CN105235897B - 一种机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器，包括：中间的机身和四套螺旋桨机构以及飞行控制模块和电池，机身由上壳和下壳通过螺钉连接构成；四套螺旋桨机构包括四个固定在上壳和下壳内部空腔结构里的带码盘的无刷电机、四个两两互相平行布局的机臂轴，四个带码盘的无刷电机的电机轴通过紧定螺钉分别与四个机臂轴一端连接，四个机臂轴的另一端分别通过电机套连接螺旋桨电机和螺旋桨，飞行控制模块与电池和螺旋桨电机、带码盘的无刷电机电路连接，用于通过调整四个机臂轴的定位角度及螺旋桨转速来控制四轴飞行器的飞行状态。本发明节省空间，控制更加简单灵敏，更好地适应各种复杂的地形，而且方便携带，且具备良好自我保护能力。

Description

一种机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器。

背景技术

四轴飞行器，又称四旋翼飞行器，是一种多旋翼飞行器。四轴飞行器是一种较为常见的小型飞行器，广泛应该用军事侦察、资源侦测、灾后搜救、民用航拍、赛事航拍、交通巡逻等。现有的四轴飞行器其机臂多为整体构造，且与机身固为一体，多采用模具成型；少数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。现有的四轴飞行器的四个机臂基本以十字形或X形布局，通过改变四个螺旋桨电机的转速获得机身升降、前进、旋转的力，从而调整自身姿态。但是，为了达到各种飞行姿态，要确定四个螺旋桨电机转速的比例和控制四个螺旋桨转速的配合难度比较大，而且容易出现失控现象；另外，四个机臂十字形或X形的布局占用的空间较大，限制了四轴飞行器应对复杂地形的能力，使得四轴飞行器加速前进和紧急减速性能相对较差，而且携带不方便。因此，为了提高四轴飞行器飞行的稳定性和飞行速度、提高飞行器加速前进和紧急减速的性能、提高对飞行器螺旋桨提供的推动力的利用率、降低电路控制的难度，需要研制一种机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器。

发明内容

从直升机升降原理和和喷射式飞机飞行机构原理得到设计灵感，设计了四个机臂轴分别由四个电机独立控制倾斜角度并且机臂轴两两互相平行布局的四轴飞行器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器，包括：中间的机身和四套螺旋桨机构以及飞行控制模块和电池，所述的机身由上壳和下壳通过螺钉连接构成；四套螺旋桨机构包括四个固定在上壳和下壳内部空腔结构里的带码盘的无刷电机、四个两两互相平行布局的机臂轴，四个带码盘的无刷电机的电机轴通过紧定螺钉分别与四个机臂轴一端连接，四个机臂轴的另一端分别通过电机套连接螺旋桨电机和螺旋桨，所述的四个机臂轴以两两互相平行的方式布局，便于四个带码盘的无刷电机控制四个机臂轴的定位角度，并且节约空间。

所述飞行控制模块与电池和螺旋桨电机、带码盘的无刷电机电路连接，用于通过调整四个机臂轴的定位角度及螺旋桨转速来控制四轴飞行器的飞行状态。

进一步地，四个机臂轴上均固定设置有用于保护螺旋桨的螺旋桨保护环，有效保护螺旋桨免受破坏，避免飞行器在飞行过程中旋转着的螺旋桨碰撞到其他物体，导致失控坠机。

进一步地，所述螺旋桨保护环上相交90度地设置有支撑圈，四个机臂轴在处于任何倾斜角的情况下，支撑圈对整个飞行器都有保护作用，在起飞或者降落时能对飞行器整体有支撑、保持平稳的作用。

进一步地，所述飞行控制模块通过四个带码盘的无刷电机控制四个机臂轴的定位角度以及相应调整螺旋桨电机控制螺旋桨转速来实现四轴飞行器的上升、下降、前进、后退、加速、制动、拐弯、旋转，当四个螺旋桨平行于地面时，通过控制螺旋桨的转速来实现四轴飞行器竖直上升、下降的功能；当四个螺旋桨中前面一对螺旋桨与地面平行，后面一对螺旋桨与地面成一定角度时，可以实现四轴飞行器前进、加速前进、加速后退等功能；当四个螺旋桨均与地面成一定角度时，可以实现四轴飞行器斜上升前进飞行的功能；当四个螺旋桨中前面一对螺旋桨与地面平行，后面一对螺旋桨与地面成一定角度时，可以实现四轴飞行器后退、加速后退、减速前进等功能；当四个螺旋桨均与地面成一定角度时，可以实现四轴飞行器斜上升后退飞行的功能；当左右两边的螺旋桨相对地面的倾斜角不同时，可以实现四轴飞行器拐弯、旋转等功能。

进一步地，所述的螺旋桨与螺旋桨电机的电机轴通过紧定螺钉连接。

进一步地，所述的四个带码盘的无刷电机的电机轴与四个机臂轴通过紧定螺钉连接。

进一步地，所述的电机套的几何形状刚好让螺旋桨电机固定在其上，并通过螺钉与机臂轴连接，安装时，使电机套变形，并根据几何形状把其套在螺旋桨电机上，然后再在螺旋桨电机上安装螺旋桨，最后通过螺钉把电机套安装在机臂轴上。

进一步地，所述的电机套采用弹性橡胶原料制作。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明对比已有技术具有以下创新点和优点包括：

1、本发明采用四个机臂轴与四个带码盘无刷电机的电机轴通过紧定螺钉直接连接，带码盘无刷电机固定在机身内的结构，使得四个机臂轴可以独立自由旋转。通过带码盘无刷电机控制四个机臂轴的倾斜角度，并且结合螺旋桨的转速，从而实现四轴飞行器的上升、下降、前进、后退、加速、制动、拐弯、旋转等功能。

2、本发明通过倾斜四个机臂轴的角度来辅助实现四轴飞行器的各种飞行姿态，降低了对测试、控制四个螺旋桨转速的要求，并且能够更加简单地实现各种飞行姿态。

3、通过倾斜机臂轴从而倾斜螺旋桨改变螺旋桨推动力的方向，提高了对螺旋桨提供的推动力的利用率，因而降低了对螺旋桨电机的要求，提高了四轴飞行器加速和减速的加速度，让四轴飞行器更加灵敏，从而更好地适应各种复杂的飞行环境。

4、本发明的四个机臂轴采用两两互相平行的布局，便于带码盘的无刷电机控制机臂轴的定位角度，对比于现有飞行器的十字形、X形布局，减少了四轴飞行器的体积和边界尺寸，更加节省空间，从而使四轴飞行器更加灵敏，更好地适应各种复杂的地形，而且方便携带。

5、本发明的四轴飞行器机臂轴的圆形防护圈处和机臂轴防护圈上的支撑圈不仅能有效地保护螺旋桨和机体，而且避免飞行器在飞行过程中旋转着的螺旋桨碰撞到其他物体，导致失控坠机。另外，四个机臂轴在处于任何倾斜角的情况下，支撑圈对整个飞行器都有保护作用，在起飞或者降落时能对飞行器整体有支撑、保持平稳的作用。

附图说明

图1为本发明一个实施例的轴测示意图。

图2为图1 中A处的局部放大示意图。

图3为本发明一个实施例的仰视示意图。

图4为图3中C处的局部放大图。

图5为本发明一个实施例隐藏了下壳的仰视轴测示意图。

图6为图5中 B处的局部放大示意图。

图7为本发明一个实施例竖直上升或下降和原地旋转的一种状态示意图。

图8为本发明一个实施例匀速前进或加速前进或减速后退的一种状态示意图。

图9为本发明一个实施例斜向上前进的一种状态示意图。

图10为本发明一个实施例匀速后退或加速后退或减速前进的一种状态示意图。

图11为本发明一个实施例斜向上后退的一种状态示意图。

图12为本发明一个实施例拐弯或旋转的一种状态示意图。

图中序号为：11-上壳、12-下壳、13-带码盘的无刷电机、14-飞行控制模块、15-电池、2-机臂轴、31-电机套、32-螺旋桨电机、33-螺旋桨、4-支撑圈、5-螺旋桨保护环。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1至图6所示，一种机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器，包括：中间的机身和四套螺旋桨机构以及飞行控制模块14和电池15，所述的机身由上壳11和下壳12通过螺钉连接构成(图3、图4)；四套螺旋桨机构包括四个固定在上壳11和下壳12内部空腔结构里的带码盘的无刷电机13、四个两两互相平行布局的机臂轴2，四个带码盘的无刷电机13的电机轴通过紧定螺钉分别与四个机臂轴2一端连接，四个机臂轴2的另一端分别通过电机套31连接螺旋桨电机32和螺旋桨33，两两互相平行的布局便于四个带码盘的无刷电机13控制四个机臂轴2的定位角度，对比于现有飞行器的十字形、X形布局，减少了四轴飞行器的体积和边界尺寸，更加节省空间，从而使四轴飞行器更加灵敏，更好地适应各种复杂的地形，而且方便携带。所述飞行控制模块14与电池15和螺旋桨电机32、带码盘的无刷电机13电路连接，用于通过调整四个机臂轴2的定位角度及螺旋桨33转速来控制四轴飞行器的飞行状态。

如图2所示，所述的电机套31所述的电机套31采用弹性橡胶原料制作，它的几何形状刚好让螺旋桨电机32固定在其上，并通过螺钉与机臂轴2连接。所述的螺旋桨33与螺旋桨电机32的电机轴通过紧定螺钉连接，安装时，使电机套31变形，并根据几何形状把其套在螺旋桨电机32上，然后再在螺旋桨电机32上安装螺旋桨33，最后通过螺钉把电机套31安装在机臂轴2上。

四个机臂轴2上均固定设置有用于保护螺旋桨的螺旋桨保护环5，所述螺旋桨保护环5上相交90度地设置有支撑圈4，不仅能有效地保护螺旋桨和机体，而且避免飞行器在飞行过程中旋转着的螺旋桨碰撞到其他物体，导致失控坠机。另外，四个机臂轴在处于任何倾斜角的情况下，支撑圈对整个飞行器都有保护作用，在起飞或者降落时能对飞行器整体有支撑、保持平稳的作用。

所述飞行控制模块14通过四个带码盘的无刷电机13控制四个机臂轴2的定位角度以及相应调整螺旋桨电机32控制螺旋桨33转速来实现四轴飞行器的上升、下降、前进、后退、加速、制动、拐弯、旋转。

所述的四个带码盘的无刷电机13的电机轴与四个机臂轴2通过紧定螺钉连接。

参考图7至图12，四个带码盘的无刷电机13通过控制四个机臂轴2的定位角度并配合螺旋桨电机控制螺旋桨转速来实现四轴飞行器的上升、下降、前进、后退、加速、制动、拐弯、旋转等功能，通过倾斜机臂轴2从而倾斜螺旋桨33改变螺旋桨33推动力的方向，提高了对螺旋桨33提供的推动力的利用率，因而降低了对螺旋桨电机32的要求，提高了四轴飞行器加速和减速的加速度，让四轴飞行器更加灵敏，从而更好地适应各种复杂的飞行环境。

参考图7，当四个螺旋桨33平行于地面时，通过控制螺旋桨33的转速来实现四轴飞行器竖直上升和下降、原地旋转等功能；

参考图8，当四个螺旋桨33中靠近机头的前面一对螺旋桨与地面平行，靠近机尾的后面一对螺旋桨33与地面成一定角度时，可以实现四轴飞行器匀速前进、加速前进、减速后退等功能；

参考图9，当四个螺旋桨33均与地面向前成一定角度时，可以实现四轴飞行器斜向上前进飞行的功能；

参考图10，当四个螺旋桨33中靠近机头的前面一对螺旋桨33与地面平行，靠近机尾的后面一对螺旋桨33与地面成一定角度时，可以实现四轴飞行器后退、加速后退、减速前进等功能；

参考图11，当四个螺旋桨33均与地面向后成一定角度时，可以实现四轴飞行器斜向上后退飞行的功能；

参考图12，当左右两边的螺旋桨33相对地面的倾斜角不同时，可以实现四轴飞行器拐弯、旋转等功能。

以上所述仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所做得任何简单修改、等同变化和修饰，均属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器，包括：中间的机身和四套螺旋桨机构以及飞行控制模块（14）和电池（15），其特征在于：所述的机身由上壳（11）和下壳（12）通过螺钉连接构成；四套螺旋桨机构包括四个固定在上壳（11）和下壳（12）内部空腔结构里的带码盘的无刷电机（13）、四个两两互相平行布局的机臂轴（2），四个带码盘的无刷电机（13）的电机轴通过紧定螺钉分别与四个机臂轴（2）一端连接，四个机臂轴（2）的另一端分别通过电机套（31）连接螺旋桨电机（32）和螺旋桨（33），所述飞行控制模块（14）与电池（15）和螺旋桨电机（32）、带码盘的无刷电机（13）电路连接，用于通过调整四个机臂轴（2）的定位角度及螺旋桨（33）转速来控制四轴飞行器的飞行状态。

2.根据权利要求1所述的机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器，其特征在于：四个机臂轴（2）上均固定设置有用于保护螺旋桨的螺旋桨保护环（5）。

3.根据权利要求2所述的机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器，其特征在于：所述螺旋桨保护环（5）上相交90度地设置有支撑圈（4）。

4.根据权利要求1所述的机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器，其特征在于：所述飞行控制模块（14）通过四个带码盘的无刷电机（13）控制四个机臂轴（2）的定位角度以及相应调整螺旋桨电机（32）控制螺旋桨（33）转速来实现四轴飞行器的上升、下降、前进、后退、加速、制动、拐弯、旋转。

5.根据权利要求1所述的机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器，其特征在于：所述的螺旋桨（33）与螺旋桨电机（32）的电机轴通过紧定螺钉连接。

6.根据权利要求1所述的机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器，其特征在于：所述的四个带码盘的无刷电机（13）的电机轴与四个机臂轴（2）通过紧定螺钉连接。

7.根据权利要求1所述的机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器，其特征在于：所述的电机套（31）的几何形状刚好让螺旋桨电机（32）固定在其上，并通过螺钉与机臂轴（2）连接。

8.根据权利要求7所述的机臂轴可转动的平行轴四轴飞行器，其特征在于：所述的电机套（31）采用弹性橡胶原料制作。