CN104787327A - 一种可变轴距的多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明一种可变轴距的多旋翼飞行器涉及航空飞行器领域，特别是一种可变轴距的六轴多旋翼飞行器。包括机体、电机、电机座、叶浆、支撑短臂、变距机臂和齿轮传动装置；电机、电机座、叶浆、支撑短臂、变距机臂和齿轮传动装置组成旋翼；所述机体由上、下两块正六边形机架夹合而成，上机架为上机体，下机架为下机体；整个机体为正六边体；机体通过连接扣与支撑短臂相连；电机座安装在远离支撑短臂的变距机臂端部，电机卡嵌在电机座顶端；支撑短臂通过连接隼和连接扣与变距机臂相连，形成硬性连接；叶浆与电机通过螺纹连接；在下机体下部安装有步进电机；在上机体与丝杆之间安装有支撑肋板。

Description

一种可变轴距的多旋翼飞行器

技术领域

本发明一种可变轴距的多旋翼飞行器涉及航空飞行器领域，特别是一种可变轴距的六轴多旋翼飞行器。

背景技术

具有垂直起降和悬停功能的旋翼类飞行器，不但在军事领域发挥着重要的 作用，在灾害现场救助，危险环境探查、交通监视或者空中拍摄等领域也展示出巨大应用潜力，受到广泛关注。

当前，旋翼类飞行器主要有单旋翼（主旋翼+尾桨）直升机、双旋翼（共轴反转和非共轴反转）直升机以及多旋翼飞行器三种结构形式，比如美国麦道公司的MH-16直升机、俄罗斯的卡-29直升机、德国Microdrone公司、加拿大 Dranganflyer公司的四旋翼飞行器等。单旋翼直升机通过主旋翼产生升力、侧力 及需要的力矩，通过尾桨克服主旋翼的反扭力矩。双旋翼直升机通过共轴（或非共轴）反转的两个旋翼产生升力、侧力及需要的力矩。四旋翼飞行器通过两对旋转方向相反的旋翼消除对机体产生的扭力，同时产生升力、侧力及需要的扭矩。上述旋翼飞行器共同存在的问题是：其自身都是一个运动耦合系统，在飞行中的方向和姿态是耦合的，灵活性和稳定性较差，且飞行器的升力和重量比较低，设计成小型飞行器时带载能力有限。旋翼旋转平面非共面的六轴多旋翼飞行器可以在空中姿态保持不变的条件下改变运动方向，也可以在保持运动方向不变的条件下进行姿态调节，还可以在改变运动方向的同时进行姿态的改变，实现了运动和姿态的完全解耦。由于支撑臂与主机体固定成一体，现有的六轴多旋翼飞行器都是固定机臂。通过实验发现，大轴距多旋翼飞行器具有高抗风性、高稳定性的特性，但由于阻力大飞行速度较慢，适合执行高空航拍测绘等任务，而小轴距飞行器飞行速度快、机动灵活，但抗风性、稳定性较差，适合执行低空航拍、特技表演等任务。因此，研制出一种多旋翼飞行器轴距可以控制调节的机臂装置势在必行。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种可变轴距的六轴多旋翼飞行器，能有效解决目前六轴多旋翼飞行器的固定轴距抗风稳定性和机动性相互矛盾的问题。

本发明一种可变轴距的六轴多旋翼飞行器是采取以下技术方案实现的：

一种可变轴距的六轴多旋翼飞行器包括机体、电机、电机座、叶浆、支撑短臂、变距机臂和齿轮传动装置；电机、电机座、叶浆、支撑短臂、变距机臂和齿轮传动装置组成旋翼；所述机体由上、下两块正六边形机架夹合而成，上机架为上机体，下机架为下机体；整个机体为正六边体；机体通过连接扣与支撑短臂相连；所述变距机臂由丝杆、两根光杆和电机座组成，两根光杆与丝杆并列排放，光杆和丝杆的轴线平行，对电机座起导向作用；电机座安装在远离支撑短臂的变距机臂端部，电机卡嵌在电机座顶端；支撑短臂通过连接隼和连接扣与变距机臂相连，形成硬性连接；叶浆与电机通过螺纹连接；

所述齿轮传动装置由定位轴承、冠齿和连接轴组成，定位轴承镶嵌于上机体板材中心内，所述定位轴承与连接轴过赢配合，所述连接轴与冠齿过盈配合，对冠齿起悬挂定位作用；所述丝杆近机体端与传动齿轮过盈配合，所述传动齿轮为圆柱直齿齿轮，所述传动齿轮与冠齿外啮合；

在下机体下部安装有步进电机，所述步进电机的输出轴和小齿轮过盈配合，小齿轮与冠齿啮合，所述小齿轮带动冠齿转动；当可变轴距的六轴多旋翼飞行器从出发点前往目标区域时，步进电机转动，小齿轮与所述步进电机轴过盈配合，小齿轮与冠齿啮合，所述小齿轮带动冠齿转动。

在上机体与丝杆之间安装有支撑肋板，支撑肋板对丝杆起到定位和控制位移作用。

所述电机、电机座、叶浆、支撑短臂、变距机臂和齿轮传动装置均有六个。

在变距机臂远机体端设有挡块，在所述挡块上开有三个孔，位于两边的是定位孔，位于中间的中心孔用于安装传动螺母；传动螺母与丝杆内啮合，两根光杆分别穿过两定位孔，将电机座固定在变距机臂端部。

所述电机座的结构与挡块相似，电机座中心为滚珠螺母，两侧孔为光孔，所述光孔与光杆成间隙配合。

在所述机体上部还装有飞行器控制系统、传感器、电池和供电系统。

所述旋翼展开后，相邻旋翼之间夹角为60°，但不局限于该角度。

工作原理：

当可变轴距的六轴多旋翼飞行器从出发点前往目标区域时，步进电机转动，带动冠齿转动；冠齿带动六个丝杆同步转动，六个电机座因滚珠螺母和丝杆啮合将回转运动转化为直线运动，六个电机座会同步沿丝杆方向向中心运动，可变轴距的多旋翼飞行器轴距缩小，飞机灵活性提高。

当到达目标区域时，需要提高稳定性，步进电机反转，所有运动同上，电机座同步向远离中心方向运动，可变轴距的多旋翼飞行器轴距增大，从而使得飞行器的稳定性和抗风性提高。

本发明通过丝杆结构将螺旋运动转为直线运动并实现轴距同步变换解决了多旋翼飞行器大轴距飞行速度慢小轴距坑风能力差的问题，不仅可以高速机动还可以通过变轴距后实现高稳定性。

附图说明

图1是本发明的可变轴距的六轴多旋翼飞行器的结构示意图。

图2是本发明的可变轴距的六轴多旋翼飞行器的结构仰视图。

图3是本发明的可变轴距的六轴多旋翼飞行器的旋翼结构示意图。

图4是本发明的挡块结构示意图。

图中：1、定位轴承，2、连接轴，3、冠齿，4、支撑肋板，5、连接扣，6、丝杆，7、光杆，8、支撑短臂，9、传动齿轮，10、机架，11、起落架，12、电机，13、叶浆，14、电机座，15、挡块，16、步进电机，10-1、上机体，10-2、下机体，17、定位孔，18、中心孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

参照附图1~4，本发明一种可变轴距的六轴多旋翼飞行器包括机体、电机12、电机座14、叶浆、支撑短臂、变距机臂和齿轮传动装置；电机12、电机座14、叶浆、支撑短臂、变距机臂和齿轮传动装置组成旋翼；所述机体由上、下两块正六边形机架10夹合而成，上机架为上机体10-1，下机架为下机体10-2；整个机体为正六边体；机体通过连接扣5与支撑短臂8相连；所述变距机臂由丝杆6、两根光杆7和电机座14组成，两根光杆7与丝杆6并列排放，光杆7和丝杆6的轴线平行，对电机座14起导向作用；电机座14安装在远离支撑短臂8的变距机臂端部，电机12卡嵌在电机座14顶端；支撑短臂8通过连接隼和连接扣5与变距机臂相连，形成硬性连接；叶浆13与电机12通过螺纹连接；

所述齿轮传动装置由定位轴承1、冠齿3和连接轴2组成，定位轴承1镶嵌于上机体10-1板材中心内，所述定位轴承1与连接轴2过赢配合，所述连接轴2与冠齿3过盈配合，对冠齿3起悬挂定位作用；所述丝杆6近机体端与传动齿轮9过盈配合，所述传动齿轮9为圆柱直齿齿轮，所述传动齿轮9与冠齿3外啮合；

在下机体10-2下部安装有步进电机16，所述步进电机16的输出轴和小齿轮过盈配合，小齿轮与冠齿3啮合，所述小齿轮带动冠齿3转动；当可变轴距的六轴多旋翼飞行器从出发点前往目标区域时，步进电机16转动，小齿轮与所述步进电机轴过盈配合，小齿轮与冠齿3啮合，所述小齿轮带动冠齿3转动。

在上机体10-1与丝杆6之间安装有支撑肋4板，支撑肋板4对丝杆6起到定位和控制位移作用。

所述电机12、电机座14、叶浆13、支撑短臂8、变距机臂和齿轮传动装置均有六个。

在变距机臂远机体端设有挡块15，在所述挡块15上开有三个孔，位于两边的是定位孔17，位于中间的中心孔18用于安装传动螺母；传动螺母与丝杆6内啮合，两根光杆7分别穿过两定位孔17，将电机座14固定在变距机臂端部。

所述电机座14的结构与挡块15相似，电机座14中心为滚珠螺母，两侧孔为光孔，所述光孔与光杆7成间隙配合。

在所述机体上部还装有飞行器控制系统、传感器、电池和供电系统。

所述旋翼展开后，相邻旋翼之间夹角为60°，但不局限于该角度。

当飞机从出发点前往目标区域时步进电机转动，带动冠齿转动，冠齿带动六个丝杆同步转动，由于六个电机座的滚珠螺母和丝杆啮合，六个电机座同步沿丝杆方向向中心运动，轴距缩小，飞机灵活性提高。当到达目标区域时需要提高稳定性，步进电机反转所有运动同上，电机座同步向远离中心方向运动，稳定性抗风性提高。

Claims (5)

1.一种可变轴距的六轴多旋翼飞行器，其特征在于：包括机体、电机、电机座、叶浆、支撑短臂、变距机臂和齿轮传动装置；电机、电机座、叶浆、支撑短臂、变距机臂和齿轮传动装置组成旋翼；所述机体由上、下两块正六边形机架夹合而成，上机架为上机体，下机架为下机体；整个机体为正六边体；机体通过连接扣与支撑短臂相连；所述变距机臂由丝杆、两根光杆和电机座组成，两根光杆与丝杆并列排放，光杆和丝杆的轴线平行，对电机座起导向作用；电机座安装在远离支撑短臂的变距机臂端部，电机卡嵌在电机座顶端；支撑短臂通过连接隼和连接扣与变距机臂相连，形成硬性连接；叶浆与电机通过螺纹连接；

所述齿轮传动装置由定位轴承、冠齿和连接轴组成，定位轴承镶嵌于上机体板材中心内，所述定位轴承与连接轴过赢配合，所述连接轴与冠齿过盈配合，对冠齿起悬挂定位作用；所述丝杆近机体端与传动齿轮过盈配合，所述传动齿轮为圆柱直齿齿轮，所述传动齿轮与冠齿外啮合；

在下机体下部安装有步进电机，所述步进电机的输出轴和小齿轮过盈配合，小齿轮与冠齿啮合，所述小齿轮带动冠齿转动；当可变轴距的六轴多旋翼飞行器从出发点前往目标区域时，步进电机转动，小齿轮与所述步进电机轴过盈配合，小齿轮与冠齿啮合，所述小齿轮带动冠齿转动；

在上机体与丝杆之间安装有支撑肋板，支撑肋板对丝杆起到定位和控制位移作用；

所述电机、电机座、叶浆、支撑短臂、变距机臂和齿轮传动装置均有六个。

2.根据权利要求1所述的可变轴距的六轴多旋翼飞行器，其特征在于：在变距机臂远机体端设有挡块，在所述挡块上开有三个孔，位于两边的是定位孔，位于中间的中心孔用于安装传动螺母；传动螺母与丝杆内啮合，两根光杆分别穿过两定位孔，将电机座固定在变距机臂端部。

3.根据权利要求2所述的可变轴距的六轴多旋翼飞行器，其特征在于：所述电机座的结构与挡块相似，电机座中心为滚珠螺母，两侧孔为光孔，所述光孔与光杆成间隙配合。

4.根据权利要求1所述的可变轴距的六轴多旋翼飞行器，其特征在于：在所述机体上部还装有飞行器控制系统、传感器、电池和供电系统。

5.根据权利要求1所述的可变轴距的六轴多旋翼飞行器，其特征在于：所述旋翼展开后，相邻旋翼之间夹角为60°，但不局限于该角度。