一种可变形无人飞行器
技术领域
本发明涉及微小型无人飞行器技术领域,尤其是一种可变形无人飞行器。
背景技术
目前,微小型无人飞行器在军用和民用行业均具有广阔的前景,可以用于近地面的监测、侦察等任务,也可用于短时间的室内室外的航拍项目。现有技术的微小型无人飞行器,为了控制飞行器的重量和尺寸,通常采用特殊材料来实现,然而,由于微小型飞行器是在高空执行航拍任务,需要有足够大的空间视角才能获得较好的航拍效果。而由于现有的飞行器的基本架构都是采用固定的刚体结构,在航拍过程中,无法通过改变形状而达到扩大飞行器视野的目的。
为了克服上述缺陷,工程师们开发了一种通过在飞行器的结构上进行改进而获得可视空间优化的一种微小型无人飞行器,如中国专利公开号为:CN103921933A的文件所公开的《飞行器变形结构及微型飞行器》,其结构包括机身、变形机架、动力装置和起落架,起落架安装于变形机架上,机身包括动力电机,动力电机通过丝杆与变形机架传动连接,其通过丝杆的上下运动带动变形机架产生上翘或下移等变化,当飞行器起飞时,通过动力电机驱动丝杆向一个方向旋转使得变形机架上翘,扩大飞行器视野,当飞行器降落过程中,通过动力电机驱动丝杆向另一个方向旋转使得变形机架下移,使得起落架与地面接触,避免机身落地。本发明基于上述飞行器结构,提供了一种传动结构不同的可变形机架的飞行器。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种可扩大飞行器视野的可变形无人飞行器,该飞行器在航拍过程中可以实现360°无遮挡拍摄,本发明具有成本低、反应快、便于安装等优点。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种可变形无人飞行器,包括机身、变形机架,变形机架上设有可驱动机身和变形机架起飞或降落的动力装置,变形机架上还设有起落架,变形机架分布于机身两侧,机身包括驱动部、传动部和安装座,驱动部设置于安装座上,其特征在于:所述传动部包括齿轮传动组件,齿轮传动组件包括与驱动部同步运动的输出齿轮,输出齿轮啮合减速齿轮组件,减速齿轮组件通过传动齿轮分别与机身两侧的变形机架传动连接,所述机身还包括角度控制装置,该角度控制装置包括信号接收器、角度检测器和控制电路,信号接收器的输入端与控制电路连接,角度检测器的输入端与控制电路连接,控制电路的输出端与驱动部电连接。
上述结构中,变形机架至少有2个,分别位于机身两侧,变形机架上的起落架用于搁置于地面,避免机身落地时遭到碰撞,变形机架上的动力装置包括旋桨电机和旋桨,旋桨电机驱动旋桨旋转带动机身上升或下降,而变形机架则通过位于机身上的驱动部和传动部的配合实现上翘和下压的变形动作,传动部通过齿轮传动驱动变形机架进行变形,并通过角度控制装置对该变形机架的上翘角度进行定位,信号接收器接收到遥控信号,并将该输入信号传递到控制电路,角度检测器与变形机架连接,检测变形机架当前的上翘角度,角度检测器检测到变形机架当前的上翘角度后,将信号传递到控制电路,当变形机架当前的角度大于遥控信号角度,则控制电路输出下压信号使得驱动部反向驱动变形机架使其下压一定角度后回到遥控信号角度,而当变形机架当前的角度小于遥控信号角度时,则控制电路输出上翘信号使得驱动部正向驱动变形机架继续上翘,从而保持变形机架维持在稳定的角度飞行。
作为本发明的进一步设置,所述传动齿轮包括主动齿轮和被动齿轮,所述角度检测器的输入端与主动齿轮同步连接,主动齿轮与被动齿轮啮合,所述减速齿轮组件包括同轴连接的大齿轮和小齿轮,大齿轮与输出齿轮啮合,小齿轮位于主动齿轮和被动齿轮之间且小齿轮与主动齿轮啮合。
上述结构中,驱动部通过输出齿轮与主动齿轮啮合,将动力传递到主动齿轮上,并通过主动齿轮将动力传递到被动齿轮,形成齿轮传动的配合结构,齿轮传动
作为本发明的进一步设置,所述传动齿轮为具有扇形齿面的扇形齿轮,主动齿轮和被动齿轮位于同一安装面上,主动齿轮和被动齿轮各自的扇形齿面之间形成可供所述小齿轮容纳的齿轮空间,小齿轮与主动齿轮的扇形齿面上部啮合,主动齿轮的扇形齿面下部与被动齿轮扇形齿面下部啮合,扇形齿轮相对于扇形齿面的另一端通过齿轮轴铰接于安装座上,扇形齿轮与变形机架固接。
上述结构中,传动齿轮的扇形齿面与减速齿轮形成合理的安装结构,
作为本发明的进一步设置,所述变形机架包括互相平行的主杆、副杆,主杆包括近端和远端,主杆近端与传动齿轮之间通过力臂座固接,传动齿轮通过齿轮轴铰接于安装座上,力臂座设有与齿轮轴适配的轴孔,主杆近端通过所述齿轮轴铰接于安装座上,主杆远端连接有横杆,副杆近端通过连接杆与安装座铰接,副杆远端通过平衡座与横杆铰接,所述主杆近端铰接点、主杆远端连接点、副杆近端铰接点、副杆远端铰接点的连线形成平行四边形。
上述结构中,变形机架通过主杆、副杆各自近端、远端之间的平行四边形结构,保证变形机架在变形过程中保持横杆水平变形运动,使得变形机架保持水平状态上翘或下压,保证飞行器上承载的摄像机可以平稳拍摄图像。
作为本发明的进一步设置,所述变形机架包括互相平行的主杆、副杆,主杆包括近端和远端,主杆近端与传动齿轮之间通过力臂座固接,力臂座包括力臂头、由两边侧板形成可供力臂头容纳的力臂安装腔,力臂头与传动齿轮一体连接,两边侧板固设于力臂头的两侧,力臂安装腔中还固设有用于夹持主杆近端的管夹件。
上述结构中,变形机架主杆近端通过管夹件与力臂座连接,而力臂座则通过力臂头与机身连接,形成稳定牢固的安装结构。
作为本发明的进一步设置,所述主杆远端通过连接座与横杆固接,连接座设有可供横杆穿过的通孔,连接座上还设有与主杆远端夹持配合的管夹件,所述平衡座包括套设于横杆上的平衡套体,该平衡套体延伸有平衡臂,副杆远端通过连接杆铰接于平衡臂上,平衡座两端连接点之间的连线与主副杆各自近端的连线平行且等距设置。
上述结构中,主杆与横杆之间通过连接座和管夹件形成稳定的连接结构,并通过平衡座结构保证主杆、副杆以及其两端连线之间的平行四边形结构的稳定设置。
作为本发明的进一步设置,所述安装座包括由上下壁和两边侧壁连接形成的齿轮组件安装腔,所述驱动部安装于一边侧壁上,另一边侧壁则延伸有摄像固定座。
上述结构中,齿轮组件安装于机身的安装座上,该安装座具有与齿轮组件适配的安装腔,并且,将驱动部和在航拍过程中所需的摄像分别安装于齿轮组件两侧,进行重量平衡,保持飞行稳定性。
作为本发明的进一步设置,所述齿轮组件安装腔还罩设有外壳,所述上下壁还分别设有上下隔板,所述下隔板还设有云台垫板,云台垫板两侧还分别延伸有位于摄像固定座两侧的护板。
上述结构中,外壳的罩设起到保护机身的作用,下隔板的云台垫板起到防震作用,护板则进一步起到保护作用,保证摄像平稳,避免电机转动造成机身抖动。
作为本发明的进一步设置,所述动力装置包括旋桨、驱动旋桨转动的旋桨电机,旋桨安装于旋桨电机的输出轴上,电机安装于电机座上,电机座上设有安装于变形机架中横杆端部的夹持座,所述旋桨安装于电机座朝向机身的一端,所述起落架安装于电机座朝下的一端。
上述结构中,旋桨安装于横杆的两端,旋桨均通过旋桨电机驱动,并且其与起落架上下分布,起落架朝下设置,用于搁置于地面,起落架包括L型起落支脚,该起落支脚的上端延伸有与电机座固接的连接臂,起落支脚的内壁设有锥形加强筋,起到强固作用。
作为本发明的进一步设置,所述夹持座包括由电机座上端面延伸的面板,该面板设有与横杆端部适配的弧形槽,该弧形槽罩设于横杆端部的上表面,横杆端部的下表面包覆有弧形带,该弧形带具有与横杆端部下表面适配的弧形槽,弧形带与面板弧形槽侧壁固接。
上述结构中,电机座通过该夹持座与横杆端部形成贴合的夹持固定作用。
采用上述结构,本发明采用齿轮传动效率代替现有技术中的丝杆传动,齿轮传动具有效率更高的优点,上述齿轮传动效率可以达到99%,该齿轮传动也包括类似的齿条配合传动,而如现有技术中的普通丝杆传动的效率只在50%,而且本发明的齿轮传动所需功率更小,在同样电机驱动的前提下,本发明的电机对飞行器的推动力更大,完成变形时间更短,且其承重能力更好,可以承载更重更好的摄像机,在航拍过程中获得更好的拍摄过程;再者,本发明还通过角度控制装置来调节变形机架的变形角度,使其可以在变形角度范围之间任意调整,并且使其稳定在一定角度进行飞行,该变形机架的变形角度范围优选的为-50°~50°;其次,现有技术中的驱动丝杆滑动传动的电机设置在安装座的上方,导致安装座用于安装电池的安装面不平整,容易影响电池的续航时间,而本发明中的电机以及摄像机是呈左右两侧设置在安装座上,安装座上方具有平整的端面便于电池安装,可适时延长电池的续航时间。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明具体实施例结构外观示意图;
附图2为本发明具体实施例去掉机身外壳的结构立体图;
附图3为本发明具体实施例是附图2在后视状态下的结构立体图;
附图4为本发明具体实施例安装座结构立体图;
附图5为本发明具体实施例安装座结构主视图;
附图6为本发明具体实施例变形机架与齿轮组件的安装结构示意图;
附图7为本发明具体实施例齿轮组件的主视图;
附图8为本发明具体实施例齿轮组件的后视图;
附图9为本发明具体实施例起落架的主视图;
附图10为本发明具体实施例附图1中A的放大图;
附图11为本发明具体实施例附图2中B的放大图;
附图12为本发明具体实施例附图3中C的放大图;
附图13为本发明具体实施例工作原理结构框图;
附图14为本发明具体实施例控制电路的电路结构图;
机身1、变形机架2、主杆21、主杆近端211、主杆远端212、副杆22、副杆近端221、副杆远端222、横杆23、力臂座24、力臂安装腔241、力臂头242、管夹件25、连接杆26、连接座27、平衡座28、平衡套体281、平衡臂282、起落架3、起落支脚31、连接臂32、加强筋33、驱动部4、传动部5、输出齿轮51、减速齿轮组件52、大齿轮521、小齿轮522、传动齿轮53、主动齿轮531、被动齿轮532、扇形齿面533、齿轮轴54、安装座6、齿轮组件安装腔61、摄像固定座62、隔板63、云台垫板64、护板65、外壳66、角度控制装置7、旋桨8、旋桨电机81、电机座82、夹持座83、面板831、弧形槽832、弧形带833。
具体实施方式
本发明的具体实施例如图1-14所示是可变形无人飞行器,包括机身1、变形机架2,变形机架2上设有可驱动机身1和变形机架2起飞或降落的动力装置,变形机架2上还设有起落架3,变形机架2分布于机身1两侧,机身1包括驱动部4、传动部5和安装座6,驱动部4设置于安装座6上,传动部5包括齿轮传动组件,齿轮传动组件包括与驱动部4同步运动的输出齿轮51,输出齿轮51啮合减速齿轮组件52,减速齿轮组件52通过传动齿轮53分别与机身1两侧的变形机架2传动连接,机身1还包括角度控制装置7,该角度控制装置7包括信号接收器、角度检测器和控制电路,信号接收器的输入端与控制电路连接,角度检测器的输入端与控制电路连接,控制电路的输出端与驱动部4电连接。
上述结构中,变形机架2至少有2个,分别位于机身1两侧,变形机架2上的起落架3用于搁置于地面,避免机身1落地时遭到碰撞,变形机架2上的动力装置包括旋桨电机81和旋桨8,动力电机驱动旋桨8旋转带动机身1上升和下降,而变形机架2则通过位于机身1上的驱动部4和传动部5的传动配合实现上翘和下压的变形动作,该驱动部4采用动力电机驱动,而传动部5通过齿轮传动驱动变形机架2进行变形,并通过角度控制装置7对该变形机架2的上翘角度进行定位,信号接收器接收到遥控信号,并将该输入信号传递到控制电路,角度检测器与变形机架2连接,角度检测器采用电位器,检测变形机架2当前的上翘角度,角度检测器检测到变形机架2当前的上翘角度后,将信号传递到控制电路,当变形机架2当前的角度大于遥控信号角度,则控制电路输出下压信号使得驱动部4反向驱动变形机架2使其下压一定角度后回到遥控信号角度,而当变形机架2当前的角度小于遥控信号角度时,则控制电路输出上翘信号使得驱动部4正向驱动变形机架2继续上翘,从而保持变形机架2维持在稳定的角度飞行。
上述传动齿轮53包括主动齿轮531和被动齿轮532,角度检测器的输入端与主动齿轮531同步连接,主动齿轮531与被动齿轮532啮合,减速齿轮组件52包括同轴连接的大齿轮521和小齿轮522,大齿轮521与输出齿轮51啮合,小齿轮522位于主动齿轮531和被动齿轮532之间且小齿轮522与主动齿轮531啮合。
上述结构中,驱动部4通过输出齿轮51与主动齿轮531啮合,将动力传递到主动齿轮531上,并通过主动齿轮531将动力传递到被动齿轮532,形成齿轮传动的配合结构,齿轮传动
上述传动齿轮53为具有扇形齿面533的扇形齿轮,主动齿轮531和被动齿轮532位于同一安装面上,主动齿轮531和被动齿轮532各自的扇形齿面533之间形成可供小齿轮522容纳的齿轮空间,小齿轮522与主动齿轮531的扇形齿面533上部啮合,主动齿轮531的扇形齿面533下部与被动齿轮532扇形齿面533下部啮合,扇形齿轮相对于扇形齿面533的另一端通过齿轮轴54铰接于安装座6上,扇形齿轮与变形机架2固接。
上述结构中,传动齿轮53的扇形齿面533与减速齿轮形成合理的安装结构,
上述变形机架2包括互相平行的主杆21、副杆22,主杆21包括近端和远端,主杆近端211与传动齿轮53之间通过力臂座24固接,传动齿轮53通过齿轮轴54铰接于安装座6上,力臂座24设有与齿轮轴54适配的轴孔,主杆近端211通过齿轮轴54铰接于安装座6上,主杆远端212连接有横杆23,副杆近端221通过连接杆26与安装座6铰接,副杆远端222通过平衡座28与横杆23铰接,主杆近端211铰接点、主杆远端212连接点、副杆近端221铰接点、副杆远端222铰接点的连线形成平行四边形。
上述结构中,变形机架2通过主杆21、副杆22各自近端、远端之间的平行四边形结构,保证变形机架2在变形过程中保持横杆23水平变形运动。
上述变形机架2包括互相平行的主杆21、副杆22,主杆21包括近端和远端,主杆近端211与传动齿轮53之间通过力臂座24固接,力臂座24包括力臂头242、由两边侧板形成可供力臂头242容纳的力臂安装腔241,力臂头242与传动齿轮53一体连接,两边侧板固设于力臂头242的两侧,力臂安装腔241中还固设有用于夹持主杆近端211的管夹件25。
上述结构中,变形机架2主杆近端211通过管夹件25与力臂座24连接,而力臂座24则通过力臂头242与机身1连接,形成稳定牢固的安装结构。
上述主杆远端212通过连接座27与横杆23固接,连接座27设有可供横杆23穿过的通孔,连接座27上还设有与主杆远端212夹持配合的管夹件25,平衡座28包括套设于横杆23上的平衡套体281,该平衡套体281延伸有平衡臂282,副杆远端222通过连接杆26铰接于平衡臂282上,平衡座28两端连接点之间的连线与主副杆22各自近端的连线平行且等距设置。
上述结构中,主杆21与横杆23之间通过连接座27和管夹件25形成稳定的连接结构,并通过平衡座28结构保证主杆21、副杆22以及其两端连线之间的平行四边形结构的稳定设置。
上述安装座6包括由上下壁和两边侧壁连接形成的齿轮组件安装腔61,驱动部4安装于一边侧壁上,另一边侧壁则延伸有摄像固定座62。
上述结构中,齿轮组件安装于机身1的安装座6上,该安装座6具有与齿轮组件适配的安装腔,并且,将驱动部4和在航拍过程中所需的摄像分别安装于齿轮组件两侧,进行重量平衡,保持飞行稳定性。
上述齿轮组件安装腔61还罩设有外壳66,上下壁还分别设有上下隔板63,下隔板63还设有云台垫板64,云台垫板64两侧还分别延伸有位于摄像固定座62两侧的护板65。
上述结构中,外壳66的罩设起到保护机身1的作用,下隔板63的云台垫板64起到防震作用,护板65则进一步起到保护作用。
上述动力装置包括旋桨8、驱动旋桨8转动的旋桨电机81,旋桨8安装于旋桨电机81的输出轴上,电机安装于电机座82上,电机座82上设有安装于变形机架2中横杆23端部的夹持座83,旋桨8安装于电机座82朝向机身1的一端,起落架3安装于电机座82朝下的一端。
上述结构中,旋桨8安装于横杆23的两端,旋桨8均通过旋桨电机81驱动,并且其与起落架3上下分布,起落架3朝下设置,用于搁置于地面,起落架3包括L型起落支脚31,该起落支脚31的上端延伸有与电机座82固接的连接臂32,起落支脚31的内壁设有锥形加强筋33,起到强固作用。
上述夹持座83包括由电机座82上端面延伸的面板831,该面板831设有与横杆23端部适配的弧形槽832,该弧形槽832罩设于横杆23端部的上表面,横杆23端部的下表面包覆有弧形带833,该弧形带833具有与横杆23端部下表面适配的弧形槽832,弧形带833与面板831弧形槽832侧壁固接。
上述结构中,电机座82通过该夹持座83与横杆23端部形成贴合的夹持固定作用。
本发明的工作原理如图13所示,安装于横杆23上的旋桨8在旋桨电机81的驱动下带动飞行器上升,为了扩大飞行器的视野,该变形机架2上翘,离开摄像机的视野,使得飞行器在航拍过程中实现360°无阻挡拍摄效果;而当遥控发出让变形机架上翘15°的信号时,角度控制器7中的信号接收器,接收信号并将遥控信号传递到控制电路,同时,角度检测器将主动齿轮上检测的角度信号传递到控制电路,控制电路通过比较遥控信号和齿轮信号后输出指令信号,当齿轮角度信号比遥控信号大时,控制电路输出反转信息传递到动力电机,使得电机反转回到上翘15°的位置,当齿轮角度信号与遥控信号一致时,则保持原状,当齿轮角度小于遥控信号时,则控制电路输出正转信号传递至动力电机,使得动力电机正转带动变形机架上翘至15°后保持稳定,由于该角度检测器和控制电路之间始终保持循环检测过程,故可以保持该变形机架维持在稳定的角度进行航拍。
本发明不局限于上述具体实施方式,本领域一般技术人员根据本发明公开的内容,可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的,或者凡是采用本发明的设计结构和思路,做简单变化或更改的,都落入本发明的保护范围。