CN107458594B - 可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人，包括机体，所述机体的四周向外伸出四个支撑臂，每个所述支撑臂的末端均经角度调节器连接有一对共轴倾转旋翼对，每对所述共轴倾转旋翼对均包含同轴的上旋翼与下旋翼，同轴的所述上旋翼与下旋翼的转速相同、转向相反，任意两个相邻的所述上旋翼的转速相同、转向相反，任意两个相邻的所述下旋翼的转速相同、转向相反；本发明还涉及一种可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人的工作方法。本发明结构简单、紧凑、合理，操作容易，易于使用，具有优良的机动性和可控性，在各个领域都有广阔的应用前景。

Description

可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人及其工作方法。

背景技术

近年来，随着航空技术的发展，旋翼飞行机器人技术也越来越成熟，在各个领域都得到了广泛的运用。由于四旋翼飞行机器人与其它多旋翼飞行机器人相比，具有结构紧凑、体积小、成本低等优点，因此当前大部分多旋翼飞行机器人都是以四旋翼飞行机器人研究为主。但四旋翼飞行机器人由于只有四个电机，旋翼全部位于同一平面，导致其升力与重量比值小，带载能力低，稳定性较差，机动性能有限。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人及其工作方法，不仅结构设计合理，而且高效便捷。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人，包括机体，所述机体的四周向外伸出四个支撑臂，每个所述支撑臂的末端均经角度调节器连接有一对共轴倾转旋翼对，每对所述共轴倾转旋翼对均包含同轴的上旋翼与下旋翼，同轴的所述上旋翼与下旋翼的转速相同、转向相反，任意两个相邻的所述上旋翼的转速相同、转向相反，任意两个相邻的所述下旋翼的转速相同、转向相反。

优选的，每对所述共轴倾转旋翼对中的上旋翼与下旋翼相互平行，每对所述共轴倾转旋翼对中的上旋翼的转动平面与下旋翼的转动平面相互平行，每对所述共轴倾转旋翼对中的上旋翼与下旋翼绕着同一中心轴转动。

优选的，每个所述上旋翼与下旋翼均倾斜设置，任意两个相邻的所述上旋翼之间的夹角为α，夹角α的取值范围为90°~135°，任意两个相邻的所述上旋翼呈正八字分布或倒八字分布，且正八字分布与倒八字分布间隔设置。

优选的，每个所述上旋翼均对应有一个上电机并由其驱动转动，每个所述下旋翼均对应有一个下电机并由其驱动转动，每对所述共轴倾转旋翼对中的上电机与下电机置于电机罩内并夹设在相对应的上旋翼与下旋翼之间。

优选的，任意两个相邻的所述支撑臂之间的夹角为90°。

优选的，所述角度调节器包含相互嵌套设置的内管与外管，所述内管与外管为间隙配合，所述内管与支撑臂相连接，所述外管与共轴倾转旋翼对相连接。

优选的，所述外管的侧壁上沿其长度方向环向开设有至少一圈调节孔组，每圈所述调节孔组均包含若干个间隔设置的调节孔，所述外管长度方向上所有调节孔均错位设置，所述内管的内腔设置有弹性片，所述弹性片的首端经铆钉与内管固定连接，所述弹性片的末端设置有用以与调节孔相配合的限位凸起，所述内管的内腔还设置有用以将限位凸起压入调节孔的复位弹簧。

优选的，所述机体的下方设置有升降架。

优选的，所述机体内设置有控制单元、传感器以及电源。

一种可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人的工作方法，包括如上述任意一项所述的可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人，包含以下步骤：所有所述上旋翼与下旋翼同时工作带动可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人飞行，所有所述上旋翼与下旋翼同时停止工作带动可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人降落。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中的共轴设计保留了平面四旋翼飞行机器人结构紧凑和体积小的优点，但在具有相同的占地面积条件下，共轴倾转八旋翼飞行机器人在结构上增加了四个电机，提高了整机的驱动性能和带载能力；

（2）本发明中的上旋翼与下旋翼均倾斜设置，获得了共轴、正八字以及倒八字单元布局，上述三种单元布局相互配合，旋转方向相反，对机体的合扭矩为零，克服了气动干扰带来的不良影响；

（3）本发明中的角度调节器能够改变共轴倾转旋翼对的倾角，可以实现各种飞行姿态的控制，克服了气动干扰带来的不良影响，获得了良好的气动性能；

（4）本发明结构简单、紧凑、合理，操作容易，易于使用，具有优良的机动性和可控性，在各个领域都有广阔的应用前景。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的构造示意图。

图2为本发明实施例的构造示意图。

图3为本发明实施例的构造示意图。

图4为本发明实施例的共轴旋翼对单元布局原理图。

图5为本发明实施例的正八字倾转旋翼对单元布局原理图。

图6为本发明实施例的倒八字倾转旋翼对单元布局原理图。

图7为本发明实施例角度调节器的构造示意图。

图8为本发明实施例主调节孔组的构造示意图。

图9为本发明实施例副调节孔组的构造示意图。

图中：1-机体，2-支撑臂，3-角度调节器，301-内管，302-外管，303-主调节孔组，304-副调节孔组，305-弹性片，306-铆钉，307-限位凸起，308-复位弹簧，4-上旋翼，5-下旋翼，6-电机罩，7-升降架。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~9所示，一种可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人，包括机体1，所述机体1的四周向外伸出四个支撑臂2，每个所述支撑臂2的末端均经角度调节器3连接有一对共轴倾转旋翼对，每对所述共轴倾转旋翼对均包含同轴的上旋翼4与下旋翼5，同轴的所述上旋翼4与下旋翼5的转速相同、转向相反，任意两个相邻的所述上旋翼4的转速相同、转向相反，任意两个相邻的所述下旋翼5的转速相同、转向相反。

在本发明实施例中，每对所述共轴倾转旋翼对中的上旋翼4与下旋翼5相互平行，每对所述共轴倾转旋翼对中的上旋翼4的转动平面与下旋翼5的转动平面相互平行，每对所述共轴倾转旋翼对中的上旋翼4与下旋翼5绕着同一中心轴转动，优选的，所述中心轴与支撑臂2相垂直。

在本发明实施例中，每个所述上旋翼4与下旋翼5均倾斜设置，每个所述上旋翼4与下旋翼5均采用高升阻比翼形，任意两个相邻的所述上旋翼4之间的夹角为α，夹角α的取值范围为90°~135°，任意两个相邻的所述上旋翼4之间的夹角α的取值均相等；通过改变共轴倾转旋翼对的倾角，从而改变夹角α，可以实现运动和姿态的完全解耦，获得不同配置单元各项气动性能，这为倾转旋翼系统气动布局的设计提供了便利；每个所述上旋翼4与下旋翼5均倾斜设置，实现了飞行机器人姿态转动和平动运动的独立控制，在多个所述上电机与下电机失效的情况仍然可以继续执行任务或者安全降落，显著的提升了系统的可靠性和驱动机构故障冗余能力任意两个相邻的所述上旋翼4呈正八字分布或倒八字分布，且正八字分布与倒八字分布间隔设置，如附图1所示；共轴倾转旋翼对增大了升力与重量比值，提高了带载能力，加强了系统稳定性；在正八字分布中，两个相邻的所述上旋翼4或两个相邻的下旋翼5转速相同、旋向相反，均朝内侧旋转，这种配置使得入流和出流变得更加的集中，拉力借助干扰气流进一步加强；在倒八字分布中，两个相邻的所述上旋翼4或两个相邻的下旋翼5转速相同、旋向相反，均朝外侧旋转，这种配置减小了气流对上旋翼4或下旋翼5的冲击，减小了阻力，增大了入流。

在本发明实施例中，每个所述上旋翼4均对应有一个上电机并由其驱动转动，每个所述下旋翼5均对应有一个下电机并由其驱动转动，每对所述共轴倾转旋翼对中的上电机与下电机置于电机罩6内并夹设在相对应的上旋翼4与下旋翼5之间。

在本发明实施例中，任意两个相邻的所述支撑臂2之间的夹角为90°。

在本发明实施例中，所述角度调节器3包含相互嵌套设置的内管301与外管302，所述内管301与外管302为间隙配合，所述内管301与支撑臂2相连接，所述外管302与共轴倾转旋翼对相连接。

在本发明实施例中，所述外管302的侧壁上沿其长度方向环向开设有至少一圈调节孔组，每圈所述调节孔组均包含若干个间隔设置的调节孔，所述外管302长度方向上所有调节孔均错位设置，所述内管301的内腔设置有弹性片305，所述弹性片305的首端经铆钉306与内管301固定连接，所述弹性片305的末端设置有用以与调节孔相配合的限位凸起307，所述内管301的内腔还设置有用以将限位凸起307压入调节孔的复位弹簧308；优选的，所述弹性片305的个数为2个，所述复位弹簧308设置在两个弹性片305之间；优选的，所述调节孔组的圈数为2圈，分别为主调节孔组303与副调节孔组304，所述主调节孔组303对应主刻度圈，所述副调节孔组304对应副刻度圈，所述主调节孔组303与副调节孔组304都是每隔30度角分布一个调节孔，每圈共12个调节孔，通过所述主调节孔组303与副调节孔组304的相互配合获得转动最小分度值15度，根据需要还可以增加副调节孔组304的个数；使用时，将所述限位凸起307压入，相对所述内管301转动或伸缩外管302至预定位置后，松开所述限位凸起307，所述弹性片305在复位弹簧308的作用下复位，所述限位凸起307重新压入至相对应的调节孔中，确保了所述外管302转动调节角度后限位卡死，，从而达到共轴倾转旋翼对预期的倾角，从而改变夹角α，从而提升整机的各项气动性能和稳定性。

在本发明实施例中，所述机体1的下方设置有升降架7。

在本发明实施例中，所述机体1内设置有控制单元、传感器以及电源。

在本发明实施例中，一种可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人的工作方法，包括如上述任意一项所述的可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人，包含以下步骤：所有所述上旋翼4与下旋翼5同时工作带动可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人飞行，所有所述上旋翼4与下旋翼5同时停止工作带动可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人降落。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人及其工作方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人，其特征在于：包括机体，所述机体的四周向外伸出四个支撑臂，每个所述支撑臂的末端均经角度调节器连接有一对共轴倾转旋翼对，每对所述共轴倾转旋翼对均包含同轴的上旋翼与下旋翼，同轴的所述上旋翼与下旋翼的转速相同、转向相反，任意两个相邻的所述上旋翼的转速相同、转向相反，任意两个相邻的所述下旋翼的转速相同、转向相反；

每对所述共轴倾转旋翼对中的上旋翼与下旋翼相互平行，每对所述共轴倾转旋翼对中的上旋翼的转动平面与下旋翼的转动平面相互平行，每对所述共轴倾转旋翼对中的上旋翼与下旋翼绕着同一中心轴转动；

每个所述上旋翼与下旋翼均倾斜设置，任意两个相邻的所述上旋翼之间的夹角为α，夹角α的取值范围为90°~135°，任意两个相邻的所述上旋翼呈正八字分布或倒八字分布，且正八字分布与倒八字分布间隔设置；

所述角度调节器包含相互嵌套设置的内管与外管，所述内管与外管为间隙配合，所述内管与支撑臂相连接，所述外管与共轴倾转旋翼对相连接；

所述外管的侧壁上沿其长度方向环向开设有至少一圈调节孔组，每圈所述调节孔组均包含若干个间隔设置的调节孔，所述外管长度方向上所有调节孔均错位设置，所述内管的内腔设置有弹性片，所述弹性片的首端经铆钉与内管固定连接，所述弹性片的末端设置有用以与调节孔相配合的限位凸起，所述内管的内腔还设置有用以将限位凸起压入调节孔的复位弹簧。

2.根据权利要求1所述的可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人，其特征在于：每个所述上旋翼均对应有一个上电机并由其驱动转动，每个所述下旋翼均对应有一个下电机并由其驱动转动，每对所述共轴倾转旋翼对中的上电机与下电机置于电机罩内并夹设在相对应的上旋翼与下旋翼之间。

3.根据权利要求1所述的可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人，其特征在于：任意两个相邻的所述支撑臂之间的夹角为90°。

4.根据权利要求1所述的可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人，其特征在于：所述机体的下方设置有升降架。

5.根据权利要求1所述的可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人，其特征在于：所述机体内设置有控制单元、传感器以及电源。

6.一种可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人的工作方法，其特征在于，包括如权利要求1~5任意一项所述的可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人，包含以下步骤：所有所述上旋翼与下旋翼同时工作带动可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人飞行，所有所述上旋翼与下旋翼同时停止工作带动可变角度共轴倾转八旋翼飞行机器人降落。

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