CN108502157A - 一种独立结构的双旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种独立结构的双旋翼无人机，包括机架、左右对称设置于机架的旋翼组件以及分别驱动两旋翼组件的动力组件；旋翼组件包含桨夹、桨夹支座、十字盘，桨夹以及桨夹支座组接于动力轴并套设有十字盘，该十字盘对称的连设有控制杆，控制杆连设有控制舵机，控制所述十字盘上、下、倾斜角度动作，桨夹两端设有连结块，十字盘还设有连动杆，从而枢接到所述桨夹的连结块，桨夹支座对称铰接有活动块，十字盘设置有连杆，连杆与活动块相铰接，不但克服了单旋翼操控难度大、大起飞重量桨叶尺寸大的问题，同时还克服了多旋翼无人机续航能力低、飞行效率低以及起飞重量小的问题，同时兼具单旋翼无人机和多旋翼无人机操控灵活，飞行效率高，载重大的优点。

Description

一种独立结构的双旋翼无人机

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体地说是涉及一种独立结构的双旋翼无人机。

背景技术

单旋翼无人机和多旋翼无人机在农业植保以及电网巡线、甚至航拍等领域收到广泛的应用；

单旋翼无人机具有较高的载重能力，续航时间较长，使得其在农业应用以及电网巡线得到较为广泛的应用，单旋翼的优点很突出，但短板也不少，比如操作难，需要更复杂更高级别的飞控系统，对飞手的操作水平要求很高，实际作业对于环境温度有要求，价格比多旋翼贵出2-3倍，另外由于单旋翼在旋转过程中会产生反向的扭矩而不得不使用尾桨来平衡反扭矩和对直升机进行航向操纵，尾桨的设置将不得不消耗一部分动力，从而增加动力损耗；

此外，为了有效地提高旋翼拉力就需要将旋翼直径加大，因为旋翼拉力同旋翼半径的四次方成正比，旋翼直径大，则旋翼的桨盘载荷小，这样可以有效地降低旋翼诱阻功率；但是，旋翼直径过大，也有其不利方面，主要有：直升机重量增加、造价提高、所需的存放场地大。

另外，多旋翼无人机其控制方便，稳定性好也获得了广泛的应用，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机，通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力，旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变，通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹；但是多选翼其存在飞行效率低、起飞重量小、续航时间短等问题，无法适应农业植保上大载重或者长时间的电网巡线。

于此同时，现有的单旋翼十字盘均采用三舵机控制，控制十字盘上、下或左右、前后倾斜角度控制，从而控制桨叶的螺距，实现直升机上下左右前后飞行状态的控制，但是这种结构的十字盘用于双旋翼无人机会存在其结构复杂故障率高以及使控制系统复杂，同时其造价成本也较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种独立结构的双旋翼无人机，其意在解决背景技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：

一种独立结构的双旋翼无人机，包括机架、左右对称设置于机架的旋翼组件以及与每个旋翼组件相对应设置且独立驱动所述旋翼组件的动力组件；

动力组件与旋翼组件为一一对应设置，即每个动力组件独立驱动相应的旋翼组件，无需中间机械传动、易于实现其模块化。

所述旋翼组件包含桨夹、桨夹支座、十字盘，所述桨夹以及桨夹支座组接于动力轴并套设有十字盘，该十字盘连设有两控制杆，两所述控制杆为对称设置，每个所述控制杆均连设有一控制舵机，控制所述十字盘上、下、倾斜角度动作，所述桨夹两端设有连结块，所述十字盘还设有连动杆，从而枢接到所述桨夹的连结块，所述桨夹支座对称铰接有活动块，所述十字盘设置有连杆，所述连杆与所述活动块相铰接。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述机架长度方向可收缩或可折叠。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述机架包含固定架体和活动杆，所述活动杆一端插入所述固定架体内并通过限位机构进行轴向限位，解除限位后，所述活动杆可轴线活动，所述旋翼组件以及动力组件安装于该活动杆另一端。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述固定架体包含与固定架体垂直并起内部支撑作用的固定板，所述固定板上具有供所述活动杆插入的安装孔，所述限位机构包含一位于固定板一侧的半圆形抱紧卡，所述抱紧卡可压紧在活动杆外周面。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：每个所述活动杆通过并排设置的两个限位机构限位，两所述限位机构内的抱紧卡相互转动180°设置。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述抱紧卡、安装孔在与抱紧卡同侧的内孔内径稍大于所述活动杆外径，所述抱紧卡一端与所述固定板铰接，另一端可由螺栓拉紧。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：还包括活动杆转动限位机构。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述活动杆插入固定架一端具有一卡接部，所述固定板上具有供所述卡接部嵌入的卡槽。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述连杆长度可调节。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：两所述控制杆的连线与两所述旋翼组件的连线相垂直。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：其不但克服了单旋翼操控难度大、大起飞重量桨叶尺寸大的问题，同时还克服了多旋翼无人机续航能力低、飞行效率低以及起飞重量小的问题，同时兼具单旋翼无人机和多旋翼无人机操控灵活，飞行效率高，载重大的优点。

另外，其对十字盘进行了结构简化，将现有的三舵机控制系统简化为双舵机控制系统，降低成本的同时提高其可靠性以及是降低控制系统复杂性。

附图说明

图1是本发明的整体结构工作状态示意图；

图2是本发明的整体结构工作状态主视图；

图3是本发明的整体结构工作状态俯视图；

图4是本发明的整体结构收起状态主视图；

图5是本发明的整体结构收起状态俯视图；

图6是本发明的整体结构收起状态立体图；

图7是旋翼组件整体结构立体图；

图8是旋翼组件整体结构主视图；

图9是旋翼组件整体结构仰视图；

图10是旋翼组件整体结构俯视图；

图11是旋翼组件整体结构左视图；

图12是机架结构示意图；

图13是机架结构另一角度示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图1-6，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，

一种独立结构的双旋翼无人机，包括机架、左右对称安装于机架的旋翼组件40以及分别驱动两所述旋翼组件40的动力组件；

所述动力组件包括无刷电机20和减速箱30，减速箱30的输入端与无刷电机20输出轴连接，减速箱30的输出端与动力轴47连接，从而将无刷电机20输出的动力进行减速增扭之后传递到动力轴47。

所述旋翼组件40包含桨夹41、桨夹支座48、十字盘45，所述桨夹411以及桨夹支座41组接于动力轴47并套设有十字盘45，该十字盘45包含下盘体451和上盘体452，下盘体451对称的设置有第一下盘体连接块4511和第二下盘体连接块4512，第一下盘体连接块4511和第二下盘体连接块4512分别连设有第一控制杆441、第二控制杆442，所述第一控制杆441、第二控制杆442连设有第一控制舵机421和第二控制舵机422，控制所述下盘体451上、下、倾斜角度动作，从而带动上盘体452相应的上、下、倾斜角度动作，所述桨夹41两端设有连结块411，所述上盘体452具有十字状分布的第一上盘体连接块4521、第二上盘体连接块4522、第三上盘体连接块4523、第四上盘体连接块4524，其中第一上盘体连接块4521、第三上盘体连接块4523对称设置且同时还设有第一连动杆431和第二连动杆432，第一连动杆431和第二连动杆432分别与两连接块411枢接，所述桨夹支座48对称铰接有第一活动块461和第二活动块462，第二上盘体连接块4522、第四上盘体连接块4524铰接设置于第三连杆433和第四连杆434的一端，第三连杆433和第四连杆434的另一端分别与第一活动块461和第二活动块462相铰接，使第一活动块461和第二活动块462在第三连杆433和第四连杆434带动下分别绕桨夹支座48与第一活动块461和第二活动块462的铰接轴为中心摆动。

需要说明的是，第一活动块461、第二活动块462、第三连杆433、第四连杆434、桨夹支座48组合成上述的结构的目的是使上盘体452可以稳定的和桨夹支座48同步转动，也可以说是和动力轴47同步转动，增加在飞行过程中十字盘对上下以及倾斜角度时带动桨夹41改变桨叶螺距的稳定性，减少对第一连杆431和第二连杆432的冲击。

作为优选的，第一下盘体连接块4511具有一开口部，开口部两侧具有对称的凸耳，第一控制杆第一端4411为柱状的铰接部，开口部可将铰接部接纳于开口内，然后铰接轴45111铰接部以及两凸耳将二者铰接；第一控制杆第二端4412具有一开口，开口两侧具有对称的凸耳，舵机摆臂4211一端接纳于该开口内，且通过另一铰接轴45112将其与两凸耳进行铰接；第二下盘体连接块4512与第二控制杆442结构以及连接方式与上相同。

需要说明的是，由于本申请中的旋翼组件采用双舵机设置，那么相对比传统的三舵机的旋翼组件而言，缺少一个舵机对第一控制杆441、第二控制杆442两侧的方向倾斜进行限制，第一下盘体连接块4511、第二下盘体连接块4512与第一控制杆441、第二控制杆442连接并非采用球头关节进行连接，而是采用较宽的柱状铰接部与下盘体连接块铰接，这样就可以具有足够的强度抵挡扭曲和承受弯矩，防止倾斜盘向第一控制杆441、第二控制杆442两侧的方向倾斜。

进一步的，所述机架长度可调节。

具体的，所述机架长度方向可收缩，所述机架包含固定架体10和活动杆11，本实施例中固定架体10由互相平行的第一固定杆101、第二固定杆102、第三固定杆103以及与三者垂直并起内部支撑作用的固定板12组成，第一固定杆101、第二固定杆102、第三固定杆103组成三角形架体，所述固定板12上具有供所述活动杆插入的安装孔124，固定架体两端对称的设置有两个固定板12；固定板12一侧具有半圆形抱紧卡13，抱紧卡与所述安装孔124同轴设置，固定板12在于抱紧卡13同侧固定连接有一铰接块1222和一固定块1223，所述抱紧卡第一端131与所述铰接块1222铰接，抱紧卡第二端132可由螺栓拉紧固定在固定块1223上，所述活动杆11一端插入所述安装孔124内，旋翼组件40以及动力组件安装于该活动杆11另一端，当螺栓将抱紧卡第二端132拉紧的时候，所述抱紧卡13可压紧在活动杆11外周面，也将活动杆11压紧在安装孔124内，实现轴线限位和转动限位。

当解除抱紧卡第二端132的拉紧状态后，所述活动杆11不再与安装孔124相压紧，可沿其轴线伸缩活动。

作为优选的，固定架体每端的两个固定板12均具有抱紧卡13，两个所述抱紧卡13为相互转动180°设置，使两个半圆的抱紧卡13围合出一个整圆，从而使活动杆11上的抱紧卡13的压紧力相平衡，避免活动杆11受力不均发生偏斜。

作为优选的，所述抱紧卡13的内径稍大于所述活动杆11的外径，安装孔124在与抱紧卡13同侧相应的一半内孔的内径稍大于所述活动杆11外径，便于在抱紧卡13非拉紧状态时的活动杆11的插入和伸缩调整。

进一步的，还包括活动杆11转动限位。

所述活动杆11插入固定架12一端具有一卡接部111，所述最内侧的固定板12上具有供所述卡接部111嵌入的卡槽123，当活动杆11拉出到最大行程，此时的位置为飞行时活动杆11的位置，此时卡接部111可嵌入到卡槽123内，嵌入后，旋翼组件40朝向向上，这样就可以防止活动杆11转动，改变旋翼组件40的朝向，影响飞行。

具体的调节方法为：飞行位置，将活动杆11沿轴向向外拉动到最大行程，使卡接部111嵌入卡槽123内，卡槽123非贯穿固定板，故而卡接部111嵌入卡槽123后，卡接部111会抵在卡槽123底部，限制活动杆11继续向外拉动，即活动杆11伸出到最大行程，即工作位置；然后旋动螺栓将抱紧卡13拉紧从而将活动杆11压紧在安装孔124内，活动杆11实现飞行位置的定位。

收回位置：

反向旋动螺栓使抱紧卡13放松，解除其对活动杆11的压紧状态，此时活动杆11即可沿轴线向内推动，收回到固定架体内，将桨叶折回，通过固定在固定架体上的桨叶固定板60进行固定。

所述第一连动杆431和第二连动杆432、第三连杆433、第四连杆434长度可调节，优选的，其结构为一种可调节拉杆，为现有技术。

每个旋翼组件40的第一控制杆441、第二控制杆442的中线连线与两所述旋翼组件40的中线连线相垂直，这样设置的目的在于便于结合新型的十字盘结构实现双旋翼无人机向前或向后飞行的控制。

具体的飞行状态控制方法为：

双旋翼无人直升机采用两组旋翼系统提供升力和操控

垂直起落（即上升或下降）：

第一控制舵机421、第二控制舵机422同时上推或下拉，带动十字盘上下移动，同时增加或减小总距，改变旋翼的升力大小实现上下运动。

前后、左右飞行通过两个旋翼桨距差动调整旋翼升力变化实现前后方向控制；

前、后：第一控制舵机421下拉，第二控制舵机422上推，使十字盘向前倾斜，从而使后部升力大于前部升力，前后升力差将使机架向前倾斜飞行；向后飞行与之相反；

左、右：双旋翼无人直升机左右运动通过同时控制两个斜盘左右倾斜产生左右控制力，实现左右飞行，具体的：右侧旋翼组件的控制舵机上推带动十字盘上移，增加右侧旋翼的桨距，增加右侧旋翼升力，左侧旋翼组件的控制舵机下拉，带动十字盘下移，降低右侧旋翼升力，使左右产生升力差，是无人机向左倾斜，从而实现向左飞行；向右飞行与之相反；

转向偏航：两旋翼组件的控制舵机通过控制十字盘前后反向倾斜实现转向控制，具体的：向左转向时，右侧旋翼组件的十字盘向前倾斜，左侧旋翼组件的十字盘向后倾斜，产生向左的旋转力矩实现转向；向右转向与之相反。

常规直升机操控通过改变倾斜盘前后倾斜控制桨盘产生前后方向的分力，进而控制直升机前后飞行。同理通过控制倾斜盘左右倾斜控制桨盘产生左右方向的分力，进而控制直升机左右飞行。通过操控倾斜盘上下运动改变旋翼桨距角实现主旋翼升力变化，进而控制直升机上下运动。通过操控尾桨实现直升机的转向运动。因此要实现常规无人直升机空中正常飞行，需要控制斜盘能够前后、左右和上下三个方向运动，斜盘至少需要三个伺服舵机去驱动。

通过对比可以发现，双旋翼无人直升机对斜盘的操控只有上下和左右运动，不需要前后方向的倾斜运动，与常规直升机相比少了一个自由度，因此采用两舵机结构斜盘设计方案能够满足双旋翼无人直升机的操控需求。当然常规三舵机或者四舵机斜盘方案也能够实现操控功能，与常规方案相比两舵机斜盘设计在实现功能的前提下每个斜盘能够减少一个驱动舵机，从而降低重量和成本，提高系统可靠性。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种独立结构的双旋翼无人机，其特征在于：包括机架、左右对称设置于机架的旋翼组件以及与每个旋翼组件相对应设置且独立驱动所述旋翼组件的动力组件；

所述旋翼组件包含桨夹、桨夹支座、十字盘，所述桨夹以及桨夹支座组接于动力轴并套设有十字盘，该十字盘连设有两控制杆，两所述控制杆为对称设置，每个所述控制杆均连设有一控制舵机，控制所述十字盘上、下、倾斜角度动作，所述桨夹两端设有连结块，所述十字盘还设有连动杆，从而枢接到所述桨夹的连结块，所述桨夹支座对称铰接有活动块，所述十字盘设置有连杆，所述连杆与所述活动块相铰接。

2.根据权利要求1所述的一种独立结构的双旋翼无人机，其特征在于：所述机架长度方向可收缩或可折叠。

3.根据权利要求2所述的一种独立结构的双旋翼无人机，其特征在于：所述机架包含固定架体和活动杆，所述活动杆一端插入所述固定架体内并通过限位机构进行轴向限位，解除限位后，所述活动杆可轴线活动，所述旋翼组件以及动力组件安装于该活动杆另一端。

4.根据权利要求3所述的一种独立结构的双旋翼无人机，其特征在于：所述固定架体包含与固定架体垂直并起内部支撑作用的固定板，所述固定板上具有供所述活动杆插入的安装孔，所述限位机构包含一位于固定板一侧的半圆形抱紧卡，所述抱紧卡可压紧在活动杆外周面。

5.根据权利要求4所述的一种独立结构的双旋翼无人机，其特征在于：每个所述活动杆通过并排设置的两个限位机构限位，两所述限位机构内的抱紧卡相互转动180°设置。

6.根据权利要求5所述的一种独立结构的双旋翼无人机，其特征在于：所述抱紧卡、安装孔在与抱紧卡同侧的内孔内径稍大于所述活动杆外径，所述抱紧卡一端与所述固定板铰接，另一端可由螺栓拉紧。

7.根据权利要求3所述的一种独立结构的双旋翼无人机，其特征在于：还包括活动杆转动限位机构。

8.根据权利要求7所述的一种独立结构的双旋翼无人机，其特征在于：所述活动杆插入固定架一端具有一卡接部，所述固定板上具有供所述卡接部嵌入的卡槽。

9.根据权利要求1所述的一种独立结构的双旋翼无人机，其特征在于：所述连杆长度可调节。

10.根据权利要求1所述的一种独立结构的双旋翼无人机，其特征在于：两所述控制杆的连线与两所述旋翼组件的连线相垂直。