CN107639983A - 一种陆空两用四旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陆空两用四旋翼飞行器，包括机身，控制器，机臂，支架，旋翼和驱动电机，机臂连接机身，支架连接机臂且朝下设置，驱动电机设置于相应机臂的外端，旋翼连接相应驱动电机的转轴，驱动电机与控制器电联接，还包括万向轮和转向电机，万向轮安装于相应支架上，转向电机安装于相应机臂上，驱动电机与相应转向电机的转轴连接，转向电机与控制器电联接，转向电机能够驱动驱动电机由竖直于机臂转变为平行于机臂。本发明具有的有益效果：能够实现空中飞行和陆地滑行。

Description

一种陆空两用四旋翼飞行器

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种陆空两用四旋翼飞行器。

背景技术

如图1所示，目前四旋翼飞行器只能在空中飞行前进，降落到地面后，不具有在地面前进的功能，在一些特殊的场合，需要飞行器具有既能在空中飞行，又能在地面前行的两重功能。因此设计了本发明—陆空两用四旋翼飞行器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种陆空两用四旋翼飞行器，能够实现空中飞行和陆地滑行。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种陆空两用四旋翼飞行器，包括机身，控制器，机臂，支架，旋翼和驱动电机，机臂连接机身，支架连接机臂且朝下设置，驱动电机设置于相应机臂的外端，旋翼连接相应驱动电机的转轴，驱动电机与控制器电联接，还包括万向轮和转向电机，万向轮安装于相应支架上，转向电机安装于相应机臂上，驱动电机与相应转向电机的转轴连接，转向电机与控制器电联接，转向电机能够驱动驱动电机由竖直于机臂转变为平行于机臂。

作为优选方案，万向轮包括套筒，圆杆和车轮，套筒垂直安装于相应支架上，圆杆转动安装于套筒内，车轮转动安装于圆杆的下端。

作为优选方案，万向轮还包括上定位片和下定位片，上定位片安装于圆杆露出套筒顶部的位置处，下定位片安装于圆杆露出套筒底部的位置处。

作为优选方案，圆杆具有竖直段和倾斜段，竖直段转动安装于套筒内，倾斜段连接于竖直段的下部，车轮转动安装于倾斜段的下端。

作为优选方案，还包括刹车器，刹车器安装于圆杆上并由控制器控制从而实现刹车，刹车器包括外壳，电磁铁，铁质连杆，刹车皮和弹簧；外壳安装于圆杆上，电磁铁、弹簧和铁质连杆的一部分均设置于外壳内，刹车皮设置于铁质连杆露出外壳的端部上，电磁铁与控制器电联接，电磁铁通电使铁质连杆内缩从而令刹车皮脱离车轮，电磁铁断电使铁质连杆在弹簧的作用力驱使下外伸从而令刹车皮抵触车轮。

作为优选方案，刹车器包括固定片，固定片设置于铁质连杆上，弹簧的一端连接固定片，另一端连接外壳。

作为优选方案，机臂沿圆周方向均匀布置于机身上从而使相邻机臂成互为垂直的状态。

作为优选方案，驱动电机为无刷电机。

作为优选方案，转向电机为步进电机。

作为优选方案，控制器为单片机或ARM嵌入式处理器。

本发明具有的有益效果：能够实现空中飞行和陆地滑行。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图；

图2为本发明一个优选实施例的结构示意图；

图3为图2所示实施例中驱动电机在飞行状态下的工作示意图；

图4为图2所示实施例中驱动电机在滑行状态下的工作示意图；

图5为图2所示实施例中万向轮的分解示意图；

图6为图2所示实施例中套筒的剖面视图；

图7为图2所示实施例中万向轮的运动示意图；

图8为图2所示实施例中刹车器的结构示意图；

图9为图2所示实施例中刹车器在非刹车状态下的工作示意图；

图10为图2所示实施例中刹车器在刹车状态下的工作示意图；

图11为图2所示实施例中空中飞行状态下的姿态示意图；

图12为图2所示实施例中地面行走或滑行状态下的姿态示意图；

图13为图2所示实施例的控制电路图。

附图标记：

1机臂；2支架；3驱动电机；4转向电机；5电磁铁；6万向轮；7套筒；8圆杆；9车轮；10下定位片；11上定位片；12刹车器；13安装孔；14机身；15转轴；16铁质连杆；17刹车皮；18弹簧；19固定片；20空腔；21圆孔；22外壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图2至4所示，一种陆空两用四旋翼飞行器，包括机身14，控制器，机臂1，支架2，旋翼和驱动电机3。机身14内设置控制器，其外周设置有四个均布的机臂1，每个机臂1上设置有竖直朝下的支架2，每个机臂1的外端安装一个驱动电机3，每个驱动电机3驱动一个旋翼。在四旋翼飞行器的四个支架2上各装有一个万向轮6，每个万向轮6上均设置有刹车器12，在空中飞行的时候或者在地面停机的时候，通过刹车器12让车轮9禁止转动。在四旋翼飞行器的四个机臂1的末端安装各安装一个转向电机4，四个驱动电机3安装在转向电机4的转轴15上。

原有的飞行器只具有在空中飞行的能力，本发明保留原有的飞行器所有的空中飞行功能。如：可以在空中悬停、前进、后退、左转、右转等等。控制转向电机4的转动可以让驱动电机3方向竖直向上，此时驱动电机3带动旋翼A转动时产生的气流拉力向上，此为实现飞行器原有的在空中飞行的能力。控制转向电机4的转动可以让驱动电机3转动90度，此时驱动电机3方向与机臂1平行，驱动电机3带动旋翼A转动时产生的气流拉力向外，此为飞行器在地面运行时的控制情形，为本发明新增的陆上运行功能。

为保证飞行器在陆地上顺利运行，还需要在四个飞行器支架2上各安装一个轮子，并且能保证飞行器在陆地上各个方向都可以运行自如，这就需要轮子为万向轮6。飞行器在陆地上停机时，由于飞行器支架2上安装有万向轮6，如果地面不平，飞行器将会自动滑行，这会带来安全隐患，因此该万向轮6上还设有刹车器12，如果飞行器停机，那么万向轮6将由控制电路进行刹车，让万向轮6禁止不动，这可保证安全。

图5至7所示，万向轮6包括套筒7，圆杆8，车轮9，上定位片11和下定位片10。套筒7通过其上的安装孔13垂直安装于相应支架2上，其中间为中空的圆孔21，圆杆8可以正好插入套筒7的圆孔21中，并且圆杆8可以在套筒7的圆孔21内自由转动。为保证圆杆8插入套筒7的圆孔21中后不脱落，并且能自由转动，在圆杆8的中间某位置设有下定位片10，在圆杆8的上端设有上定位片11，此时圆杆8绕套筒7任意角度转动。圆杆8具有竖直段和倾斜段，竖直段转动安装于套筒7内，倾斜段连接于竖直段的下部，车轮9转动安装于倾斜段的下端。

如图8所示，为保证飞行器降落到地面后停机状态下飞行器不四处滑动，还需要让万向轮6的车轮9禁止运动。因此本发明还设有刹车器12。刹车器12安装于圆杆8上并由控制器控制从而实现刹车，刹车器12包括外壳22，电磁铁5，铁质连杆16，刹车皮17，固定片19和弹簧18。外壳22安装于圆杆8上，电磁铁5、弹簧18和铁质连杆16的一部分均设置于外壳22内，刹车皮17设置于铁质连杆16露出外壳22的端部上，电磁铁5具有一空腔20，铁质连杆16的一端正好可以插入到电磁铁5的空腔20中并可以来回自由运动，在铁质连杆16的中间某位置设有固定片19，固定片19固定在铁质连杆16上。在固定片19上连接弹簧18的一端，弹簧18的另一端固定在外壳22的内壁上。在铁质连杆16的外端还设有刹车皮17，这可以很好的让车轮9刹车。电磁铁5与控制器电联接，电磁铁5通电使铁质连杆16内缩从而令刹车皮17脱离车轮9，电磁铁5断电使铁质连杆16在弹簧18的作用力驱使下外伸从而令刹车皮17抵触车轮9。

如图9和10所示，当电磁铁5通电后，电磁铁5有了吸引力，可以将铁质连杆16的一端吸入到自己的空腔20中，此时刹车皮17离开车轮9，离车轮9有一定间距。由于车轮9没有阻碍，可以自由转动，此时车轮9可以在地面沿任何方向正常行走。

当电磁铁5不通电，断开电源的时候，电磁铁5没有吸引力，铁质连杆16在弹簧18的拉力下向外伸长，使刹车皮17顶住车轮9，此时车轮9受到阻力较大，不能转动，此为飞行器降落到地面停机时候的情形。

说明：当电磁铁5不通电，且没有车轮9的时候，铁质连杆16在弹簧18的拉力下向外伸长，并且弹簧18处于自由伸长状态，此时伸长的长度超过了到车轮9的距离，这可保证有车轮9的时候，刹车皮17可以很好的将车轮9刹住使其禁止不动。

如图11所示，飞行器在空中飞行时，万向轮6不需要做任何动作，只需要四个旋翼的转动来控制飞行器实现各种姿态。由于飞行器在空中飞行时，万向轮6可能会自由转动，这会影响飞行器的飞行姿态，因此应当将万向轮6刹车，即对电磁铁5断电，此时万向轮6被刹车。因此飞行器在空中飞行时，控制器会在两方面进行控制：

1、控制转向电机4的转动让驱动电机3方向竖直向上。此时驱动电机3带动旋翼A转动时产生的气流拉力向上。

2、电磁铁5断电，万向轮6被刹车。

如果要实现飞行器在地面行走，需要做两方面动作，首先车轮9必须能自由运转，这就要求刹车器12取消工作，不刹车。因此电磁铁5应通电，将铁质连杆16吸入到空腔20中，使刹车皮17远离车轮9，此时车轮9可以自由运转。其次，还需要驱动电机3由原来的竖直向上方向改为与机臂1方向平行。因此需要启动转向电机4转动90度，驱动电机3方向与机臂1平行，此时四个旋翼A、B、C、D转动时的拉力均向外，下面具体介绍飞行器在地面沿各个方向行走时的控制情形。

如图12所示，设飞行器的质心在其几何中心，当A、B两个旋翼转动，C、D两个旋翼不转动，并且A、B两旋翼转动产生的向外拉力相同时，此时飞行器向西方前进；

当C、D两个旋翼转动，A、B两个旋翼不转动，并且C、D两旋翼转动产生的向外拉力相同时，此时飞行器向东方前进；

当B、C两个旋翼转动，A、D两个旋翼不转动，并且B、C两旋翼转动产生的向外拉力相同时，此时飞行器向北方前进；

当A、D两个旋翼转动，B、C两个旋翼不转动，并且A、D两旋翼转动产生的向外拉力相同时，此时飞行器向南方前进；

当A旋翼转动，B、C、D三个旋翼不转动时，此时飞行器向西南方向前进；

当B旋翼转动，A、C、D三个旋翼不转动时，此时飞行器向西北方向前进；

当C旋翼转动，A、B、D三个旋翼不转动时，此时飞行器向东北方向前进；

当D旋翼转动，A、B、C三个旋翼不转动时，此时飞行器向东南方向前进。

如图13所示，驱动电机3为无刷电机，转向电机4为步进电机，控制器为单片机或ARM嵌入式处理器，其通过对应的I/O口来控制转向电机4驱动电路，从而控制对应的转向电机4转动。单片机同时通过对应的I/O口来控制电磁铁5驱动电路，从而控制对应的电磁铁5，其控制驱动电机3的部分为现有技术，故不做赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种陆空两用四旋翼飞行器，包括机身（14），控制器，机臂（1），支架（2），旋翼和驱动电机（3），所述机臂（1）连接所述机身（14），所述支架（2）连接所述机臂（1）且朝下设置，所述驱动电机（3）设置于相应所述机臂（1）的外端，所述旋翼由相应所述驱动电机（3）驱动，所述驱动电机（3）与所述控制器电联接，其特征在于：还包括万向轮（6）和转向电机（4），所述万向轮（6）安装于相应所述支架（2）上，所述转向电机（4）安装于相应所述机臂（1）上，所述驱动电机（3）与相应所述转向电机（4）的转轴（15）连接，所述转向电机（4）与所述控制器电联接，所述转向电机（4）能够驱动所述驱动电机（3）由竖直于所述机臂（1）转变为平行于所述机臂（1）。

2.根据权利要求1所述的一种陆空两用四旋翼飞行器，其特征在于：所述万向轮（6）包括套筒（7），圆杆（8）和车轮（9），所述套筒（7）垂直安装于相应所述支架（2）上，所述圆杆（8）转动安装于所述套筒（7）内，所述车轮（9）转动安装于所述圆杆（8）的下端。

3.根据权利要求2所述的一种陆空两用四旋翼飞行器，其特征在于：所述万向轮（6）还包括上定位片（11）和下定位片（10），所述上定位片（11）安装于所述圆杆（8）露出所述套筒（7）顶部的位置处，所述下定位片（10）安装于所述圆杆（8）露出所述套筒（7）底部的位置处。

4.根据权利要求2或3所述的一种陆空两用四旋翼飞行器，其特征在于：所述圆杆（8）具有竖直段和倾斜段，所述竖直段转动安装于所述套筒（7）内，所述倾斜段连接于所述竖直段的下部，所述车轮（9）转动安装于所述倾斜段的下端。

5.根据权利要求2或3所述的一种陆空两用四旋翼飞行器，其特征在于：还包括刹车器（12），所述刹车器（12）安装于所述圆杆（8）上并由所述控制器控制从而实现刹车，所述刹车器（12）包括外壳（22），电磁铁（5），铁质连杆（16），刹车皮（17）和弹簧（18）；所述外壳（22）安装于所述圆杆（8）上，所述电磁铁（5）、弹簧（18）和铁质连杆（16）的一部分均设置于所述外壳（22）内，所述刹车皮（17）设置于所述铁质连杆（16）露出所述外壳（22）的端部上，所述电磁铁（5）与所述控制器电联接，所述电磁铁（5）通电使所述铁质连杆（16）内缩从而令所述刹车皮（17）脱离所述车轮（9），所述电磁铁（5）断电使所述铁质连杆（16）在所述弹簧（18）的作用力驱使下外伸从而令所述刹车皮（17）抵触所述车轮（9）。

6.根据权利要求5所述的一种陆空两用四旋翼飞行器，其特征在于：所述刹车器（12）包括固定片（19），所述固定片（19）设置于所述铁质连杆（16）上，所述弹簧（18）的一端连接所述固定片（19），另一端连接所述外壳（22）。

7.根据权利要求1所述的一种陆空两用四旋翼飞行器，其特征在于：所述机臂（1）沿圆周方向均匀布置于所述机身（14）上从而使相邻所述机臂（1）成互为垂直的状态。

8.根据权利要求1所述的一种陆空两用四旋翼飞行器，其特征在于：所述驱动电机（3）为无刷电机。

9.根据权利要求1所述的一种陆空两用四旋翼飞行器，其特征在于：所述转向电机（4）为步进电机。

10.根据权利要求9所述的一种陆空两用四旋翼飞行器，其特征在于：所述控制器为单片机或ARM嵌入式处理器。