阅读说明：本技术 一种小型无人机的气动软体起落装置 (Pneumatic soft landing gear of small unmanned aerial vehicle ) 是由 陈志强 陈永华 曾阳霖 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种小型无人机的气动软体起落装置,包括连接板、底板、气源箱、三个致动器夹具、三个软体致动器、三个刚体支撑脚,通过连接板将无人机底部与软体起落装置连接固定,连接板底面安装三个刚体支撑脚,其中两个平行位于一边的两头,另一个位于对面一边正中；底板两侧装有三个致动器夹具,夹具排列与刚体支撑脚相反,夹具用于固定软体致动器；气源箱顶部开口,为线路连接口,通气导管与三个软体致动器相连,导线与无人机控制器相连,气源箱外侧两端与连接板的两个夹片用螺丝固定。本发明解决了现有无人机栖息时难以与外界环境稳定接触的问题,提高了无人机续航时间。(The invention discloses a pneumatic soft landing gear of a small unmanned aerial vehicle, which comprises a connecting plate, a bottom plate, a gas source box, three actuator clamps, three soft actuators and three rigid supporting legs, wherein the bottom of the unmanned aerial vehicle is connected and fixed with the soft landing gear through the connecting plate; three actuator clamps are arranged on two sides of the bottom plate, the arrangement of the clamps is opposite to that of the rigid supporting legs, and the clamps are used for fixing the soft actuators; the top opening of the air source box is a circuit connector, the ventilation catheter is connected with three soft actuators, the wire is connected with the unmanned aerial vehicle controller, and two ends of the outer side of the air source box are fixed with two clamping pieces of the connecting plate through screws. The unmanned aerial vehicle solves the problem that the existing unmanned aerial vehicle is difficult to stably contact with the external environment when perching, and the endurance time of the unmanned aerial vehicle is prolonged.)

一种小型无人机的气动软体起落装置

技术领域

本发明属于软体机器人技术领域，具体涉及一种小型无人机的气动软体起落装置。

背景技术

与传统的刚体机器人不同，软体机器人本体采用软材料或柔性材料加工而成，可连续变形，理论上具有无限自由度。传统的刚体机器人虽然在在工业、医疗和军事等诸多领域已经有了广泛的积累和应用，但结构的刚性使

其环境适应性较差，在狭窄空间内的运动受到限制，无法通过尺度小于机器人尺度或形状复杂的通道。因此在一些特殊的场景中，如复杂易碎物体的抓持、人机交互和狭窄空间作业等方面仍然存在一定风险和挑战。而软体机器人自身良好的安全性和柔顺性弥补了刚体机器人结构复杂、灵活度有限、安全性和适应性较差等不足，具有良好的应用前景。

从驱动方式来划分，有线缆驱动、气动、液动等多种方式。另外还有利用智能材料，如介电弹性体、导电聚合物、形状记忆合金、磁流变弹性体等在外界物理场驱动下变形而产生运动的研究。超弹性硅胶作为本体材料的气动软体机器人是当前热门的研究方向，一般由两部分组成：可延展部分和不可延展的应变限制层部分。高压充入气体时，由于两部分的长度变化差导致致动器在某个方向变形从而产生弯曲运动。

小型无人机在执行任务的同时，可以通过栖息在附近的特定地形上(如树干，屋檐等)节省电池电力来延长它们的运行时间，因此无人机稳定与外界环境接触的能力显得尤为重要。如果将刚体起落架替换成可随外界环境发生形变的气动软体起落架，不但可以应对各种难以预测的环境，同时还能极大减小无人机的负担。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于无人机的气动软体起落装置，解决现有无人机栖息时难以与外界环境稳定接触的问题，提高无人机续航时间。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种小型无人机的气动软体起落装置，包括连接板、底板、气源箱、三个致动器夹具、三个软体致动器和三个刚体支撑脚；通过连接板将无人机底部与软体起落装置连接固定，连接板底面安装三个刚体支撑脚，其中两个刚体支撑脚平行安装于连接板一边的两头，另一个刚体支撑脚位于对面一边正中；底板两侧装有三个致动器夹具，致动器夹具排列与刚体支撑脚相反，其中一个致动器夹具位于两个平行的刚体支撑脚之间，另外两个致动器夹具位于另一个刚体支撑脚的两侧，所述致动器夹具用于固定软体致动器；所述气源箱位于连接板、底板之间，用于向软体致动器充放气体。

进一步的，所述气源箱内设有一个电磁阀和一个自调节化学气动泵，自调节化学气动泵提供的氧气输送至电磁阀的b口，当电磁阀通电时，a、b口开启，c口闭合，气体通向软体致动器；当电磁阀断电时，a、c口开启，b口闭合，软体致动器内的气体排出c口。

进一步的，自调节化学气动泵内包括聚四氟乙烯膜、浓度50％的过氧化氢溶液、偏移板、银片和封闭气室；聚四氟乙烯膜设置在自调节化学气动泵出气口位置，用于隔绝液体疏通气体；所述封闭气室位于自调节化学气动泵底部，偏移板设置在封闭气室上方，偏移板底部凸出端与封闭气室上表面连接，所述银片位于偏移板和封闭气室上表面之间，过氧化氢溶液与银片接触加速分解生成氧气，泵内气压升高，导致偏移板压迫封闭气室，泵内气压足够大时，偏移板完全覆盖银片，使其与过氧化氢溶液隔离，反应终止；当自调节化学气动泵的出气口打开，气体流出，气压减小，反应继续进行。

进一步的，所述底板分为两层，上层与气源箱固连，下层为硅胶层，与上层粘连。

进一步的，所述气源箱顶部开口，为线路连接口，通气导管与三个软体致动器相连，导线与无人机控制器相连。

进一步的，所述气源箱外侧两端与连接板的两个夹片用螺丝固定。

进一步的，所述软体致动器包括延展层、应变限制层和摩擦增强层，应变限制层由不可延伸的柔性材料制成；充入气体时，应变限制层长度不变，延展层形变拉长，导致软体致动器弯曲；摩擦增强层为间隔均匀的突起，用于增强软体致动器的抓握能力。

进一步的，所述应变限制层由纸张、织物或塑料薄膜制成。

进一步的，所述摩擦增强层和延展层相对设置在软体致动器内外两侧。

进一步的，所述摩擦增强层设置在应变限制层表面

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)利用软体致动器柔软的特性可以有效提高无人机栖息时与外界环境的接触能力，提高稳定性；软体致动器由硅胶制成，分为延展层、应变限制层和摩擦增强层，应变限制层由纸张、织物或塑料薄膜等其他不可延伸的柔性材料制成；充入气体时，应变限制层长度不变，延展层形变拉长，导致软体致动器弯曲；摩擦增强层为间隔均匀的突起，用于增强软体致动器的抓握能力；(2)通过将化学气动泵作为简单便携的气源，可以随时产生气体实现对软体致动器的充放气。

附图说明

图1为本发明所述的小型无人机的气动软体起落装置三维图。

图2为图1所示气动软体起落装置的前视图。

图3为图1所示气动软体起落装置的俯视图。

图4为图1所示气动软体起落装置的气源箱的原理图。

图5为化学气动泵的平面结构图。

图6为图1的软体致动器的剖面图。

图7为图1安装在无人机上的三维示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1～图3，一种小型无人机的气动软体起落装置，包括连接板1、底板4、气源箱3、三个致动器夹具5、三个软体致动器6、三个刚体支撑脚2。通过连接板1将无人机底部与软体起落装置连接固定，连接板1底面安装三个刚体支撑脚2，其中两个平行位于一边的两头，另一个位于对面一边正中。底板4两侧装有三个致动器夹具5，夹具排列与刚体支撑脚2相反，夹具用于固定软体致动器6。底板4分为两层，上层与气源箱3固连，下层为硅胶层，与上层粘连。气源箱3顶部开口，为线路连接口，通气导管与三个软体致动器6相连，导线与无人机控制器相连，气源箱3外侧两端与连接板1的两个夹片用螺丝固定。

结合图4，气源箱3内有一个电磁阀7和一个自调节化学气动泵8，化学气动泵8提供的氧气输送至电磁阀7的b口，当电磁阀7通电时，a、b口开启，c口闭合，气体通向软体致动器6；当电磁阀7断电时，a、c口开启，b口闭合，软体致动器6内的气体排出c口。化学气动泵8通过过氧化氢催化分解产生氧气从而驱动软体致动器弯曲。

结合图5，化学气动泵8内包括聚四氟乙烯膜9、浓度50％的过氧化氢溶液10、偏移板11、银片12和封闭气室13。正常情况下，过氧化氢溶液10与银片12接触加速分解生成氧气，泵内气压升高，导致偏移板11压迫封闭气室13，泵内气压足够大时，偏移板11完全覆盖银片12，使其与过氧化氢溶液10隔离，反应终止；当化学气动泵8的出气口打开，气体流出，气压减小，反应继续进行。聚四氟乙烯膜9起到隔绝液体疏通气体的作用。

结合图6，软体致动器6器由硅胶制成，分为延展层14、应变限制层15和摩擦增强层16，应变限制层15由纸张、织物或塑料薄膜等其他不可延伸的柔性材料制成。充入气体时，应变限制层15长度不变，延展层14形变拉长，导致软体致动器6弯曲。摩擦增强层16为间隔均匀的突起，用于增强软体致动器6的抓握能力。

图7为本发明气动软体起落装置应用图，无人机栖息于树枝等较狭小的地形时，电磁阀7通电，将化学气动泵8与软体致动器6相通，反应继续进行，刚体支撑脚2不接触外界环境，无人机依靠软体致动器6的抓握能力稳定机身。无人机离开栖息点时，电磁阀7断电，化学气动泵8出口封闭，软体致动器6内气体排出，恢复正常形状。无人机着陆时，刚体支撑脚2接触地面，起到支撑机体的作用。