CN108482638A - 一种模块化飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模块化飞行器，该模块化飞行器包括飞行器本体和可拆装的驱动模块；飞行器本体和驱动模块采用分体设计，维护较为简单，具有良好的便携性；飞行器本体和驱动模块水平截面形状为全等的正六边形，多个驱动模块之间的安装不存在干涉，各驱动模块的气流较为稳定；驱动模块外壳可有效保护驱动电机和桨叶在受到撞击时发生损坏的可能性，提高其使用寿命；可针对飞行器本体上不同的负载重量调节驱动模块的数量，实现飞行器速度、续航和负载的均衡；驱动模块与飞行器本体之间的连接和电连接结构简单，拆装难度低，具有良好的实用性。

Description

一种模块化飞行器

技术领域

本发明涉及到无人机领域，具体涉及到一种模块化飞行器。

背景技术

随着科技的发展，无人机凭借其强大的扩展性和良好的便携性逐渐进入家用领域，现有无人机多采用无人机本体与驱动部件一体化设计，一方面硬件维护较为困难且硬件维护成本较高，不利于家庭环境使用，另一方面，占用面积较大，不便于收纳；负载与续航通常为固定的，不可以根据负载调节驱动力的大小，以达到负载和续航的最佳平衡；桨叶和驱动电机通常直接裸露在外，当无人机发生碰撞时损坏几率较高，故障概率较大。

发明内容

本发明提供了一种模块化飞行器，通过驱动模块的模块化设计，可针对飞行器本体的负载情况，调整驱动模块的数量，实现负载、速度与续航的最佳配合；驱动模块的防护性能较高，可有效保护驱动电机、桨叶和无人机本体；驱动模块通过压力固定件和紧固件进行结构连接固定和电连接，安装维护较为方便；无人机本体和驱动模块可堆叠收纳，减少占地面积，具有良好的便携性。

相应的，本发明提供了一种模块化飞行器，所述模块化飞行器包括飞行器本体和四个以上的可拆卸的驱动模块；

所述驱动模块外侧面上设置有固定公头，所述飞行器本体外侧面上设置有固定母头，所述驱动模块基于所述模块化公头和所述模块化母头的配合固定至所述飞行器本体上；

所述固定公头和所述固定母头在对应位置上设置有用于实现电连接的导电贴片，当所述固定公头与所述固定母头配合固定时，所述固定公头和所述固定母头上相对应的导电贴片接触导通。

所述飞行器本体和所述驱动模块的水平截面形状为边长相等的六边形；每一个驱动模块分别设置在所述飞行器本体外周的一个侧面上。

所述驱动模块包括驱动外壳、驱动电机和桨叶；所述驱动外壳包括驱动上壳和驱动下壳，所述驱动上壳和所述驱动下壳基于合盖组合方式形成水平截面形状为六边形的盒状结构；所述驱动电机和所述桨叶安装于所述驱动外壳内，所述驱动电机轴线竖直；

所述驱动外壳的顶面和底面挖空或镂空形成供桨叶排气和进气的空气流动通道。

所述驱动外壳一侧面为驱动安装面，所述驱动安装面上设置有固定公头；

所述固定公头包括压力固定件和紧固件；

所述压力固定件包括压力弹簧和顶块；所述顶块正面上设置有竖直截面形状为锯齿状的凸起；

所述驱动安装面中部位置设有纵向延伸的方槽，所述方槽上端封闭，下端贯穿所述驱动外壳；所述顶块背面将所述压力弹簧压在所述方槽底部；

在自然状态下，所述顶块的凸起高于所述驱动安装面；当所述顶块将所述压力弹簧压紧时，所述凸起低于所述驱动安装面；

所述紧固件设置在所述压力固定件一侧，为轴线沿竖直方向的柱状体；靠近所述安装面一侧的面积小于背离所述安装面一侧的面积。

所述紧固件数量为二，分别设置在所述压力固定件两侧。

所述驱动模块上的导电贴片为驱动导电贴片，所述驱动导电贴片设置在其中一个或两个紧固件背离所述安装面的外侧面上。

所述飞行器本体包括有飞行器外壳，所述飞行器外壳的每一个侧面上分别设置有接口母头；

所述接口母头包括与所述压力固定件配合的锯齿槽和与所述紧固件相对应的紧固凹槽；

所述锯齿槽底部开有与所述顶块顶面相配合的竖直截面形状为锯齿状的凹口，所述紧固凹槽为水平截面形状与对应的紧固件水平截面形状相配合；

所述驱动模块从下往上基于所述紧固件和所述紧固凹槽的配合滑入安装至本体外壳上，所述顶块被所述压力弹簧压紧在所述锯齿槽底面上。

所述紧固凹槽在对应于所述驱动导电贴片的位置上，设置有本体导电贴片；当所述紧固件固定至所述紧固凹槽上时，所述本体导电贴片与所述驱动导电贴片接触连通。

本发明提供了一种模块化飞行器，通过驱动模块的模块化设计，可针对飞行器本体的负载情况，调整驱动模块的数量，实现负载、速度与续航的最佳配合；驱动模块的防护性能较高，可有效保护驱动电机、桨叶和无人机本体；驱动模块通过压力固定件和紧固件进行结构连接固定和电连接，安装维护较为方便；无人机本体和驱动模块可堆叠收纳，减少占地面积，具有良好的便携性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例的模块化飞行器三维结构示意图；

图2为本发明实施例模块化飞行器的飞行器本体三维结构示意图；

图3为本发明实施例模块化飞行器的驱动模块三维结构示意图；

图4为本发明实施例模块化飞行器的驱动模块三维结构爆炸示意图；

图5为本发明实施例模块化飞行器的组装示意图；

图6为本发明实施例驱动模块和飞行器本体连接结构剖面示意图；

图7为本发明实施例模块化飞行器的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种模块化飞行器，该模块化飞行器的飞行器本体和驱动模块分立设计，减少飞行器整体占用面积，便于携带；可视负载重量调节驱动模块的数量，从而实现续航与负载的平衡性；通过模块化接口的安装和适配，解决驱动模块和飞行器本体之间的连接和电连接问题；驱动电机和桨叶外部具有防护外壳，可有效减少驱动电机和桨叶的损坏概率。

图1示出了本发明实施例的模块化飞行器三维结构示意图，其中驱动模块的数量为四个，图7示出了当驱动模块数量为六个时的模块化飞行器结构俯视图。本发明实施例提供的模块化飞行器，包括飞行器本体1和驱动模块2。

其中，飞行器本体1主要用于根据所需扩展功能安装功能部件，例如电源、控制电路板、信号接收器、摄像头103、传感器等部件；考虑到模块化飞行器的起飞和降落，底部通常还安装有支架102。驱动模块2主要用于提供模块化飞行器飞行的动力，包括有桨叶209和驱动桨叶运行的电机208。

图2示出了本发明实施例的飞行器本体三维结构示意图。本发明实施例的飞行器本体1包括本体外壳101、电源、用于驱动电机208控制的控制电路板，控制电路板上集成有电子调速器，驱动电机208的转速控制实质是通过电子调速器完成的，由于本发明实施例发明点不在于控制电路的创新，因此，控制电路可采用现有的控制电路，本发明实施例不另外介绍。

本发明实施例的本体外壳101为水平截面形状为正六边形的盒状结构，每一个侧面上分别设置有一个固定母口，该固定母口用于安装和固定驱动模块 2；电源和控制电路板设置在本体外壳101的内部；有关固定母口的结构在后文中结合驱动模块2的固定公口进行介绍。

需要说明的是，本体外壳之所以设置为水平截面形状为正六边形的盒状结构，主要基于以下几方面的考虑。首先，需要提供平面供驱动模块连接，如果采用曲面连接的方式，对注塑精度和连接精度会有很高的要求，加工成本较高；其次，考虑到飞行器的控制问题，驱动模块数量的增加可有效提高飞行器的负载能力，当飞行器的驱动模块数量达6个以上时，对飞控的要求会急剧增加，软件研发成本较高；此外，基于电量总量考虑，过多的驱动模块会使飞行器的续航大幅度较低，失去实用性；最终，结合物理结构，正六边形的设计可使相邻驱动模块之间无缝安装，飞行器在飞行器形成一个整体，气流状态较为稳定。

图3示出了本发明实施例的驱动模块三维结构示意图，图4示出了本发明实施例的驱动模块三维爆炸示意图。本发明实施例的驱动模块2包括驱动外壳 201、驱动电机208和桨叶209；本发明实施例的驱动外壳201为水平截面形状为正六边形的盒状结构，由驱动上壳202和驱动下壳203通过合盖组装后形成。驱动电机208轴线沿竖直方向布置，固定在驱动外壳201内部中央，桨叶 209安装在驱动电机208的转轴上，受驱动电机208驱动。本发明实施例的驱动外壳201主要有两方面作用，一方面是使桨叶209运行在驱动外壳201内部，当模块化飞行器碰到障碍物或摔下时，保护桨叶209和电机，另一方面是起到机臂的作用，用于承载驱动电机208。

需要说明的是，为了保证桨叶209能提供足够的动力，驱动外壳201顶面和底面需要挖空或镂空，以提供足够的空气量和减少空气进入或流出的阻力。

具体实施中，由于本发明实施例的飞行器本体1水平截面形状为六边形，考虑到实际安装与控制的便利性，并结合本发明实施例的驱动模块2的形状和固定方式，单架模块化飞行器中驱动模块2的数量多设置在4个或6个。针对不同数量的驱动模块2，模块化飞行器结构具有不同的实施方式，当单架模块化飞行器设置四组驱动模块2时，模块化飞行器的结构布置可参照图1所示的设置方式；当单架模块化飞行器设置六组驱动模块2时，模块化飞行器的结构布置可参照图7所示的设置方式。

图6示出了本发明实施例驱动模块和飞行器本体之间的连接结构剖面示意图。驱动模块2和飞行器本体1之间通过接口公头和接口母头实现固定连接和电连接，其中，接口母头设置在飞行器本体1上，接口公头设置在驱动模块 2上。

接口公头由压力固定件205和紧固件组成，本发明实施例的紧固件包括第一凸台206、第二凸台207，压力固定件包括压力弹簧212和顶块211。

在所述驱动外壳201的一侧面上，中部设置有轴线为竖直方向的方槽，该方槽下端打通，上端由驱动外壳201限位；在驱动模块2安装至飞行器本体1 前，将顶块211安装至该方槽上；需要说明的是，所述压力弹簧212安装至顶块211背面与方槽的底面之间，呈压缩状态。

为了提供足够的竖直方向的支撑力，在顶块211背面上还设置有插针，在方槽底部对应的位置上设置为贯通的插孔。在驱动模块安装过程中，插针始终保持在插孔内运动，以提供竖直方向的支撑力。

顶块211正面设置有锯齿状的凸起，为了保证顶块211能提供足够的竖直方向的支撑力，每一个凸起的齿的竖直截面形状为直角三角形，在直角三角形图形中，其中一条直角边与顶块紧贴，一个锐角朝向上方，一个锐角朝向背离顶块一侧。

第一凸台204和第二凸台206分别设置在所述压力固定件205的两侧并固定在驱动外壳201上，水平截面形状均为梯形，其中，较短的底边朝向驱动外壳201，较长的底边背离所述驱动外壳201。在第一凸台204和第二凸台206 的截面形状的腰部位置上，开有用于加强固定效果的通槽。

在飞行器本体1上，与接口公头相配合的为接口母头。接口母头上对应于接口公头的压力固定件、第一凸台204、第二凸台206分别设置有锯齿凹槽、第一凹槽106和第二凹槽104，其中第一凹槽106和第二凹槽104为紧固凹槽。由于本发明实施例的飞行器本体1上可安装四个或六个驱动模块2，因此，在飞行器本体1外壳的六个面上，均分别设置有接口母头。

锯齿凹槽为与压力固定件相配合的凹槽，凹槽的底面开有用于与顶块正面互补配合的锯齿状凹口，在配合时主要提供竖直方向的限位；第一凹槽106 和第二凹槽104分别对应于第一凸台204和第二凸台206，水平截面形状分别对应配合，在安装固定时主要提供除竖直方向外的限位。

图5示出了本发明实施例的模块化飞行器安装示意图。在驱动模块2安装至飞行器本体1前，首先将顶块基于预压缩的压力弹簧按压在模块化飞行器外壳的方槽底面上，然后将驱动模块2从下往上安装至飞行器本体1外壳的一个侧面上，第一凸台204、第二凸台206分别与第一凹槽106和第二凹槽104相配合。由于顶块正面与锯齿凹槽底面的配合限位，驱动模块2可较为简单的从下往上安装而不能从上往下掉出，在没有外力的情况下，在竖直方向上的固定较为牢固。第一凸台204、第二凸台206与第一凹槽106和第二凹槽104的配合则限制了除竖直方向外的其余自由度，具体实施中，第一凸台204和第二凸台206应设置为截面大小不相同的两个凸台，避免正反面安装错误。

需要说明的是，为了避免第一凸台204和第二凸台206从本体外壳101 上方滑出，本体外壳101顶面上设置有朝外突出的凸缘，该凸缘将第一凹槽 106和第二凹槽104的顶面封闭，避免第一凸台204和第二凸台206滑出。

以上为驱动模块2固定结构的描述，通过该固定结构，可稳固和方便的将驱动模块2安装至飞行器本体1上，可根据飞行器本体1的负载情况，调整驱动模块2的数量，达到模块化飞行器续航与负载的平衡性。

进一步的，由于多个驱动模块2之间需要配合运行且每一个驱动电机208 还需要电源驱动运转，因此，驱动模块2与飞行器本体1还需要实现电连接，从而使飞行器本体1上的控制电路(电子调速器)能连接至驱动模块2的驱动电机208上。

结合本发明实施例的固定结构，本发明实施例提供了一种驱动电机208与控制电路之间实现电连接的电连接结构。具体实施中，在第一凸台204朝向飞行器本体1一面上设置驱动导电贴片207，驱动导电贴片的数量与驱动电机208 所需的接线数量有关。现在常用的驱动电机208为无刷电机，一般需要三根接线以保证无刷电机内部的线圈可不停改变方向，从而驱动转子带动转轴转动，因此，驱动导电贴片207的数量可设置为三片。

为了与导电贴片实现电连接，飞行器本体1的第一凹槽106底面上，设置有与驱动导电贴片数量相同的本体导电贴片，本体导电贴片与飞行器本体1 上的控制电路板连接；当驱动模块2安装至飞行器本体1上时，本体导电贴片分别于相对应的驱动导电贴片实现电连接，从而飞行器本体1上的控制电路板可实现对驱动电机208的控制。由于视角的关系，本体导电贴片在示意图中没有示出。

需要说明的是，以上所述的驱动导电贴片、本体导电贴片只是对导电物质和结构的一种统称，包括但不限于电刷、金属贴片、金属弹片、金属触点等可实现电路连接的结构。

本发明实施例提供的模块化飞行器，飞行器本体和驱动模块采用分体设计，维护较为简单，具有良好的便携性；飞行器本体和驱动模块水平截面形状为全等的正六边形，多个驱动模块之间的安装不存在干涉，各驱动模块的气流较为稳定；驱动模块外壳可有效保护驱动电机和桨叶在受到撞击时发生损坏的可能性，提高其使用寿命；可针对飞行器本体上不同的负载重量调节驱动模块的数量，实现飞行器速度、续航和负载的均衡；驱动模块与飞行器本体之间的连接和电连接结构简单，拆装难度低，具有良好的实用性。

以上对本发明实施例所提供的一种模块化飞行器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种模块化飞行器，其特征在于，所述模块化飞行器包括飞行器本体和四个以上的可拆装的驱动模块；

所述驱动模块外侧面上设置有固定公头，所述飞行器本体外侧面上设置有固定母头，所述驱动模块基于所述模块化公头和所述模块化母头的配合固定至所述飞行器本体上；

所述固定公头和所述固定母头在对应位置上设置有用于实现电连接的导电贴片，当所述固定公头与所述固定母头配合固定时，所述固定公头和所述固定母头上相对应的导电贴片接触导通。

2.如权利要求1所述的模块化飞行器，其特征在于，所述飞行器本体和所述驱动模块的水平截面形状为边长相等的六边形；每一个驱动模块分别设置在所述飞行器本体外周的一个侧面上；所述驱动模块的数量为四至六个。

3.如权利要求2所述的模块化飞行器，其特征在于，所述驱动模块包括驱动外壳、驱动电机和桨叶；所述驱动外壳包括驱动上壳和驱动下壳，所述驱动上壳和所述驱动下壳基于合盖组合方式形成水平截面形状为六边形的盒状结构；所述驱动电机和所述桨叶安装于所述驱动外壳内，所述驱动电机轴线竖直；所述驱动外壳的顶面和底面挖空或镂空。

4.如权利要求3所述的模块化飞行器，其特征在于，所述驱动外壳一侧面为驱动安装面，所述驱动安装面上设置有固定公头；

所述固定公头包括压力固定件和紧固件；

所述压力固定件包括压力弹簧和顶块；所述顶块正面上设置有竖直截面形状为锯齿状的凸起；

所述驱动安装面中部位置设有纵向延伸的方槽，所述方槽上端封闭，下端贯穿所述驱动外壳；所述顶块背面将所述压力弹簧压在所述方槽底部；

所述紧固件设置在所述压力固定件旁，为轴线沿竖直方向的柱状体；靠近所述安装面一侧的面积小于背离所述安装面一侧的面积。

5.如权利要求4所述的模块化飞行器，其特征在于，所述紧固件数量为二，分别设置在所述压力固定件两侧。

6.如权利要求5所述的模块化飞行器，其特征在于，所述驱动模块上的导电贴片为驱动导电贴片，所述驱动导电贴片设置在其中一个或两个紧固件背离所述安装面的外侧面上。

7.如权利要求4～6任意一项所述的模块化飞行器，其特征在于，所述飞行器本体包括有飞行器外壳，所述飞行器外壳的每一个侧面上分别设置有接口母头；

所述接口母头包括与所述压力固定件配合的锯齿槽和与所述紧固件配合的紧固凹槽；

所述锯齿槽底部开有与所述顶块顶面相配合的竖直截面形状为锯齿状的凹口，所述紧固凹槽的水平截面形状与对应的紧固件水平截面形状相配合；

所述驱动模块从下往上基于所述紧固件和所述紧固凹槽的配合滑入安装至本体外壳上，所述顶块被所述压力弹簧压紧在所述锯齿槽底面上。

8.如权利要求7所述的模块化飞行器，其特征在于，所述紧固凹槽在对应于所述驱动导电贴片的位置上，设置有本体导电贴片；当所述紧固件固定至所述紧固凹槽上时，所述本体导电贴片与所述驱动导电贴片接触连通。