CN107097940B - 一种基于万向旋翼组的多旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于万向旋翼组的多旋翼无人机，包括机架、飞行控制系统、GPS、控制器和万向旋翼组，所述机架包括中心板和从中心板的四周均匀延伸出去的若干个平衡旋翼组，所述中心板的下方圆周均匀地设置有若干个脚架，所述万向旋翼组设置在中心板的垂直下方，所述飞行控制系统和GPS设置在中心板的上方，所述飞行控制系统控制万向旋翼组进行不同方向和速度的调整。本发明实用性较强，通过万向旋翼组控制无人机的飞行速度与方向，通过多组平衡旋翼组保持无人机的平衡，减少了耗电速率，提升了续航能力和灵活性，增加了无人机的实用性和便利，具有现实意义，可进行量产而达到普及推广作用。

Description

一种基于万向旋翼组的多旋翼无人机

技术领域

本发明涉及一种基于万向旋翼组的多旋翼无人机，属于无人飞行器技术领域。

背景技术

目前，多旋翼无人飞行器已在野外施工、勘探、交通运输、旅游、救援，特别是江河湖泊上工作等领域中得到广泛应用，其主要作用是现场情况的观察、信息的采集、少量物资的传送等。其有着独特的优势，可以垂直升降；不受地形、路途的限制，可以迅速到达需要工作、救援的位置的现场，甚至是人迹罕至的地方，进行近距离的观察；通过摄影、摄像设备，向有关部门的发送视频、图像资料，供有关部门技术人员对现场进行分析判断，或者迅速向现场运送物资，取得很好效果。

但目前的多旋翼无人机基本上是偶数数量旋翼，四旋翼、六旋翼、八旋翼都是依靠相邻两个旋翼进行扭矩抵消实现平稳飞行。且每个旋翼都只能在同一个平面转动。这也就导致了无人机在加速、变向时无人机机身和水平面有一定倾角。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种基于万向旋翼组的多旋翼无人机，增加无人机的灵活性和移动速度，同时不改变无人机的稳定性，使得多旋翼无人机在加速、变向时仍然能够保持水平，其具体技术方案如下：

一种基于万向旋翼组的多旋翼无人机，包括机架、飞行控制系统、GPS、控制器和万向旋翼组，所述机架包括中心板和从中心板的四周均匀延伸出去的若干个平衡旋翼组，所述中心板的下方圆周均匀地设置有若干个脚架，所述万向旋翼组设置在中心板的垂直下方，所述飞行控制系统和GPS设置在中心板的上方，所述飞行控制系统控制万向旋翼组进行不同方向和速度的调整。

每个所述平衡旋翼组均设置有电机、电调和若干个飞行旋翼，所述电机驱动飞行旋翼旋转，电机通过电调连接电池。

所述万向旋翼组包括螺旋桨、固定板、第一微型电机、第一齿轮和外框，所述固定板用于与中心板固定连接，固定板的下方设置有第一微型电机，所述第一微型电机连接第一电机驱动器，所述第一齿轮设置在第一微型电机的输出端，所述第一齿轮内嵌在外框中，所述外框的两端均设置有转轴杆，两根转轴杆的末端之间设置有电机座。

所述电机座上安装有螺旋桨电机和螺旋桨。

所述电机座两端分别朝向外侧伸出一截短杆，所述短杆末端有齿轮凹槽，所述转轴杆朝向电机座的一侧设置有第二齿轮，所述第二齿轮插入到齿轮凹槽中，所述第二齿轮的动力输入端连接有第二微型电机和第二电机驱动器。

所述外框与中心板平行，所述外框的上表面中心内嵌设置有齿轮形状的凹槽，所述凹槽的两侧均设置有挡板，所述挡板朝向凹槽一侧设置有与第一微型电机输出轴咬合的切口，所述挡板的另一侧均设置有弹簧，所述弹簧拉着挡板贴合在外框表面。

所述电机座上设置有保护罩，所述螺旋桨和螺旋桨电机均位于保护罩中，所述保护罩通过支架与电机座支撑固定。

本发明的有益效果是：

本发明实用性较强，通过万向旋翼组控制无人机的飞行速度与方向，通过多组平衡旋翼组保持无人机的平衡，减少了耗电速率，提升了续航能力和灵活性，增加了无人机的实用性和便利，具有现实意义，可进行量产而达到普及推广作用，造福社会。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是万向旋翼组结构图，

图3是第一齿轮的结构图，

图4是转轴杆的结构图，

图5是电机座的结构图，

图6是螺旋桨电机的结构图，

图7是外框的剖面图，

图8是飞行控制系统原理图，

附图标记列表：1—飞行控制系统，2—GPS，3—电调，4—平衡旋翼组，5—电机，6—脚架，7—万向旋翼组，8—电池，9—固定板，10—螺栓孔，11—第一微型电机，12—第一齿轮，13—外框，14—转轴杆，15—第一电机驱动器，16—切口，17—凹槽，18—挡板，19—弹簧，20—第二电机驱动器，21—第二微型电机，22—第二齿轮，23—齿轮凹槽，24—短杆，25—电机座，26—保护罩，27—支架，28—螺旋桨电机，29—螺旋桨，30—圆环带。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是本发明的结构示意图，结合附图可见，本基于万向旋翼组的多旋翼无人机，包括机架、飞行控制系统1、GPS 2、控制器和万向旋翼组7，所述机架包括中心板和从中心板的四周均匀延伸出去的若干个平衡旋翼组4，所述中心板的下方圆周均匀地设置有若干个脚架6，所述万向旋翼组7设置在中心板的垂直下方，所述飞行控制系统1和GPS 2设置在中心板的上方，所述飞行控制系统1控制万向旋翼组7进行不同方向和速度的调整。本发明，飞行控制系统1通过控制万向旋翼组7进行不同方向、不同速度的移动，而出于同一平面的平衡旋翼组4在飞行控制系统1的作用下，调整转速，使整个无人机保持平衡。遥控器控制的是万向旋翼组7的转动方向与转动速度。

万向旋翼组7实现了螺旋桨29在互为垂直的两个方向上的360°转动，两个维度的方向进行组合就可以实现任何方向上的转动，即万向转动。螺旋桨29的转动速度经遥控器发送信号通过飞控控制，实现了无人机运动速度的改变。这种情况下，无人机的多个平衡旋翼组4负责了平衡工作，万向旋翼组7负责无人机的运动方向和运动速度。一个万向旋翼组7的电机5的耗电速率小于多个平衡旋翼组4的电机5的耗电速率，因此这种方法可以提升无人机的续航能力和灵活性。

所述中心板上设置有电池8，电池8通过分电板给所有的电机5供电。电池8安装在中心板中心位置，这样便于无人机的平衡，同时也减少了平衡旋翼组4的压力。万向旋翼组7的运动通过飞行控制系统1调节，飞行控制系统1的命令从地面遥控器或者地面站软件上获得。

每个所述平衡旋翼组4均设置有电机5、电调3和若干个飞行旋翼，所述电机5驱动飞行旋翼旋转，电机5通过电调3连接分电板，分电板连接电池8。电调3调节控制给电机5输送的电源和运动信号。电调3应选用额定电流较大的型号。

图2是万向旋翼组7结构图，结合附图可见，所述万向旋翼组7包括螺旋桨29、固定板9、第一微型电机11、第一齿轮12和外框13，所述固定板9用于与中心板固定连接，固定板9的下方设置有第一微型电机11，图3是第一齿轮12的结构图，结合附图可见，所述第一微型电机11连接第一电机驱动器15，所述第一齿轮12设置在第一微型电机11的输出端，所述第一齿轮12内嵌在外框13中，所述外框13的两端均设置有转轴杆14，两根转轴杆14的末端之间设置有电机座25。第一齿轮12能够驱动外框13沿着第一齿轮12的轴向中心线360°旋转，变化角度，外框13与螺旋桨29同步变化角度。

可以在固定板9上贯穿设有多个螺栓孔10，通过螺钉螺纹连接，将固定板9固定连接到中心板下方。螺栓孔10中可以使用减震球，对万向旋翼组7起到保护的作用。

第一微型电机11选用三相步进电机5，且其转动产生的扭矩足以带动万向旋翼组7进行转动。

所述电机座25上安装有螺旋桨29电机28和螺旋桨29。螺旋桨29旋动驱动无人机飞行。

所述电机座25两端分别朝向外侧伸出一截短杆24，所述短杆24末端有齿轮凹槽23，图4是转轴杆14的结构图，结合附图可见，所述转轴杆14朝向电机座25的一侧设置有第二齿轮22，所述第二齿轮22插入到齿轮凹槽23中，所述第二齿轮22的动力输入端连接有第二微型电机21和第二电机驱动器20。第二齿轮22能够驱动电机座25沿着第二齿轮22的轴向中心线360°旋转，变化角度。结合第一齿轮12的驱动旋转方向，实现螺旋桨29在互为垂直的两个方向均能360°旋转，实现万向控制。

图7是外框13的剖面图，结合附图可见，所述外框13与中心板平行，所述外框13的上表面中心内嵌设置有齿轮形状的凹槽17，所述凹槽17的两侧均设置有挡板18，所述挡板18朝向凹槽17一侧设置有与第一微型电机11输出轴咬合的切口16，所述挡板18的另一侧均设置有弹簧19，所述弹簧19拉着挡板18贴合在外框13表面。第一微型电机11的输出轴从挡板18上的切口16中穿过。挡板18可以移动，挡板18侧边有弹簧19，所述弹簧19固定在外框13上边内部。从切口16处掰开挡板18，则可拿出或装入第一齿轮12，松开挡板18，则在弹簧19作用下挡板18关闭，切口16咬住第一微型电机11的输出轴。

图5是电机座25的结构图，图6是螺旋桨29电机28的结构图，结合附图可见，所述电机座25上设置有保护罩26，所述螺旋桨29和电机28均位于保护罩26中，所述保护罩26通过支架27与电机座25支撑固定。保护罩26保护螺旋桨29免受外界杂物撞击。保护罩26包括圆环带30和罩网，圆环带30围在螺旋桨29四周，罩网选用轻质刚性材料制成的圆形网状罩，在螺旋桨29上方与圆环带30连接。螺旋桨29需要在异地空间四处转动，所以必须加上圆环带30和罩网才能保证其安全。

图8是飞行控制系统1原理图，地面段通过遥控器和地面站软件可以发送信号给飞行控制系统1。飞行控制系统1控制着平衡旋翼组4和万向旋翼组7。飞行控制系统1与平衡旋翼和万向旋翼的电调3相连；当地面段发送信号时，飞行控制系统1首要处理对动力旋翼组的要求，通过第一齿轮12和第二齿轮22的旋转实现水平方向上和垂直方向上无死角的角度转动。通过电调3控制万向旋翼的转速。这时飞行控制系统1内部会对稳定性进行评估和运算，得出四个平衡旋翼需要如何运动来保持平衡并付诸实施。这个过程发生在极端的时间内，平衡旋翼根据飞行情况做出调整以保证无人机始终保持稳定，没有较大振动和倾角。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种基于万向旋翼组的多旋翼无人机，其特征在于包括机架、飞行控制系统、GPS、控制器和万向旋翼组，所述机架包括中心板和从中心板的四周均匀延伸出去的若干个平衡旋翼组，所述中心板的下方圆周均匀地设置有若干个脚架，所述万向旋翼组设置在中心板的垂直下方，所述飞行控制系统和GPS设置在中心板的上方，所述飞行控制系统控制万向旋翼组进行不同方向和速度的调整；每个所述平衡旋翼组均设置有电机、电调和若干个飞行旋翼，所述电机驱动飞行旋翼旋转，电机通过 电调连接电池；所述万向旋翼组包括螺旋桨、固定板、第一微型电机、第一齿轮和外框，所述固定板用于与中心板固定连接，固定板的下方设置有第一微型电机，所述第一微型电机连接第一电机驱动器，所述第一齿轮设置在第一微型电机的输出端，所述第一齿轮内嵌在外框中，所述外框的两端均设置有转轴杆，两根转轴杆的末端之间设置有电机座。

2.根据权利要求1所述的一种基于万向旋翼组的多旋翼无人机，其特征在于所述电机座上安装有螺旋桨电机和螺旋桨。

3.根据权利要求2所述的一种基于万向旋翼组的多旋翼无人机，其特征在于所述电机座两端分别朝向外侧伸出一截短杆，所述短杆末端有齿轮凹槽，所述转轴杆朝向电机座的一侧设置有第二齿轮，所述第二齿轮插入到齿轮凹槽中，所述第二齿轮的动力输入端连接有第二微型电机和第二电机驱动器。

4.根据权利要求3所述的一种基于万向旋翼组的多旋翼无人机，其特征在于所述外框与中心板平行，所述外框的上表面中心内嵌设置有齿轮形状的凹槽，所述凹槽的两侧均设置有挡板，所述挡板朝向凹槽一侧设置有与第一微型电机输出轴咬合的切口，所述挡板的另一侧均设置有弹簧，所述弹簧拉着挡板贴合在外框表面。

5.根据权利要求4所述的一种基于万向旋翼组的多旋翼无人机，其特征在于所述电机座上设置有保护罩，所述螺旋桨和螺旋桨电机均位于保护罩中，所述保护罩通过支架与电机座支撑固定。