强 俊

(安徽工程大学计算机与信息学院， 安徽 芜湖 241000)

四旋翼飞行机器人的续航能力有限，运行一段时间后需要回来充电，并进行维修检测，因此需要用到降落平台。降落平台的减震能力关系到飞行机器人降落的安全性。四旋翼飞行机器人的应用范围较宽，机身上通常装载有许多监测设备及电器元件，降落时的冲击力过大就可能对它们造成损害，缩短其使用寿命。目前，市面上有许多带减震设备的降落平台，但大部分是通过弹簧实现减震的。弹簧相对比较生硬，回弹时反弹力比较大，会产生反冲击力。基于此，笔者研究设计了一种适合于四旋翼飞行机器人的浮体式降落平台，通过浮体以及导向杆与导向筒的摩擦连接，可使得整个降落平台具有更好的减震效果。该降落平台的设计方案已经申报发明专利。

1 浮体式降落平台的结构

四旋翼飞行机器人在使用过程中通常装载了多个高精度、高价值的设备，每次降落都可能影响到它们的使用性能和寿命。为了给它的降落提供安全保障，我们研究比较了多种减震方案，设计出了浮体式降落平台。

如图1和图2所示，设计的浮体式降落平台，含1个水箱。水箱的下端设置有防滑垫，一侧设置水阀，便于排水。水箱的侧壁上卡接透明玻璃，便于观察水箱的内部情况。水箱的内腔中部，设置上端呈开口状的托盘，托盘的下端开口连接竖直向下的导向筒。水箱内设置浮体，位于托盘的正上方。浮体为内部中空结构，具有浮力。浮体的下端成圆弧形，其下端中部设置坠块，使浮体保持平衡。浮体的周向上端与水箱的上端周向之间通过环形的防坠网连接，防止飞行机器人落入水箱内。

图1 降落平台结构示意图

浮体的上端周向设有防护板，防护板的内侧设有弹性垫层。浮体侧壁上开设有进水口，进水口处螺纹连接有旋块，旋块的外端设有转动块，可以进水，从而调节浮体的进水缓冲速度。浮体的下端中部，设置竖直向下的导向杆。导向杆的下端设置万向轮，导向杆和万向轮的直径均小于导向筒的内径。导向杆的下端周向铰接连接外端向上翘起的摩擦杆，导向杆上的螺纹连接螺纹筒，螺纹筒的下端连接转环。转环套接在导向杆上，位于摩擦杆的上侧。摩擦杆的侧壁与转环之间通过弹簧连接。浮体的外端周向与水箱的内壁之间通过橡皮条连接。导向筒的内壁上设置有防滑橡皮层，摩擦杆的上端设置有圆弧形的防滑橡皮块。

图2 降落平台主视图

2 浮体式降落平台的工作原理

飞行机器人若从一侧斜着降落到浮体上，浮体开始向下运动，同时带有侧向运动。这时，万向轮会沿着托盘的内壁上升，并在重力作用下缓慢减速，待其到达一定位置，橡皮条被拉直，辅助将浮体拉回到中部。这样，飞行机器人斜着降落导致的反冲力就被削减了。

如果飞行机器人是竖直降落的，万向轮会顺着导向筒下滑。这时，在弹簧的作用下，摩擦杆上的防滑橡皮块与防滑橡皮层之间产生摩擦，再加上水的阻力，下滑的万向轮会缓慢减速。速度降下来以后，在浮力及橡皮条的作用下，整个浮体向上回升，这时的摩擦力起反向作用，防止上升过快。这样，实现温和减震，可以有效保护飞行机器人的降落安全。另外，通过在进水口注水，可以调节浮体的下落速度；通过旋转螺纹筒，可以调节弹簧的挤压力度，调节摩擦力。

3 浮体式降落平台的优势

按上述设计方案，进行了实验验证。与现有技术相比，这种浮体式降落平台有以下几点优势。

(1) 当飞行机器人从侧面落到浮体上时，在重力作用下，浮体能够进行缓慢减速，可以有效削减机器人斜着降落导致的反冲力。

(2) 当飞行机器人竖直降落到浮体上时，在降落平台内部的摩擦力和水的阻力作用下，可以实现温和减震，从而有效保护飞行机器人的着陆安全。

(3) 根据飞行机器人的体积质量，可以通过旋转螺纹筒或调节进水量，灵活地控制降落平台浮体的下滑和回升速度，减少飞行机器人在降落时所受到的震动。

4 结 语

目前，四旋翼飞行机器人的应用越来越广泛，但在使用过程中普遍存在降落平台减震效果不佳的问题。为了提升降落平台的减震效果，研究提出的浮体式降落平台设计方案，全方位考虑了飞行机器人从侧面和正面降落时的情况，通过借助水的浮力、器件的摩擦力和橡皮条、弹簧的弹力的综合作用，来削减机器人降落时导致的反冲力。实验结果表明，这种浮体式降落平台，可以有效减少四旋翼飞行机器人在降落时受到的震动，对保护飞行器及其装载设备的安全具有良好的作用。