CN108583181A - 可变形陆空两栖无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变形陆空两栖无人机，包括变形机构、传动机构以及主轴；变形机构包括多个变形机构单元，变形机构单元包括机体支撑结构、支座；支座包括第一支座以及与第一支座转动连接的第二支座，第一支座与第二支座上分别设置有变形驱动电机与旋翼组件；变形驱动电机上连接有主齿轮，且主齿轮与固定连接在第二支座上的从齿轮相啮合；第二支座上还设置有旋翼保护罩；传动机构包括支撑板、设置在支撑板上且与主轴转动连接的支撑座以及驱动主轴转动的驱动机构，主轴远离支撑座的端部与第一支座连接；该无人机结构精简，安全性能高，有效实现了无人机空中飞行和地面行走模式的随时切换，行驶稳定，地形通过能力强。

Description

可变形陆空两栖无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种可变形陆空两栖无人机。
背景技术
四旋翼无人机广泛应用与航拍、快递运送、巡检、农业、娱乐等领域。传统四旋翼的形状与结构在出厂后都是确定，后期不能改变。而且传统的四旋翼无人机运动模式单一，仅仅局限于空中飞行，使之续航时间大大降低。但是在很多实际场景应用中并不需要无人机一直飞在空中，对于无人机电量的消耗也主要在于无人机的飞行途中，而真正应用于实际执行任务消耗的可用电量却很少了。另一方面，单一的飞行模式使得四旋翼无人机在执行任务中会存在一些限制。比如，在城市搜救场景中，传统的四旋翼无人机仅仅能够飞临被搜救场景的上方来取得航拍数据，很难进入到一些狭窄的空间或者进入室内进行侦测。但是在实际的场景中，更需要的是一种飞行与陆地行驶相结合的机器人系统，一方面，机器人可以根据实际的环境状况来灵活的选择运动模式，进而大大的节省机器人自身所携带的电量。另一方面，无人机要是实现在路面行驶功能，则可以极大的扩展其搜寻范围。现有的一些两栖的无人机也仅仅是在无人机上加装了轮式机构来实现路面的运动，结构冗余，给无人机带来额外的载荷，降低了续航时间，地形通过能力弱，并且在地面状态下，横向面积大，运动不灵活且不能通过一些狭小的区域。并且由于无人机与轮式系统是两个独立的机械系统，相互耦合度低，给机器人的运行又带来新的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可变形陆空两栖无人机，以解决现有无人机结构冗余、安全性能低且地形通过能力弱的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：可变形陆空两栖无人机，包括变形机构、与变形机构连接的传动机构以及连接在变形机构与传动机构之间的主轴；
所述变形机构包括多个变形机构单元，所述变形机构单元包括机体支撑结构、与机体支撑结构连接的支座；所述支座包括第一支座以及与第一支座转动连接的第二支座，所述第一支座与第二支座上分别设置有变形驱动电机与旋翼组件；所述变形驱动电机上连接有主齿轮，且所述主齿轮与固定连接在第二支座上的从齿轮相啮合；所述第二支座上还设置有旋翼保护罩；
所述传动机构包括支撑板、设置在支撑板上且与主轴转动连接的支撑座以及驱动主轴转动的驱动机构，所述主轴远离支撑座的端部与第一支座连接。
进一步，所述支撑座上连接有多个主轴。
进一步，所述驱动机构包括设置在支撑板上的伺服电机、连接在伺服电机上的驱动齿轮以及连接在任一主轴上且与所述驱动齿轮相啮合的传动齿轮；所述主轴远离变形机构的端部穿过支撑座连接有锥齿轮，各锥齿轮的齿顶方向均指向支撑座的中心，且各相邻锥齿轮之间相互啮合。
进一步，所述机体支撑结构包括弧形底板、连接在主轴上的连接件以及连接在弧形底板与连接件之间的连接杆。
进一步，所述支撑座上设置有轴承，所述主轴穿过轴承与支撑座转动连接。
进一步，所述旋翼保护罩包括上板面、下板面以及连接板；所述上板面与下板面分别连接在连接板的顶端与底端；且所述下板面远离连接板的端面连接在第二支座上。
进一步，所述上板面与下板面上均开设有均匀分布的槽孔。
进一步，所述旋翼保护罩的上板面呈弧形状结构。
进一步，所述支撑座顶端通过螺栓连接有盖板。
本发明具有以下有益效果：本发明所提供的可变形陆空两栖无人机；该无人机结构精简，安全性能高，通过自身结构的改变，有效的实现了无人机空中飞行和地面行走模式的随时切换，其变形全程自动化，不需人工干预；且变形后采用滚动行驶方式，在陀螺力矩的作用下，无人机在运动过程中始终处于动态平衡中，行驶稳定可靠，平衡性能好，地形通过能力强。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构俯视图；
图3为本发明中变形机构单元结构示意图；
图4为本发明中变形机构单元变形后结构示意图；
图5为本发明中传动机构结构示意图；
图6为本发明中变形机构变形后结构示意图；
图7为本发明无人机整体变形后结构示意图；
图8为本发明中机体支撑结构示意图；
图9为本发明中旋翼保护罩结构示意图；
图1至图9中所示附图标记分别表示为：1-传动机构，2-主轴，3-变形机构单元，301-机体支撑结构，302-第一支座，303-第二支座，304-变形驱动电机，305-旋翼组件，306-主齿轮，307-从齿轮，308-旋翼保护罩，101-支撑板，102-支撑座，103-轴承，104-伺服电机，105-驱动齿轮，106-传动齿轮，31-弧形底板，32-连接杆，33-连接件，34-上板面，35-下板面，36-连接板，11-盖板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1、图2所示，可变形陆空两栖无人机，包括变形机构、与变形机构连接的传动机构1以及连接在变形机构与传动机构1之间的主轴2。
变形机构为无人机整体变形结构，通过变形机构的自身变形，实现第一步变形操作；通过传动机构1与主轴2的配合操作，实现变形机构的第二部变形操作，当两步操作完成后，既可实现无人机由空中飞行状态向地面行驶状态的转变。
如图3所示，所述变形机构包括多个变形机构单元3，所述变形机构单元3包括机体支撑结构301、与机体支撑结构301连接的支座；支座包括第一支座302以及与第一支座302转动连接的第二支座303，第一支座302与第二支座303上分别设置有变形驱动电机304与旋翼组件305；变形驱动电机304上连接有主齿轮306，且主齿轮306与固定连接在第二支座303上的从齿轮307相啮合；所述第二支座303上还设置有旋翼保护罩308。
由于变形机构包括旋翼组件305，对于变形机构数量的选择，决定了无人机的旋翼数量，当变形机构单元3为四个时，则该可变形无人机则为四旋翼无人机，当变形机构单元3为六个时，则该可变形无人机则为六旋翼无人机。但根据实际需要，本发明中，优选的变形机构单元3为四个；旋翼组件包括旋翼电机以及连接在旋翼电机上的桨叶，通过旋翼组件实现无人机的飞行提升操作。机体支撑结构301为无人机整体的支撑基础，当无人机处于空中飞行状态时，机体支撑结构301保持原装，为无人机降落时提供地面支撑。当无人机处于陆地行驶状态时，变形后的旋翼保护罩与机体支撑结构301共同形成无人机行走框架。第一支座302用于对变形驱动电机304的设置平台，其结构物稳定，安全可靠。如图5所示，主齿轮306连接在变形驱动电机304的输出轴上，当进行变形时，变形驱动电机304开启，带动主齿轮306转动，由于从齿轮307与第二支座303固连为整体结构，在进行转动操作时，在变形驱动电机304的驱动作用下，以主齿轮306为主动件，带动第二支座303及旋翼保护罩308绕主轴2旋转运动，旋转角度为90度；至此，如图6所示，实现无人机变形的第一步操作。
如图5所示，传动机构1包括支撑板101、设置在支撑板101上且与主轴2转动连接的支撑座102以及驱动主轴2转动的驱动机构，主轴2远离支撑座102的端部与第一支座302连接。
当无人机变形的第一步操作完成后，通过传动机构1实现第二部变形操作。支撑板101为主轴2的转动支撑体，在驱动机构的驱动作用下，带动主轴2转动，由于主轴2与变形机构单元3连接，在主轴2的转动作用下带动变形机构旋转，旋转角度为90度，如图7所示，旋转后实现第二步变形操作。第二步变形操作完成后，各旋转变形机构单元3之间相互拼接为圆盘形结构，呈陀螺状；实现无人机由空中飞行模式变换为地面滚动运动模式，变形后的无人机采用滚动行驶方式，在陀螺力矩的作用下，无人机在运动过程中始终处于动态平衡中，行驶稳定可靠，平衡性能好，地形通过能力强。
驱动机构可采用通过主轴2上分别设置电机，从而实现各主轴2转动，也可采用大锥齿轮驱动四个小锥齿轮实现各主轴2的转动。为了简化结构，操作便捷，本发明中，支撑座102上连接有多个主轴2；驱动机构包括设置在支撑板101上的伺服电机104、连接在伺服电机104上的驱动齿轮105以及连接在任一主轴2上且与驱动齿轮105相啮合的传动齿轮106；主轴2远离变形机构的端部穿过支撑座102连接有锥齿轮，各锥齿轮的齿顶方向均指向支撑座102的中心，且各相邻锥齿轮之间相互啮合。一个伺服电机104通过齿轮传动实现主轴2的旋转，进而通过锥齿轮使得连接在变形机构单元3上的其他主轴2转动，从而实现变形机构单元3的旋转，其操作便捷，结构简单。
为了加强无人机变形后的地面运动能力，如图8所示，本发明中，所述机体支撑结构301包括弧形底板31和连接在弧形底板31上的连接杆32，且连接杆32通过连接件33连接在主轴2上。弧形底板31与旋翼保护罩结构基本相似，均为弧形结构，有助于变形后的无人机在地面上的滚动，加强变形后无人机的通过地形能力。
为了便于实现主轴2与支撑座102的转动，本发明中，支撑座102上设置有轴承103，主轴2穿过轴承103与支撑座102转动连接。支撑座102上开设有通孔，轴承103安装在通孔处，稳定可靠。轴承103用于支撑主轴2旋转运动，其有效的降低了主轴2转动过程中的摩擦系数，保证了旋转精度。
为了提高旋翼保护罩308的结构强度，保护桨叶，如图9所示，本发明中，旋翼保护罩308包括上板面34、下板面35以及连接板36；上板面34与下板面35分别连接在连接板36的顶端与底端；且下板面35远离连接板36的端面连接在第二支座303上。旋翼保护罩308由三部分组成；通过上板面34、下板面35与连接板36，使旋翼组件305在竖直方向上和水平方向上均能得到保护，当处于地面滚动行驶状态时，上表面与地面接触，提高滚动的稳定性。
为了减轻无人机整体的重量，提高制动效果，所述上板面34与下板面35上均开设有均匀分布的槽孔。通过槽孔的开设，可有效地减轻旋翼保护罩308的重量，当在地面滚动过程中，由于轻重量，可良好的进行制动作用；且通过槽孔，可实现空气的相互流通；提高旋翼组件305中的旋翼电机散热效果，延长使用寿命，提高使用性能。
为了提高无人机地面滚动效果，本发明中，所述旋翼保护罩308的上板面34呈弧形状结构。旋翼保护罩308在与地面接触时，仅有点接触，没有面接触，从而减小了与地面之间的摩擦力，保证了滚动运动的可靠性；且在一定程度上减小了旋翼保护罩308的磨损，延长了其使用寿命。
为了对传动机构1起到保护作用，本发明中，所述支撑座102顶端通过螺栓连接有盖板11。通过盖板11的保护作用，有效的避免了外界环境中的杂质进入到传动组件中造成对传动结构的损坏；保证了无人机变形及滚动运动的流畅性。
以上为本发明的具体实施方式，从实施过程可以看出，本发明所提供的可变形陆空两栖无人机；该无人机结构精简，安全性能高，通过自身结构的改变，有效的实现了无人机空中飞行和地面行走模式的随时切换，其变形全程自动化，不需人工干预；且变形后采用滚动行驶方式，在陀螺力矩的作用下，无人机在运动过程中始终处于动态平衡中，行驶稳定可靠，平衡性能好，地形通过能力强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.可变形陆空两栖无人机，其特征在于，包括变形机构、与变形机构连接的传动机构(1)以及连接在变形机构与传动机构(1)之间的主轴(2)；
所述变形机构包括多个变形机构单元(3)，所述变形机构单元(3)包括机体支撑结构(301)、与机体支撑结构(301)连接的支座；所述支座包括第一支座(302)以及与第一支座(302)转动连接的第二支座(303)，所述第一支座(302)与第二支座(303)上分别设置有变形驱动电机(304)与旋翼组件(305)；所述变形驱动电机(304)上连接有主齿轮(306)，且所述主齿轮(306)与固定连接在第二支座(303)上的从齿轮(307)相啮合；所述第二支座(303)上还设置有旋翼保护罩(308)；
所述传动机构(1)包括支撑板(101)、设置在支撑板(101)上且与主轴(2)转动连接的支撑座(102)以及驱动主轴(2)转动的驱动机构，所述主轴(2)远离支撑座(102)的端部与第一支座(302)连接。
2.根据权利要求1所述的可变形陆空两栖无人机，其特征在于，所述支撑座(102)上连接有多个主轴(2)。
3.根据权利要求1所述的可变形陆空两栖无人机，其特征在于，所述驱动机构包括设置在支撑板(101)上的伺服电机(104)、连接在伺服电机(104)上的驱动齿轮(105)以及连接在任一主轴(2)上且与所述驱动齿轮(105)相啮合的传动齿轮(106)；所述主轴(2)远离变形机构的端部穿过支撑座(102)连接有锥齿轮，各锥齿轮的齿顶方向均指向支撑座(102)的中心，且各相邻锥齿轮之间相互啮合。
4.根据权利要求1或2所述的可变形陆空两栖无人机，其特征在于，所述支撑座(102)上设置有轴承(103)，所述主轴(2)穿过轴承(103)与支撑座(102)转动连接。
5.根据权利要求4所述的可变形陆空两栖无人机，其特征在于，所述支撑座(102)顶端通过螺栓连接有盖板(11)。
6.根据权利要求1所述的可变形陆空两栖无人机，其特征在于，所述机体支撑结构(301)包括弧形底板(31)、连接在主轴(2)上的连接件(33)以及连接在弧形底板(31)与连接件(33)之间的连接杆(32)。
7.根据权利要求1所述的可变形陆空两栖无人机，其特征在于，所述旋翼保护罩(308)包括上板面(34)、下板面(35)以及连接板(36)；所述上板面(34)与下板面(35)分别连接在连接板(36)的顶端与底端；且所述下板面(35)远离连接板(36)的端面连接在第二支座(303)上。
8.根据权利要求7所述的可变形陆空两栖无人机，其特征在于，所述上板面(34)与下板面(35)上均开设有均匀分布的槽孔。
9.根据权利要求8所述的可变形陆空两栖无人机，其特征在于，所述旋翼保护罩(308)的上板面(34)呈弧形状结构。
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