CN105775120A - 一种多旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明的一种多旋翼无人机，包括有机架、驱动装置、旋翼支架、多支旋翼、电池和控制器，旋翼支架安装于机架，多支旋翼安装于旋翼支架；驱动装置设置有油箱、汽油发动机、离合器和发动机启动电机，油箱位于旋翼支架的下方，油箱为汽油发动机提供燃料，发动机启动电机用于启动汽油发动机，汽油发动机装配有油门舵机，油门舵机与控制器电连接，油门舵机及控制器分别与电池电连接，汽油发动机通过离合器、软轴及多支旋翼的传动机构驱动多支旋翼的螺旋桨转动。与现有技术相比，续航能力强、载重大、易拆装、减震传动及易于控制。

Description

一种多旋翼无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种多旋翼无人机。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：固定翼无人机、无人直升机、无人多旋翼无人机及无人伞翼机等。其中，固定翼型无人机通过动力系统产生前向速度，机翼产生升力实现起降和飞行，采用燃油发动机作为动力时，续航时间在10h以上。但是该类无人机的起降需要比较空旷的场地，起降难度大，需要专业人员操控和空旷的助跑跑道，这种操控性将大大限制了其应用范围。无人直升机与多旋翼无人机都是通过螺旋桨的高速转动产生浮力，定点起飞、降落，并通过螺旋桨的倾斜（甚至整个机体的倾斜）实现水平运动，但是无人直升机难以实现空中悬停。相对于其他类别的无人机，多旋翼无人机不需要跑道便可以垂直起降，起飞后可在空中悬停。但是，多旋翼无人机在续航性能方面明显弱于其他类型的无人机，这是因为多旋翼无人机由于稳定性要求而不适合使用汽油发动机作为动力装置，一来多旋翼无人机的结构难于安装汽油发动机，二来汽油发动机相对于电机震动更厉害会影响多旋翼无人机的稳定性，从而影响多旋翼无人机的工作性能。多旋翼无人机的螺旋桨的上下振动会导致刚性大的桨很容易折断，故多旋翼无人机对桨叶的柔性要求非常高。

目前，绝大多数旋翼式无人机均采用锂电池供能，其主要原因为电能易于控制、线性化输出、无人机结构设计简单等，但同时，电池的蓄电能力是一个重要的限制因素。随着飞控技术和材料技术的发展，采用油动和电动混合的旋翼式无人机也已经被设计出来，例如，有专利公开了一种采用发动机（多个）为各个螺旋桨提供动力，各电动舵机通过调节螺旋桨螺距对发动机的随机转速噪声进行调整以实现平衡的方案。明显，因为发动机的转速一般不稳定，使得油动旋翼式无人机的结构设计比较复杂、飞行控制难度大、飞行调试复杂等问题。

中国实用新型专利文献（公开号CN204452933U）公开了一种皮带传动多旋翼无人机，其利用采用以燃油为动力解决续航时间的问题，但是该实用新型中主动小皮带轮和主动齿轮都装在引擎的动力输出轴上，这样导致引擎的震动直接传递给主动齿轮在传给旋翼，使得该结构的多旋翼无人机稳定性及可靠性较差，不仅影响无人机进行航拍等工作的效果而且已损坏寿命短。此外，引擎的输出轴直接与主动齿轮连接使得引擎输出轴的中轴线与主动齿轮的中轴线必然位于同一直线上，即引擎必然占用了无人机部分的中心位置，重力方向上，引擎的重心与无人机整机的重心不在同一直线，在该实用新型中，利用油箱的重量平衡引擎的重量，但却存在一个非常重要的隐患，在多旋翼无人机飞行的过程汽油会不断消耗，油箱的重量不断减轻，无人机会因重量不均衡而发生倾斜的情况，影响飞行，倾斜情况非常严重时容易发生坠毁的情况。

因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种续航时间长、载重大、载重大、飞行稳定可靠且寿命长的多旋翼无人机技术显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种续航时间长、载重大、载重大、飞行稳定可靠且寿命长的多旋翼无人机。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种多旋翼无人机，包括有机架、驱动装置、旋翼支架、多支旋翼、电池和控制器，旋翼支架安装于机架，多支旋翼安装于旋翼支架；驱动装置设置有油箱、汽油发动机、离合器和发动机启动电机，油箱位于旋翼支架的下方，油箱为汽油发动机提供燃料，发动机启动电机用于启动汽油发动机，汽油发动机装配有油门舵机，油门舵机与控制器电连接，油门舵机及控制器分别与电池电连接，汽油发动机通过离合器、软轴及多支旋翼的传动机构驱动多支旋翼的螺旋桨转动。

优选的，油箱的重心与整机飞行时的升力中心处于同一垂直线上。

更优选的，每支旋翼的传动机构包括有齿轮、皮带轮一、传动皮带及皮带轮二，齿轮安装于旋翼支架的一端，皮带轮一与齿轮同轴设置，旋翼的另一端设置有螺旋桨，螺旋桨安装有传动轴，传动轴与皮带轮二固接，皮带轮一和皮带轮二通过传动皮带同步传动；相邻两支旋翼的齿轮啮合，且软轴的动力输出端与其中一支旋翼的齿轮驱动连接。

进一步的，软轴的动力输出端设置有主动齿轮，主动齿轮与其中一支旋翼的齿轮啮合。

更进一步的，旋翼与旋翼支架可整支拆卸地装配连接。

优选的，还包括有用于安装汽油发动机的发动机支架，发动机支架设置于机架，且发动机支架与机架的连接处设置有减震器。

更优选的，减震器设置为弹性减震球、弹簧、弹片或者弹性材料制作的减震器。

优选的，旋翼设置有桨叶角度调节机构，桨叶角度调节机构包括有变距控制舵机、舵机支撑件、拉杆、变距控制杆、变距盘、变距拉杆和限位器，限位器设置于舵机支撑件，限位器开设有限位长孔，变距控制舵机安装于舵机支撑件，并驱动拉杆上下运动，拉杆带动变距控制杆上下运动，变距控制杆穿置于限位器的限位长孔并与变距盘固接，变距盘顶部安装有变距拉杆安装件，变距拉杆的下端与变距拉杆安装件铰接，变距拉杆的上端与桨叶的桨叶夹铰接。

优选的，还包括有多个协助起飞降落的起落支架，起落支架与旋翼装配连接。

更优选的，起落支架的数目与旋翼的数目相同，一支旋翼装配一个起落支架。

本发明的主要有益效果：

（1）由于汽油发动机利用软轴进行传动，相比普通的传动轴而言，汽油发动机的位置不再受到传动轴位置的限定，可设置在其他地方而将多支旋翼的中轴线位置让出来，本发明将油箱位于旋翼支架的下方，油箱重心基本处于多支旋翼组成的旋翼机构的中轴线上，油箱的重心与飞行时整机的升力中心基本处于同一垂直线上，如此设置使得本发明的多旋翼无人机在飞行过程不会发生因燃料消耗而导致倾斜的情况，易于姿态控制，也保证了无人机的稳定性及可靠性。

（2）油箱为汽油发动机提供燃料，大大增强了本发明的多旋翼无人机的续航能力及载重能力；

（3）本发明的多旋翼无人机舍弃传统为每个旋翼设置一个动力装置的结构，采用一个动力装置驱动多支旋翼的旋翼桨转动，动力输出均衡统一，飞行更加稳定；同时，由于多支旋翼的旋翼桨具有相同的转速，可以使用控制器统一控制调节各旋翼的升力及桨叶角度，控制更简单容易。

（4）为了保证多旋翼无人机的稳定性、可靠性及使用寿命，本发明利用软轴将汽油发电机的动力传递给多支旋翼，但却很好地隔断了来自汽油发动机的振动，使得多旋翼无人机也能够使用汽油发动机作用动力装置。

（5）本发明的每支旋翼设置为标准化的单元，根据需要，本发明可设置多支旋翼，每支旋翼都可以整支地装在旋翼支架或者从旋翼整支拆卸。

（6）机架装设有用于给汽油发动机散热的散热风扇，散热风扇与汽油发动机不直接接触，避免汽油发动机的振动引起共振而停转失效。

附图说明

利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明的多旋翼无人机的一个实施例的结构示意图。

图2是本发明的多旋翼无人机的一个实施例的多支旋翼传动示意图。

图3是本发明的多旋翼无人机的一个实施例的另一角度示意图。

图4是本发明的多旋翼无人机的一个实施例的发动机支架和机架示意图。

图5是本发明的多旋翼无人机的另一个实施例的桨叶角度调节机构示意图。

图6是本发明的多旋翼无人机一个实施例的旋翼与旋翼支架拆装示意图。

图7是本发明的多旋翼无人机的另一方式的多支旋翼传动示意图。

在图1至图7中包括有：

1——汽油发动机

2——油门舵机

3——机架

3-1——发动机支架

3-2——减震器

4——发动机启动电机

5——离合器

6——锥形齿轮组

7——软轴

8——旋翼支架

8-1——旋翼臂管夹

9——旋翼

9-1——主动齿轮

9-2——齿轮

9-3——齿轮轴

9-4——凸块

9-5——齿轮支架

9-6——旋翼臂

9-7——限位凸起

9-8——皮带轮一

9-9——传动皮带

9-10——传动轴

9-11——皮带轮二

10——桨叶角度调节机构

10-1——变距控制舵机

10-2——拉杆

10-3——舵机支撑件

10-4——变距控制杆

10-5——限位器

10-6——变距拉杆

10-7——桨叶夹

10-8——桨叶

11——起落架

12——控制器

13——GPS终端

14——电池仓

15——油箱

16——遥控器接收器与信号灯。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参见图1，本实施例的一种多旋翼无人机，包括有机架3、驱动装置、旋翼支架8、四支旋翼9、装在电池仓14中的电池和控制器12，旋翼支架8安装于机架3，四支旋翼9安装于旋翼支架8，旋翼9的数目可根据实际情况设置为两支、三支、六支或其他数目，同时，旋翼9也可根据实际需要可选择双桨叶、三桨叶、四桨叶或者其他数目的桨叶，本实施例旋翼9是四桨叶旋翼。

驱动装置设置有油箱15、汽油发动机1、离合器5和发动机启动电机4，油箱15位于旋翼支架8的下方，并且油箱15的重心与整机飞行时的升力中心处于同一垂直线上，如此设置使得多旋翼无人机在飞行过程不会发生因燃料消耗而导致倾斜的情况，便于姿态控制以及保证了无人机的稳定性及可靠性。油箱15为汽油发动机1提供燃料，发动机启动电机4用于启动汽油发动机1，而且当发动机熄火时发动机启动电机也可以作为发动机替补，为无人机自动着陆提供动力保障而防止坠机，更加安全可靠。汽油发动机1装配有油门舵机2，汽油发动机1通过离合器5及软轴7驱动四支旋翼9的螺旋桨转动，本实施例的离合器5为电磁离合器，采用电磁控制以方便由飞控或者遥控器信号控制，实现缓升缓降螺旋桨转速的过渡，需说明的是，离合器5也可为自动离合器。

本实施例中，汽油发动机1的输出端与离合器5装配连接，锥形齿轮组6包括锥形齿轮一和锥形齿轮二，离合器5的动力输出端装有锥形齿轮一，软轴7的一端设置有与锥形齿轮一啮合的锥形齿轮二，软轴7的另一端与多支旋翼9的齿轮9-2驱动连接，可有效在动力传递中隔离来自发动机的振动。具体的，参见图2和图6，每支旋翼9安装于旋翼支架8的一端设置有齿轮支架9-5，该齿轮支架9-5安装有齿轮9-2，该齿轮9-2同轴设置有皮带轮一9-8，即齿轮9-2和皮带轮一9-8共用一根齿轮轴9-3，使得齿轮9-2和皮带轮一9-8同步转动，每支旋翼9的另一端设置有螺旋桨，螺旋桨设有传动轴9-10，传动轴9-10固接有皮带轮二9-11，皮带轮一9-8和皮带轮二9-11通过传动皮带9-9同步转动；相邻两支旋翼9的齿轮啮合，且软轴7的动力输出端与一个齿轮驱动连接，该齿轮带动其他的齿轮同步转动，动力均衡统一。

参见图3，本实施例的多旋翼无人机还包括有用于安装汽油发动机1的发动机支架3-1，发动机支架3-1设置于机架3，且发动机支架3-1下部与机架3的连接处设置有减震器3-2，以有效减少汽油发动机1的振动的影响。

参见图1和图5，旋翼9设置有调节螺旋桨的桨叶10-8角度的桨叶角度调节机构10，桨叶角度调节机构10包括有变距控制舵机10-1、舵机支撑件10-3、拉杆10-2、变距控制杆10-4、变距盘、变距拉杆10-6和限位器10-5，限位器10-5设置于舵机支撑件10-3，本实施例中，限位器10-5在垂直方向开设有限位长孔，变距控制舵机10-1安装于舵机支撑件10-3，变距控制杆10-4穿置于限位器10-5的限位长孔并与变距盘固接，变距盘顶部安装有变距拉杆安装件，变距拉杆10-6的下端与变距拉杆安装件铰接，变距拉杆10-6的上端与桨叶10-8的桨叶夹10-7铰接。变距控制舵机10-1驱动拉杆上下运动，拉杆10-2带动变距控制杆10-4、变距盘及变距拉杆安装件上下运动，变距拉杆10-6在上下运动时角度发生一定的变化，从而使得桨叶10-8的角度发生变化。

参见图1和图4，本实施例的发动机启动电机4、油门舵机2、离合器5及变距控制舵机10-1分别与控制器12电连接，同时，发动机启动电机4、油门舵机2、离合器5、变距控制舵机10-1及控制器12分别与电池连接。

本实施例的多旋翼无人机还设置有GPS终端13、遥控器接收器与信号灯16。

实施例2

本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。参见图1、图3和图7，软轴7的动力输出端设置有主动齿轮9-1，本实施例中，软轴7与主动齿轮9-1通过一根轴连接。主动齿轮9-1与一个齿轮9-2啮合。旋翼9设置成标准化，并与旋翼支架8可整支拆卸地装配连接，不仅安装容易便于更换旋翼9，而且便于运输。具体的，旋翼支架8设置有与旋翼9数量相同的旋翼臂管夹8-1，旋翼9设置有齿轮9-2的一端的旋翼臂9-6插入旋翼臂管夹8-1卡接，该旋翼臂9-6设置有与旋翼支架8的凹位相应配合的凸块9-4，该凸块9-4用于组装过程中限制旋翼臂9-6的位置与方向。需说明的是，旋翼臂9-6与旋翼臂管夹8-1还可以螺纹连接或者通过螺丝固定。

旋翼臂9-6设置有限位凸起9-7以防止旋翼臂9-6过度插入旋翼支架8，起到限制过分移动及定位的作用。

本实施例中，每支旋翼9安装有起落架11以使多旋翼无人机更好地起飞及降落。

实施例3

本发明的，本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的机架3装设有用于给汽油发动机1散热的散热风扇，散热风扇与汽油发动机1不直接接触，在给汽油发动机1降温的同时避免汽油发动机1的振动引起共振而停转失效，该散热器分别与电池及控制器12电连接。

实施例4

本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的减震器3-2设置为弹性减震球。

实施例5

本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的减震器3-2设置为弹簧。

实施例6

本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的减震器3-2设置为弹片或者弹性材料制作的减震器3-2。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案说明而非对权利要求保护范围的限制。本领域的普通技术人员参照较佳实施例应当理解，并可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但属于本发明技术方案的实质相同和保护范围。

Claims (10)

1.一种多旋翼无人机，包括有机架、驱动装置、旋翼支架、多支旋翼、电池和控制器，其特征在于：

所述旋翼支架安装于所述机架，多支所述旋翼安装于所述旋翼支架；

所述驱动装置设置有油箱、汽油发动机、离合器和发动机启动电机，所述油箱位于所述旋翼支架的下方，所述油箱为所述汽油发动机提供燃料，所述发动机启动电机用于启动所述汽油发动机，所述汽油发动机装配有油门舵机，所述油门舵机与所述控制器电连接，所述油门舵机及所述控制器分别与所述电池电连接，所述汽油发动机通过离合器、软轴及多支旋翼的传动机构驱动多支旋翼的螺旋桨转动。

2.根据权利要求1所述一种多旋翼无人机，其特征在于：所述油箱的重心与整机飞行时的升力中心处于同一垂直线上。

3.根据权利要求1或2所述一种多旋翼无人机，其特征在于：每支所述旋翼的传动机构包括有齿轮、皮带轮一、传动皮带及皮带轮二，齿轮安装于所述旋翼支架的一端，皮带轮一与所述齿轮同轴设置，所述旋翼的另一端设置有螺旋桨，所述螺旋桨安装有传动轴，所述传动轴与皮带轮二固接，所述皮带轮一和皮带轮二通过传动皮带同步传动；

相邻两支所述旋翼的齿轮啮合，且所述软轴的动力输出端与其中一支所述旋翼的齿轮驱动连接。

4.根据权利要求3所述一种多旋翼无人机，其特征在于：所述软轴的动力输出端设置有主动齿轮，所述主动齿轮与其中一支所述旋翼的齿轮啮合。

5.根据权利要求4所述一种多旋翼无人机，其特征在于：所述旋翼与所述旋翼支架可整支拆卸地装配连接。

6.根据权利要求1所述一种多旋翼无人机，其特征在于：还包括有用于安装所述汽油发动机的发动机支架，所述发动机支架设置于所述机架，且所述发动机支架与所述机架的连接处设置有减震器。

7.根据权利要求6所述一种多旋翼无人机，其特征在于：所述减震器设置为弹性减震球、弹簧、弹片或者弹性材料制作的减震器。

8.根据权利要求1所述一种多旋翼无人机，其特征在于：所述旋翼设置有桨叶角度调节机构，所述桨叶角度调节机构包括有变距控制舵机、舵机支撑件、拉杆、变距控制杆、变距盘、变距拉杆和限位器，

所述限位器设置于所述舵机支撑件，所述限位器开设有限位长孔，

所述变距控制舵机安装于所述舵机支撑件，并驱动所述拉杆上下运动，所述拉杆带动所述变距控制杆上下运动，所述变距控制杆穿置于限位器的限位长孔并与所述变距盘固接，所述变距盘顶部安装有变距拉杆安装件，所述变距拉杆的下端与所述变距拉杆安装件铰接，所述变距拉杆的上端与桨叶的桨叶夹铰接。

9.根据权利要求1所述一种多旋翼无人机，其特征在于：还包括有多个协助起飞降落的起落支架，所述起落支架与旋翼装配连接。

10.根据权利要求9所述一种多旋翼无人机，其特征在于：所述起落支架的数目与旋翼的数目相同，一支旋翼装配一个起落支架。