CN104743110A - 一种折叠式空投无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种折叠式空投无人机，属于无人机领域。本发明包括机身主体、收展机构和控制系统，机身主体包括机身底架、垂直机身底架设置的机架支撑杆、固定在机架支撑杆上部的机身顶架、螺旋桨撑杆和螺旋桨，螺旋桨撑杆一端与机身底架上的底架转轴活动连接，螺旋桨撑杆另一端通过电机与螺旋桨连接；螺旋桨撑杆上连接有驱动机构，该驱动机构通过连杆与机身顶架连接；收合状态下，螺旋桨撑杆与机身底架垂直；展开状态下，螺旋桨撑杆处于机身底架所在平面内。本发明将机械连杆机构应用到无人机折叠技术中，并通过驱动舵机控制螺旋桨撑杆展开或收合，自动化程度高，折叠后形状规整，结构紧凑，便于携带，可进行空投使用。

Description

一种折叠式空投无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，更具体地说，涉及一种折叠式空投无人机。

背景技术

无人驾驶飞机，简称无人机(UAV)，是一种处在迅速发展中的新概念飞行器，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低的优点。无人机通过搭载多类传感器，可以实现影像实时传输、高危地区探测功能，是卫星遥感与传统航空遥感的有力补充。目前，无人机的使用范围已经扩宽到军事、科研、民用三大领域，具体在电力、通信、气象、农业、海洋、勘探、摄影、防灾减灾、农作物估产、缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐等领域应用甚广。

传统的无人机不能折叠，整体存放时占用空间大，拆卸零部件存放又会增加操作的复杂性，为了发挥多旋翼小型无人机机动灵活可悬停等特点、又能执行远距离任务，可以将旋翼小型无人机由较大的飞行器携带到远处。因此，多旋翼小型无人机需要设计有折叠形式和可靠的展开机构。

目前所采用折叠式无人机在进行折叠式无人机的设计与制造时，较常见的方案是将旋翼型无人机的翼臂与主机体通过螺栓连接，需要展开翼臂时，松动螺栓，推动翼臂以螺栓为轴心水平转动至与主机体表面垂直的位置；然后紧固螺栓完成旋翼臂展开。但这一方法自动程度不高，需要人工手动完成折叠、展开工作，不能实现翼臂的快速展开，且翼臂折叠状态下的无人机整体结构不够紧凑。

例如中国专利：201310235057.5，申请日：2013年6月14日，该申请案公开了一种空投六旋翼无人机折叠与展开机构，包括折叠包装机构、出筒机构、展开机构和控制系统；折叠包装机构包括具有两个小圆筒耳的圆柱形包装筒、折叠的牵引伞、六旋翼无人机机身、与机身垂直折叠的撑杆；无人机折叠出筒过程：打开牵引伞，在牵引伞作用下牵引绳通过小滑轮和滚珠约束，带动机身滑出包装筒；展开机构，包括摇臂、拉绳、拉绳端处的铰链、摇臂与撑杆连接的铰链、撑杆与机身连接的铰链、控制系统、锁定机构；无人机展开过程：无人机机体滑出包装筒后，与牵引伞连接的拉绳将拉绳端铰链向上拉动，摇臂将撑杆向外推动，直至摇臂呈水平位置时，撑杆通过锁定机构与机身锁定，触动电动机开关，控制系统执行切伞指令，控制六旋翼无人机正常飞行。该专利方案需要借助降落伞完成无人机的展开动作，而且只能进行一次性空投，下次使用时还需要重新装上降落伞，不便于回收。

又如中国专利：201410216866.6，申请日：2014年5月21日，该申请案公开了一种折叠式旋翼型无人机，该旋翼无人机能够紧凑折叠和快速展开，从而有效增强旋翼无人机的应用灵活性。该无人机包括主机体、四个旋翼臂和起落架，每个旋翼臂通过一套铰接机构和限位闭锁机构实现其可靠折叠和展开。当无人机处于折叠状态时，旋翼臂位于主机体上的轴向凹槽内，压紧铰接机构中的扭簧，限位闭锁片在复位弹簧的作用下处于闭锁位置。当需要将无人机的旋翼臂打开时，通过拨片带动限位闭锁片沿主机体周向滑动，解除对旋翼臂的锁紧；扭簧在扭力的作用下带动旋翼臂迅速下落并限制在水平状态。旋翼臂完全打开后，松开拨片，限位闭锁片在复位弹簧的作用下回到闭锁位置，对展开状态下的旋翼臂进行限位锁死。该申请案的无人机同样需要人工拨动拨片才能使旋翼锁定在展开或者是折叠状态，自动化程度低，不能应用到空投技术中，需要进一步改进。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中折叠空投无人机自动化程度低、不能自动完成收展动作的不足，提供了一种折叠式空投无人机，本发明将机械连杆机构应用到无人机折叠技术中，并通过驱动舵机控制螺旋桨撑杆展开或收合，自动化程度高，折叠后形状规整，结构紧凑，便于携带，有助于远距离任务的执行。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种折叠式空投无人机，包括机身主体、收展机构和控制系统，所述的机身主体包括机身底架、垂直机身底架设置的机架支撑杆、固定在机架支撑杆上部的机身顶架、螺旋桨撑杆和螺旋桨，所述机身底架侧面设置有底架凸块，在底架凸块中装有底架转轴，螺旋桨撑杆一端与底架转轴活动连接，螺旋桨撑杆另一端通过电机与螺旋桨连接；收合状态下，螺旋桨撑杆与机身底架垂直；展开状态下，螺旋桨撑杆处于机身底架所在平面内。

作为本发明更进一步的改进，所述的收展机构包括连杆和驱动机构，所述驱动机构包括滑块、驱动舵机和齿轮，所述滑块套装在螺旋桨撑杆上，在滑块上安装驱动舵机和齿轮，所述齿轮穿过滑块表面槽孔与螺旋桨撑杆表面的齿条配合，驱动舵机的电机转轴上装有驱动齿轮，该驱动齿轮与齿轮啮合传动。

作为本发明更进一步的改进，所述滑块两侧对称设置有连杆。

作为本发明更进一步的改进，所述的连杆一端与滑块铰接，连杆的另一端与机身顶架的顶架凸块铰接。

作为本发明更进一步的改进，所述的螺旋桨撑杆上设置有限位块，展开状态下，滑块与限位块贴合。

作为本发明更进一步的改进，所述控制系统控制驱动舵机工作，通过齿轮与齿条啮合传动控制螺旋桨撑杆展开或收合。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种折叠式空投无人机，螺旋桨撑杆一端与底架转轴活动连接，并在螺旋桨撑杆上套装有滑块，滑块上安装驱动舵机和齿轮，齿轮与螺旋桨撑杆表面的齿条配合，通过控制驱动舵机中电机的旋转方向控制螺旋桨撑杆展开或者收合，无需人工干预，自动化程度高，结构合理；

(2)本发明的一种折叠式空投无人机，收合状态下，螺旋桨撑杆与机身底架垂直，结构紧凑，所占空间体积小，便于携带、存放；

(3)本发明的一种折叠式空投无人机，在空投过程中便可控制其自行打开，无需借助外力，而且回收方便，机动灵活，有助于远距离任务的执行。

附图说明

图1为本发明的折叠式空投无人机在展开状态下的结构示意图；

图2为本发明的折叠式空投无人机在收合状态下的结构示意图；

图3为本发明中机身主体的框架结构示意图；

图4为本发明中收展机构的结构示意图；

图5为本发明中螺旋桨撑杆的结构示意图；

图6为本发明中螺旋桨撑杆即将展开时的受力分析图。

示意图中的标号说明：1、机身底架；101、底架凸块；102、底架转轴；2、机架支撑杆；3、机身顶架；301、顶架凸块；4、螺旋桨撑杆；401、转动座；402、限位块；403、齿条；404、翼板；5、螺旋桨；6、连杆；7、驱动机构；701、滑块；702、驱动舵机；703、齿轮。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

参看图1至图5，本实施例的一种折叠式空投无人机，包括机身主体、收展机构和控制系统，所述的机身主体包括机身底架1、垂直机身底架1设置的机架支撑杆2、固定在机架支撑杆2上部的机身顶架3、螺旋桨撑杆4和螺旋桨5。本实施例以四轴飞行器作为优选方案，则机身底架1可为矩形体结构(如图3)，4个机架支撑杆2固定在机身底架1四角，该机架支撑杆2下端突出于机身底架1，具有起落架的作用。在机身底架1侧面设置有底架凸块101，机身底架1每一侧有4个底架凸块101间隔设置。在底架凸块101中装有底架转轴102，螺旋桨撑杆4一端与底架转轴102活动连接，螺旋桨撑杆4另一端通过电机与螺旋桨5连接，且为双电机双螺旋桨结构。为了提高螺旋桨撑杆4结构的稳固性，螺旋桨撑杆4根部两侧固连有翼板404(如图5)，并在螺旋桨撑杆4和翼板404端部间隔设置3个转动座401，该转动座401卡入底架凸块101间的间隔空间并通过底架转轴102连接到一起。螺旋桨撑杆4可绕底架转轴102转动，收合状态下，螺旋桨撑杆4与机身底架1垂直(如图2)；展开状态下，螺旋桨撑杆4处于机身底架1所在平面内(如图1)。

参看图3和图4，本实施例中的收展机构包括连杆6和驱动机构7，所述驱动机构7包括滑块701、驱动舵机702和齿轮703，所述滑块701套装在螺旋桨撑杆4上，在展开状态下的滑块701上表面上安装驱动舵机702和齿轮703，所述齿轮703穿过滑块701表面槽孔与螺旋桨撑杆4表面的齿条403配合，驱动舵机702的电机转轴上装有驱动齿轮，该驱动齿轮与齿轮703啮合传动。

此外，在滑块701两侧对称设置有连杆6，该连杆6一端与滑块701铰接，连杆6的另一端与机身顶架3的顶架凸块301铰接。连杆6、螺旋桨撑杆4以及机身主体的组合部件之间形成三角形结构，滑块701在螺旋桨撑杆4上运动时不断改变螺旋桨撑杆4构成三角形部分的长度，进而达到收展螺旋桨撑杆4的目的。

为了进一步说明螺旋桨撑杆4展开的可行性，结合图6对其受力进行分析。在驱动舵机702启动后，滑块701要向上运动，通过齿轮703对受力点施加有向下的力Fb，由于滑块701以连杆6作为支撑点，连杆6会产生一个反作用到螺旋桨撑杆4上受力点的力Fa，将Fa分解为竖直方向力Fa1和水平方向力Fa2，展开瞬间，竖直方向上受力平衡，而且水平方向上只有分力Fa2，则螺旋桨撑杆4会向Fa2方向运动，逐渐展开。在展开状态下收合螺旋桨撑杆4时，其受力状态与此类似。

在进行机身顶架3的结构设计时，既需要该机身顶架3能够与机架支撑杆2相固定，又需要确保顶架凸块301与收合状态下的螺旋桨撑杆4有一定距离，如果顶架凸块301距离螺旋桨撑杆4太近，驱动舵机702在同样的功率下工作，则螺旋桨撑杆4的收展速度会变慢，影响收展效果。因而本实施例中的机身顶架3的顶角之间采用凹弧过渡，以保证顶架凸块301与收合状态下的螺旋桨撑杆4有足够的距离。为了使螺旋桨撑杆4在展开时能够准确旋转到水平位置，在螺旋桨撑杆4上设置有限位块402，在展开状态下，滑块701与限位块402贴合。

本实施例中的控制系统控制驱动舵机702工作，驱动舵机702中的驱动齿轮转动后带动齿轮703转动，通过齿轮703与齿条403啮合传动控制螺旋桨撑杆4展开或收合。此外，在展开状态下，控制系统控制无人机的飞行工作。

在需要执行远距离工作任务时，使该折叠空投无人机处于收合状态，通过大型飞行器将该折叠空投无人机空运至工作区域上方，空投下该折叠空投无人机；折叠空投无人机距离地面达到预设高度时，控制系统启动驱动舵机702工作，驱动齿轮逆时针旋转，则齿轮703顺时针转动，齿轮703与齿条403啮合传动，连杆6提供的分力使螺旋桨撑杆4向外展开，滑块701向靠近限位块402的一端移动；当滑块701与限位块402贴合时，展开动作完成；在下降风力作用下，螺旋桨5快速旋转提供下降阻力，此时远程遥控折叠空投无人机进行飞行作业，螺旋桨撑杆4上的电机带动螺旋桨5转动，上下双螺旋桨结构能够提供更大的升力，抗阻能力更强，折叠空投无人机很快进入飞行状态，而不至于落到地面坠毁。

当远距离飞行任务完成后，需要收合螺旋桨撑杆4时，首先将该折叠空投无人机将落到平坦区域，依靠机架支撑杆2支撑整个折叠空投无人机；控制系统启动驱动舵机702工作，驱动齿轮顺时针旋转，则齿轮703逆时针转动，齿轮703与齿条403啮合传动，连杆6提供的分力使螺旋桨撑杆4向上收合，在齿轮703移动到齿条403上端时，螺旋桨撑杆4垂直机身底架1，收合动作完成。本发明依靠巧妙的机械结构实现螺旋桨撑杆4的自动展开或收合，自动化程度高，无需人工干预，折叠后形状规整，结构紧凑，便于携带，为远距离飞行任务的执行提供了便利。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种折叠式空投无人机，包括机身主体、收展机构和控制系统，其特征在于：所述的机身主体包括机身底架(1)、垂直机身底架(1)设置的机架支撑杆(2)、固定在机架支撑杆(2)上部的机身顶架(3)、螺旋桨撑杆(4)和螺旋桨(5)，所述机身底架(1)侧面设置有底架凸块(101)，在底架凸块(101)中装有底架转轴(102)，螺旋桨撑杆(4)一端与底架转轴(102)活动连接，螺旋桨撑杆(4)另一端通过电机与螺旋桨(5)连接；收合状态下，螺旋桨撑杆(4)与机身底架(1)垂直；展开状态下，螺旋桨撑杆(4)处于机身底架(1)所在平面内。

2.根据权利要求1所述的一种折叠式空投无人机，其特征在于：所述的收展机构包括连杆(6)和驱动机构(7)，所述驱动机构(7)包括滑块(701)、驱动舵机(702)和齿轮(703)，所述滑块(701)套装在螺旋桨撑杆(4)上，在滑块(701)上安装驱动舵机(702)和齿轮(703)，所述齿轮(703)穿过滑块(701)表面槽孔与螺旋桨撑杆(4)表面的齿条(403)配合，驱动舵机(702)的电机转轴上装有驱动齿轮，该驱动齿轮与齿轮(703)啮合传动。

3.根据权利要求2所述的一种折叠式空投无人机，其特征在于：所述滑块(701)两侧对称设置有连杆(6)。

4.根据权利要求2所述的一种折叠式空投无人机，其特征在于：所述的连杆(6)一端与滑块(701)铰接，连杆(6)的另一端与机身顶架(3)的顶架凸块(301)铰接。

5.根据权利要求4所述的一种折叠式空投无人机，其特征在于：所述的螺旋桨撑杆(4)上设置有限位块(402)，展开状态下，滑块(701)与限位块(402)贴合。

6.根据权利要求5所述的一种折叠式空投无人机，其特征在于：所述控制系统控制驱动舵机(702)工作，通过齿轮(703)与齿条(403)啮合传动控制螺旋桨撑杆(4)展开或收合。