一种解耦式模块化龙骨结构

本发明涉及无人机集群协同控制与轻量化空间结构设计，特别涉及一种解耦式模块化龙骨结构。

背景技术：

1、随着无人机在各类文艺表演场景的应用拓展，无人机与传统舞龙文化结合的低空表演形式快速兴起，既实现了传统文化的创新性发展，也精准响应了低空经济发展目标。

2、不同于常规无人机集群表演，空中舞龙需通过柔性龙身实现螺旋高升、蛇形摆动等高难度动作，需解决无人机固定、龙身约束下的耦合控制及龙身保形等专用技术需求。当前空中舞龙所采用的龙骨与无人机连接技术路线主要有以下几种方式：第一种是纯柔性拖曳方案，利用无人机直接拖曳无支撑的柔性龙皮，无需专用龙骨结构；第二种是刚性一体化龙骨方案，将无人机与刚性龙骨固定连接，再与龙皮绑定，实现龙身形态支撑；第三种是简易模块化龙骨方案，将龙身分段设置简易支撑结构，再与无人机简易连接。

3、然而，上述技术方案均存在明显局限和瓶颈。纯柔性拖曳方案由于缺乏专用支撑结构，会造成龙身形态塌陷、龙皮与机体干涉、无人机间存在强控制耦合，且龙皮运动受气流影响极大，导致龙体难以控制、视觉效果较差，无法满足表演稳定性的需要；刚性一体化龙骨方案虽能实现龙身保形，但整体重量大、拆装不便，且刚性结构与柔性龙皮连接易失效，无人机振动直接传递至龙身，影响飞行稳定性，同时无模块化设计，维护成本高；简易模块化龙骨方案虽具备一定可维护性，但支撑强度不足，无人机动力输出与龙身姿态调整相互干扰，且连接可靠性差，难以适配户外复杂气流环境下的高难度表演动作。

4、因此，需要一种模块化、轻量化、解耦式的龙骨结构解决方案，以支撑空中舞龙在户外复杂气流环境下的稳定表演。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种解耦式模块化龙骨结构，解决上述背景技术中所提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种解耦式模块化龙骨结构，包括龙头牵引模块、龙身模块、龙尾模块、桁架支撑模块以及动力龙骨关节模块，所述龙头牵引模块的几何中心设置有一个所述动力龙骨关节模块；

3、所述龙身模块包括依次连接的两段结构，每一段结构均包括一个所述桁架支撑模块和一个所述动力龙骨关节模块，且所述桁架支撑模块位于该段结构的前端，所述动力龙骨关节模块位于该段结构的后端；

4、所述龙尾模块由一个所述动力龙骨关节模块组成；

5、所述桁架支撑模块通过柔性连接组件与舞龙柔性材料固定连接，所述柔性连接组件允许所述桁架支撑模块相对于舞龙柔性材料产生摆动；

6、相邻两个所述桁架支撑模块之间预留有运动冗余间隙。

7、优选的，所述桁架支撑模块包括碳纤维杆和3d打印尼龙节点球，所述碳纤维杆插接于所述节点球的预留孔位内，形成空间桁架结构。

8、优选的，所述碳纤维杆包括纵向主杆、截面框杆和斜腹杆，所述纵向主杆、所述截面框杆和所述斜腹杆的端部分别与对应的所述节点球连接，各杆件之间互不重叠、互不干涉。

9、优选的，所述柔性连接组件包括高强度尼龙织带、局部加强衬布和d形环；

10、所述局部加强衬布缝制于所述舞龙柔性材料的内侧；

11、所述高强度尼龙织带的一端与所述局部加强衬布缝制固定，另一端与所述d形环固定连接；

12、所述节点球上设有挂接孔，所述d形环挂接于所述挂接孔中。

13、优选的，所述动力龙骨关节模块包括涵道旋翼无人机、轻质骨架、减震胶垫和快拆锁扣机构；

14、所述减震胶垫固定设置于轻质骨架上；

15、所述涵道旋翼无人机置于所述减震胶垫上方，并与所述轻质骨架固定连接，且所述涵道旋翼无人机的重心与所述轻质骨架的几何中心重合；

16、所述快拆锁扣机构安装于所述轻质骨架上，用于与所述舞龙柔性材料上的所述尼龙织带可拆卸连接。

17、优选的，所述轻质骨架包括横向主横梁和纵向支撑梁；

18、所述横向主横梁的两端对称设有向下延伸的所述纵向支撑梁；

19、所述横向主横梁的上表面设有与所述减震胶垫适配的凹槽，所述凹槽内壁设有防滑纹理；

20、所述横向主横梁与所述纵向支撑梁的连接处设有圆弧过渡结构。

21、优选的，所述纵向支撑梁上设有预留安装孔，所述快拆锁扣机构的一端安装于所述预留安装孔中，另一端与所述尼龙织带末端的d形环连接。

22、优选的，所述减震胶垫为硅胶材质制成，贴合于所述涵道旋翼无人机的底部轮廓与所述轻质骨架的凹槽之间；

23、所述涵道旋翼无人机通过绑带与所述横向主横梁固定连接。

24、优选的，所述快拆锁扣机构包括螺杆、限位挡圈、套筒主体、锁扣拨钮、复位弹簧、活动锁舌以及c形挂钩，所述螺杆的上端与纵向支撑梁上的预留安装孔螺纹连接，所述螺杆的下端设置球形限位凸台，所述限位挡圈套设于球形限位凸台外侧；所述套筒主体上端承托限位挡圈，使套筒主体能够相对螺杆周向转动且轴向限位；

25、所述套筒主体侧壁装配有锁扣拨钮，所述套筒主体内部穿设有活动锁舌，所述复位弹簧抵接于活动锁舌与套筒主体之间，用于为活动锁舌提供向外伸出的复位弹力；

26、所述c形挂钩固接于套筒主体下端，按压锁扣拨钮可驱动活动锁舌回缩，敞开c形挂钩的开口；释放锁扣拨钮后，活动锁舌伸出封闭c形挂钩开口，实现快速锁扣。

27、优选的，所述动力龙骨关节模块的数量为四个，四个所述动力龙骨关节模块分别设置于所述龙头牵引模块、所述龙身模块的两段结构以及所述龙尾模块上。

28、因此，本发明提供一种解耦式模块化龙骨结构，具有以下有益效果：本发明通过将桁架支撑模块、动力龙骨关节模块和柔性连接组件进行独立设置与功能分离，桁架支撑模块用于龙身形态的稳定保形，动力龙骨关节模块独立提供动力输出，柔性连接组件允许桁架相对于龙皮产生一定范围内的摆动自由度，减轻了现有方案中无人机动力输出与龙身姿态调整相互干扰、龙皮与机体干涉、无人机间存在强控制耦合的情况。

29、本发明各模块均采用模块化设计，桁架通过节点球插接快速拆装，动力龙骨关节模块通过快拆锁扣机构与龙皮快速连接分离，两段桁架彼此独立，可单独更换维护，所有部件选用成熟配件或3d打印件，便于量产。

30、动力龙骨关节模块中，涵道旋翼无人机通过减震胶垫固连于轻质骨架上，减震胶垫采用高弹性、耐磨的硅胶材质制成，贴合无人机底部轮廓与骨架凹槽结构，可有效吸收无人机运行过程中产生的振动。同时无人机重心与轻质骨架的几何中心重合，确保动力输出时骨架受力均匀，避免重心偏移导致的飞行不稳定，减少振动对桁架支撑模块和龙皮的影响，提升表演体验。

1.一种解耦式模块化龙骨结构，用于低空空中舞龙表演，其特征在于：包括龙头牵引模块、龙身模块、龙尾模块、桁架支撑模块以及动力龙骨关节模块，所述龙头牵引模块的几何中心设置有一个所述动力龙骨关节模块；

2.根据权利要求1所述的一种解耦式模块化龙骨结构，其特征在于：所述桁架支撑模块包括碳纤维杆和3d打印尼龙节点球，所述碳纤维杆插接于所述节点球的预留孔位内，形成空间桁架结构。

3.根据权利要求2所述的一种解耦式模块化龙骨结构，其特征在于：所述碳纤维杆包括纵向主杆、截面框杆和斜腹杆，所述纵向主杆、所述截面框杆和所述斜腹杆的端部分别与对应的所述节点球连接，各杆件之间互不重叠、互不干涉。

4.根据权利要求3所述的一种解耦式模块化龙骨结构，其特征在于：所述柔性连接组件包括高强度尼龙织带、局部加强衬布和d形环；

5.根据权利要求4所述的一种解耦式模块化龙骨结构，其特征在于：所述动力龙骨关节模块包括涵道旋翼无人机、轻质骨架、减震胶垫和快拆锁扣机构；

6.根据权利要求5所述的一种解耦式模块化龙骨结构，其特征在于：所述轻质骨架包括横向主横梁和纵向支撑梁；

7.根据权利要求6所述的一种解耦式模块化龙骨结构，其特征在于：所述纵向支撑梁上设有预留安装孔，所述快拆锁扣机构的一端安装于所述预留安装孔中，另一端与所述尼龙织带末端的d形环连接。

8.根据权利要求5所述的一种解耦式模块化龙骨结构，其特征在于：所述减震胶垫为硅胶材质制成，贴合于所述涵道旋翼无人机的底部轮廓与所述轻质骨架的凹槽之间；

9.根据权利要求6所述的一种解耦式模块化龙骨结构，其特征在于：所述快拆锁扣机构包括螺杆、限位挡圈、套筒主体、锁扣拨钮、复位弹簧、活动锁舌以及c形挂钩，所述螺杆的上端与纵向支撑梁上的预留安装孔螺纹连接，所述螺杆的下端设置球形限位凸台，所述限位挡圈套设于球形限位凸台外侧；所述套筒主体上端承托限位挡圈，使套筒主体能够相对螺杆周向转动且轴向限位；

10.根据权利要求1所述的一种解耦式模块化龙骨结构，其特征在于：所述动力龙骨关节模块的数量为四个，四个所述动力龙骨关节模块分别设置于所述龙头牵引模块、所述龙身模块的两段结构以及所述龙尾模块上。