如降落地況復(fù)雜，或碰到地面凹凸不平的情況，可能會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)支撐腿最底部?jī)A斜有一定的高度差，在這種情況下，由于無(wú)人機(jī)重心大多在機(jī)身下部的精密器件或拍攝設(shè)備上，因此極易出現(xiàn)翻機(jī)現(xiàn)象，使得相機(jī)、器件等出現(xiàn)不必要的損傷，為此，就需要一種安全穩(wěn)定的新式減震支架[7]。

2 無(wú)人機(jī)減震裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目無(wú)人機(jī)的落地減震裝置，由無(wú)人機(jī)機(jī)身和兩個(gè)緩沖臂組成，所述無(wú)人機(jī)機(jī)身底部?jī)啥司锌梢苿?dòng)開口，用于無(wú)人機(jī)平穩(wěn)落地減少震動(dòng)的兩個(gè)所述緩沖臂分布在無(wú)人機(jī)機(jī)身底部?jī)啥?，緩沖臂內(nèi)有緩沖開口，且緩沖口內(nèi)滑動(dòng)插接口有連接柱，所述連接柱兩端固定有與無(wú)人機(jī)機(jī)身底部固定的安裝塊，且緩沖臂外側(cè)固定有與連接柱相抵的減震件，此緩沖臂底部固定有穩(wěn)定件，且頂部安裝有用于相機(jī)防護(hù)的防護(hù)件，如圖1所示[8]。

圖1 無(wú)人機(jī)減震裝置示意圖

穩(wěn)定件包括固定在緩沖臂底部的連接桿和固定在緩沖臂底端外側(cè)的支撐板，連接桿兩端均通過(guò)鉸接件固定有接觸桿，而支撐板內(nèi)固定有弧形桿，且弧形桿兩端均滑動(dòng)套接有與兩個(gè)接觸桿固定的弧形套，所述弧形套外端固定有抵板，且弧形桿外側(cè)套有與抵板和支撐板接觸的擠壓彈簧，穩(wěn)定件起到一個(gè)穩(wěn)定效果，在凹凸地面上通過(guò)接觸桿的傾斜調(diào)節(jié)，從而使得無(wú)人機(jī)降落更加平穩(wěn)。

防護(hù)件包括滑動(dòng)插接口與兩個(gè)移動(dòng)口內(nèi)的移動(dòng)塊和與移動(dòng)塊固定的推送板，推送板外側(cè)通過(guò)轉(zhuǎn)軸與緩沖臂頂端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且另一側(cè)固定有緩沖氣墊，在無(wú)人機(jī)降落時(shí)，通過(guò)擠壓傾斜的緩沖臂，使得兩個(gè)推送板向內(nèi)移動(dòng)，從而能夠?qū)ν扑桶逯虚g的相機(jī)或精密元件起到擠壓防護(hù)作用，避免元件受到損壞。對(duì)于裝置的推動(dòng)板，采用弧形面結(jié)構(gòu)，弧形面結(jié)構(gòu)能夠使推動(dòng)板的推進(jìn)更加穩(wěn)定，對(duì)接觸桿外側(cè)采用橡膠防護(hù)套包裹，延長(zhǎng)使用壽命且便于更換。

3 無(wú)人機(jī)減震裝置工作原理

如圖2所示，無(wú)人機(jī)減震裝置，包括無(wú)人機(jī)機(jī)身和兩個(gè)緩沖臂1，無(wú)人機(jī)機(jī)身底部?jī)啥司_有移動(dòng)口2，用于無(wú)人機(jī)平穩(wěn)落地減少震動(dòng)的兩個(gè)緩沖臂1分布在無(wú)人機(jī)機(jī)身底部?jī)啥?，緩沖臂1內(nèi)開有緩沖口，且緩沖口內(nèi)滑動(dòng)插接口有連接柱，連接柱兩端固定有與無(wú)人機(jī)機(jī)身底部固定的安裝塊3，且緩沖臂1外側(cè)固定有與連接柱相抵的減震件，緩沖臂1底部固定有穩(wěn)定件，且頂部安裝有用于相機(jī)防護(hù)用的防護(hù)件4。

圖2 減震裝置緩沖臂與機(jī)身細(xì)節(jié)展示圖

如圖3所示，減震件包括安插于緩沖口5內(nèi)與連接柱6相抵的推動(dòng)板7，推動(dòng)板7兩端底部固定有滑桿8，滑桿8底部滑動(dòng)套接有與緩沖臂外側(cè)固定的連接塊，且滑桿8外側(cè)套有與連接塊固定的緩沖彈簧9，通過(guò)減震件使得緩沖臂在受到?jīng)_擊角度發(fā)生改變時(shí)，起到一個(gè)抵觸作用，進(jìn)行一個(gè)緩沖，其中，為了使推動(dòng)板7的作用更加穩(wěn)定，將推動(dòng)板7與連接柱6接觸端為弧形面結(jié)構(gòu)[9]。

圖3 減震裝置彈簧推動(dòng)板設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)圖

為了方便緩沖彈簧9對(duì)推動(dòng)板7的推動(dòng)，緩沖彈簧9靠近推動(dòng)板7一端固定有與滑桿8滑動(dòng)連接的推塊10。

如圖4所示，防護(hù)件包括滑動(dòng)插接口與兩個(gè)移動(dòng)口內(nèi)的移動(dòng)塊11和與移動(dòng)塊11固定的推送板12，推送板12外側(cè)通過(guò)轉(zhuǎn)軸與緩沖臂頂端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且另一側(cè)固定有緩沖氣墊13。

圖4 減震裝置連接桿和緩沖臂設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)圖

當(dāng)無(wú)人機(jī)降落在斜面時(shí)對(duì)其進(jìn)行減震的原理：在無(wú)人機(jī)降落時(shí)，緩沖臂底部會(huì)先與地面接觸，此時(shí)無(wú)人機(jī)因沒(méi)有向上的動(dòng)力，因此飛機(jī)整體的重力都作用于兩個(gè)緩沖臂上，會(huì)帶動(dòng)緩沖臂傾斜，使整個(gè)無(wú)人機(jī)本體重心降低，使其更加穩(wěn)定，當(dāng)停放在斜面上時(shí)，此時(shí)兩個(gè)緩沖臂會(huì)因?yàn)榻嵌日{(diào)節(jié)的差異，使得無(wú)人機(jī)本體更趨向于水平，更加平穩(wěn)，而現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)降落后，都是與斜面水平，存在一定傾倒概率。

在無(wú)人機(jī)降落在凹凸不平地面時(shí)對(duì)其進(jìn)行減震的原理：當(dāng)無(wú)人機(jī)降落在凹凸不平的地面上時(shí)，此時(shí)無(wú)人機(jī)緩沖臂底部對(duì)應(yīng)的兩個(gè)接觸桿14會(huì)與地面接觸，當(dāng)?shù)孛嬗型蛊饡r(shí)，接觸桿14對(duì)對(duì)應(yīng)的緩沖臂進(jìn)行翻起，從而使得無(wú)人機(jī)本體趨向水平，更加穩(wěn)定。

圖4中穩(wěn)定件包括固定在緩沖臂底部的連接桿15和固定在緩沖臂底端外側(cè)的支撐板，連接桿15兩端均通過(guò)鉸接件固定有接觸桿14，支撐板內(nèi)固定有弧形桿，且弧形桿兩端均滑動(dòng)套接有與兩個(gè)接觸桿14固定的弧形套16，所述弧形套16外端固定有抵板17，且弧形桿外側(cè)套有與抵板和支撐板接觸的擠壓彈簧。為了使接觸桿14受磨損后方便修護(hù)，在外側(cè)套有橡膠防護(hù)套。

在無(wú)人機(jī)降落時(shí)，通過(guò)防護(hù)件4內(nèi)的推送板12向內(nèi)移動(dòng)，從而推動(dòng)兩個(gè)緩沖氣墊13與相機(jī)等設(shè)備進(jìn)行擠壓防護(hù)，使得在無(wú)人機(jī)出現(xiàn)震動(dòng)時(shí)，能夠?qū)υO(shè)備起到一個(gè)防護(hù)效果，避免出現(xiàn)損壞。

4 無(wú)人機(jī)減震裝置實(shí)現(xiàn)功能

4.1 緩沖作用

本項(xiàng)目無(wú)人機(jī)減震裝置設(shè)置兩個(gè)緩沖臂，且緩沖臂內(nèi)開有緩沖口，緩沖口內(nèi)滑動(dòng)插接口有連接柱，連接柱兩端固定有與無(wú)人機(jī)機(jī)身底部固定的安裝塊，且緩沖臂外側(cè)固定有與連接柱相抵的減震件，緩沖臂底部固定有穩(wěn)定件，且頂部安裝有用于相機(jī)防護(hù)用的防護(hù)件。

4.2 穩(wěn)定作用

本項(xiàng)目無(wú)人機(jī)減震裝置的穩(wěn)定件包括固定在緩沖臂底部的連接桿和固定在緩沖臂底端外側(cè)的支撐板，該連接桿兩端均通過(guò)鉸接件固定有接觸桿，支撐板內(nèi)固定有弧形桿，且弧形桿兩端均滑動(dòng)套接有與兩個(gè)接觸桿固定的弧形套，所述的弧形套外端固定有抵板，且弧形桿外側(cè)套有與抵板和支撐板接觸的擠壓彈簧，穩(wěn)定件起到一個(gè)穩(wěn)定效果，當(dāng)無(wú)人機(jī)在凹凸地面上降落時(shí)，能夠通過(guò)接觸桿的傾斜調(diào)節(jié)，使得無(wú)人機(jī)降落得更加平穩(wěn)。

4.3 減震作用

本項(xiàng)目無(wú)人機(jī)減震裝置的減震件包括安插于緩沖口內(nèi)與連接柱相抵的推動(dòng)板，該推動(dòng)板兩端底部固定有滑桿，所述滑桿底部滑動(dòng)套接有與緩沖臂外側(cè)固定的連接塊，且滑桿外側(cè)套有與連接塊固定的緩沖彈簧，通過(guò)減震件內(nèi)的緩沖彈簧，對(duì)緩沖減震板進(jìn)行角度的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)減震效果。

4.4 保護(hù)作用

本項(xiàng)目無(wú)人機(jī)減震裝置的防護(hù)件包括滑動(dòng)插接口與兩個(gè)移動(dòng)口內(nèi)的移動(dòng)塊和與移動(dòng)塊固定的推送板，所述推送板外側(cè)通過(guò)轉(zhuǎn)軸與緩沖臂頂端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且另一側(cè)固定有緩沖氣墊，在無(wú)人機(jī)降落時(shí)，通過(guò)擠壓傾斜的緩沖臂，使得兩個(gè)推送板向內(nèi)移動(dòng)，從而對(duì)中間的相機(jī)以及電子元件進(jìn)行擠壓防護(hù)，避免受到損壞。

4.5 輔助作用

本項(xiàng)目無(wú)人機(jī)減震裝置的推動(dòng)板與連接柱接觸端為弧形面結(jié)構(gòu)，弧形面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得對(duì)推動(dòng)板的推進(jìn)更加穩(wěn)定；緩沖彈簧靠近推動(dòng)桿一端固定有與滑桿滑動(dòng)連接的推塊，提高對(duì)推桿的推進(jìn)效果；接觸桿外側(cè)套有橡膠防護(hù)套，使得長(zhǎng)期使用出現(xiàn)磨損后便于更換。

5 市場(chǎng)前景

隨著無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸成熟、硬件成本不斷下降以及市場(chǎng)價(jià)格的降低，無(wú)人機(jī)市場(chǎng)關(guān)注度持續(xù)攀升，消費(fèi)類無(wú)人機(jī)的客戶群體從小眾拓展至大眾，客戶規(guī)模呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

消費(fèi)類無(wú)人機(jī)、商用無(wú)人機(jī)和政府無(wú)人機(jī)是拉動(dòng)無(wú)人機(jī)行業(yè)增長(zhǎng)的三大類。近年來(lái)，受益于行業(yè)發(fā)展及國(guó)家政策的大力支持，中國(guó)民用無(wú)人機(jī)取得了高速發(fā)展，逐漸成為全球無(wú)人機(jī)行業(yè)重要板塊之一。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模由2017年的79億元增至2020年的361億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為65.9%，預(yù)計(jì)2022年我國(guó)民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到453億元[10]。

近幾年，受新冠肺炎疫情的影響，無(wú)人機(jī)除了用于電視臺(tái)航拍、農(nóng)業(yè)植保作業(yè)、電力巡查等領(lǐng)域，一種新興的無(wú)接觸物流配送服務(wù)成為現(xiàn)下主要的配送方式。無(wú)人配送除了避免接觸以外，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)可以提高效率、降低成本，發(fā)展前景廣闊。目前，無(wú)人配送物流設(shè)備主要為無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車、物流機(jī)器人等。其中，無(wú)人機(jī)具有智能控制方便、信息傳輸準(zhǔn)確、運(yùn)行距離較長(zhǎng)、用電成本較低等特點(diǎn)，是物流配送企業(yè)無(wú)人配送的主要設(shè)備，故無(wú)人機(jī)市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，需求量居高不下。而本產(chǎn)品既能起到保護(hù)無(wú)人機(jī)的作用，還能延長(zhǎng)無(wú)人機(jī)的使用壽命，且成本低安裝方便，故市場(chǎng)前景良好。