CN107650603A - 一种多栖多旋翼无人机 - Google Patents

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李小光
朱清华
张春雨
杨永琛
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Abstract

本发明提供了一种多栖多旋翼无人机，包括无人机主体结构以及分布在无人机主体结构四周的若干旋翼装置；所述的旋翼装置包括单定子单转子电机、旋翼、涵道和单定子双转子电机，其中，单定子单转子电机包括第一定子和第一转子，第一定子与无人机主体结构固定，第一转子与单定子双转子电机连接；单定子双转子电机包括第二定子、第二转子和第三转子，第二定子与第一转子连接，第二转子与旋翼连接，第三转子通过连接支架与涵道连接，涵道与旋翼同心。本发明可以应用于智能机器人、飞行汽车等领域，通过特殊旋翼结构实现三栖工作，并且可以有效的节约能源，增加无人机的续航能力。

Description

一种多栖多旋翼无人机
技术领域
本发明涉及航空飞行动力机械领域，具体是一种多栖多旋翼无人机。
背景技术
目前，四旋翼无人机主要是利用电机驱动，能够实现垂直起降的自主飞行器。具有结构简单、重量轻、操作相对简单、成本低廉等优点，可以在技术人员难以开展工作的区域完成相关任务，广泛应用于军事领域、民用领域和工业领域。
传统的四旋翼无人机只能在空中进行工作，没有考虑到在复杂气象条件、有限工作半径及低巡航能力的限制下，无人机将不能工作的问题。而在传统无人机无法工作的陆地、水面领域，无人机完成相同的运输任务，能够有效的节约能源，增加无人机的续航能力。因此,需要设计一种多栖多旋翼无人机，增加传统四旋翼无人机的使用功能，满足人们的需求。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种多栖多旋翼无人机，可以应用于智能机器人、飞行汽车等领域，通过特殊旋翼结构实现三栖工作，并且可以有效的节约能源，增加无人机的续航能力。
本发明包括无人机主体结构以及分布在无人机主体结构四周的若干旋翼装置；所述的旋翼装置包括单定子单转子电机、旋翼、涵道和单定子双转子电机，其中，单定子单转子电机包括第一定子和第一转子，第一定子与无人机主体结构固定，第一转子与单定子双转子电机连接；单定子双转子电机包括第二定子、第二转子和第三转子，第二定子与第一转子连接，第二转子与旋翼连接，第三转子通过连接支架与涵道连接，涵道与旋翼同心。
进一步改进，所述的无人机主体结构底部固定有无人机支架，在地面停放时，无人机支架起支持作用。
进一步改进，所述的无人机主体结构底部通过活动轮轴固定有轮子，地面运动时可以作为辅助轮。
进一步改进，所述的无人机主体结构通过支撑杆固定有无人机浮力装置。
进一步改进，所述的无人机浮力装置位复合材料整流装置或高强度气垫装置，实现两栖无人机的海基工作能力。
进一步改进，所述的无人机主体结构上固定有多自由度机械臂，配合智能控制技术系统，实现精密操作，完成货物的提取、运输、投放等任务。
进一步改进，所述的无人机主体结构上固定有防水照相机，可以进行水下、水面、陆地、空中的拍照摄像工作及完成侦查、情报收集等任务。
进一步改进，所述的无人机主体结构上固定有灭火水管，可以完成地面，尤其是高空楼层的消防灭火任务。
本发明有益效果在于：
1、增加传统四旋翼无人机的使用功能，有效节约能源，增加无人机的续航能力。
2、水陆空转换装置灵巧便捷，能以非常规方式迅速反应并切换工作模式，可以在多地形和复杂危险情况下有效完成任务。
3、该两栖无人机在结构上预留了较大的设计空间，应用前景广泛。
附图说明
图1是多栖多旋翼无人机实施例1空中使用状态连接示意图
图2是多栖多旋翼无人机实施例1空中使用状态与陆地使用状态转化过程示意图
图3是多栖多旋翼无人机实施例1陆地使用状态连接示意图
图4是多栖多旋翼无人机主体结构示意图
图5是多栖多旋翼无人机支架示意图
图6是单定子单转子电机正视图
图7是单定子单转子电机左视图
图8是单定子单转子电机俯视图
图9是单定子单转子电机正等轴视图
图10是多栖多旋翼无人机实施例1无人机主体结构、无人机支架、单定子单转子电机装配示意图
图11多栖多旋翼无人机旋翼系统正视图
图12多栖多旋翼无人机旋翼系统左视图
图13多栖多旋翼无人机旋翼系统俯视图
图14多栖多旋翼无人机旋翼系统正等轴测图
图15多栖多旋翼无人机旋翼系统与单定子单转子电机装配示意图
图16是多栖多旋翼无人机实施例2无人机主体结构、无人机支架、轮子、轮轴、单定子单转子电机装配示意图
图17是多栖多旋翼无人机实施例2空中使用状态连接示意图
图18是多栖多旋翼无人机实施例2空中使用状态与陆地使用状态转化过程示意图
图19是多栖多旋翼无人机实施例2陆地使用状态连接示意图
图20是多栖多旋翼无人机实施例3无人机主体结构、无人机支架、轮子、轮轴、单定子单转子电机装配示意图
图21是多栖多旋翼无人机实施例3无人机主体结构、无人机支架、轮子、轮轴、单定子单转子电机装配示意图
图22是多栖多旋翼无人机实施例3空中使用状态连接示意图
图23是多栖多旋翼无人机实施例3空中使用状态与陆地使用状态转化过程示意图
图24是多栖多旋翼无人机实施例3陆地使用状态连接示意图
图25是多栖多旋翼无人机实施例4无人机浮力装置、无人机主体结构、单定子单转子电机、轮子、无人机主体结构、无人机浮力装置装配示意图
图26、图27是多栖多旋翼无人机实施例4空中使用状态连接示意图
图28是多栖多旋翼无人机实施例4空中使用状态与陆地使用状态转化过程示意图
图29是多栖多旋翼无人机实施例4陆地使用状态连接示意图
图30是多栖多旋翼无人机实施例4陆地使用状态与水面使用状态转化过程示意图
图31是多栖多旋翼无人机实施例4水面使用状态连接示意图
图中，第二转子1、第三转子2、第二定子3、第一转子4、单定子单转子电机定子5、旋翼6、无人机主体结构7、单定子单转子电机8、无人机支架9、单定子双转子电机10、连接支架11、涵道12、轮轴13、轮子14、无人机浮力装置15、支撑杆16。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种多栖多旋翼无人机，包括无人机主体结构7以及分布在无人机主体结构7四周的若干旋翼装置；所述的旋翼装置包括单定子单转子电机8、旋翼6、涵道12和单定子双转子电机10，其中，单定子单转子电机8包括第一定子5和第一转子4，第一定子5与无人机主体结构7固定，第一转子4与单定子双转子电机10连接；单定子双转子电机10包括第二定子3、第二转子1和第三转子2，第二定子3与第一转子4连接，第二转子1与旋翼6连接，第三转子2通过连接支架11与涵道12连接，涵道12与旋翼6同心。所述的无人机主体结构7底部固定有无人机支架9，通过活动轮轴13固定有轮子14，通过支撑杆16固定有无人机浮力装置15。
本发明提供的多栖多旋翼无人机设计方法，包括如下步骤：
步骤1：多栖多旋翼无人机系统组成: 单定子单转子电机，单定子双转子电机，涵道，涵道与电机连接支架，旋翼，无人机主体结构，无人机支架，轮子，轮轴。
步骤2：多栖多旋翼无人机系统结构构型工艺设计。
工艺2-1：无人机支架与无人机主体结构连接工艺可采用形式：螺栓连接、焊接；
工艺2-2：无人机支架与轮轴连接工艺可采用形式：螺栓连接、焊接；
工艺2-3：单定子单转子电机与无人机主体结构连接工艺有可采用形式：螺栓连接、焊接；
工艺2-4：单定子单转子电机与单定子双转子电机连接工艺采用焊接连接；
工艺2-5：单定子双转子电机与连接支架连接工艺采用焊接连接；
工艺2-6：连接支架与涵道连接工艺采用焊接连接；
工艺2-7：旋翼与单定子双转子电机连接工艺可采用形式：螺栓连接、焊接。
步骤3：多栖多旋翼无人机系统结构构型工艺配合设计
工艺3-1：无人机支架与无人机主体采用2A和2B级螺纹连接；
工艺3-2：轮子与轮轴采用间隙配合，可选用IT7～IT9级H/e配合、IT5～IT7级H/g配合、IT6～IT8级H/f配合、IT7～IT11级H/d配合；
工艺3-3：单定子单转子电机与无人机主体结构采用2A和2B级螺纹连接；
工艺3-4：旋翼与单定子双转子电机采用2A和2B级螺纹连接；
步骤4：多栖多旋翼无人机连接状态如图1，单定子双转子电机的转子绕单定子双转子电机的定子进行旋转，单定子双转子电机的转子不工作。4个单定子双转子电机的转子同时旋转，使旋翼为无人机提供升力。
步骤5：多栖多旋翼无人机空中使用状态与陆地使用状态转化过程
转化步骤1：多旋翼无人机的空中使用连接状态如图1，单定子单转子电机的转子绕单定子单转子电机的定子进行旋转。
转化步骤2：4个单定子单转子电机的转子同时旋转，如图2。
转化步骤3：当旋翼所在平面与无人机主体结构所在平面垂直时，4个单定子单转子电机的转子停止旋转，如图3。
步骤6：无人机陆地使用连接状态如图3，单定子双转子电机的转子绕单定子双转子电机的定子进行旋转，单定子双转子电机的转子不工作。4个单定子双转子电机的转子同时旋转，为无人机提供在陆地使用情况下前进的动力。
本发明具体实施方式如下：
多栖多旋翼无人机实施例1
步骤1：将无人机主体结构、单定子单转子电机、 无人机支架进行装配，如图10。
步骤2：将单定子双转子电机、涵道与电机连接支架、涵道、旋翼进行装配，组成无人机旋翼系统，如图11、12、13、14。
步骤3：将步骤2装配好的无人机旋翼系统与单定子单转子电机进行装配，如图1、15。
步骤4：在地面停放时，无人机支架起支持作用，如图1。
步骤5：单定子双转子电机的转子绕单定子双转子电机的定子进行旋转，单定子双转子电机的转子不工作。4个单定子双转子电机的转子同时旋转，使旋翼为无人机提供升力。
步骤6：单定子单转子电机的转子绕单定子单转子电机的定子进行旋转，4个单定子单转子电机的转子同时旋转，改变旋翼系统方向，如图2。
步骤7：当旋翼所在平面与无人机主体结构所在平面垂直时，4个单定子单转子电机的转子停止旋转，如图3。
步骤8：单定子双转子电机的转子绕单定子双转子电机的定子进行旋转，单定子双转子电机的转子不工作。4个单定子双转子电机的转子同时旋转，为无人机提供在陆地使用情况下前进的动力，如图3。
多栖多旋翼无人机实施例2
步骤1：将无人机主体结构、单定子单转子电机、无人机支架、轮轴、轮子进行装配，如图16。
步骤2：将单定子双转子电机、涵道与电机连接支架、涵道、旋翼进行装配，组成无人机旋翼系统，如图11、12、13、14。
步骤3：将步骤2装配好的无人机旋翼系统与单定子单转子电机进行装配，如图15、17。
步骤4：在地面停放时，无人机支架、轮子起支持作用。
步骤5：单定子双转子电机的转子绕单定子双转子电机的定子进行旋转。单定子双转子电机的转子不工作。3个单定子双转子电机的转子同时旋转，使旋翼为无人机提供升力。
步骤6：单定子单转子电机的转子绕单定子单转子电机的定子进行旋转，无人机支架两侧的2个单定子单转子电机的转子同时旋转，改变旋翼系统方向，如图18。
步骤7：当旋翼所在平面与无人机主体结构所在平面垂直时，无人机支架两侧的2个单定子单转子电机转子停止旋转，如图19。
步骤8：单定子双转子电机的转子绕单定子双转子电机的定子进行旋转，单定子双转子电机的转子不工作。无人机支架两侧的2个单定子双转子电机的转子同时旋转，为无人机提供在陆地使用情况下前进的动力，如图19。
步骤9：轮子上方的单定子双转子电机的转子进行旋转，使旋翼为无人机提供升力，将无人机抬起。与此同时，无人机支架两侧的单定子双转子电机的转子进行不同转速的旋转，可使无人机转变方向。同时，无人机也具备跨越障碍物的能力。
多栖多旋翼无人机实施例3
步骤1：将无人机主体结构、单定子单转子电机、无人机支架、轮轴、轮子进行装配，如图20、21。
步骤2：将单定子双转子电机、涵道与电机连接支架、涵道、旋翼进行装配，组成无人机旋翼系统，如图11、12、13、14。
步骤3：将步骤2装配好的无人机旋翼系统与单定子单转子电机进行装配，如图15、22。
步骤4：在地面停放时，无人机支架、轮子起支持作用。
步骤5：单定子双转子电机的转子绕单定子双转子电机的定子进行旋转，单定子双转子电机的转子不工作。4个单定子双转子电机的转子同时旋转，使旋翼为无人机提供升力。
步骤6：单定子单转子电机转子绕单定子单转子电机定子进行旋转，无人机支架两侧的2个单定子单转子电机的转子同时旋转，改变旋翼系统方向，如图23。
步骤7：当旋翼所在平面与无人机主体结构所在平面垂直时，无人机支架两侧的2个单定子单转子电机的转子停止旋转，如图24。
步骤8：单定子双转子电机的转子绕单定子双转子电机的定子进行旋转，单定子双转子电机的转子不工作。无人机支架两侧的2个单定子双转子电机的转子同时旋转，为无人机提供在陆地使用情况下前进的动力，如图24。
步骤9：两轮子上方的单定子双转子电机的转子进行旋转，使旋翼为无人机提供升力，将无人机抬起。与此同时，无人机支架两侧的单定子双转子电机转子进行不同转速的旋转，可使无人机转变方向。同时，无人机也具备跨越障碍物的能力。
多栖多旋翼无人机实施例4
步骤1：将无人机浮力装置、无人机主体结构、单定子单转子电机、轮子、无人机主体结构与支撑杆进行装配，如图25。
步骤2：将单定子双转子电机、涵道与电机连接支架、涵道、旋翼进行装配，组成无人机旋翼系统，如图11、12、13、14。
步骤3：将步骤2装配好的无人机旋翼系统与单定子单转子电机进行装配，如图15、26、27。
步骤4：在地面停放时，轮子、无人机浮力装置起支持作用，如图27。
步骤5：单定子双转子电机的转子绕单定子双转子电机的定子进行旋转，单定子双转子电机的转子不工作。4个单定子双转子电机的转子同时旋转，使旋翼为无人机提供升力。
步骤6：单定子单转子电机转子绕单定子单转子电机定子进行旋转，无人机主体结构两侧的2个单定子单转子电机的转子同时旋转，改变两侧旋翼系统方向，如图28。
步骤7：当旋翼所在平面与无人机主体结构所在平面垂直时，无人机主体结构两侧的2个单定子单转子电机的转子停止旋转，如图29。
步骤8：单定子双转子电机的转子绕单定子双转子电机的定子进行旋转，单定子双转子电机的转子不工作。无人机主体结构两侧的2个单定子双转子电机的转子同时旋转，为无人机提供在陆地使用情况下前进的动力，如图29。
步骤9：两轮子上方的单定子双转子电机的转子进行旋转，使旋翼为无人机提供升力，将无人机抬起。与此同时，无人机支架两侧的单定子双转子电机转子进行不同转速的旋转，可使无人机转变方向。此时，无人机为陆地工作状态。
步骤10：单定子单转子电机转子绕单定子单转子电机定子进行旋转，无人机两轮子上方的2个单定子单转子电机的转子同时旋转，改变两轮子上方旋翼系统方向，如图30。
步骤11：当旋翼所在平面与无人机主体结构所在平面垂直时，无人机两轮子上方的2个单定子单转子电机的转子停止旋转，如图31。
步骤12：单定子双转子电机的转子绕单定子双转子电机的定子进行旋转，单定子双转子电机的转子不工作。无人机两轮子上方的2个单定子双转子电机的转子同时旋转，为无人机提供在水面使用情况下前进的动力，无人机浮力装置为无人机提供浮力，如图29。
步骤13：无人机两轮子上方的2个单定子双转子电机的转子进行不同转速的旋转，可使无人机转变方向。
本发明具体应用途径很多，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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多栖多旋翼无人机，其特征在于：包括无人机主体结构（7）以及分布在无人机主体结构（7）四周的若干旋翼装置；所述的旋翼装置包括单定子单转子电机（8）、旋翼（6）、涵道（12）和单定子双转子电机（10），其中，单定子单转子电机（8）包括第一定子（5）和第一转子（4），第一定子（5）与无人机主体结构（7）固定，第一转子（4）与单定子双转子电机（10）连接；单定子双转子电机（10）包括第二定子（3）、第二转子（1）和第三转子（2），第二定子（3）与第一转子（4）连接，第二转子（1）与旋翼（6）连接，第三转子（2）通过连接支架（11）与涵道（12）连接，涵道（12）与旋翼（6）同心。
2.根据权利要求1所述的多栖多旋翼无人机，其特征在于：所述的无人机主体结构（7）底部固定有无人机支架（9）。
3.根据权利要求2所述的多栖多旋翼无人机，其特征在于：所述的无人机主体结构（7）底部通过活动轮轴（13）固定有轮子（14）。
4.根据权利要求1或2或3所述的多栖多旋翼无人机，其特征在于：所述的无人机主体结构（7）通过支撑杆（16）固定有无人机浮力装置（15）。
5.根据权利要求4所述的多栖多旋翼无人机，其特征在于：所述的无人机浮力装置（15）位复合材料整流装置或高强度气垫装置。
6.根据权利要求4所述的多栖多旋翼无人机，其特征在于：所述的无人机主体结构（7）上固定有多自由度机械臂。
7.根据权利要求4所述的多栖多旋翼无人机，其特征在于：所述的无人机主体结构（7）上固定有防水照相机。
8.根据权利要求4所述的多栖多旋翼无人机，其特征在于：所述的无人机主体结构（7）上固定有灭火水管。
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