CN107635871B - 一种无人飞行器 - Google Patents
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Abstract
一种无人飞行器，包括电机(1)、至少三组桨组件及将所述电机(1)的运动分别传递到各组所述桨组件上的第一传动组件，各组所述桨组件均布在所述电机(1)的周围。通过第一传动组件将电机(1)的运动传递到三组桨组件上，即三组桨组件共用一个电机(1)。相对传统的电机与桨叶一一对应的设计，节省了电机的数量；又将该电机(1)放置在无人飞行器的中央，这样就对该电机的大小没有传统无人飞行器对电机的要求那么高了，可使用相对便宜的电机。因此，该无人飞行器具有整体结构优化，成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人飞行器。
背景技术
现有无人飞行器中可实现垂直起降的旋翼飞行器，一般为如四旋翼、六旋翼或八旋翼等。对于现有技术中的旋翼飞行器均是通过将桨叶连接到电机上以实现将电机的运动传递到桨叶上，即均是桨叶与电机一一对应，有多少个桨叶就有多少个电机，如传统四旋翼的四个电机是放在四旋翼分叉出来的四个桨臂上的，为了减轻桨臂的负担必须要使电机微型化。如何减少旋翼飞行器的电机数量及大小以降低无人飞行器的成本，已成为无人飞行器行业急需解决的问题了。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术中无人飞行器因电机的数量及大小而造成的成本过高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种无人飞行器，其包括电机、至少三组桨组件及将所述电机的运动分别传递到各组所述桨组件上的第一传动组件，各组所述桨组件均布在所述电机的周围；
所述桨组件包括桨臂、正转桨叶、反转桨叶及将所述桨臂的运动分别传递到所述正转桨叶和所述反转桨叶上的第二传动组件，所述正转桨叶和所述反转桨叶平行地位于该桨臂的上下两侧；
所述第二传动组件包括连接在所述桨臂上的第三锥齿轮、第四锥齿轮、第五锥齿轮、正转轴、反转轴以及变速机构，所述第四锥齿轮和所述第五锥齿轮均与所述第三锥齿轮啮合，所述正转轴的两端分别连接所述正转桨叶及所述第四锥齿轮，所述反转轴的两端分别连接所述反转桨叶及所述第五锥齿轮，所述变速机构用于改变所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合之间的传动比以实现无人飞行器的定高、垂直升降、偏航、俯仰及横滚运动；
所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态均具有第一啮合状态、第二啮合状态和第三啮合状态，所述第一啮合状态为不啮合，所述第二啮合状态为传动比是1，所述第三啮合状态为传动比是I，其中I＞1。
优选地，在所述无人飞行器飞行的状态，所述电机的转速不变。
优选地，所述第一传动组件包括连接在所述电机上的第一锥齿轮以及分别连接在各所述桨组件的桨臂上的第二锥齿轮，各所述第二锥齿轮均与所述第一锥齿轮啮合。
优选地，所述正转轴与所述反转轴位于同一直线上。
优选地，各所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态均为第二啮合状态以实现所述无人飞行器的定高运动；各所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态均为第一啮合状态或第三啮合状态以实现所述无人飞行器的垂直升降运动。
优选地，各所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态为第二啮合状态或第三啮合状态，且各所述桨组件中至少有一组所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态为第一啮合状态以实现所述无人飞行器的偏航运动；或者，各所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态为第二啮合状态或第三啮合状态，且各所述桨组件中至少有一组所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态为第一啮合状态以实现所述无人飞行器的偏航运动。
优选地，各所述桨组件中其中至少一桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态为第二啮合状态，且各所述桨组件中其中至少一桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态均为第一啮合状态或均为第三啮合状态以实现所述无人飞行器的俯仰及横滚运动。
本发明优选实施例中的无人飞行器通过第一传动组件将电机的运动传递到三组桨组件上，即本发明中三组桨组件共用一个电机，因只有一个电机，相对传统的电机与桨叶一一对应的设计，节省了电机的数量；又将该电机放置在无人飞行器的中央，这样就对该电机的大小没有传统无人飞行器对电机的要求那么高了，可使用相对便宜的电机，即本发明所公开的无人飞行器相对传统的无人飞行器具有整体结构优化，成本低的优点。同时，因为减少了电机的数量，可以有更多的空间让位给电池，可间接提高无人飞行器的续航能力。
附图说明
图1为本发明无人飞行器优选实施例的示意图；
图2为图1中仅示出其中一桨组件而隐藏其他桨组件的另一方向的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供一种无人飞行器。
参照图1和图2，图1为本发明无人飞行器优选实施例的示意图，图2为图1中仅示出其中一桨组件而隐藏其他桨组件的另一方向的示意图。在该优选实施例中，本发明无人飞行器包括电机1、三组桨组件(未标号)及第一传动组件(未标号)，三组桨组件均布在电机1的周围，相互以电机1为中心，成120°排布。三组桨组件均通过第一传动组件连接到电机1上，该第一传动组件将电机1的运动分别传递到三组桨组件上。
桨组件的数量不限于三组，如四组、五组或更多组均可。
本发明上述优选实施例中的无人飞行器通过第一传动组件将电机1的运动传递到三组桨组件上，即本发明中三组桨组件共用一个电机1，因只有一个电机1，相对传统的电机与桨叶一一对应的设计，节省了电机的数量；又将该电机1放置在无人飞行器的中央，这样就对该电机1的大小没有传统无人飞行器对电机的要求那么高了，可使用相对便宜的电机，即本发明所公开的无人飞行器相对传统的无人飞行器具有整体结构优化，成本低的优点。同时，因为减少了电机的数量，可以有更多的空间让位给电池，可间接提高无人飞行器的续航能力。
在具体实施例中，在无人飞行器飞行的状态，电机1的转速和转向不变，即相对现有无人飞行器的各种运动(定高、垂直升降、俯仰、横滚及偏航)均需要相应电机的转速和/或转向进行改变才能实现，本发明无人飞行器在实现上述各种运动时无需电机1的转速或转向的改变，所以本发明无人飞行器对电机的要求相对传统无人飞行器对电机的要求要低，且控制要简单得多，不仅可降低硬件成本，还能降低软件成本及复杂度。
在具体实施例中，第一传动组件包括相互啮合的第一锥齿轮21和第二锥齿轮22，该第一锥齿轮21连接在电机1的转轴上，该第二锥齿轮22连接在各桨组件的桨臂31上，即将电机1的转轴在第一平面内的旋转运动，转换成了各桨臂31在与第一平面相互垂直的第二平面内的旋转运动，即实现三组桨组件共用一个电机1。
在具体实施例中，桨组件包括桨臂31、正转桨叶32、反转桨叶33和第二传动组件(未标号)，正转桨叶32和反转桨叶33平行地位于该桨臂31的上下两侧，该正转桨叶32是指桨叶沿顺时针方向旋转，相应的，反转桨叶33是指桨叶沿逆时针方向旋转，桨臂31的一端通过第一传动组件的第二锥齿轮22、第一锥齿轮21与电机1的转轴连接，另一端通过第二传动组件与正转桨叶32及反转桨叶33连接，这样电机1的运动就经该桨臂31后传递给正转桨叶32及反转桨叶33。相对传统的旋翼飞行器中一个桨臂31对应一个桨叶的方案，在有垂直方向上的干扰时，本发明只需要调节位于上下两侧的正转桨叶32或反转桨叶33的转速就能稳定下来，而传统的旋翼飞行器首先会进入偏航状态，再经过已有的算法结构进行调节才能稳定下来，所以本发明抗干扰能力更高，算法要求也更低一些，即控制更简单。
在具体实施例中，第二传动组件包括第三锥齿轮34、第四锥齿轮35、第五锥齿轮36、正转轴37、反转轴38以及变速机构(未示出)，正转轴37的一端连接在正转桨叶32上，另一端连接在第四锥齿轮35上，反转轴38的一端连接在反转桨叶33上，另一端连接在第五锥齿轮36上，第三锥齿轮34连接在桨臂31上，第四锥齿轮35和第五锥齿轮36均与第三锥齿轮34啮合，变速机构用于改变第三锥齿轮34与第四锥齿轮35以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合之间的传动比以实现无人飞行器的定高、垂直升降、偏航、俯仰及横滚运动。即将各桨臂31在第二平面内的旋转运动，转换成正转桨叶32在与第二平面相互垂直的第三平面内的旋转运动以及反转桨叶33在与第二平面相互垂直的第四平面内的旋转运动，该第三平面与第四平面平行，结合第一传动组件，即实现正转桨叶32和反转桨叶33共用一个电机1。
该变速机构可以使得第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态具有第一啮合状态、第二啮合状态和第三啮合状态，其中第一啮合状态为不啮合，第二啮合状态为传动比是1，第三啮合状态为传动比是I，其中I＞1，即可以通过机械压力使得第三锥齿轮34与第四锥齿轮35的啮合状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36的啮合状态在第一啮合状态、第二啮合状态以及第三啮合状态之间转换。这样在无人飞行器需要做定高、垂直升降、偏航、俯仰及横滚运动，可以根据需要改变第三锥齿轮34与第四锥齿轮35之间的传动比和/或第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合之间的传动比。
如当无人飞行器需要做定高运动时，各组桨组件的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态均为第二啮合状态，即各组桨组件的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合，且啮合的齿数相同，也即各组桨组件的正转桨叶32和反转桨叶33的转速相同，转向相反，从而保证各组桨组件的正转桨叶32和反转桨叶33的转动惯量相同，即保证平衡。
再如，当无人飞行器需要做垂直升降运动时，各组桨组件的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态均为第一啮合状态以实现无人飞行器的垂直下降运动，即降低各组桨组件的正转桨叶32和反转桨叶33的转速。降低各组桨组件的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态均为第三啮合状态以实现无人飞行器的垂直上升运动，即增大降低各组桨组件的正转桨叶32和反转桨叶33的转速。
又如，当无人飞行器需要做偏航运动时，各桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态为第二啮合状态或第三啮合状态，且各桨组件中至少有一组桨组件中的第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态为第一啮合状态以实现无人飞行器的偏航运动；或者，各桨组件中的第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态为第二啮合状态或第三啮合状态，且各桨组件中至少有一组桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态为第一啮合状态以实现无人飞行器的偏航运动。
如各桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态为第一啮合状态，且各桨组件中的第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态为第二啮合状态或第三啮合状态以实现无人飞行器的偏航运动。或者，第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态为第一啮合状态，且第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态为第二啮合状态或第三啮合状态以实现无人飞行器的偏航运动。即降低各桨组件中的正转桨叶32或反转桨叶33的转速，相应的，保持各桨组件中的反转桨叶33或正转桨叶32的转速。
上述例中的偏航速度最大，为了减小偏航速度，可以对包括多组桨组件的无人飞行器中的任一组或任几组桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35或第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态从第一啮合状态转换成第二啮合状态或第三啮合状态。如第一组桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态为第一啮合状态，第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态为第二啮合状态或第三啮合状态，同时，第二组桨组件和第三组桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态均为第二啮合状态或第三啮合状态。或者，第一组桨组件和第二组桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态为第一啮合状态，第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态为第二啮合状态或第三啮合状态，同时，第三组桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态均为第二啮合状态或第三啮合状态。
又如，当无人飞行器需要做俯仰或横滚运动时，各桨组件中其中至少一桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态为第二啮合状态，且各桨组件中其中至少一桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态均为第一啮合状态或均为第三啮合状态以实现无人飞行器的俯仰及横滚运动。即保证一组桨组件中第三锥齿轮34与第四锥齿轮35以及第三锥齿轮34与第五锥齿啮合，且啮合的齿数相同，也即该桨组件的正转桨叶32和反转桨叶33的转速相同，转向相反，从而保证该组桨组件的正转桨叶32和反转桨叶33的转动惯量相同，不旋转。再通过一组桨组件中第三锥齿轮34与第四锥齿轮35以及第三锥齿轮34与第五锥齿啮合的齿数增加或减少来实现俯仰和翻滚，从而达到前进/后退及左右平移。
如第一组桨组件和第二组桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态为第二啮合状态，第三组桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态均为第一啮合状态或均为第三啮合状态，即无人飞行器沿第三组桨组件中桨臂31运动。再如第一组桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态为第二啮合状态，第二组桨组件和第三组桨组件中的第三锥齿轮34与第四锥齿轮35啮合的状态以及第三锥齿轮34与第五锥齿轮36啮合的状态均为第一啮合状态或均为第三啮合状态，即相当于两个运动(沿第二组桨组件中桨臂31运动和第三组桨组件中桨臂31运动)的合成，两个不在同一直线上的运动可以合成平面上任意方向上的运动，即可实现前后左右的运动。
在优选实施例中，正转轴37与反转轴38位于同一直线上，即保证气流不相互扰动。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种无人飞行器，其特征在于，包括电机、至少三组桨组件及将所述电机的运动分别传递到各组所述桨组件上的第一传动组件，各组所述桨组件均布在所述电机的周围；
所述桨组件包括桨臂、正转桨叶、反转桨叶及将所述桨臂的运动分别传递到所述正转桨叶和所述反转桨叶上的第二传动组件，所述正转桨叶和所述反转桨叶平行地位于该桨臂的上下两侧；
所述第二传动组件包括连接在所述桨臂上的第三锥齿轮、第四锥齿轮、第五锥齿轮、正转轴、反转轴以及变速机构，所述第四锥齿轮和所述第五锥齿轮均与所述第三锥齿轮啮合，所述正转轴的两端分别连接所述正转桨叶及所述第四锥齿轮，所述反转轴的两端分别连接所述反转桨叶及所述第五锥齿轮，所述变速机构用于改变所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合之间的传动比以实现无人飞行器的定高、垂直升降、偏航、俯仰及横滚运动；
所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态均具有第一啮合状态、第二啮合状态和第三啮合状态，所述第一啮合状态为不啮合，所述第二啮合状态为传动比是1，所述第三啮合状态为传动比是I，其中I＞1。
2.如权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，在所述无人飞行器飞行的状态，所述电机的转速不变。
3.如权利要求1或2所述的无人飞行器，其特征在于，所述第一传动组件包括连接在所述电机上的第一锥齿轮以及分别连接在各所述桨组件的桨臂上的第二锥齿轮，各所述第二锥齿轮均与所述第一锥齿轮啮合。
4.如权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述正转轴与所述反转轴位于同一直线上。
5.如权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，各所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态均为第二啮合状态以实现所述无人飞行器的定高运动；各所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态均为第一啮合状态或第三啮合状态以实现所述无人飞行器的垂直升降运动。
6.如权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，各所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态为第二啮合状态或第三啮合状态，且各所述桨组件中至少有一组所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态为第一啮合状态以实现所述无人飞行器的偏航运动；或者，各所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态为第二啮合状态或第三啮合状态，且各所述桨组件中至少有一组所述桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态为第一啮合状态以实现所述无人飞行器的偏航运动。
7.如权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，各所述桨组件中其中至少一桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态为第二啮合状态，且各所述桨组件中其中至少一桨组件中的所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合的状态以及所述第三锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合的状态均为第一啮合状态或均为第三啮合状态以实现所述无人飞行器的俯仰及横滚运动。
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| PB01 | Publication | ||
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