CN104648664A - 可伸缩折叠的四轴飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可伸缩折叠的四轴飞行器，包括中央支撑机构和四套螺旋浆机构，改进在于：四套螺旋浆机构为结构相同四套可伸缩的螺旋浆机构；每套可伸缩的螺旋浆机构包括小圆锥齿轮、伸缩杆、螺旋浆、电机和起落臂机构，还包括大圆锥齿轮和伺服电机；伺服电机、大圆锥齿轮和四只小圆锥齿轮构成四套螺旋浆机构的伸缩杆的驱动机构；在伺服电机的驱动下，四只小圆锥齿轮通过螺杆的螺纹传动分别同时带动四根伸缩杆实现外伸或内缩。改进还包括四套折叠机构，每套折叠机构驱动每套可伸缩的螺旋浆机构折叠或展开。本发明通过增设伸缩机构和折叠机构，使四轴机身实现大幅度收放，相比现有产品，有效减少了飞行器的体积，方便携带。

Description

可伸缩折叠的四轴飞行器

技术领域

本发明属于多旋翼飞行器技术领域，具体涉及一种四轴飞行器。

背景技术

多旋翼飞行器军事上可用于地面侦察、禁飞区巡逻和近距支援，民用上可灾后搜救、赛事航拍、交通巡逻等。现有的四轴飞行器机身以整体式为主，多采用模具成型，无设计分离面（大疆精灵）；少数大型四轴飞行器机身为上下壁板、碳纤管胶接、螺接而成，机臂销接于上下壁板夹层间，可绕销轴在夹层间旋转，机臂具备平面折叠功能（飞越650）。前一种机身桨盘与机臂连接强度高，装配应力小，但机身可拆卸性差，机身不能收放，在空中飞行时无法伸缩机臂，限制了四轴飞行器应对复杂地形的能力，同时无法满足诸如侦察兵收放携带、快速起飞的需求。后一种可折叠机身为平面折叠，若添加机臂伸缩功能则伸缩、折叠会产生干涉，此折叠方式限制了机臂兼具伸缩的潜在可能，也无法进一步开发四轴飞行器的活动空间。

发明内容

为了实现四轴飞行器飞行时调整四只螺旋浆距离中央的位置，并实现方便地收放携带，本发明提供一种在空中可伸缩的可伸缩折叠式四轴飞行器。

具体的结构改进技术方案如下：

可伸缩折叠的四轴飞行器包括中央支撑机构和四套螺旋浆机构，所述中央支撑机构由上下平行的上平板1和下平板3通过支撑螺柱2连接构成；四套螺旋浆机构均布设于上平板1上，且四套螺旋浆机构的螺旋浆33均布在上平板1的外周，每只螺旋浆33下方对应设有起落臂机构；

所述四套螺旋浆机构为结构相同四套可伸缩的螺旋浆机构；每套可伸缩的螺旋浆机构包括小圆锥齿轮13、伸缩杆、螺旋浆33、电机32和起落臂机构，所述螺旋浆33设于电机32的输出轴上，且螺旋浆33和电机32位于伸缩杆的外端，所述小圆锥齿轮13对应位于伸缩杆的内端；与四套螺旋浆机构的四只小圆锥齿轮13啮合传动的大圆锥齿轮12设于上平板1的中部，大圆锥齿轮12连接着伺服电机11的输出轴，所述伺服电机11位于上平板1和下平板3之间的空间内；所述伺服电机11、大圆锥齿轮12和四只小圆锥齿轮13构成四套螺旋浆机构的伸缩杆的驱动机构；

在伺服电机11的驱动下，大圆锥齿轮12和四只小圆锥齿轮13啮合传动，四只小圆锥齿轮13通过螺杆14的螺纹传动分别同时带动四根伸缩杆实现外伸或内缩。

所述伸缩杆包括外伸缩杆18和内伸缩杆15，外伸缩杆18和内伸缩杆15均为方管，内伸缩杆15的内端插设在外伸缩杆18的外端内，内伸缩杆15的内端内固定设有螺母17；所述螺杆14位于外伸缩杆18内，与小圆锥齿轮13连接端为光杆，螺杆14配合连接着螺母17；外伸缩杆18的内端内固定设有轴承16，轴承16的内套配合套设在所述光杆上；螺杆14正向或反向旋转时，螺母17带着内伸缩杆15向外伸缩杆18的内部收缩，螺杆14反向或正向旋转时，螺母17带着内伸缩杆15向外伸缩杆18的外部伸出。

所述螺母17的外周为方形，且固定设于方管状的内伸缩杆15的内端内。

每套可伸缩的螺旋浆机构的伸缩杆通过折叠机构设于上平板1上；所述折叠机构包括U形卡块5、支撑柱4、铰链和连杆机构；所述U形卡块5固定设于上平板1的周边上，外伸缩杆18的内端和U形卡块5动配合，且外伸缩杆18和U形卡块5之间由铰链连接；所述连杆机构包括上连杆21和下连杆23，上连杆21的一端和下连杆23的一端之间通过连杆轴22活动连接；上连杆21的另一端活动连接着外伸缩杆18，下连杆23的另一端活动连接着支撑柱4的下端，支撑柱4的上端既连接着所述U形卡块5的下部，又连接着所述上平板1的下部；当外伸缩杆18脱离U形卡块5时，下连杆23向下转动至支撑柱4的下部呈垂直状，并通过上连杆21带动外伸缩杆18向下转动至下垂状态，此时，上连杆21和下连杆23之间呈90度直角状；当外伸缩杆18配合位于U形卡块5内时，外伸缩杆18呈水平状，此时，上连杆21和下连杆23呈180度角的直线状。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1、本发明采用齿轮传动、螺纹传动相配合，将伺服电机驱动力均匀平稳的传递给四根内伸缩轴，机械结构简单且传动效率较高，可实现在飞行时遥控伸缩，伸缩速度在0-20mm/s之间，是现有四轴飞行器机身所不能实现的。可通过遥控收缩四只螺旋浆的臂使飞行器进入狭窄空间，比如灾后搜救、现场勘查等。大型四轴飞行器飞行稳定便于航拍，小型四轴飞行器机动灵活，适用空间广，不同作业环境需要不同尺寸的四轴飞行器，通过遥控伸缩四只螺旋浆的臂可使大型四轴飞行器兼具二者的优点；

2、本发明的机臂采用折叠机构，折叠时机臂转角可达90度，最大限度收放四轴飞行器机身，是现有平面折叠机身无法达到的，使四轴机身实现大幅度收放，收缩后的大型四轴飞行器体积减小，便于携带；

3、本发明采用四连杆定位、锁死机构，机臂完全张开后，四连杆刚好停在死点位置，同时卡槽卡住机臂，将四轴机臂位置锁死；机臂折叠过程中，机臂两侧连杆可限制折叠轨迹。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为齿轮啮合示意图。

图3为伸缩臂结构示意图。

图3-A为图3中A处的局部放大图。

图3-B为为图3中B处的局部放大图。

图4为折叠机构的示意图。

图5为中央支撑机构示意图。

图6为折叠机构收折状态图。

图7为螺旋浆机构的伸缩杆收缩状态图。

图8为本发明折叠状态示意图。

上图中序号：上平板1、支撑螺柱2、下平板3、支撑柱4、U形卡块5、伺服电机11、大圆锥齿轮12、小圆锥齿轮13、螺杆14、内伸缩杆15、轴承16、螺母17、外伸缩杆18、上连杆21、连杆轴22、下连杆23、铰链24、电机32、螺旋桨33、滚轮41、滚轮轴42、支撑臂43。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例

参见图1，可伸缩折叠的四轴飞行器包括中央支撑机构和四套螺旋浆机构，中央支撑机构由上下平行的上平板1和下平板3通过四个支撑螺柱2连接构成，见图5；四套螺旋浆机构均布设于上平板1上，且四套螺旋浆机构的螺旋浆33均布在上平板1的外周，每只螺旋浆33下方对应安装有起落臂机构，起落臂机构包括支撑臂43、滚轮41和滚轮轴42。

参见图3，四套螺旋浆机构为结构相同四套可伸缩的螺旋浆机构。每套可伸缩的螺旋浆机构包括小圆锥齿轮13、伸缩杆、螺旋浆33、电机32和起落臂机构。螺旋浆33安装于电机32的输出轴上，且螺旋浆33和电机32位于伸缩杆的外端；小圆锥齿轮13对应位于伸缩杆的内端；参见图2和图1，与四套螺旋浆机构的四只小圆锥齿轮13啮合传动的大圆锥齿轮12位于上平板1的中部，大圆锥齿轮12连接着伺服电机11的输出轴，伺服电机11位于上平板1和下平板3之间的空间内；伺服电机11、大圆锥齿轮12和四只小圆锥齿轮13构成四套螺旋浆机构的伸缩杆的驱动机构。

参见图3A，伸缩杆包括外伸缩杆18和内伸缩杆15，外伸缩杆18和内伸缩杆15均为方管，内伸缩杆15的内端插设在外伸缩杆18的外端内，内伸缩杆15的内端内固定安装有螺母17；螺杆14位于外伸缩杆18内，与小圆锥齿轮13连接端为光杆，螺杆14配合连接着螺母17，螺母17的外周为方形；参见图3B，外伸缩杆18的内端内固定安装有轴承16，轴承16的内套配合套装在光杆上；螺杆14正向或反向旋转时，螺母17带着内伸缩杆15向外伸缩杆18的内部收缩，螺杆反向或正向旋转时，螺母17带着内伸缩杆15向外伸缩杆18的外部伸出。

参见图1，每套可伸缩的螺旋浆机构的伸缩杆通过折叠机构安装于上平板1上。参见图4，折叠机构包括U形卡块5、支撑柱4、铰链和连杆机构。U形卡块5固定安装于上平板1的周边上，外伸缩杆18的内端和U形卡块5动配合，且外伸缩杆18和U形卡块5之间由铰链连接；连杆机构包括上连杆21和下连杆23，上连杆21的一端和下连杆23的一端之间通过连杆轴22活动连接；上连杆21的另一端活动连接着外伸缩杆18，下连杆23的另一端活动连接着支撑柱4的下端，支撑柱4的上端既连接着U形卡块5的下部，又连接着上平板1的下部。参见图6，当外伸缩杆18脱离U形卡块5时，下连杆23向下转动至支撑柱4的下部呈垂直状，并通过上连杆21带动外伸缩杆18向下转动至下垂状态，此时，上连杆21和下连杆23之间呈90度直角状；参见图4，当外伸缩杆18配合位于U形卡块5内时，外伸缩杆18呈水平状，此时，上连杆21和下连杆23呈180度角的直线状。

本发明的工作原理：

1）携带时，机身处于完全折叠收缩状态，见图8；操控者在地面将飞行器机臂展开，连杆机构和U形卡块将外伸缩杆18（机臂）锁死，见图7；通过遥控装置给飞行控制器发射使机臂伸开命令，飞行控制器控制伺服电机11按照一定速度转动，驱动大圆锥齿轮12的转动，通过齿轮啮合带动四只小圆锥齿轮13的转动进而驱动四根螺杆14转动，在螺母17的拉动下，内伸缩杆15伸展开，见图1；

2）控制升力系统使四轴飞行器起飞，在空中通过遥控装置发射的信号可实现四套可伸缩的螺旋浆机构的伸缩杆的同步自动伸缩，以应对多种复杂环境；

3）飞行器着陆后通过遥控装置控制飞行器的机臂收缩，操控者将连杆机构扳离死点，将机臂折叠，至此完成四轴飞行器的收折。

Claims (4)

1.可伸缩折叠的四轴飞行器，包括中央支撑机构和四套螺旋浆机构，所述中央支撑机构由上下平行的上平板（1）和下平板（3）通过支撑螺柱（2）连接构成；四套螺旋浆机构均布设于上平板（1）上，且四套螺旋浆机构的螺旋浆（33）均布在上平板（1）的外周，每只螺旋浆（33）下方对应设有起落臂机构；其特征在于：所述四套螺旋浆机构为结构相同四套可伸缩的螺旋浆机构；每套可伸缩的螺旋浆机构包括小圆锥齿轮（13）、伸缩杆、螺旋浆（33）、电机（32）和起落臂机构，所述螺旋浆（33）设于电机（32）的输出轴上，且螺旋浆（33）和电机（32）位于伸缩杆的外端，所述小圆锥齿轮（13）对应位于伸缩杆的内端；与四套螺旋浆机构的四只小圆锥齿轮（13）啮合传动的大圆锥齿轮（12）设于上平板（1）的中部，大圆锥齿轮（12）连接着伺服电机（11）的输出轴，所述伺服电机（11）位于上平板（1）和下平板（3）之间的空间内；所述伺服电机（11）、大圆锥齿轮（12）和四只小圆锥齿轮（13）构成四套螺旋浆机构的伸缩杆的驱动机构；

在伺服电机（11）的驱动下，大圆锥齿轮（12）和四只小圆锥齿轮（13）啮合传动，四只小圆锥齿轮（13）通过螺杆（14）的螺纹传动分别同时带动四根伸缩杆实现外伸或内缩。

2.根据权利要求1所述的可伸缩折叠式四轴飞行器，其特征在于：所述伸缩杆包括外伸缩杆（18）和内伸缩杆（15），外伸缩杆（18）和内伸缩杆（15）均为方管，内伸缩杆（15）的内端插设在外伸缩杆（18）的外端内，内伸缩杆（15）的内端内固定设有螺母（17）；所述螺杆（14）位于外伸缩杆（18）内，与小圆锥齿轮（13）连接端为光杆，螺杆（14）配合连接着螺母（17）；外伸缩杆（18）的内端内固定设有轴承（16），轴承（16）的内套配合套设在所述光杆上；螺杆（14）正向或反向旋转时，螺母（17）带着内伸缩杆（15）向外伸缩杆（18）的内部收缩，螺杆（14）反向或正向旋转时，螺母（17）带着内伸缩杆（15）向外伸缩杆（18）的外部伸出。

3.根据权利要求2所述的可伸缩折叠式四轴飞行器，其特征在于：所述螺母（17）的外周为方形，且固定设于方管状的内伸缩杆（15）的内端内。

4.根据权利要求1所述的可伸缩折叠式四轴飞行器，其特征在于：每套可伸缩的螺旋浆机构的伸缩杆通过折叠机构设于上平板（1）上；所述折叠机构包括U形卡块（5）、支撑柱（4）、铰链（24）和连杆机构；所述U形卡块（5）固定设于上平板（1）的周边上，外伸缩杆（18）的内端和U形卡块（5）动配合，且外伸缩杆（18）和U形卡块（5）之间由铰链（24）连接；所述连杆机构包括上连杆（21）和下连杆（23），上连杆（21）的一端和下连杆（23）的一端之间通过连杆轴（22）活动连接；上连杆（21）的另一端活动连接着外伸缩杆（18），下连杆（23）的另一端活动连接着支撑柱（4）的下端，支撑柱（4）的上端既连接着所述U形卡块（5）的下部，又连接着所述上平板（1）的下部；当外伸缩杆（18）脱离U形卡块（5）时，下连杆（23）向下转动至支撑柱（4）的下部呈垂直状，并通过上连杆（21）带动外伸缩杆（18）向下转动至下垂状态，此时，上连杆（21）和下连杆（23）之间呈90度直角状；当外伸缩杆（18）配合位于U形卡块（5）内时，外伸缩杆（18）呈水平状，此时，上连杆（21）和下连杆（23）呈180度角的直线状。