阅读说明：本技术 一种仿生腿起落架系统 (Bionic leg undercarriage system ) 是由 任佳 刘小川 王计真 牟让科 于 2018-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种仿生腿起落架系统,包括若干条仿生腿机构,每条仿生腿机构包括至少两个关节；所述仿生腿机构通过基关节连接于机架上；所述仿生腿机构的每个关节处均设置有独立的关节驱动装置。本发明的起落架系统颠覆了传统起落架的设计理念,增强了直升机的智能化水平；腿部结构设计具有普遍性和通用性,腿的尺寸根据直升机的尺寸和承载能力确定,适用于各型号的直升机；本发明结构紧凑,控制容易,具有小体积、高承载的优点,适用于直升机的野外复杂地形使用。(The invention discloses a bionic leg undercarriage system which comprises a plurality of bionic leg mechanisms, wherein each bionic leg mechanism comprises at least two joints; the bionic leg mechanism is connected to the rack through a base joint; each joint of the bionic leg mechanism is provided with an independent joint driving device. The landing gear system of the invention subverts the design concept of the traditional landing gear and enhances the intelligent level of the helicopter; the leg structure design has universality and universality, the size of the leg is determined according to the size and the bearing capacity of the helicopter, and the leg structure is suitable for helicopters of various models; the invention has the advantages of compact structure, easy control, small volume and high bearing capacity, and is suitable for being used in the field of complex terrains of helicopters.)

一种仿生腿起落架系统

技术领域

本发明涉及直升机起落架设计领域，更具体地，特别涉及一种仿生腿起落架系统。

背景技术

现阶段直升机起落架普遍采用滑橇式和机轮式两种结构，由于两种常规起落架存在本身结构特性的局限性，要求直升机只能在坚固、平坦和稳定的地面(至少为半铺砌跑道)起降，也不具备地面自主移动的能力，而且大都采用不可收放的设计形式，造成飞行过程中阻力较大。而基于仿生腿结构的起落架可以克服上述缺点，使得直升机具有更好的复杂地形适应能力，使之实现在非规则地面的起降、停放和行走，而且在飞行过程中可将起落架收于机腹底部，减小飞行的阻力。因此仿生腿结构的起落架在军用、民用领域有着广阔的应用前景。

仿生腿机构作为起落架的关键组件，其形式和结构对于功能的实现十分重要。目前仿生腿主要用于机器人领域，在机器人中，腿部采用串联式机构和并联式结构两种形式。串联式结构采用纯转动关节组合、直接驱动的形式，虽然机构简单、控制容易，但存在输出负载力不足的问题，由于采用开链机构的设计方式，又存在柔性大、稳定性差、控制误差大的问题，仅适用于小型的地面爬行机器人。并联式结构输出负载力较大，刚度和稳定性较好，但又因为结构复杂，存在结构重量较大，无法收起的问题，因载重比较低，仅适用于大型的地面行走机器人。作为直升机的起落架系统，对自身重量和载重能力都有严格限制，以上两种常用形式均不适用于直升机仿生腿起落架的腿部机构。

因此，针对直升机仿生腿起落架的应用场景和结构特点，公开一种仿生腿起落架的腿部结构。起落架系统采用多条腿支撑、单腿采用多连杆机构驱动、各条腿独立控制、各关节独立控制相互补偿的形式。该形式具有更大的负载能力、结构更加紧凑，符合直升机起落架的应用场景需求。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于提供一种应用于直升机的仿生腿起落架系统，不同于现有的串联式和并联式仿生腿结构，有效克服以上两种结构的缺点，具有质量小、承载力大和结构美观紧凑的特点。其结构采用四连杆机构和平行四边形机构组合的方式实现，具有运动姿态稳定、动作灵活、活动范围广和地形适应能力强的特点。不仅具有传统起落架被动支撑的作用，还可以有效解决仿生腿起落架着陆和行走时的地形自适应问题，以及飞行过程中的起落架收放问题。

发明技术解决方案

为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种仿生腿起落架系统，包括若干条仿生腿机构，每条仿生腿机构包括至少两个关节；所述仿生腿机构通过基关节连接于机架上；基关节和所述仿生腿机构的每个关节处均设置有独立驱动关节运动的关节驱动装置。

优选的，所述关节驱动装置包括动力系统和构成所述仿生腿机构的若干个连杆机构，所述动力系统通过传动轴连接至连杆机构的曲柄。所述连杆机构的活动连接部位均采用铰链连接，转动部位采用轴承连接减小摩擦力，轴承放置于轴承盖中，其外圈与轴承盖之间采用过盈配合，轴承盖通过螺钉与连杆连接。销轴通过轴承内圈，轴承内圈与另一连杆通过轴套压紧。

优选的，所述关节驱动装置安装于机身下方的机架上。

优选的，所述动力系统采用电动舵机。

优选的，所述传动轴的输出端采用方轴、T形轴或D形轴。

优选的，所述连杆机构采用四连杆机构和平行四边形连杆机构结合的结构。

优选的，所述仿生腿机构为偶数个。

优选的，所述仿生腿机构的数量≥4条，更优选的，所述仿生腿机构的数量为6条。

优选的，每个仿生腿机构连接一个基关节或多个仿生腿机构连接至一个基关节。

本发明的优点

本发明的优点在于：

(1)颠覆直升机传统起落架的设计模式，有效克服传统起落架的局限性，有效提高直升机的智能化水平；

(2)集串联式机构与并联式机构的优势为一体，关节驱动装置安装在机腹下方的机架上，采用连杆结构进行驱动力传动，增加了腿部的刚度和承载能力，腿部结构设计更加紧凑、有利于仿生腿起落架的折叠收起；

(3)相比于传统的起落架，具有更高的通用性和可替换性，可根据承载需求选择腿部机构的数量和安装布局，且驱动装置易于拆装，可根据直升机的重量变化改变仿生腿起落架的承载能力，而不需对腿部结构的重新设计与拆装；

(4)不同于将驱动装置直接安装于关节处的设计形式，可根据承载需要调整腿部机构各连杆的长度，减小着陆时对关节承载能力的依赖，使得关节驱动装置选型时可以选择使用小功率的电机和小承载的减速机，有效减小仿生腿起落架系统的重量；

(5)仿生腿起落架具有轻质量、小体积、大承载的特点，还使得起落架姿态具有自主控制功能，可根据地形特点和机身位姿需要控制起落架的姿态，具有地形自适应性，满足直升机起落架的着陆和停放要求。

附图说明

图1本发明的一种仿生腿起落架系统中仿生腿机构展开时的示意图。

图2本发明的一种仿生腿起落架系统中仿生腿机构收起时的示意图。

图3本发明的一种仿生腿起落架系统中单个仿生腿机构的结构原理图。

图4本发明的一种仿生腿起落架系统中单个仿生腿机构的正视图。

图5本发明的一种仿生腿起落架系统中单个仿生腿机构的侧视图。

附图中：1—机架，2—连杆机构，3—股节，4—胫节，5—减重孔，6-轴承，7-销轴，ABCD-四连杆机构，EFGD-四连杆机构，AB-驱动曲柄，EF-驱动曲柄，CD-摇臂，GD-摇臂，DGHI-平行四边形机构。

具体实施方式

结合发明内容概述和附图，详细说明本发明的具体实施方式。

以包括6条腿的仿生腿，每条仿生腿包括2个关节的起落架系统为例。

仿生腿起落架系统由6条相同的仿生腿机构组成，对称分布，每条仿生腿机构均具有2个关节，仿生腿机构包括股节3和胫节4，股节3和胫节4转动连接，股节3转动连接至机架1上，股节3与机架1转动连接处为股关节，股节3和胫节4转动连接处为胫关节。每3条仿生腿机构共用一个基关节，即共有2个基关节，该仿生腿起落架系统共有14个关节，每个关节均由一个关节驱动装置独立驱动，仿生腿起落架系统由1套控制系统控制，每个关节可单独控制。每3条仿生腿机构共用一个基关节使得起落架系统对称分布，使得飞行器着陆时更加平稳。

用于驱动/控制仿生腿各关节的关节驱动装置均位于机身下方的机架1上，通过法兰盘连接于机架的左/右框架的立板上，用内六角螺栓连接，所述关节驱动装置包括动力系统和构成所述仿生腿机构的若干个连杆机构2，动力系统由电动舵机设计安装相应的传动轴构成，传动轴的输出端采用方轴、T形轴或D形轴的形式，传动轴与曲柄连接块连接，曲柄连接块的中心孔形式与传动轴的输出形式匹配，并满足输出扭矩的承载要求。

组成每条仿生腿的连杆机构2包括两个四连杆机构ABCD和EFGD和一个平行四边形机构DGHI，其中AB和EF为驱动曲柄，CD和GD为摇臂，构成连杆机构2的连杆为刚性连杆，具有足够的强度、刚度和较高的加工精度。构成股节3的连杆上开设有若干减重孔5以减轻重量，各连杆机构2的尺寸根据直升机外形尺寸和起落架承载能力要求综合确定，具体过程为：通过直升机的载重和着陆情况确定直升机仿生腿起落架足部的力，然后确定各关节处的力矩输出解析式，以各关节处输出力矩最小为目标，求解各连杆长度的最优解，得到连杆尺寸。连杆机构的活动连接均采用铰链连接，为减小连接处的转动摩擦力，转动部位采用轴承6连接。将轴承6放置于轴承盖中，其外圈与轴承盖之间采用过盈配合，轴承盖通过螺钉与连杆连接，销轴7通过轴承内圈，轴承内圈与另一连杆通过轴套压紧。转动过程中，轴承内圈与销轴7、轴套保持静止，连杆通过轴承盖带动轴承外圈转动。仿生腿起落架各连杆设计时，除减小关节部位的承载力外，需要设计连接处对安装误差不敏感，保证配合公差要求，确保工作平稳且转动过程中无转动卡滞现象。

直升机的仿生腿起落架可以完成多地形着陆、行走、折叠等动作，在实际工作时，首先通过单条仿生腿机构的股关节实现腿部的侧向摆动，调整仿生腿机构的整体姿态，再通过基关节实现足部位置在腿部机构平面内的调整，实现地形的匹配。通过腿部的两个关节可以实现直升机的直线行走和着陆姿态调整。三条腿共用的基关节的作用为地面行走时的机体转向，以及起落架收起/打开时的腿部整体旋转，即起落架全部收于机身下方和从机身下方转出。

实际工作时(包括着陆、行走、折叠等动作)，单条仿生腿机构的股关节实现腿部的侧向摆动，基关节实现协同足部位置在腿部机构平面内的调整，三条腿共用的基关节实现行走时的转向和起落架的收起/打开动作。

本发明的起落架系统颠覆了传统起落架的设计理念，增强了直升机的智能化水平；腿部结构设计具有普遍性和通用性，腿的尺寸根据直升机的尺寸和承载能力确定，适用于各型号的直升机；本发明结构紧凑，控制容易，具有小体积、高承载的优点，适用于直升机的野外复杂地形使用。