CN108001688B - 一种用于无人机的前翼倾转机构以及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无人机的前翼倾转机构，包括前翼杆、机座、固定夹具和固定杆，机座转动连接在固定夹具内，机座的一端与前翼杆的一端连接，机座被配置为用于固定无人机的动力组件，能够随着前翼杆的转动而相对于固定夹具进行转动，固定杆被配置为用于与无人机的主体结构固定连接，固定杆的一端与固定夹具固定连接。本发明的一个技术效果在于能够带动该机构所固定的动力组件转动。

Description

一种用于无人机的前翼倾转机构以及无人机

技术领域

本发明属于无人机技术领域，更具体地，涉及一种用于无人机的前翼倾转机构以及无人机。

背景技术

无人机是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。因其成本低，效率较高，无人员伤亡风险，生存能力强，机动性能好，使用方便等优点，目前广泛应用于各个行业领域，例如军事、影视等行业。

在航天领域，无人机设置前翼可以将水平稳定面放在主翼前面。可使主翼上方产生涡流，可提高失速攻角。而可动的前翼除了用以产生涡流外，还用于改善飞行过程中安定性骤降的问题，同时也可减少配平阻力。但在现有技术中，需要在前翼的翼尖处设置动力组件，对于可动前翼来说，动力组件提供的动力作用于可动前翼的翼尖，由于前翼较长，动力会在翼尖形成很大的弯矩，作用在前翼倾转机构或和前翼上，为了保证前翼的强度以及使用，前翼的结构会比较复杂，重量比较重。而无人机的续航能力是其技术指标的一个重要部分，由于无人机装载的燃料或者能量是有限的，那么无人机本身越轻，其续航里程也就越大；或者说在同样续航能力下能够装载的重量也就越大。同时，由于前翼中的内部应力较大，也会大大增加了前翼倾转机构的失效风险。

因此，有必要提供一种改进的前翼倾转机构。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于无人机的前翼倾转机构的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于无人机的前翼倾转机构，包括前翼杆、机座、固定夹具和固定杆，机座转动连接在固定夹具内，机座的一端与前翼杆的一端连接，机座被配置为用于固定无人机的动力组件，能够随着前翼杆的转动而相对于固定夹具进行转动，固定杆被配置为用于与无人机的主体结构固定连接，固定杆的一端与固定夹具固定连接。

可选地，所述机座为U型机座，包括相对的第一端臂和第二端臂，所述第一端臂和第二端臂分别与固定夹具转动连接，第一端臂与所述前翼杆的一端连接。

可选地，所述固定夹具为与所述机座相对应的U型夹具，包括依次连接的第三端臂、第二底端和第四端臂，第三端臂与第一端臂转动连接，第四端臂与第二端臂转动连接，第二底端与所述固定杆的一端固定连接。

可选地，所述机座还包括第一连接件和第二连接件，第一连接件与所述机座的一端固定连接，第一连接件上具有第二连接部，第二连接部与所述前翼杆的一端相对应，第二连接部穿过机座和固定夹具，与所述前翼杆的一端固定连接，与固定夹具转动连接，第二连接件与机座相对的另一端固定连接，第二连接件上具有第三连接部，第三连接部穿过机座，与固定夹具转动连接。

可选地，所述前翼杆和/或固定杆内部具有杆芯，杆芯外部套设有套管。

可选地，所述机座、固定夹具和固定杆均分别设置为两个，在前翼杆两端方向上相对于前翼杆对称设置。

根据本发明的第二方面，提供了一种无人机，包括上述的前翼倾转机构、前翼、第一电机、机身和倾转驱动装置，所述前翼设置在前翼杆上，前翼随着前翼杆与机座同步转动，第一电机固定设置在机座上，倾转驱动装置设置在机身内，倾转驱动装置被配置为用于驱动并限位前翼杆转动。

可选地，还包括中翼、尾翼与支撑杆，所述尾翼通过支撑杆与中翼连接，中翼为固定翼，设置在机身上，中翼位于前翼与尾翼之间，无人机的主体结构包括支撑杆和中翼，固定杆与支撑杆固定连接。

可选地，支撑杆上设置有第二电机，位于中翼与尾翼之间，所述第二电机被配置为用于提供垂直方向上升的动力。

可选地，所述支撑杆即固定杆。

根据本公开的一个实施例，本发明提供的用于无人机的前翼倾转机构，能够带动该机构所固定的动力组件转动。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明一种具体实施方式的结构示意图。

图2是图1中A处的局部放大示意图。

图3是本发明一种具体实施方式的结构爆炸示意图。

图4是本发明另一种具体实施方式的结构示意图。

图5是本发明另一种具体实施方式的立体结构示意图。

图中：1前翼倾转机构,11前翼杆，111杆芯，112杆套，12机座，121第一端臂，122第二端臂，123第一底端，13固定夹具，131第三端臂，132第三端臂，133第二底端，134连接孔，135第一连接部，136逃料孔，14固定杆，15第一连接件，151第二连接部，16第二连接件，161第三连接部，2前翼，3第一电机，4机身，41机身方向，42动力方向，5中翼，6尾翼，7支撑杆，71安装槽，8螺丝孔，9第二电机。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供的一种用于无人机的前翼倾转机构，能够带动该机构所固定的动力组件转动。此外，能够使该动力组件能够为无人机提供矢量动力，即方向可变的动力。还能够优化无人机的受力结构，减轻在工作时，相配合前翼所受到的弯矩。降低倾转机构失效的风险。在满足使用要求的情况下，可以简化前翼的结构，降低前翼的重量。并且该前翼倾转机构拆卸方便，便于维修。

如图1-2所示的一种用于无人机的前翼倾转机构1，包括前翼杆11、机座12、固定夹具13和固定杆14。

机座12用于固定为无人机提供动力的动力组件，所述动力组件可以是电机与螺旋桨，电机带动螺旋桨转动为无人机提供动力。本领域中具体如何连接或者固定在本说明书中不在敖述，例如通过螺栓穿过螺丝孔8进行螺纹连接进行固定、通过设置轴承使两个部件之间能够转动连接、通过其他连接件连接或通过焊接等连接方式，本领域技术人员可以根据需要进行设计。机座12转动连接在固定夹具13内。固定夹具13用于限位机座12，使得机座12的位置相对无人机固定。在机座12上的动力组件工作时，机座12承受的作用力也将传递至固定夹具13上。

前翼杆11可以用于安装无人机的前翼，或者鸭翼。前翼杆11相对无人机是固定的。前翼杆11在受到特定外力作用时能够发生倾转，所述倾转为前翼杆11自转一定的角度，如0-90°。所述倾转可以是前翼杆11相对无人机位置固定，以前翼杆11两端之间的中心连接线为轴发生转动。在一些其他的具体实施方式中，前翼杆11也可以进行360°的自转，前翼杆11的自转角度并不影响本发明的实施。

机座12的一端与前翼杆11的一端连接。可以是机座12与前翼杆11直接固定连接，也可以是通过其他连接件进行固定连接，本领域技术人员可以根据需要进行设置。机座12能够随着前翼杆11的转动而相对于固定夹具13进行转动。随着机座12的转动，用于与机座12相配合，固定在机座12上的为无人机提供动力的动力组件也会随之转动。例如，当动力组件所提供动力的动力方向42与前翼杆11垂直，动力方向42指的是动力组件相对于无人机所提供的作用力的方向，如水平方向的拉力或者垂直方向的拉力等；随着前翼杆11的转动，动力组件随之转动，动力方向42也会随之转动，而前翼杆11相对无人机位置是固定的，那么动力组件所提供动力的的动力方向42相对于无人机就会发生改变，就能够为无人机提供矢量动力，改变无人机的受力方向。关于方向在具体实施方式中仅是示意作用，方便本领域技术人员理解本发明，并不是具体实施方式中的一种具体结构。

通常情况下，为了功能转化的最大化利用，动力组件为无人机提供向前的动力，动力方向42与机身方向41相同；动力组件为无人机提供垂直向上的动力，动力方向42与机身方向41垂直。因此，在优选的实施方式中，固定在机座12上的动力组件在转动过程中，动力方向42所构成的平面相对于无人机的机身方向41是平行的，在此情况下，动力方向42与机身方向41之间的夹角大于0°且小于90°时，动力组件即为无人机提供向前的动力，同时也为无人机提供向上的动力。

固定杆14用于与无人机的主体结构固定连接。无人机的主体结构是指无人机上的主要支撑结构，如机身骨架或者机身上的固定翼骨架等，在正常状态下保持稳固的形态结构，是无人机上的强度最高的受力及承压结构。固定杆14的一端与固定夹具13固定连接。当机座12承受的作用力传递至固定夹具13上，可以由与固定夹具13固定相连的固定杆14传递至主体结构。可以分散作用在前翼杆上的作用力。减轻在动力组件工作时，前翼杆所受到的弯矩，进一步的，减少由前翼杆传递至相配合前翼上的弯矩。在如图1-2所示的具体实施方式中，固定杆14与前翼杆11垂直。动力方向42与前翼杆11垂直。固定杆14与动力方向42处于同一平面上。随着前翼杆11的转动，动力方向42与前翼杆11始终垂直，动力方向42与固定杆14之间的夹角在不断变化，例如仅在90°-180°范围内转动，当动力方向42与固定杆14不垂直时，动力组件所提供的动力就可以相对于固定杆14和前翼杆11分解为垂直作用力和水平作用力，垂直方向上的作用力由固定杆14和前翼杆11共同通过弯矩来提供反作用力；而对于水平作用力，固定杆14通过其本身的抗拉力来提供反作用力，前翼杆11依然通过弯矩来提供反作用力，在水平方向上固定杆14的形变小于前翼杆11弯曲的形变的情况下，前翼杆11就能够通过固定夹具13将一部分力转移至固定杆14上，由固定杆14承受大部分的水平作用力，再由固定杆14传递至无人机的主体结构上。当动力组件为无人机提供向前的动力，动力方向42与机身方向41相同时，即动力全部为水平作用力，固定杆14的延伸方向与动力方向42处于同一直线上，那么动力对固定杆14的作用力就全部变成为了直接拉力，而不是弯矩，使得固定杆14将会承受绝大部分的作用力，从而大大减轻前翼杆11所承受的弯矩。在动力方向42同时与固定杆14和前翼杆11同时垂直时，固定杆14和前翼杆11受到的作用力基本相同，固定杆14也能为前翼杆11分担一部分弯矩。本领域技术人员可以理解，固定杆14可以如图1-2中所示与前翼杆11垂直或近似垂直。在其他的一些具体实施方式中，也可以与前翼杆11呈其他角度。本领域技术人员可以根据需要进行设置。因此，本发明能够降低倾转机构失效的风险。进一步的，在满足使用要求的情况下，可以简化原有前翼的结构，降低前翼的重量。

可选地，如图2-3中所示的一种具体实施方式，机座12为U型机座。包括相对的第一端臂121和第二端臂122。第一端臂121和第二端臂122分别与固定夹具13转动连接。对机座12进行限位，并使得机座12能够相对于固定夹具13进行转动。第一端臂121与前翼杆11的一端连接，前翼杆11带动机座12转动，为机座12提供倾转的动力。前翼杆11可以与第一端臂121垂直固定连接，例如前翼杆11穿过固定夹具13与第一端臂121连接，或者第一端臂的一部分伸出固定夹具13与前翼杆11连接。使得机座12能够与前翼杆11同步转动，并且倾转角度相同。

可选地，如图2-3中所示的一种具体实施方式，固定夹具13为与上述机座12相对应的U型夹具。包括依次连接的第三端臂131、第二底端133和第四端臂132。所述第三端臂131、第二底端133和第四端臂132可以是一体成型的。第三端臂131与第四端臂132相对。第三端臂131与第一端臂121转动连接，第四端臂132与第二端臂122转动连接，用于限位机座12。第二底端133与固定杆14的一端连接。第二底端133在不与机座12相对的一面上具有与固定杆14相对应的第一连接部135，用于与固定杆14连接。第一连接部135可以是从第二底端133上凸起的套管，套设在固定杆14的一端与固定杆14连接。可以再通过螺栓连接进行进一步地固定固定杆14与固定夹具13。如图2中所示，通过图中所示的双U型卡套设计，U型机座12能够相对于U型固定夹具13转动，在机座12在转动至两者的U型开口方向垂直时，能够使得机座12上的螺丝孔8转动至不被固定夹具13遮挡的位置，使得该前翼倾转机构拆卸方便，便于维修。如图3中所示，固定夹具13上还可以设置有逃料孔136，在满足强度要求的情况下，能够有效的降低固定夹具13的重量，减轻无人机的负重。本领域技术人员也可以理解，逃料孔136能够应用于各种连接件及结构件上，只要能够在强度上满足使用要求即可。

可选地，如图2-3所示的一种具体实施方式，机座12还包括第一连接件15和第二连接件16。第一连接件15可以与机座12的一端固定连接。第一连接件15上具有第二连接部151。第二连接部151可以与前翼杆11的一端相对应。第二连接部151穿过机座12和固定夹具13，与前翼杆11的一端固定连接，与固定夹具13转动连接。使得机座12可以通过第一连接件15分别与前翼杆11固定连接、与固定夹具13转动连接。如图3中所示，在机座12上对应位置处设置有通孔，在固定夹具13对应位置处设置有连接孔134。第二连接部151可以呈圆柱形的套管状，将前翼杆11插入第二连接部151进行固定；在连接孔134处设置轴承与第二连接部151转动连接。第二连接件16与机座12相对的另一端固定连接。第二连接件16上具有第三连接部161，第三连接部161穿过机座12与固定夹具13转动连接。通过第一连接件15和第二连接件16分别与机座12的第一端臂121、第二端臂122固定连接，再与固定夹具13转动连接，使得固定夹具13能够限位机座12，并且机座12还能够相对于固定夹具13转动。另一方面，这种设计，使得前翼倾转机构安装拆卸方便，结构简单。第二连接部151和/或第三连接部161可以与机座12的对应端大小形状一致，也可以不一致，能够满足使用要求即可，本发明对此并不限制。

可选地，如图3中所示的一种具体实施方式，前翼杆11和/或固定杆14内部具有杆芯111，杆芯111外部套设有套管112，形成复合结构来提高前翼杆11和/或固定杆14的强度，减轻其重量。例如杆芯111由泡沫制成，在泡沫上包裹碳纤维材料形成套管112。复合材料的运用能够在保证结构强度的情况下大幅度降低前翼倾转机构1的重量，减轻无人机的重量。并且成本相对低廉，也易于加工。本领域技术人员可以理解，前翼杆11和/或固定杆14也可以是由单一的材料制作，如仅采用碳纤维制作，也是可以满足使用要求。

可选地，如图1中所示的一种具体实施方式，所述机座12、固定夹具13和固定杆14均分别设置有两个，在前翼杆11两端方向上相对于前翼杆11对称设置。使得无人机上对称的前翼倾转机构能够形成一个整体，受力更加平衡。并且与无人机的主体结构固定连接，与主体结构也形成一个完整相连的整体受力结构，受力时更加稳定。

如图4所示，本发明还提供一种无人机。该无人机应用了上述的前翼倾转机构1。还包括前翼2、第一电机3、机身4和倾转驱动装置(未图示)。前翼2设置在前翼杆11上。前翼2随着前翼杆11与机座12同步转动。同步转动可以是指倾转方向与角度均相同。第一电机3固定设置在机座12上。前翼2可以与前翼杆11固定连接，之间的位置关系保持固定，与前翼杆11同步转动。前翼2可以是全动鸭翼结构。前翼2与机座12同步转动，使得前翼2的翼面与第一电机3为无人机提供动力的动力方向保持相对固定，更加有利于控制无人机的受力方向以及飞行方向。倾转驱动装置设置在机身4内，用于驱动并限位前翼杆11转动，为前翼11提供所述的特定外力，并且，在达到预设位置后，能够固定住前翼杆11，防止其在受到其他外力时发生倾转。在具体实施方式中，可以在机身4的左右分别对称设置一套如图2所示的前翼倾转机构1，前翼杆11的两端分别被倾转驱动装置驱动；也可以使用一套如图1所示的前翼倾转机构1，前翼杆11的中间部用于被倾转驱动装置驱动。本领域技术人员可以理解，为了受力平衡，无人机上的动力组件与机翼等通常相对于无人机机身4对称设置，因此，在此及以下说明书内容中不再敖述。

可选地，如图4所示的一种具体实施方式，无人机还包括中翼5、尾翼6与支撑杆7。尾翼6通过支撑杆7与中翼5连接。中翼5为固定翼，设置在机身4上。中翼5位于前翼2与尾翼6之间。无人机的主体结构可以包括支撑杆7与中翼5；还可以包括机身4。用于承受无人机在飞行过程中所受到的各种作用力。固定杆14与支撑杆7固定连接。使得固定杆14上的受到的作用力能够通过支撑杆7直接传递至中翼5上，从而传递至主体结构上。

可选地，如图4或5所示的一种具体实施方式，支撑杆7上设置有第二电机9，位于中翼5与尾翼6之间。可以在支撑杆7上设置安装槽71，将第二电机9嵌入安装槽71内进行固定。为无人机提供垂直方向上升的动力。可以使得当第一电机3的动力方向也垂直向上时，可以与第二电机9提供的动力相配合，使得无人机能够垂直升降。并且在升降过程中，通过改变第一电机3的动力方向，能够使得无人机在升降过程中向前飞行。同时，前翼倾转机构1通过固定夹具13和固定杆14使一部分作用力分散至无人机的主体结构上，大大减轻了前翼杆11所受到的弯矩，降低了前翼杆11受力过大，发生损坏，使得前翼倾转机构失效的风险。可以在不破坏四轴(四旋翼)飞行器的受力结构的前提下，使得其中的两旋翼能够倾转，提供矢量，使机身主体结构的整体受力分布更合理。

可选地，如图5所示的一种具体实施方式，支撑杆7即固定杆14。这种设计可以简化无人机的结构，减少连接关系，提高无人机主体结构的受力稳定性。

可选地，尾翼6的两端与支撑杆7相连接，支撑杆7在无人机上平行设置，固定杆14平行设置，机身4左右的前翼杆11为同一根前翼杆11。使得尾翼6、支撑杆7、固定杆14、前翼杆11构成一个矩形整体，受力均衡，在垂直升降过程中对将无人机托起或者放下，无人机机身结构所受到的弯矩就会很小，对材料、结构的强度要求也会下降。

可选地，所述无人机采用复合材料加工制作，能够提高无人机的强度，减轻无人机的重量。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于无人机的前翼倾转机构，其特征在于，包括前翼杆、机座、固定夹具和固定杆，机座转动连接在固定夹具内，机座的一端与前翼杆的一端连接，机座被配置为用于固定无人机的动力组件，能够随着前翼杆的转动而相对于固定夹具进行转动，所述固定夹具用于限位机座，在机座上的动力组件工作时，机座承受的作用力传递至固定夹具上；固定杆被配置为用于与无人机的主体结构固定连接，固定杆的一端与固定夹具固定连接。

2.根据权利要求1所述的前翼倾转机构，其特征在于，所述机座为U型机座，包括相对的第一端臂和第二端臂，所述第一端臂和第二端臂分别与固定夹具转动连接，第一端臂与所述前翼杆的一端连接。

3.根据权利要求2所述的前翼倾转机构，其特征在于，所述固定夹具为与所述机座相对应的U型夹具，包括依次连接的第三端臂、第二底端和第四端臂，第三端臂与第一端臂转动连接，第四端臂与第二端臂转动连接，第二底端与所述固定杆的一端固定连接。

4.根据权利要求1所述的前翼倾转机构，其特征在于，所述机座还包括第一连接件和第二连接件，第一连接件与所述机座的一端固定连接，第一连接件上具有第二连接部，第二连接部与所述前翼杆的一端相对应，第二连接部穿过机座和固定夹具，与所述前翼杆的一端固定连接，与固定夹具转动连接，第二连接件与机座相对的另一端固定连接，第二连接件上具有第三连接部，第三连接部穿过机座，与固定夹具转动连接。

5.根据权利要求1所述的前翼倾转机构，其特征在于，所述前翼杆和/或固定杆内部具有杆芯，杆芯外部套设有套管。

6.根据权利要求1-5任意之一所述的前翼倾转机构，其特征在于，所述机座、固定夹具和固定杆均分别设置为两个，在前翼杆两端方向上相对于前翼杆对称设置。

7.一种无人机，其特征在于，包括权利要求1-6任意之一所述的前翼倾转机构、前翼、第一电机、机身和倾转驱动装置，所述前翼设置在前翼杆上，前翼随着前翼杆与机座同步转动，第一电机固定设置在机座上，倾转驱动装置设置在机身内，倾转驱动装置被配置为用于驱动并限位前翼杆转动。

8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，还包括中翼、尾翼与支撑杆，所述尾翼通过支撑杆与中翼连接，中翼为固定翼，设置在机身上，中翼位于前翼与尾翼之间，无人机的主体结构包括支撑杆和中翼，固定杆与支撑杆固定连接。

9.根据权利要求8所述的无人机，其特征在于，支撑杆上设置有第二电机，位于中翼与尾翼之间，所述第二电机被配置为用于提供垂直方向上升的动力。

10.根据权利要求8或9所述的无人机，其特征在于，所述支撑杆即固定杆。