CN107128483A - 一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，包括安装有螺旋叶片的两个机臂和内部安装有驱动机构的机身，所述两个机臂分别与机身的自由端连接，所述驱动机构包括安装在机身的传动构件以及安装在机臂且用于改变螺旋叶片转速的变速构件。相比现有技术，设置有调速机构，能够有效的实现对无人机旋翼的转动速度，实现对无人机的姿态调控；设置有两个驱动电机，有效的保证动力构件的稳定；设置有正旋翼轴和反旋翼轴，有效的避免无人机不能有效飞行的情况的出现；通过舵机和推拉轴承的配合，有效的实现对旋翼轴的调速；操作简单、实用性强。

Description

一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构

技术领域

本发明涉及无人机，具体的说，是一种动力冗余设计的四四旋翼无人机及其传动变速结构。

背景技术

无人机被广泛应用于地图测绘、森林勘测、抢险救灾、物流快递、高空拍摄等领域。当需要无人机作业时，用户会将无人机放置在一放置面上。无人机以机身平行于放置面的姿态，垂直于该放置面的方向起飞。

但是，在具体实现过程中，无人机起飞的放置面与大地可能并不一致，这就导致无人起飞后机身相对于大地不平衡，进而对后续控制无人机将带来很大误差。

无人机大致分为多旋翼，单旋翼和固定翼。其中多旋翼无人机，飞行姿态稳定，适合悬停的特点，但是姿态调控装置结构复杂，多旋翼无人机一个电机提供一个旋翼的动力，当其中一个电机失效时，飞行器会发生自旋而坠毁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动力冗余设计的四四旋翼无人机及其传动变速结构，变速构件能通过控制改变不同旋翼的转速，实现对无人机姿态的调控，动力集中，有效的保证了飞行的稳定，采用旋翼分层结构设计，能够有效的提高升力。

本发明通过下述技术方案实现：一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，包括安装有螺旋叶片的两个机臂和内部安装有驱动机构的机身，所述两个机臂分别与机身的自由端连接，所述驱动机构包括安装在机身的传动构件以及安装在机臂且用于改变螺旋叶片转速的变速构件。

工作原理：通过与传动构件连接的控制器进行传动控制，由传动构件带动变速构件进行螺旋叶片转速的调整，有效的施工对无人机姿态的调控。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述传动构件包括驱动电机、与驱动电机输出轴连接的电机齿轮、与电机齿轮啮合的第一主齿盘以及安装第一主齿盘上的第一主传动轴，所述第一主传动轴与第一主齿盘同轴，所述第一主传动轴贯穿机身并与机臂上的变速构件连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述驱动电机和电机齿轮的数量分别为两个，两个驱动电机以第一主传动轴为轴线对称安装在机身内且通过各自对应的电机齿轮同时与第一主齿盘啮合，同时机身内还安装有与驱动电机对应的配重块。

两个驱动电机和电机齿轮分别以第一主传动轴为轴线对称安装在机身内；所述机身远离电机齿轮的一侧还设置有配重块。

配重块与驱动电机重量一致，有效的保证了无人机的平衡。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述驱动电机和电机齿轮的数量分别为两个，所述两个驱动电机以第一主传动轴和第一主齿盘构成的结构对角安装在机身内；所述两个驱动电机分别位于第一主传动轴的两侧且同时位于第一主齿盘的两侧。

所述两个驱动电机以第一主传动轴为轴线构成两个的结构分别安装在两个结构内；所述两个驱动电机分别位于第一主传动轴的两侧且同时位于第一主齿盘的两侧。

采用两个驱动电机进行驱动，有效的保证传动构件的稳定性，有效的避免由于一个驱动电机损坏，造成无人机无法进行飞行的状况出现。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述变速构件包括与第一主传动轴两侧自由端连接的第二摩擦盘、沿第二摩擦盘轴线对称安装且与第二摩擦盘配合使用的第二从动盘、安装在第二从动盘上且与第二从动盘同轴的第二转动机构、与第二转动机构远离第二从动盘一侧连接的第一伞齿轮以及与第一伞齿轮啮合的第二伞齿轮；所述第二伞齿轮上安装有旋翼轴，所述旋翼轴的自由端与螺旋叶片连接。

第二摩擦盘与第二从动盘配合使用，在第二摩擦盘转动的情况下由于第二摩擦盘与第二从动盘的摩擦大，使得第二从动盘进行转动。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述机臂内部还设置有沿第二摩擦盘轴线对称设置的分隔板，所述变速构件还包括安装在分隔板远离第二摩擦盘的一侧的调速机构；所述调速机构包括安装在分隔板远离第二摩擦盘的一侧上的舵机、与舵机连接的摇臂、与摇臂远离舵机一端连接的推拉杆、与推拉杆远离摇臂的一端连接的推拉轴承以及与推拉轴承滑动连接的稳定轴；所述稳定轴固定安装在机臂内部；所述第二转动机构与推拉轴承连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述第二转动机构包括一端与第二从动盘连接且同轴的母轴以及与母轴远离第二从动盘一端套接的公轴，所述推拉轴承与母轴固定连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述母轴为中空结构，所述公轴靠近母轴的一侧设置有与母轴中空结构尺寸相匹配的连接杆，所述公轴与母轴通过连接杆和中空结构滑动连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述螺旋叶片的数量为四个并通过一一对应的旋翼轴分别位于同一矩形的四个角，对角的两个螺旋叶片等高且相邻的两个螺旋叶片不等高。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述旋翼轴的数量为四个包括两个正旋翼轴和两个反旋翼轴，所述两个正旋翼轴和两个反旋翼轴分别呈对角设置。有效的避免旋转方向不一致，使得无人机不能正常飞行。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明设置有调速机构，能够有效的实现对无人机旋翼的转动速度，实现对无人机的姿态调控；

（2）本发明设置有两个驱动电机，有效的保证动力构件的稳定；

（3）本发明设置有正旋翼轴和反旋翼轴，有效的避免无人机不能有效飞行的情况的出现；

（4）本发明通过舵机和推拉轴承的配合，有效的实现对旋翼轴的调速；

（5）本发明操作简单、实用性强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为图2中B处的放大图；

图4为图2中C处的放大图；

图5为图2中A处的放大图；

图6为本发明中公轴的结构示意图；

图7为本发明中母轴的结构示意图；

图8为本发明中公轴和母轴的连接示意图；

其中1-机身，2-驱动电机，3-第一主传动轴，4-电机齿轮，5-第一主齿盘， 8-第二摩擦盘，9-第二从动盘，10-母轴，11-公轴，111-连接杆，12-分隔板，13-螺旋叶片，14-旋翼轴，15-第一伞齿轮，16-第二伞齿轮，17-稳定轴，18-推拉杆，19-舵机，20-摇臂，21-推拉轴承。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图8所示，一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，包括安装有螺旋叶片13的两个机臂和内部安装有驱动机构的机身1，所述两个机臂分别与机身1的自由端连接，所述驱动机构包括安装在机身1的传动构件以及安装在机臂且用于改变螺旋叶片13转速的变速构件。

工作原理：通过与传动构件连接的控制器进行传动控制，由传动构件带动变速构件进行螺旋叶片13转速的调整，有效的施工对无人机姿态的调控。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图2、图5所示，所述传动构件包括驱动电机2、与驱动电机2的输出轴连接的电机齿轮4、与电机齿轮4啮合的第一主齿盘5以及安装第一主齿盘5上的第一主传动轴3，所述第一主传动轴3与第一主齿盘5同轴，所述第一主传动轴3贯穿机身1并与机臂上的变速构件连接。

驱动电机2与电机齿轮4一一对应配套使用，第一主传动轴3设置有电机齿轮4之间，电机齿轮4与第一主传动轴3上的第一主齿盘5啮合，第一主动轴与第一主齿盘5同轴，在飞行过程中，驱动电机2开启，与驱动电机2输出轴同轴的电机齿轮4将带动第一主传动轴3上的第一主齿盘5进行转动，从而实现第一主传动轴3的转动。

驱动电机2还连接有控制器，操作人员通过控制器对驱动电机2进行控制。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图2、图5所示，所述驱动电机2和电机齿轮4的数量分别为两个，所述两个驱动电机2和电机齿轮4分别以第一主传动轴3为轴线对称安装在机身1内；所述机身1远离电机齿轮4的一侧还设置有配重块。

需要说明的是，通过上述改进，在机身1中部还设置有安装驱动电机2的安装板，驱动电机2及电机齿轮4安装在安装板的一侧，在安装板的另外一侧将设置有驱动电机2及电机齿轮4重量相等的配重块，有效的保证无人机的平衡、稳定。

所述驱动电机2和电机齿轮4的数量分别为两个，两个驱动电机2以第一主传动轴3为轴线对称安装在机身1内且通过各自对应的电机齿轮4同时与第一主齿盘5啮合，同时机身1内还安装有与驱动电机2对应的配重块。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如如图2、图5所示，所述驱动电机2和电机齿轮4的数量分别为两个，所述两个驱动电机2分别以第一主传动轴3为轴线对称安装在机身1内；所述两个驱动电机2分别位于第一主传动轴3的两侧且同时位于第一主齿盘5的两侧。

需要说明的是，通过上述改进，在机身1中部还设置有安装驱动电机2的安装板，通过安装板以及第一主传动轴3，将机身1内部分割为四个尺寸、大小一致的空腔，两个驱动电机2呈对角线设置在空腔内。

所述驱动电机2和电机齿轮4的数量分别为两个，所述两个驱动电机2以第一主传动轴3和第一主齿盘5构成的结构对角安装在机身1内；所述两个驱动电机2分别位于第一主传动轴3的两侧且同时位于第一主齿盘5的两侧。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图图2、图3、图4所示，所述变速构件包括与第一主传动轴3两侧自由端连接的第二摩擦盘8、沿第二摩擦盘8轴线对称安装且与第二摩擦盘8配合使用的第二从动盘9、安装在第二从动盘9上且与第二从动盘9同轴的第二转动机构、与第二转动机构远离第二从动盘9一侧连接的第一伞齿轮15以及与第一伞齿轮15啮合的第二伞齿轮16；所述第二伞齿轮16上安装有旋翼轴14，所述旋翼轴14的自由端与螺旋叶片13连接。

需要说明的是，通过上述改进，与第一主转动轴两端连接的第二摩擦盘8与第一主转动轴同轴，在第一主传动轴3转动的情况下，将带动第二摩擦盘8转动，由于第二摩擦盘8与第二从动盘9之间有很大的摩擦，在第二摩擦盘8转动的情况下，从而带动第二从动盘9进行转动，第二转动机构与第二从动盘9进行连接，在第二转动机构在第二从动盘9的转动下实现转动，由于第一伞齿轮15一第二转动机构连接，在第二转动机构转动的情况下，第一伞齿轮15将转动，与第一伞齿轮15啮合的第二伞齿轮16将进行旋转，从而实现与第二伞齿轮16同轴的旋翼轴14进行旋转，实现螺旋叶片13的旋转，使得无人机进行飞行。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图2、图3所示，所述机臂内部还设置有沿第二摩擦盘8轴线对称设置的分隔板12，所述变速构件还包括安装在分隔板12远离第二摩擦盘8的一侧的调速机构；所述调速机构包括安装在分隔板12远离第二摩擦盘8的一侧上的舵机19、与舵机19连接的摇臂20、与摇臂20远离舵机19一端连接的推拉杆18、与推拉杆18远离摇臂20的一端连接的推拉轴承21以及与推拉轴承21滑动连接的稳定轴17；所述稳定轴17固定安装在机臂内部；所述第二转动机构与推拉轴承21连接。

需要说明的是，通过上述改进，调速机构包括安装在分隔板12远离第二摩擦盘8一侧的舵机19、与舵机19连接的摇臂20、与摇臂20远离舵机19一端连接的推拉杆18、与推拉杆18远离摇臂20一端连接的推拉轴承21，所述推拉轴承21包括内圈和外圈；在外圈设置有固定环，稳定柱与固定环套接，有效的避免外圈沿母轴10轴线进行旋转；通过舵机19带动摇臂20摇摆实现推拉杆18的摇摆。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例7：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图2、图6、图7、图8所示，所述第二转动机构包括一端与第二从动盘9连接且同轴的母轴10以及与母轴10远离第二从动盘9一端套接的公轴11，所述推拉轴承21与母轴10固定连接。

推拉轴承21与母轴10固定连接，推拉杆18摇摆的情况下将带动推拉轴承21沿母轴10的轴线做往复运动，与母轴10同轴的第一从动盘将做往复运动，从而使第二从动盘9处于第二摩擦盘8的不同半径处，当角速度一样时半经越大，线速度越大，从而实现调速。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例8：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图6、图7、图8所示，所述母轴10为中空结构，所述公轴11靠近母轴10的一侧设置有与母轴10中空结构尺寸相匹配的连接杆111，所述公轴11与母轴10通过连接杆111和中空结构滑动连接。

需要说明的是，通过上述改进，所述连接杆111的横截面为多边形，连接杆111与母轴10的中空结构截面尺寸相匹配，母轴10的中空结构与连接杆111沿轴线滑动套接。在母轴10转动的情况下，通过多边形连接杆111与中空结构的配合，从而实现公轴11的转动。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例9：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图8所示，所述螺旋叶片13的数量为四个，所述螺旋叶片13的中心依次两侧形成一个矩形，螺旋叶片13通过一一对应的旋翼轴14分布于同一矩形的四个角，对角的两个螺旋叶片13等高且相邻的两个螺旋叶片13不等高。所述旋翼轴14的数量为四个包括两个正旋翼轴14和两个反旋翼轴14，所述两个正旋翼轴14和两个反旋翼轴14分别呈对角设置。

所述旋翼轴14数量为四个包括连个正旋翼轴14和两个反旋翼轴14，其中两个正旋翼轴14为一组，另外两个反旋翼轴14为一组，相邻的两个旋翼轴14不相同。有效的避免无人机旋翼轴14转动方向不一致，不能飞行。

所述螺旋叶片13的数量为四个并通过一一对应的旋翼轴14分别位于同一矩形的四个角，对角的两个螺旋叶片13等高且相邻的两个螺旋叶片13不等高。

实施例10：

如图1-图8所示，动力源构件将与驱动电机2进行连接，为驱动电机2提供电能，实现无人机的飞行，在需要进行无人机姿态调整时，通过与舵机19连接的飞控构件，控制舵机19工作，使得推拉轴承21沿母轴10的轴线做往复运动，从而使得第二从动盘9处于第二摩擦盘8的不同位置处，在角度速度箱体的情况下，半经越大，线速度越大，从而实现对旋翼轴14的调速。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，包括安装有螺旋叶片（13）的两个机臂和内部安装有驱动机构的机身（1），所述两个机臂分别与机身（1）的自由端连接，其特征在于：所述驱动机构包括安装在机身（1）的传动构件以及安装在机臂且用于改变螺旋叶片（13）转速的变速构件。

2.根据权利要求1所述一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，其特征在于：所述传动构件包括驱动电机（2）、与驱动电机（2）输出轴连接的电机齿轮（4）、与电机齿轮（4）啮合的第一主齿盘（5）以及安装第一主齿盘（5）上的第一主传动轴（3），所述第一主传动轴（3）与第一主齿盘（5）同轴，所述第一主传动轴（3）贯穿机身（1）并与机臂上的变速构件连接。

3.根据权利要求2所述一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，其特征在于：所述驱动电机（2）和电机齿轮（4）的数量分别为两个，两个驱动电机（2）以第一主传动轴（3）为轴线对称安装在机身（1）内且通过各自对应的电机齿轮（4）同时与第一主齿盘（5）啮合，同时机身（1）内还安装有与驱动电机（2）对应的配重块。

4.根据权利要求2所述一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，其特征在于：所述驱动电机（2）和电机齿轮（4）的数量分别为两个，所述两个驱动电机（2）以第一主传动轴（3）和第一主齿盘（5）构成的结构对角安装在机身（1）内；所述两个驱动电机（2）分别位于第一主传动轴（3）的两侧且同时位于第一主齿盘（5）的两侧。

5.根据权利要求2-4任一项所述一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，其特征在于：所述变速构件包括与第一主传动轴（3）两侧自由端连接的第二摩擦盘（8）、沿第二摩擦盘（8）轴线对称安装且与第二摩擦盘（8）配合使用的第二从动盘（9）、安装在第二从动盘（9）上且与第二从动盘（9）同轴的第二转动机构、与第二转动机构远离第二从动盘（9）一侧连接的第一伞齿轮（15）以及与第一伞齿轮（15）啮合的第二伞齿轮（16）；所述第二伞齿轮（16）上安装有旋翼轴（14），所述旋翼轴（14）的自由端与螺旋叶片（13）连接。

6.根据权利要求5所述一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，其特征在于：所述机臂内部还设置有沿第二摩擦盘（8）轴线对称设置的分隔板（12），所述变速构件还包括安装在分隔板（12）远离第二摩擦盘（8）的一侧的调速机构；所述调速机构包括安装在分隔板（12）远离第二摩擦盘（8）的一侧上的舵机（19）、与舵机（19）连接的摇臂（20）、与摇臂（20）远离舵机（19）一端连接的推拉杆（18）、与推拉杆（18）远离摇臂（20）的一端连接的推拉轴承（21）以及与推拉轴承（21）滑动连接的稳定轴（17）；所述稳定轴（17）固定安装在机臂内部；所述第二转动机构与推拉轴承（21）连接。

7.根据权利要求6所述一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，其特征在于：所述第二转动机构包括一端与第二从动盘（9）连接且同轴的母轴（10）以及与母轴（10）远离第二从动盘（9）一端套接的公轴（11），所述推拉轴承（21）与母轴（10）固定连接。

8.根据权利要求7所述一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，其特征在于：所述母轴（10）为中空结构，所述公轴（11）靠近母轴（10）的一侧设置有与母轴（10）中空结构尺寸相匹配的连接杆（111），所述公轴（11）与母轴（10）通过连接杆（111）和中空结构滑动连接。

9.根据权利要求8所述一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，其特征在于：所述螺旋叶片（13）的数量为四个并通过一一对应的旋翼轴（14）分别位于同一矩形的四个角，对角的两个螺旋叶片（13）等高且相邻的两个螺旋叶片（13）不等高。

10.根据权利要求6-9任一项所述一种动力冗余设计的四旋翼无人机及其传动变速结构，其特征在于：所述旋翼轴（14）的数量为四个包括两个正旋翼轴（14）和两个反旋翼轴（14），所述两个正旋翼轴（14）和两个反旋翼轴（14）分别呈对角设置。