CN106628155A - 一种多旋翼无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼无人飞行器，属于无人飞行器技术领域。本发明包括机身、发动机、主闸箱、复合伞齿轮和多个旋翼臂，发动机和主闸箱设置在机身内部，复合伞齿轮设置在主闸箱内与发动机传动连接，多个旋翼臂呈圆形阵列排布在机身四周，每一旋翼臂一端穿过机身和主闸箱与复合伞齿轮连接，每一旋翼臂远离机身的一端传动连接有一桨距可变的旋翼。本发明通过复合伞齿轮的应用，将一台发动机的动力传输给多个旋翼，克服了现有技术中一台电机仅带动一个旋翼带来的平衡性差、操控不灵活、无人机整体结构复杂、成本高、拆卸维修困难和工作效率低等问题，且通过桨距可变的旋翼不仅控制飞行器的升力，还能控制飞行器的方向。

Description

一种多旋翼无人飞行器

技术领域

本发明涉及无人飞行器技术领域，尤其涉及一种多旋翼无人飞行器。

背景技术

无人飞行器是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人的飞行器，随着无人飞行器技术的日趋成熟，无人飞行器的应用也越来越广泛。无人飞行器具有体积小、重量轻、费用低、操作灵活、稳定性高和安全性高的特点，可广泛应用于航拍、检测、搜救、资源勘查等领域。多旋翼无人飞行器是一种带有垂直起降、稳定悬停能力的新型旋翼类无人飞行器，相比于传统旋翼直升机，其机械结构简化、动力控制简单、旋翼尺寸安全、机动性和自主控制性强，成为新型微小型无人机研究领域的热点之一。

现有的多旋翼无人飞行器通常由电机驱动，普遍采用机体中心对称分布的多个旋翼，每一旋翼分别由一个电机进行驱动，每一根轴只对应一个螺旋桨及一套动力装置，且只能通过控制旋翼的转速来控制方向，故存在负载大、结构复杂、操控不灵活、成本高、旋翼连接结构复杂，拆装维修困难，工作效率较低，平衡性能较差等缺点，尤其在多旋翼无人机载重飞行时,其性能下降严重，续航时间大大减少。若想提高动力、增加负载能力、延长续航时间，一般采用加长旋翼和加大电动机功率的方法，但该方法会使无人机存在制造成本高、体积大、不灵活、操控难等缺点。

中国专利“201420358241.9”提出“一种四轴八桨航拍飞行器”，其技术原理在于旋翼为八个且分别安装在各主臂尾端的上下方，每个螺旋桨分别配置一电动机以驱动所述旋翼转动，这样的设计虽一定程度上提高了飞行动力，但其每个桨叶配备一个电动机不仅成本高昂,且设计复杂，上下旋翼的协同操作也更加麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、载重大、续航时间长且动力强的多旋翼无人飞行器。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种多旋翼无人飞行器，包括:

机身，以及设置在机身内部的发动机和主闸箱；

复合伞齿轮，其设置在所述主闸箱内，所述复合伞齿轮与所述发动机传动连接；

多个旋翼臂，其呈圆形阵列排布在所述机身四周，每一所述旋翼臂一端穿过所述机身和所述主闸箱与所述复合伞齿轮连接；

每一所述旋翼臂远离机身的一端传动连接有一桨距可变的旋翼。

作为优选，所述复合伞齿轮包括同轴连接的直齿轮和第一圆锥齿轮，所述发动机与所述直齿轮传动连接。

作为优选，所述发动机电机轴的端部设置有齿形带轮，所述齿形带轮与所述直齿轮通过同步带传动连接。

作为优选，所述直齿轮的直径小于所述第一圆锥齿轮的直径。

作为优选，所述旋翼臂包括传动轴，所述传动轴一端设置有第二圆锥齿轮，所述第二圆锥齿轮与所述第一圆锥齿轮啮合，所述传动轴的另一端与所述旋翼传动连接。

作为优选，所述旋翼包括旋翼闸箱、上旋翼和下旋翼，所述上旋翼和所述下旋翼对称安装在所述旋翼闸箱的两端，所述传动轴的另一端与所述旋翼闸箱传动连接。

作为优选，所述下旋翼包括第四锥齿轮、第一下旋翼轴、第二下旋翼轴、变距星型件、下旋翼头和两个第一旋翼，所述变距星型件安装在同轴设置的所述第一下旋翼轴和第二下旋翼轴之间，第一下旋翼轴远离所述第二下旋翼轴的一端与所述第四锥齿轮固定连接，所述第二下旋翼轴远离所述第一下旋翼轴的一端与所述下旋翼头固定连接，两个所述第一旋翼呈180度安装在所述下旋翼头上，且第一旋翼延伸方向与所述第二下旋翼轴垂直；

所述传动轴的另一端设置有第三锥齿轮，该第三锥齿轮与所述第四锥齿轮传动连接。

作为优选，所述上旋翼包括第五锥齿轮、上旋翼轴、上旋翼头和两个第二旋翼，所述上旋翼轴一端与所述第五锥齿轮固定连接，所述上旋翼轴远离所述第五锥齿轮的一端与所述上旋翼头固定连接，两个所述第二旋翼呈180度安装在所述上旋翼头上，且第二旋翼的延伸方向与所述上旋翼轴垂直；

所述第五锥齿轮与所述第四锥齿轮同轴设置，且与所述第三锥齿轮传动连接。

作为优选，所述第三锥齿轮与第四锥齿轮和第五锥齿轮啮合，整体呈U字形。

作为优选，所述旋翼臂的个数为四个。

本发明的有益效果：

本发明所提供的多旋翼无人飞行器包括机身、发动机、主闸箱、复合伞齿轮和多个旋翼臂，发动机和主闸箱设置在机身内部，复合伞齿轮设置在主闸箱内与发动机传动连接，多个旋翼臂呈圆形阵列排布在机身四周，每一旋翼臂一端穿过机身和主闸箱与复合伞齿轮连接，每一旋翼臂远离机身的一端传动连接有一桨距可变的旋翼。本发明通过复合伞齿轮的应用，将一台发动机的动力传输给多个旋翼，克服了现有技术中一台电机带动一个旋翼带来的平衡性差、操控不灵活、无人机整体结构复杂、成本高、拆卸维修困难和工作效率低等问题，且通过在每一旋翼臂远离机身的一端传动连接有一桨距可变的旋翼，通过调整桨距不仅可以控制无人飞行器的升力，还能控制无人飞行器的方向。

附图说明

图1是本发明所提供的多旋翼无人飞行器的俯视图；

图2是本发明所提供的复合伞齿轮与发动机的连接示意图；

图3是本发明所提供的旋翼的结构示意图。

图中：1、机身；2、发动机；201、齿形带轮；3、主闸箱；4、复合伞齿轮；401、第一圆锥齿轮；5、旋翼臂；501、传动轴；502、第二圆锥齿轮；503、第三圆锥齿轮；6、旋翼；601、第二旋翼；602、上旋翼头；603、上旋翼轴；604、第五锥齿轮；605、第四锥齿轮；606、变距星型件；607、第一下旋翼轴；608、第二下旋翼轴；609、下旋翼头；610、第一旋翼；7、同步带。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

如图1至3所示，多旋翼无人飞行器包括机身1、发动机2、主闸箱3、复合伞齿轮4和多个旋翼臂5，发动机2和主闸箱3安装在机身1内部，复合伞齿轮4安装在主闸箱3内部，多个旋翼臂5的结构完全相同，呈圆形阵列排布在机身1四周，在本实施例中，旋翼臂5的个数为四个，旋翼臂5一端穿过机身1和主闸箱3与复合伞齿轮4传动连接，另一端上均传动连接一旋翼6。

发动机2为整个无人飞行器提供飞行动力，为了将动力最终传递到旋翼6上，先将动力传递到复合伞齿轮4上，发动机2和复合伞齿轮4之间可以通过带传动传动连接或者直接将发动机2的电机轴与复合伞齿轮4传动连接，带传动可采用摩擦型带传动或者同步带传动(又称啮合型带传动)，同步带传动具有带传动、链传动和齿轮传动的优点，同步带传动中的带与带轮依靠啮合传递运动和动力，与摩擦型带传动比较，由于同步带传动的带轮和传动带之间没有相对滑动，能够保证严格的传动比。故在本实施例中，发动机2和复合伞齿轮4采用啮合型带传动，发动机2的电机轴的自由端设置有齿形带轮201，复合伞齿轮4包括直齿轮和第一圆锥齿轮401，直齿轮和第一圆锥齿轮401同轴设置，通过同步带7将齿形带轮201和直齿轮传动连接，实现将发动机2的动力传递给复合伞齿轮4上的目的，直齿轮带动第一圆锥齿轮401同步转动，为了提高传动速度，直齿轮的直径小于第一圆锥齿轮401的直径。

第一圆锥齿轮401与旋翼臂5传动连接，旋翼臂5包括传动轴501、第二圆锥齿轮502和第三圆锥齿轮503，第二圆锥齿轮502和第三圆锥齿轮503分别设置在传动轴501的两端，第二圆锥齿轮502与第一圆锥齿轮401啮合将复合伞齿轮4和旋翼臂5传动连接，由于在本实施例中旋翼臂5的个数为四个，每一旋翼臂5一端均设置有一个第二圆锥齿轮502，故第一圆锥齿轮401与四个第二圆锥齿轮502同时啮合，通过第一圆锥齿轮401与四个第二圆锥齿轮502的啮合将动力由复合伞齿轮4进一步传动到四个旋翼臂5，驱动四个旋翼臂5同时绕各自的传动轴501转动。第一圆锥齿轮401与四个第二圆锥齿轮502同时啮合实现了一个发动机2同时带动四个旋翼臂5的目的，相较于现有技术中一个旋翼臂由一个电机驱动的现状，该无人飞行器减少了发动机2的使用个数，降低了成本，简化了整体结构提高了运动稳定性，操作更加灵活，控制简化。

旋翼臂5远离机身1的一端与旋翼6传动连接，旋翼臂5与旋翼6的连接端设置有第三圆锥齿轮503，旋翼6包括旋翼闸箱、上旋翼和下旋翼，上旋翼包括第五锥齿轮604、上旋翼轴603、上旋翼头602和两个第二旋翼601，第五锥齿轮604与第三圆锥齿轮503啮合，上旋翼轴603的一端固定连接在第五锥齿轮604端面上，上旋翼轴603的另一端与上旋翼头602固定连接，两个第二旋翼601呈180度安装在上旋翼头602上，且第二旋翼601的延伸方向与上旋翼轴603垂直。下旋翼包括第四锥齿轮605、第一下旋翼轴607、第二下旋翼轴608、变距星型件606、下旋翼头609和两个第一旋翼610，第四锥齿轮605同样与第三圆锥齿轮503啮合，第三锥齿轮503与第四锥齿轮605和第五锥齿轮604整体呈U字形，第三锥齿轮503为主动齿轮，同时驱动第四锥齿轮605和第五锥齿轮604转动，由于第四锥齿轮605和第五锥齿轮604关于第三锥齿轮503的轴线对称，故第四锥齿轮605和第五锥齿轮604的转动方向相反。第一下旋翼轴607一端固定连接在第四锥齿轮605的端面上，第一下旋翼轴607另一端与变距星型件606一端固定连接，变距星型件606远离第一下旋翼轴607的一端与第二下旋翼轴608一端固定连接，第一下旋翼轴607和第二下旋翼轴608同轴设置，第二下旋翼轴608远离变距星型件606的一端与下旋翼头609固定连接，两个第一旋翼610呈180度安装在下旋翼头609上，且第一旋翼610延伸方向与第二下旋翼轴608垂直。在实际飞行中，第一旋翼610和第二旋翼601数量和结构均相同，且上下对称安装，由于第四锥齿轮605和第五锥齿轮604转动方向相反，故第一旋翼610和第二旋翼601旋转方向相反，由于第四锥齿轮605和第五锥齿轮604直径相同，故第一旋翼610和第二旋翼601的转速相同，通过第一旋翼610和第二旋翼601反向同速旋转能够相互抵消掉扭矩力。第二旋翼601的桨距固定，只提供升力，第一旋翼610通过在第一下旋翼轴607和第二下旋翼轴608之间设置变距星型件606调控桨距，不仅提供升力，也可通过控制不同旋翼桨距角的大小来控制无人飞行器的运动方向。在本实施例中，通过将第二旋翼601桨距固定，第一旋翼610桨距可调，降低了操作难度，使操作者只需操作第一旋翼610即可控制方向。

该无人飞行器的发动机2采用油动发动机，通过复合伞齿轮4将动力传递出给八个旋翼，简化了结构，节约了成本，且四轴八旋翼的设置不仅提升了动力和载重，延长了续航时间，还减小了体积，且携带方便。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多旋翼无人飞行器，包括机身，以及设置在机身内部的发动机和主闸箱，其特征在于，还包括：

复合伞齿轮，其设置在所述主闸箱内，所述复合伞齿轮与所述发动机传动连接；

多个旋翼臂，其呈圆形阵列排布在所述机身四周，每一所述旋翼臂一端穿过所述机身和所述主闸箱与所述复合伞齿轮连接；

每一所述旋翼臂远离机身的一端传动连接有一桨距可变的旋翼。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人飞行器，其特征在于，所述复合伞齿轮包括同轴连接的直齿轮和第一圆锥齿轮，所述发动机与所述直齿轮传动连接。

3.根据权利要求2所述的多旋翼无人飞行器，其特征在于，所述发动机电机轴的端部设置有齿形带轮，所述齿形带轮与所述直齿轮通过同步带传动连接。

4.根据权利要求3所述的多旋翼无人飞行器，其特征在于，所述直齿轮的直径小于所述第一圆锥齿轮的直径。

5.根据权利要求2所述的多旋翼无人飞行器，其特征在于，所述旋翼臂包括传动轴，所述传动轴一端设置有第二圆锥齿轮，所述第二圆锥齿轮与所述第一圆锥齿轮啮合，所述传动轴的另一端与所述旋翼传动连接。

6.根据权利要求5所述的多旋翼无人飞行器，其特征在于，所述旋翼包括旋翼闸箱、上旋翼和下旋翼，所述上旋翼和所述下旋翼对称安装在所述旋翼闸箱的两端，所述传动轴的另一端与所述旋翼闸箱传动连接。

7.根据权利要求6所述的多旋翼无人飞行器，其特征在于，所述下旋翼包括第四锥齿轮、第一下旋翼轴、第二下旋翼轴、变距星型件、下旋翼头和两个第一旋翼，所述变距星型件安装在同轴设置的所述第一下旋翼轴和第二下旋翼轴之间，第一下旋翼轴远离所述第二下旋翼轴的一端与所述第四锥齿轮固定连接，所述第二下旋翼轴远离所述第一下旋翼轴的一端与所述下旋翼头固定连接，两个所述第一旋翼呈180度安装在所述下旋翼头上，且第一旋翼延伸方向与所述第二下旋翼轴垂直；

所述传动轴的另一端设置有第三锥齿轮，该第三锥齿轮与所述第四锥齿轮传动连接。

8.根据权利要求7所述的多旋翼无人飞行器，其特征在于，所述上旋翼包括第五锥齿轮、上旋翼轴、上旋翼头和两个第二旋翼，所述上旋翼轴一端与所述第五锥齿轮固定连接，所述上旋翼轴远离所述第五锥齿轮的一端与所述上旋翼头固定连接，两个所述第二旋翼呈180度安装在所述上旋翼头上，且第二旋翼的延伸方向与所述上旋翼轴垂直；

所述第五锥齿轮与所述第四锥齿轮同轴设置，且与所述第三锥齿轮传动连接。

9.根据权利要求8所述的多旋翼无人飞行器，其特征在于，所述第三锥齿轮与第四锥齿轮和第五锥齿轮啮合，整体呈U字形。

10.根据权利要求1所述的多旋翼无人飞行器，其特征在于，所述旋翼臂的个数为四个。