无人机起落架地形自适应系统设计

无人机起落架地形自适应系统设计

近年来随着无人机市场的发展，多旋翼无人机以优良的操控性能和可垂直起降的方便性等优点迅速获得了广大消费群体的关注。但是现有旋翼无人机起落架对地形要求略为严苛，在特殊地形降落时，无人机往往因为地面的不平坦发生侧翻等问题，严重时可能造成巨大的经济损失。文章在传统无人机起落架设计方案的基础上，根据地形自适应场景要求，对起落架减振弹簧和自由伸缩机构提出了设计更改。并通过关键参数的分析，验证了其工程可行性和地形自适应方面的改善作用。

标签：无人机；起落架；地形自适应

Abstract：In recent years，with the development of the UA V market，the multi-rotor UA V has attracted the attention of the consumers for its excellent control performance and the convenience of vertical take-off and landing. However，the landing gear of the existing rotor UA V is a little strict to the terrain. When landing on the special terrain，the UA V often rollover because of the uneven ground，which may cause huge economic losses. Based on the traditional design scheme of landing gear for unmanned aerial vehicle （UA V）and according to the requirements of terrain adaptive scene，the design changes of landing gear damping spring and free telescopic mechanism are proposed in this paper. Through the analysis of the key parameters，the feasibility of the project and the improvement of terrain adaptation are verified.

Keywords：UA V；landing gear；terrain adaptation

1 概述

现阶段旋翼无人机在起降过程中一般采用垂直起降的飞行方式。在旋翼无人机的起落过程中，起落架是其重要器件，对它的重量，缓冲能力，安装方式和结构强度都有严格的技术要求，否则会它会对整个起降过程产生不利影响，甚至造成无人机的损伤。现阶段常见的旋翼无人机起落架结构形式一般为斜倾或带有弧度的垂直杆，并在垂直杆底部接一根与地面平行的直杆，还有则直接采用直杆或斜杆直接与地面接触。这些结构虽然简单，但性能较差，由于起落架没有良好的减震装置，在较为粗暴的降落过程中，容易造成起落架弯曲变形，产生较大的震动，使之机体侧翻，设备损伤等现象。现有的旋翼无人机起落架在结构、原理与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。

2 起落架总体设计

起落架总体设计思路如图1所示，支撑件（1）与上支撑件（2）之间呈平行或相交设置，下支撑件（1）与上支撑件（2）之间通过伸缩杆部件连接固定；合理的采用了胡克定律（弹力定律F=kx）作为技术支持，基于保护飞行器挂载精

密仪器而设立的一款飞行器起落架，以延长仪器的使用寿命为目的。

3 地形自适应场景分析

一架旋翼无人机要在一个崎岖不平的地面上降落，地面上有一定的突起。

操控人员控制一架旋翼无人机降落，无人机降落到一定高度时，操控人员松开电门，无人机在重力作用下垂直降落，由于地面不平整，无人机的四个圆柱型起落架必然有一个最先碰到突起的地面，这时无人机会有一个接地速度，最先接地的起落架内部的弹簧受到挤压，内杆开始向套筒内收缩，内杆相对于挡片套筒向上滑动，挡片滑过内杆上的凸台。最先接触的起落架有一定收缩量时，其它起落架也相继接触到地面，并像第一根起落架那样收缩。整个过程中无人机的速度不断的减慢直至停止，而弹簧也在压缩到最大值时由于弹性势能大机体重力，弹簧有伸长的趋势。由于内杆上有凸台，挡片抵住凸台使内杆不能向下伸出，弹簧不能伸长。无人机完成降落，静止在地面上，各起落架杆的压缩量会有所不同即弹簧的压缩量有所不同，而无人机落地时的能量储存在弹簧内部，当无人机起飞离地后进行释放。

4 地形自适应元件设计

旋翼无人机在接地会受到很大的冲击并产生震动，比如不平的地面狀况，会使之侧翻，因而可以为起落架加上弹簧缓冲吸收装置，减少着陆时的冲击力，减轻地面不平对降落产生的影响。该无人机起落架有外筒、带有凸台的内杆、与内杆连接的弹簧及挡片等部件组成。其结构如图所示。图示起落架外筒顶部与无人机机身相连，内杆套在外筒内，内杆顶部通过弹簧与外筒连接在一起。外筒底部有两个瓣膜式的并具有一定厚度的软挡片。内杆上有若干个锥形凸台，杆底部带有一个可转动的橡胶底座与地面接触。

如图2所示起落架外筒与无人机机身相连，内杆套在外筒内，并通过弹簧与之连接在一起。外筒底部有两个环形花瓣式并具有一定厚度的钢片。内杆上有若干个锥形凸台，杆底部带有一个可转动的橡胶底座与地面接触。

5 实例验证及可行性分析

本文提出的是一种旋翼无人机起落架的设计方法，对于不同型号不同重量的旋翼无人机，其起落架的设计尺寸也会有相应的改变。本文参照经纬M-600型号六旋翼无人机的机体基本参数进行设计举例及分析，并探究3个问题，起落架支柱是否能满足无人机降落时的强度要求，支柱内部弹簧弹性刚度及凸台的间隔尺寸的合理设计。经纬M-600是深圳市大疆科技有限公司在2016年在CES上發布的全新一代6旋翼飞行平台。其部分技术参数如表1所示。

关键参数分析：

为了能够进行计算和分析，本文设定特定情景参数如下：无人机采用4根垂