CN108791878A - 一种模块化无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模块化无人机，包括：N个无人机模块，N为大于等于1的自然数，其中，所述无人机模块包括：机体、第一电机组、共轴螺旋桨、导流环，第一电机组固定在机体上，第一电机组包括两个电机；共轴螺旋桨共轴设置，分别为上螺旋桨和下螺旋桨，并且两个螺旋桨的转向相反，上螺旋桨与第一电机组的其中一个电机的输出轴连接，下螺旋桨与第一电机组的另一个电机的输出轴连接；导流环位于共轴螺旋桨的下方，导流环的两端为开口设置，开口与共轴螺旋桨相对设置。本发明可以满足不同类型和不同重量的载荷，提高了无人机的灵活机动性能，提高了无人机的冗余度。

Description

一种模块化无人机

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种模块化无人机。

背景技术

旋翼无人机已被广泛应用于各个领域，比如航空摄影、侦查、地质调查、遥感等。旋翼无人机通过螺旋桨提供升力，在飞行过程中通过螺旋桨的转速差实现俯仰、横滚、旋转等动作，现有的旋翼无人机的螺旋桨数量通常是双数，悬臂向上下或向侧方折叠。

现有的旋翼无人机通常为一个整体结构，旋翼的数量、螺旋桨的直径、飞机的尺寸和最大载荷都是固定的，在制作、应用等方面存在较大不足，例如，旋翼无人机的最大载荷为5公斤，那么对于3公斤的被载对象来说，使用此旋翼无人机会造成不必要的浪费，而对于6公斤的被载对象来说，无法使用此旋翼无人机完成；又例如，针对不同的环境要使用不同类型的无人机，也就是说，现有的旋翼无人机通常为专机专用，无法适应不同情况下的任务，针对不同类型、不同重量的载荷，必须选择相应的无人机型号，不能灵活多变的满足各类载重要求，这样就会造成机动性能差，使用率较低以及研发成本高的问题。

目前的旋翼无人机多采用四、六、八轴旋翼分布，折叠后体积较大。另外，现有的旋翼无人机整体冗余度低，其中一个旋翼出现故障时就无法飞行，有时会造成坠机。还有，现有的旋翼无人机通常通过气动力作用于舵面来实现无人机的正常飞行，这样会造成能量的损失。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种模块化无人机，采用模块化组合连接的方式，可以满足不同类型和不同重量的载荷，旋翼自由组合，提高旋翼无人机系统的冗余度。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种模块化无人机，包括：N个无人机模块，N为大于等于1的自然数，其中，所述无人机模块包括：

机体；

第一电机组，固定在机体上，第一电机组包括两个电机；

共轴螺旋桨，其共轴设置，分别为上螺旋桨和下螺旋桨，并且两个螺旋桨的转向相反，上螺旋桨与第一电机组的其中一个电机的输出轴连接，下螺旋桨与第一电机组的另一个电机的输出轴连接；

导流环，位于共轴螺旋桨的下方，导流环的两端为开口设置，开口与共轴螺旋桨相对设置。

在本发明的某些实施例中，所述无人机模块还包括：

第二电机组，导流环与第二电机组的电机的输出轴连接。

在本发明的某些实施例中，所述无人机模块还包括：

旋转环，第二电机组分布在旋转环上；

第三电机组，旋转环与第三电机组的电机的输出轴连接。

在本发明的某些实施例中，第二电机组位于x轴上，第三电机组位于y轴上，x轴与y轴垂直。

在本发明的某些实施例中，所述无人机模块还包括：

安装架，设置在机体上，第三电机组安装在安装架上。

在本发明的某些实施例中，第二电机组包括两个电机，第三电机组包括两个电机。

在本发明的某些实施例中，第一电机组通过固定架固定在机体上。

在本发明的某些实施例中，机体与导流环之间采用柔性材料填充密封。

在本发明的某些实施例中，机体的外表面的横截面为正六边形，机体的内表面的横截面为圆形，第一电机组的两个电机的输出轴均位于机体的轴线上。

在本发明的某些实施例中，所述无人机模块还包括：电源、控制系统，电源和控制系统安装在机体上，机体的正六边形侧面上设置连接接口和通讯接口。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明模块化无人机至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本发明采用导流环改变气流方向，通过控制导流环的运动而改变气流方向，改变机体的倾斜角度，由于导流环没有对气流产生直接性的遮挡，降低了流动中的阻力，减少了推力损失；

(2)本发明在机体与导流环之间采用柔性材料填充密封，可以减少气流损失；

(3)本发明通过模块化组合连接的方式，每个无人机模块都有独立的控制与供电系统，无人机模块之间可以任意连接组合，可以满足不同类型和不同重量的载荷，提高了无人机的灵活机动性能，同时提高了无人机的使用率，降低了无人机的研发成本。

附图说明

图1为本发明实施例模块化无人机的无人机模块的侧视图之一。

图2为本发明实施例模块化无人机的无人机模块的侧视图之二。

图3为本发明实施例模块化无人机的无人机模块的示意图。

图4为本发明实施例模块化无人机的无人机模块的俯视图。

图5为本发明第一实施例模块化无人机的示意图。

图6为本发明第二实施例模块化无人机的示意图。

图7为本发明第三实施例模块化无人机的示意图。

图8为本发明第四实施例模块化无人机的示意图。

图9为本发明第五实施例模块化无人机的示意图。

图10为本发明第六实施例模块化无人机的示意图。

【主要元件】

1-机体；

2-共轴螺旋桨；

3-第一电机组；

4-固定架；

5-连接接口；

6-通讯接口；

7-第二电机组；

8-安装架；

9-旋转环；

10-导流环；

11-柔性材料。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在本发明的示例性实施例中，提供了一种模块化无人机。图2为本发明实施例模块化无人机的无人机模块的侧视图之二、图4为本发明实施例模块化无人机的无人机模块的俯视图。如图2、4所示，本发明模块化无人机包括N个无人机模块，N为大于等于1的自然数，其中，所述无人机模块包括：机体1、第一电机组3、共轴螺旋桨2、导流环10。

第一电机组3固定在机体1上，第一电机组3包括两个电机。第一电机组的两个电机的输出轴共线，与机体1的侧壁平行。

共轴螺旋桨2共轴设置，分别为上螺旋桨和下螺旋桨，并且两个螺旋桨的转向相反，上螺旋桨与第一电机组的其中一个电机的输出轴连接，下螺旋桨与第一电机组的另一个电机的输出轴连接。上螺旋桨和下螺旋桨的中心位于同一竖直轴线上，为无人机提供升力，并且可以抵消旋转过程中产生的反扭矩。

导流环10位于共轴螺旋桨的下方，这样螺旋桨旋转的下洗气流通过导流环10，导流环10的两端为开口设置，开口与共轴螺旋桨2相对设置。利用导流环10实现螺旋桨的转速差从而实现无人机的正常飞行。作为一种具体的实施方式，导流环10为直筒状，其内径与上、下螺旋桨的长度大致相等。

在本发明中，采用共轴螺旋桨2结合导流环10这一改进技术，单个旋翼即可飞行，即实现了每个旋翼的单独飞行和组合飞行，组合飞行时，如果其中一个旋翼出现故障不能飞行，其他旋翼可以保证模块化无人机的正常飞行，避免了坠机等事件的发生。并且，采用导流环改变气流方向，通过控制导流环的运动而改变气流方向，改变机体的倾斜角度，相比传统的舵面，由于导流环没有对气流产生直接性的遮挡，降低了流动中的阻力，可以减少推力损失，并且提高了无人机的姿态响应速度。

图1为本发明实施例模块化无人机的无人机模块的侧视图之一，如图1所示，无人机模块还包括第二电机组7，导流环10与第二电机组7的电机的输出轴连接。在一实施例中，第二电机组7包括两个电机，两个电机的输出轴位于同一轴线上，导流环10绕第二电机组7的电机的输出轴旋转，实现平面交叉运动。

再如图1、2所示，无人机模块还包括旋转环9和第三电机组，第二电机组7分布在旋转环9上，旋转环9与第三电机组的电机的输出轴连接。在一实施例中，第三电机组包括两个电机，两个电机的输出轴位于同一轴线上，旋转环9可以绕第三电机组的电机的输出轴旋转，由于第二电机组7分布在旋转环9上，从而带动与第二电机组7连接的导流环10的运动，实现了导流环10绕不同轴线的运动。

作为一种具体的实施方式，第二电机组7位于x轴上，第三电机组位于y轴上，x轴与y轴垂直。由此，导流环10可以绕x轴旋转，也可以绕y轴旋转。

再如图2所示，无人机模块还包括安装架8，安装架8设置在机体1上，第三电机组安装在安装架8上。

再如图4所示，第一电机组3通过固定架4固定在机体1上。固定架4可以是图4所示的四根均匀分布方式的杆组成，任意两根杆之间的夹角为90度，也可以是3根均匀分布方式的杆，任意两根杆之间的夹角为120度，固定架的作用是连接第一电机组3和机体1。

图3为本发明实施例模块化无人机的无人机模块的示意图。如图3所示，机体1与导流环10之间采用柔性材料11填充密封，可以减少气流损失。

再如图4所示，机体1的外表面的横截面为正六边形，机体1的内表面的横截面为圆形，第一电机组3的两个电机的输出轴均位于机体1的中心轴线上。

另外，无人机模块还包括电源和控制系统，电源和控制系统安装在机体1上，实现了模块化无人机只包括一个无人机模块时也能正常飞行。此外，机体1的正六边形侧面上设置有连接接口5和通讯接口6，可以实现无人机模块的快速拼接组合。

在本发明中，通过模块化组合连接的方式，每个无人机模块都有独立的控制与供电系统，无人机模块之间可以任意连接组合，可以满足不同类型和不同重量的载荷要求，提高了无人机的灵活机动性能，同时提高了无人机的使用率，降低了无人机的研发成本。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。

第一实施例：

如图5所示，模块化无人机包括1个无人机模块，由于其有独立的控制与供电系统，能够实现单独飞行。

第二实施例：

如图6所示，模块化无人机包括2个无人机模块，通过正六边形其中一个边拼接在一起。

第三实施例：

如图7所示，模块化无人机包括3个无人机模块，在第二实施例的基础上，将1个无人机模块的相邻两个边分别与另外两个无人机模块的一个边拼接，呈三角形。

第四实施例：

如图8所示，模块化无人机包括4个无人机模块，在第三实施例的基础上，将1个无人机模块的相邻两个边分别与其他任意两个无人机模块的一个边拼接。

第五实施例：

如图9所示，模块化无人机包括5个无人机模块，将4个无人机模块的一个边均与第5个无人机模块的侧边拼接，呈对称结构。

第六实施例：

如图10所示，模块化无人机包括7个无人机模块，将6个无人机模块的一个边均与第7个无人机模块的侧边拼接，呈环形。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明模块化无人机有了清楚的认识。本发明的模块化无人机的旋翼之间可以任意连接组合，搭配不同的旋翼布局与数量方案，每个旋翼都有独立控制与供电系统，能实现单独飞行，也能自由组合飞行，满足了不同类型和不同重量的载荷，提高了模块化旋翼无人机的冗余度。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

再者，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。

应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化无人机，其特征在于，包括：N个无人机模块，N为大于等于1的自然数，其中，所述无人机模块包括：

机体(1)；

第一电机组(3)，固定在机体(1)上，第一电机组(3)包括两个电机；

共轴螺旋桨(2)，其共轴设置，分别为上螺旋桨和下螺旋桨，并且两个螺旋桨的转向相反，上螺旋桨与第一电机组的其中一个电机的输出轴连接，下螺旋桨与第一电机组的另一个电机的输出轴连接；

导流环(10)，位于共轴螺旋桨的下方，导流环(10)的两端为开口设置，开口与共轴螺旋桨(2)相对设置。

2.根据权利要求1所述的模块化无人机，其特征在于，所述无人机模块还包括：

第二电机组(7)，导流环(10)与第二电机组(7)的电机的输出轴连接。

3.根据权利要求2所述的模块化无人机，其特征在于，所述无人机模块还包括：

旋转环(9)，第二电机组(7)分布在旋转环(9)上；

第三电机组，旋转环(9)与第三电机组的电机的输出轴连接。

4.根据权利要求3所述的模块化无人机，其特征在于，第二电机组(7)位于x轴上，第三电机组位于y轴上，x轴与y轴垂直。

5.根据权利要求4所述的模块化无人机，其特征在于，所述无人机模块还包括：

安装架(8)，设置在机体(1)上，第三电机组安装在安装架(8)上。

6.根据权利要求4或5所述的模块化无人机，其特征在于，第二电机组(7)包括两个电机，第三电机组包括两个电机。

7.根据权利要求1-5任一项所述的模块化无人机，其特征在于，第一电机组(3)通过固定架(4)固定在机体(1)上。

8.根据权利要求1-5任一项所述的模块化无人机，其特征在于，机体(1)与导流环(10)之间采用柔性材料(11)填充密封。

9.根据权利要求1-5任一项所述的模块化无人机，其特征在于，机体(1)的外表面的横截面为正六边形，机体(1)的内表面的横截面为圆形，第一电机组的两个电机的输出轴均位于机体(1)的轴线上。

10.根据权利要求9所述的模块化无人机，其特征在于，所述无人机模块还包括：电源、控制系统，电源和控制系统安装在机体(1)上，机体(1)的正六边形侧面上设置连接接口(5)和通讯接口(6)。