CN105905286A - 具有推力线可变装置的无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有推力线可变装置的无人机，属一种民用无人机，包括机身，机身上设有多个机架，机架上都设有螺旋桨，每个机架上均安装有多个固定杆，多个固定杆的端部上安装有桨保护圈，桨保护圈置于螺旋桨的外部；螺旋桨均通过推力线可变装置安装在各自的机架上；通过在机架上增设置于螺旋桨外部的桨保护圈，可尽可能的避免无人机飞行过程中外来物干扰螺旋桨的转动，并且通过在螺旋桨动力电机与机架之间增设推力线可变装置，有效提升了无人机飞行时的稳定性以及发射器发射时产生的后坐力；同时本发明的结构简单，可通过控制端对无人机飞行的速度、高度、位置及云台发射装置的状态进行控制，解决各行业中用途设备的兼容性问题，应用范围广阔。

Description

具有推力线可变装置的无人机

技术领域

本发明涉及一种民用无人机，更具体的说，本发明主要涉及一种具有推力线可变装置的无人机。

背景技术

现有的无人机技术缺陷在于根据用户不同的需求，无人机所要达到的不同规格的改造，改造后的无人机成本更高，而且在技术层面上没有实际意义上的突破。而目前无人机最大的缺点就是电池的续航能力，不同行业技术领域的设备挂载跟兼容，加之飞行的稳定性差，搭载的摄像头固定定焦，无法变焦防抖拍摄；雨中、海上无法更好的防止机身跟相机设备等防水。并且由于电池续航能力的缺陷，载重量跟续航能力成正比，无法常时间做侦察，并且大部分云台挂载设备与无人机本身不兼容；目前市面上也有厂家根据客户需求去改造无人机的结构，例如农业的、测绘地图的、防火侦察等领域，这类改造后的无人机虽满足了用户的需求，但普遍成本较高，不利于大规模的推广应用，因而有必要很对现有的无人机结构进行研究和改进。

发明内容

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种具有推力线可变装置的无人机，以期望解决现有技术中无人机飞行稳定性差，搭载设备兼容性不足，以及飞行易受到外来物的干扰等技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明所提供的一种具有推力线可变装置的无人机，包括机身，所述机身上设有多个机架，每个机架上都设有螺旋桨，所述每个机架上均安装有多个固定杆，所述多个固定杆的端部上安装有桨保护圈，所述桨保护圈置于螺旋桨的外部；所述螺旋桨均通过推力线可变装置安装在各自的机架上，所述推力线可变装置包括X轴模块与Z轴模块，所述Z轴模块活动安装在X轴模块上，X轴模块活动安装在机架上；推力线可变装置的Z轴模块上均安装有各自的动力电机，所述动力电机的输出轴与螺旋桨动力连接，用于由动力电机带动螺旋桨在桨保护圈内转动；所述机身上还安装有云台发射装置，所述云台发射装置包括云台支架与发射器，所述云台支架通过旋转轴安装在机身上，所述发射器通过俯仰轴安装在云台支架内；所述旋转轴与俯仰轴均与各自的驱动电机动力连接。

作为优选，进一步的技术方案是：所述发射器上还设有扳机，所述扳机通过连杆与伺服驱动器动力连接，用于由伺服驱动器通过连杆带动启动扳机，使发射器发射其内部的器具。

更进一步的技术方案是：所述的云台支架通过旋转轴安装在机身的下部。

更进一步的技术方案是：所述发射器上还安装有小型摄像机或小型照相机。

更进一步的技术方案是：所述机身上还安装有小型摄像机或小型照相机。

更进一步的技术方案是：所述机身的前端还设有视觉及超声波系统，所述视觉及超声波系统中至少包括双目视觉传感器和超声波传感器，所述双目视觉传感器和超声波传感器均接入控制模块，所述控制模块还接入通信模块，用于由控制模块通过双目视觉传感器和超声波传感器探测当前飞行环境中的障碍物，根据障碍物的位置重新生成飞行路径；并由控制模块通过通信模块将根据双目视觉传感器和超声波传感器确定的无人机位置信息传输至控制端。

更进一步的技术方案是：所述小型摄像机或小型照相机也接入控制模块，用于由控制模块通过通信模块将小型摄像机或小型照相机采集到的实时图像信息传输至控制端。

更进一步的技术方案是：所述伺服驱动器、动力电机、驱动电机均接入控制模块，用于由控制模块通过通信模块接收控制端的控制信息，并控制伺服驱动器、动力电机、驱动电机执行与所述控制信息对应的操作。

更进一步的技术方案是：所述多个固定杆置于螺旋桨的下方。

更进一步的技术方案是：所述的机身、机架、桨保护圈、螺旋桨与云台支架的材质均为碳纤维板。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过在机架上增设置于螺旋桨外部的桨保护圈，可尽可能的避免无人机飞行过程中外来物干扰螺旋桨的转动，并且通过在螺旋桨动力电机与机架之间增设推力线可变装置，有效提升了无人机飞行时的稳定性以及发射器发射时产生的后坐力；而通过机身上的云台支架亦可调整发射器或摄像机的实时位置，保证摄像机拍摄的准确性，且稳定性提升后亦可改善摄像机拍摄的抖动问题；同时本发明所提供的一种具有推力线可变装置的无人机结构简单，可通过控制端对无人机飞行的速度、高度、位置及云台发射装置的状态进行控制，更加贴近行业需求，解决各行业中用途设备的兼容性问题，应用范围广阔。

附图说明

图1为用于说明本发明一个实施例的结构示意图；

图2为用于说明本发明一个实施例中桨保护圈与固定杆的结构示意图；

图3为用于说明本发明一个实施例中的推力线可变装置结构示意图；

图4为用于说明本发明一个实施例中的云台发射装置结构示意图；

图5为用于说明本发明另一个实施例中的视觉及超声波系统结构示意图；

图中，1为机身、2为机架、3为螺旋桨、4为固定杆、5为桨保护圈、6为推力线可变装置、61为X轴模块、62为Z轴模块、7为云台发射装置、71为云台支架、72为发射器、8为旋转轴、9为俯仰轴、10为扳机、11为连杆、12为伺服驱动器、13为视觉及超声波系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

参考图1所示，本发明的一个实施例是一种具有推力线可变装置的无人机，包括机身1，在机身1上设有多个机架2，关于机架的数量，发明人参考现有技术，认为最好将其设置为图中所示的四个为宜，每个机架2上都设有螺旋桨3，更为重要的是，每个机架2上均安装有多个固定杆4，多个固定杆4的端部上安装有桨保护圈5，正如图2所示出的，桨保护圈5置于螺旋桨3的外部；并且该桨保护圈5的半径需略大于螺旋桨3的桨叶长度，优选的是，多个固定杆4最好置于螺旋桨3的下方，以避免干扰螺旋桨3转动；

参考图3所示，与现有技术所不同的是，前述的螺旋桨3均通过推力线可变装置6安装在各自的机架2上，该推力线可变装置6包括X轴模块61与Z轴模块62，将Z轴模块62活动安装在X轴模块61上，再将X轴模块61活动安装在机架2上；而推力线可变装置6的Z轴模块62上均需安装各自的动力电机，将该动力电机的输出轴与上述螺旋桨3的中轴动力连接，用于由动力电机带动螺旋桨3在桨保护圈5内转动，进而产生气流使无人机飞行；

上述推力线可变装置6中的X轴模块61起到在无人机飞行时动力电机绕X轴进行转动的作用；Z轴模块62起到在无人机飞行时动力电机绕Z轴进行转动的作用；进而可大大加强无人机飞行过程中的稳定性及灵活性，在不同的地形和天气的飞行中，通过改变电机及螺旋桨的倾斜角度，可保持机身最大程度的稳定；同时使无人机拉力起飞力度更大，速度更快，通过改变气流的方式使无人机进行飞行动作，动作灵活，续航时间也就更大。

结合图4所示，再在上述机身1上还安装云台发射装置7，该云台发射装置7包括云台支架71与发射器72，该云台支架71通过旋转轴8安装在机身1上，发射器72通过俯仰轴9安装在云台支架71内；并且旋转轴8与俯仰轴9均与各自的驱动电机动力连接；进而通过旋转轴8与俯仰轴9即可调整发射器72的实时角度，保证无人机发射或拍摄的准确性；此处优选的技术手段是，可将前述云台支架71通过旋转轴8安装在机身1的下部。

在本实施例中，通过在机架2上增设置于螺旋桨外部的桨保护圈5，可尽可能的避免无人机飞行过程中外来物干扰螺旋桨3的转动，并且通过在螺旋桨3动力电机与机架2之间增设推力线可变装置6，有效提升了无人机飞行时的稳定性以及发射器72发射时产生的后坐力；而通过机身1上的云台支架71亦可调整发射器或摄像机的实时位置，保证摄像机拍摄的准确性，且稳定性提升后亦可改善摄像机拍摄的抖动问题。

基于上述的实施例，发明人还对上述云台发射装置7的做了进一步的改进，以方便控制，具体如图4所示，在上述发射器72上增设扳机10，该扳机10通过连杆11与伺服驱动器12动力连接，用于由伺服驱动器12通过连杆11带动启动扳机10，使发射器72发射其内部的器具，该器具可根据不同的需求，在发射器72装载如消防弹、榴弹、信号枪、地面站定点等设备与模式；

在本实施例中，可直接在发射器72上安装小型摄像机或小型照相机，以满足拍摄的需求，同时小型摄像机或小型照相机的拍摄角度与发射器72的角度相一致。除此之外，机身1本身也可作为一个安装拍摄设备的云台，因此前述的小型摄像机或小型照相机还可直接安装在机身1上。

参考图1与图5所示，在本发明用于解决技术问题更加优选的一个实施例中，为了便于操作者对无人机进行控制，可再在机身1的前端增设视觉及超声波系统13，该视觉及超声波系统13中至少包括双目视觉传感器和超声波传感器，将双目视觉传感器和超声波传感器均接入无人机内部的控制模块，控制模块还接入通信模块，用于由控制模块通过双目视觉传感器和超声波传感器探测当前飞行环境中的障碍物，根据障碍物的位置重新生成飞行路径；并由控制模块通过通信模块将根据双目视觉传感器和超声波传感器确定的无人机位置信息传输至控制端；前述的控制模块可采用CPU、MCU等控制芯片，通信模块的可采用红外线、3G、4G、GPRS、Wifi等无线信号进行传输；一般而言，飞行高度低于10米时视觉及超声波系统13启动，可增强悬停精度和飞行稳定性。即使在室内等无GPS信号的环境中，无人机也能平稳的飞行。

在本实施例中，上述的小型摄像机或小型照相机也需接入控制模块，用于由控制模块通过通信模块将小型摄像机或小型照相机采集到的实时图像信息传输至控制端；如不方便传输，亦可直接将图像信息存储于小型摄像机或小型照相机内的存储介质中。

进一步的，上述伺服驱动器12、动力电机、驱动电机需均接入控制模块，用于由控制模块通过通信模块接收控制端的控制信息，并控制伺服驱动器12、动力电机、驱动电机执行与所述控制信息对应的操作。

基于本发明上述的实施例，发明人考虑到无人机的续航能力，对螺旋桨3的动力电机以及无人机本身的材质进行了研究，具体为采用碳纤维版加工制成上述的机身1、机架2、桨保护圈5、螺旋桨3与云台支架71，从而降低无人机整体的重量，且防止生锈；

同时还对动力电机的问题进行了优化，具体为重量不同的无人机及其设备采用不同规格的动力电机去搭配，让无人机更稳定飞行，动力电机的配置也是有要求的，由于动力电机跟稳定性也有联系，并且无人机的挂载重量也将影响到飞行平稳度，因此动力电机跟桨叶必须进行改进完善搭配，生产电机配置的螺旋桨3需要经过配重来调试无人机，还要通过多次试验去测量动力电机易损度跟持久度。即动力电机的规格是严格按照无人机配重来设计，需要按照电流大小，配件的规格来生产；电流的大小直接影响到无人机供电问题，产生更多不必要的后果；因此在动力电机规格生产中，也必须按照设计的要求跟参数去配置，接口跟重量都要匹配到各种无人机设备上。

本发明上述优选的一个实施例中所采用的无人机参数如下：

机身整体重量1000g～2500g

机架轴距：1000mm

螺旋桨尺寸：28寸（2880）噪声小

电机参数：U8防水电机

电调参数：80A电调

电池参数：6s 22000mah充满电压25.2v或26.1v（高压电池）2500g

抗风能力：5-7级

可挂载符合机身载重量的设备，超重500G以上，续航时间会缩短；

另一方面，机身１内部中心板（或控制板）可按照防水性能设计，无人机的大部分电线，GPS跟电源模块等都是暴露在外的，通过这种设计，让行业用户技术更好的改造防水设备挂载。

除上述以外，本发明基于上述实施例所描述的具有推力线可变装置的无人机还具有如下特点：

1）对比现有的技术，无人机民用化广泛，本发明通过改进与完善，根据行业需求来进行研发，更能贴近行业需求，也更好的解决行业用途设备的兼容性。

2）通过亚马逊正在研发的无人机来进行对比，亚马逊设计的无人机是自动送货功能完善，体现更智能化发展，更好的节省了人工的时间。本发明的也是针对行业用户的需求，满足更多用户的需求跟创新想法，通过后期对地面站的兼容跟运用，在安全性比较广泛的地域，可以满足像亚马逊无人机类似的自动送货功能（国内由于建筑的区别并不适合这项功能）。

3）无人机目前需要解决的问题有一点避免不了噪音问题，民用无人机的广泛运用的今天，军用无人机也一直备受关注，但军用无人机必须解决噪音问题。美国军用无人机确实有研发消声无人机，价格也确实是无人能接受，本发明所提供的既然是多用途无人机，在动力电机问题上也进行了改进，比起其他品牌的无人机电机噪音来说，确实噪音上是小了很多，因此更能贴近军事用途。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种具有推力线可变装置的无人机，包括机身（1），所述机身（1）上设有多个机架（2），每个机架（2）上都设有螺旋桨（3），其特征在于：所述每个机架（2）上均安装有多个固定杆（4），所述多个固定杆（4）的端部上安装有桨保护圈（5），所述桨保护圈（5）置于螺旋桨（3）的外部；

所述螺旋桨（3）均通过推力线可变装置（6）安装在各自的机架（2）上，所述推力线可变装置（6）包括X轴模块（61）与Z轴模块（62），所述Z轴模块（62）活动安装在X轴模块（61）上，X轴模块（61）活动安装在机架（2）上；所述推力线可变装置（6）的Z轴模块（62）上均安装有各自的动力电机，所述动力电机的输出轴与螺旋桨（3）动力连接，用于由动力电机带动螺旋桨（3）在桨保护圈（5）内转动；

所述机身（1）上还安装有云台发射装置（7），所述云台发射装置（7）包括云台支架（71）与发射器（72），所述云台支架（71）通过旋转轴（8）安装在机身（1）上，所述发射器（72）通过俯仰轴（9）安装在云台支架（71）内；所述旋转轴（8）与俯仰轴（9）均与各自的驱动电机动力连接。

2.根据权利要求1所述的具有推力线可变装置的无人机，其特征在于：所述发射器（72）上还设有扳机（10），所述扳机（10）通过连杆（11）与伺服驱动器（12）动力连接，用于由伺服驱动器（12）通过连杆（11）带动启动扳机（10），使发射器（72）发射其内部的器具。

3.根据权利要求2所述的具有推力线可变装置的无人机，其特征在于：所述的云台支架（71）通过旋转轴（8）安装在机身（1）的下部。

4.根据权利要求1所述的具有推力线可变装置的无人机，其特征在于：所述发射器（72）上还安装有小型摄像机或小型照相机。

5.根据权利要求1所述的具有推力线可变装置的无人机，其特征在于：所述机身（1）上还安装有小型摄像机或小型照相机。

6.根据权利要求4或5所述的具有推力线可变装置的无人机，其特征在于：所述机身（1）的前端还设有视觉及超声波系统（13），所述视觉及超声波系统（13）中至少包括双目视觉传感器和超声波传感器，所述双目视觉传感器和超声波传感器均接入控制模块，所述控制模块还接入通信模块，用于由控制模块通过双目视觉传感器和超声波传感器探测当前飞行环境中的障碍物，根据障碍物的位置重新生成飞行路径；并由控制模块通过通信模块将根据双目视觉传感器和超声波传感器确定的无人机位置信息传输至控制端。

7.根据权利要求6所述的具有推力线可变装置的无人机，其特征在于：所述小型摄像机或小型照相机也接入控制模块，用于由控制模块通过通信模块将小型摄像机或小型照相机采集到的实时图像信息传输至控制端。

8.根据权利要求2所述的具有推力线可变装置的无人机，其特征在于：所述伺服驱动器（12）、动力电机、驱动电机均接入控制模块，用于由控制模块通过通信模块接收控制端的控制信息，并控制伺服驱动器（12）、动力电机、驱动电机执行与所述控制信息对应的操作。

9.根据权利要求1所述的具有推力线可变装置的无人机，其特征在于：所述多个固定杆（4）置于螺旋桨（3）的下方。

10.根据权利要求1所述的具有推力线可变装置的无人机，其特征在于：所述的机身（1）、机架（2）、桨保护圈（5）、螺旋桨（3）与云台支架（71）的材质均为碳纤维板。