[发明专利]一种仿生腿起落架

说明书

本发明公开了一种仿生腿起落架，其特征在于，包括控制系统、仿生腿机构、地形识别系统和驱动系统；其中，仿生腿机构包括四条仿生腿，各仿生腿构型相同，独立驱动、协同控制；起飞后四条仿生腿收起贴于机身两侧；放生起落架控制系统3与直升机控制系统集成，并共享位置姿态监控系统2，包括GPS、IMU模块；本发明通过地形信息识别和自身姿态监控，并控制腿部关节转动以实现复杂地形自适应着陆；同时通过基关节转动，亦可以实现地面缓慢行走，从而具备自主出入机库能力。因此，相对于常规起落架，仿生腿起落架借鉴了仿生学的理念，智能化程度更高，具有更好的任务自适应能力。

技术领域

本发明属于直升机起落装置设计领域，公开了一种仿生腿起落架。

背景技术

起落架是直升机的一个重要组成部分，其主要作用是在直升机地面停放和滑行时起支撑作用；同时还起到着陆时吸收垂直下降速度产生的能量、防止地面开车时出现“地面共振”等作用。目前直升机普遍使用的起落架形式包括滑跷式和机轮式两种。

轮式起落架由油气减震器和橡胶充气机轮组成，前起落架具有转向能力，主起落架机轮有刹车装置，如图1a所示。滑翘式起落架由多根关节按照一定形状焊接而成，依靠结构弹性变形来吸收着地能量，如图1b所示。这两种常规起落架的缺点有：起降时，要求有坚固、平坦和稳定的地面，无法在非平整路面上着陆。出入机库或地面移动时，需要通过拖车等外力托运，不具备地面自主移动能力。大都采用不可收放设计形式，飞行过程阻力大，且影响美观性。

发明内容

为了解决直升机复杂地形起降问题，提出了一种仿生腿起落架。

技术方案

附图说明

图1a和图1b为现有技术轮式和滑翘式起落架的结构图。

图2为本发明应用外形示意图。

图3为本发明具体结构示意图。

其中，机身1、姿态监控系统2、控制系统3、基关节4、基节5、股关节6、股节7、胫关节8、胫节9、地形识别系统10、滑动关节11、足部12。

有益效果

本发明通过地形信息识别和自身姿态监控，并控制腿部关节转动以实现复杂地形自适应着陆；同时通过基关节转动，亦可以实现地面缓慢行走，从而具备自主出入机库能力。因此，相对于常规起落架，仿生腿起落架借鉴了仿生学的理念，智能化程度更高，具有更好的任务自适应能力。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案实施方式做详细叙述。

仿生腿起落架由控制系统、仿生腿机构、地形识别系统和驱动系统四大部分组成。仿生腿机构由基节、股节、胫节、足部及相关连接关节构成。基节与机身的连接关节有一个转动自由度，股节与基节的连接关节有一个转动自由度，股节与胫节的连接关节有一个转动自由度，足部与胫节之间安装一个带有缓冲的滑动关节。三个转动关节的自由度方向参见图3，转动关节采用伺服电机驱动；滑动关节由液压阻尼和弹簧构成，以实现缓冲和耗能；足底安装力传感器，用于识别足底触地状态和地表材质硬度。

识别系统包括直升机位置监控、机身姿态监控、地形高程信息监控和着陆状态监控四个子单元，直升机位置监控通过GPS模态实现，机身姿态监控通过IMU机身惯性模块实现，地形高程信息通过三维激光雷达扫描实现，着陆状态监控通过分析足底载荷数据实现。控制系统接受识别系统的位置数据、机身姿态数据、地形数据和足底载荷数据，并经过控制算法决策后，选择合理着陆地点，并驱动关节适应地形高程差，实现非平整路面的安全着陆。驱动系统集成伺服电机驱动、行星齿轮和锁定机构，安装于基关节和胫关节处。仿生腿起落架的总体布局为四腿构型，各单腿构型相同，但独立驱动、协同控制；起飞后四条腿收起贴于机身两侧。仿生腿与直升机共享动力源，控制系统与直升机控制系统集成，并共享GPS、IMU模块。

本装置工作时，直升机根据GPS捕获信息，飞抵设定目标着陆区域。控制系统给定指令，直升机缓慢降落至据地面安全高度(10m左右)，进入悬停状态；地形识别系统开启，实时动态扫描地表信息，判断地表地质构成(土壤、沙石、草地等)，并识别地表高程信息；控制系统根据地形、地质信息，推演并遴选出合适着陆位置。控制系统给出着陆指令，仿生腿释放展开，控制系统给定驱动系统指令，驱动关节转动设定角度，实现各腿足端落点位置、高度与地形高程基本契合；控制系统下达指令，直升机带动力(旋翼转动)再次缓慢下降，同时IMU模块实时监控机身姿态，地形识别系统继续动态监控地表信息，并根据信息再次微调和修正仿生腿姿态；直升机下降至四腿足端全部接触地面，足端压力传感器感知四腿压力均达到阈值，控制系统判断进入稳定着陆状态，控制系统给定动力系统和驱动系统指令，旋翼停止旋转，驱动系统锁死关节；直升机实现安全着陆。