CN105151290A - 一种高空姿态稳定四旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高空姿态稳定四旋翼无人机，包括机身，所述机身上固定连接有四条机臂，机臂的末端安装有旋翼，所述旋翼通过旋翼安装座连接在机臂的末端，所述旋翼安装座包括承托结构部和旋转结构部，所述承托结构部用以固定旋转结构部，所述旋转结构部可摆动连接在承托结构部内，且其内部安装有旋转电机，旋转电机的动力输出轴贯穿旋转结构部与旋翼固定连接，所述旋转结构部的底部呈圆弧状且设有轮齿，承托结构部上设有摆动电机，摆动电机的动力输出轴上设有驱动齿轮与旋转结构部底部的轮齿啮合。本发明有效的应对高空中持续大风导致的航拍画面出现抖动的问题，使得画质更稳定。

Description

一种高空姿态稳定四旋翼无人机

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种高空姿态稳定四旋翼无人机。

背景技术

无人机，也叫做无人飞行载具，或称无人飞机、无人飞机系统，不需要驾驶员在驾驶，通过地面遥控或自动驾驶技术，进行科学观测、战场侦查等任务的飞行器。无人机分为军用和民用，实际上最早的无人机是用于军用方面的，而随着时代的发展和技术的进步，无人机技术逐步向民用渗透，发展了大量的民用无人机。目前，民用无人机应经被广泛的应用于航拍、电影、农业、地产、新闻、消防、救援、能源、野生动物保护等领域。

民用无人机中，航拍是应用较为广泛的一个方面。航拍主要以常规无法实现的角度进行拍摄，获取更为丰富的信息，设备主要由无人机+云台+摄像机组成。航拍用的无人机主要有直升、固定翼、多旋翼、伞翼，而目前的多旋翼无人机航拍技术较为成熟，其飞行稳定，可以悬停，操作简单，成为目前最适合的航拍选择。

多旋翼无人机航拍中，四旋翼无人机为最简单且最流行的一种。虽然目前的四旋翼航拍无人机在无人机中保有量大，但是不可避免的是，其依然存在致命的缺点，即其在航拍时，画面极容易出现抖动，具体表现为：

1．部分四旋翼无人机体积小、重量轻，也正是由于这样，这部分无人机本身的高频振动和低频抖动影响拍摄的稳定性，目前解决这一问题的惯用手段为通过配置航拍稳定云台来抵消这部分的影响，稳定云台多是通过电子设备检测摄像机或照相机的姿态变化，控制舵机反向补偿来实现摄像机或照相机的稳定，这是目前对高频振动和低频抖动的有效方法，不可否认的是，这种方法能一定程度上提高画面的稳定性，如申请号为200910258080.X的发明专利公开了一种三自由度惯性稳定航拍云台，通过该发明中的云台，能在一定程度上消除由于无人机高频和低频震动对航拍图像造成的影响，但是这种云台结构复杂、成本较高，不便于大规模的普及。

2．地面附近的风速相对比较稳定，以地面为基准随着高度的升高，风速也随之增大，四旋翼无人机在空中飞行时，会受到几倍于地面的风速，极其容易出现大幅度的抖动，这种抖动并不能用稳定云台来抵消，因此对航拍画质影响极大，而目前暂时没有出现一种有效应对持续大风导致大幅度抖动的无人机。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能应对高空中持续大风导致机身大幅度抖动的高空姿态稳定四旋翼无人机。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：

一种高空姿态稳定四旋翼无人机，包括机身，所述机身上固定连接有四条机臂，机臂的末端安装有旋翼，所述旋翼通过旋翼安装座连接在机臂的末端，所述旋翼安装座包括承托结构部和旋转结构部，所述承托结构部包括第一固定板、第二固定板和第三固定板，第二固定板和第三固定板相对设置且分别垂直于第一固定板的两边，形成一个凹型结构，第一固定板固定在机臂上使得第二固定板和第三固定板与机臂相对平行；所述旋转结构部可摆动连接在第二固定板和第三固定板之间，其内部安装有旋转电机，旋转电机的动力输出轴贯穿旋转结构部与旋翼固定连接，所述旋转结构部的底部呈圆弧状且设有轮齿，第三固定板上设有摆动电机，摆动电机的动力输出轴上设有驱动齿轮与旋转结构部底部的轮齿啮合。

在高空中遇到大风抖动的情况下，无人机内的控制系统通过姿态传感器获取无人机当前的姿态信息并进行处理，进而控制旋翼安装座上的摆动电机驱动旋转结构部摆动一定的角度，例如，当无人机由于大风向一侧倾斜时，控制系统控制旋转结构部转动一定角度，此时旋翼产生的力的方向已经改变，以此来抵消风力的作用，因此能大幅度减缓持续大风带来的抖动，保证了航拍画面的稳定。承托结构部安装在机臂上时，第二固定板和第三固定板与机臂相对平行，使得旋转结构部能在与机臂同一平面内转动，这种转动方向才能大幅度减缓持续大风带来的抖动，假若承托结构部安装在机臂上而第二固定板和第三固定板与机臂相对垂直时，旋转结构部只能在与机臂垂直的平面内转动，但是这种转动，虽然力的方向是改变了，但是力臂短，很难达到有效的姿态调整，而前者由于有较长的力臂，即机臂，所以能有效的调整姿态。旋转结构部可摆动连接在第二固定板和第三固定板之间，此有多种方式，例如在旋转结构部与第二固定板和第三固定板之间设置转轴，这种摆动方式有多种，在此不再累述。

所述第一固定板的底部设有滑块，机臂的上表面设有与滑块相配合的滑轨，所述滑块的一端通过弹簧与机臂的端部连接，另一端通过传动带与驱动装置连接，通过驱动装置的驱动使得旋翼安装座实现在机臂上线性移动。

为了进一步的增加平稳性能，通过旋翼安装座来实现。安装座的移动改变了力臂的长度，在配合力的方向的调整，能更加快速、有效的调整姿态。

所述驱动装置包括中心电机和棘轮机构，棘轮机构的中轴与传动带连接，其外部转轮与设置在中心电机动力输出轴上的驱动齿轮相互啮合，所述中心电机设置在机身中心，其同时驱动两条相对机臂上的旋翼安装座，且与中心电机的驱动齿轮啮合的两个棘轮机构，其中一个顺时针驱动转动，另一个逆时针驱动转动。

以上结构实现了一个中心电机即可控制两个旋翼安装座，因此，在四旋翼无人机内只需设置两个中心电机即可。与同一中心电机啮合的棘轮机构为不同方向驱动，因此，当中心电机上的驱动齿轮顺时针转动的时候，与之啮合的两个棘轮机构均为逆时针转动，因而只有其中一个棘轮机构能带动棘轮机构中轴转动，从而通过缩短传动带实现旋翼安装座的移动，而另一个棘轮机构则会打滑，不会带动其中轴的转动，因而这个棘轮机构对应的旋转安装座则不会移动，而当中心电机逆时针转动的时候，上述效果则相反。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1．本发明的四旋翼无人机通过旋翼的转动和旋翼安装座的移动来改变力的方向和力臂的长短，从而抵消持续风力引起的机身倾斜或抖动，能快速的实现对无人机姿态的调整，有效的保证了航拍画面的稳定；

2．本发明的四旋翼无人机结构简便，不需要像稳定云台那样复杂的结构才能完成对姿态的调整，具有更低的生产成本和维修成本。

附图说明

图1为实施例1四旋翼无人机整体结构示意图；

图2为摆动电机驱动旋转部件转动结构示意图；

图3为驱动装置驱动旋翼安装座线性移动结构示意图；

图4为棘轮机构结构示意图；

其中，1、机身；2、机臂；21、滑轨；3、旋翼；411、第一固定板；412、第二固定板；413、第三固定板；414、摆动电机驱动齿轮；42、旋转结构部；421、轮齿；5、滑块；6、弹簧；71、中心电机；711、中心电机驱动齿轮；721、棘爪；722、转轮；723、中轴；724、棘轮；73、传送带。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

实施例1

如图1所示，一种高空姿态稳定四旋翼无人机，包括机身1，所述机身1上固定连接有四条机臂2，机臂2的末端安装有旋翼3，所述旋翼3通过旋翼安装座连接在机臂2的末端，所述旋翼安装座包括承托结构部和旋转结构部42，所述承托结构部包括第一固定板411、第二固定板412和第三固定板413，第二固定板412和第三固定板413相对设置且分别垂直于第一固定板411的两边，形成一个凹型结构，第一固定板411固定在机臂2上使得第二固定板412和第三固定板413与机臂2相对平行；所述旋转结构42通过设置转轴可摆动连接在第二固定板412和第三固定板413之间，其内部安装有旋转电机，旋转电机的动力输出轴贯穿旋转结构部42与旋翼3固定连接。如图2所示，所述旋转结构部42的底部呈半圆形且设有轮齿421，第三固定板413上设有摆动电机，摆动电机的动力输出轴上设有驱动齿轮414与旋转结构部42底部的轮齿421啮合，通过摆动电机的驱动，实现旋转机构部42的转动，在遇到持续大风抖动的情况下，无人机内控制系统通过姿态传感器获取当前无人机姿态并进行处理，后控制摆动电机的运动使得旋转机构部42转动，从而改变力的方向，抵消风力的作用。

如图3所示，所述第一固定板411的底部设有滑块5，机臂2的上表面设有与滑块相配合的滑轨21，所述滑块5的一端通过弹簧6与机臂2的端部连接，另一端通过传动带73与驱动装置连接，通过驱动装置的驱动使得旋翼安装座实现在机臂2上线性移动。具体为，所述驱动装置包括中心电机71和棘轮机构，棘轮机构的中轴723与传动带73连接，其外部转轮722与设置在中心电机71动力输出轴上的驱动齿轮711相互啮合，所述中心电机71设置在机身1中心，其同时驱动两条相对机臂上的旋翼安装座，且与中心电机71的驱动齿轮711啮合的两个棘轮机构，其中一个顺时针驱动转动，另一个逆时针驱动转动。如图4所示，通过棘爪721和棘轮724配合，当中心电机71的驱动齿轮711顺时针转动时，与之啮合的两个棘轮机构均为逆时针运动，顺时针驱动转动的棘轮机构打滑，对应的中轴不转动，逆时针驱动转动的棘轮机构实现驱动，对应的中轴转动，从而使得传送带缩短。

Claims (3)

1.一种高空姿态稳定四旋翼无人机，包括机身，所述机身上固定连接有四条机臂，机臂的末端安装有旋翼，其特征在于，所述旋翼通过旋翼安装座连接在机臂的末端，所述旋翼安装座包括承托结构部和旋转结构部，所述承托结构部包括第一固定板、第二固定板和第三固定板，第二固定板和第三固定板相对设置且分别垂直于第一固定板的两边，形成一个凹型结构，第一固定板固定在机臂上使得第二固定板和第三固定板与机臂相对平行；所述旋转结构部可摆动连接在第二固定板和第三固定板之间，其内部安装有旋转电机，旋转电机的动力输出轴贯穿旋转结构部与旋翼固定连接，所述旋转结构部的底部呈圆弧状且设有轮齿，第三固定板上设有摆动电机，摆动电机的动力输出轴上设有驱动齿轮与旋转结构部底部的轮齿啮合。

2.根据权利要求1所述的高空姿态稳定四旋翼无人机，其特征在于，所述第一固定板的底部设有滑块，机臂的上表面设有与滑块相配合的滑轨，所述滑块的一端通过弹簧与机臂的端部连接，另一端通过传动带与驱动装置连接，通过驱动装置的驱动使得旋翼安装座实现在机臂上线性移动。

3.根据权利要求2所述的高空姿态稳定四旋翼无人机，其特征在于，所述驱动装置包括中心电机和棘轮机构，棘轮机构的中轴与传动带连接，其外部转轮与设置在中心电机动力输出轴上的驱动齿轮相互啮合，所述中心电机设置在机身中心，其同时驱动两条相对机臂上的旋翼安装座，且与中心电机的驱动齿轮啮合的两个棘轮机构，其中一个顺时针驱动转动，另一个逆时针驱动转动。