CN109050906B - 共轴双旋翼推力矢量无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共轴双旋翼推力矢量无人机，它包括上机身和下机身；上机身内设共轴电机和两轴万向节；共轴电机的输出轴伸出上机身的顶部外，输出轴上装配有共轴双旋翼；两轴万向节包括固定架和活动架，活动架铰接于固定架上，固定架内设有用于控制活动架运动的第一动力机构，共轴电机铰接于活动架上，活动架内设有用于控制共轴电机运动的第二动力机构，两轴万向节通过固定架装配于上机身内；下机身同轴连接于上机身的底部。通过两轴万向节改变共轴电机的推力矢量指向产生俯仰与滚转控制力矩；采用两轴万向节代替了传统共轴旋翼类飞行器常用的周期‑集合变距结构，省略了倾斜盘等高速旋转部件，降低了结构复杂度，提升了可靠性。
Description
技术领域
本发明属于航空技术领域，尤其是涉及一种共轴双旋翼推力矢量无人机。
背景技术
无人驾驶飞机简称无人机，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行器，最初多用于军事上。但是随着社会的进步和经济的发展，无人机也被大量的运用在民用上。随着行业的逐渐发展，人们研制了各式各样的无人机。传统的旋翼无人机技术较为成熟，也以与实现，但是为了平衡扭矩，需要将尾桨传动设计的较为复杂、繁重，增加了空载质量。而共轴双旋翼无人机虽然摆脱了对于尾桨的要求，但是其内需要设置周期-集合变距(CCPM)结构，需要用到倾斜盘等高速旋转的部件，内部结构复杂、可靠性差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种可靠性好的共轴双旋翼推力矢量无人机。
本发明提供的这种共轴双旋翼推力矢量无人机，其特征在于：它包括上机身和下机身；上机身内设共轴电机和两轴万向节；共轴电机的输出轴伸出上机身的顶部外，输出轴上装配有共轴双旋翼；两轴万向节包括固定架和活动架，活动架铰接于固定架上，固定架内设有用于控制活动架运动的第一动力机构，共轴电机铰接于活动架上，活动架内设有用于控制共轴电机运动的第二动力机构，两轴万向节通过固定架装配于上机身内；下机身同轴连接于上机身的底部。
为了增加稳定裕度，将所述上机身和下机身通过增稳电机相连；增稳电机的输出轴端与下机身相连，另一端与上机身相连，输出轴外装配有旋翼。
在一个具体实施方式中，使所述上机身为圆筒型机身，所述固定架通过支撑架安装于上机身的底壁上。
作为优选，使所述固定架包括基板和设置于基板上的一对铰接臂，所述活动架装配于两铰接臂之间。
进一步的，使所述第一动力机构包括滚转舵机和第一拉杆，滚转舵机装配于基板上，第一拉杆的底端与滚转舵机的摆杆相连、顶端与活动架相连，控制活动架绕铰接点摆动。
作为优选，使所述活动架包括底板和设置于底板上的一对铰接杆，所述共轴电机装配于两铰接杆之间，所述活动架以其底板铰接于固定架的一对铰接臂之间，使一对铰接杆所在平面与一对铰接臂所在平面相互垂直。
进一步的，使所述第二动力机构包括俯仰舵机和第二拉杆，俯仰舵机装配于所述底板下，第二拉杆的底端与俯仰舵机的摆杆相连、顶端与共轴电机相连，控制共轴电机绕铰接点摆动。
在一个具体实施方式中，使所述支撑架为矩型框架，其底面上设有电池、电源模块和飞控，其顶面下设有BEC，其一侧壁外设有GPS模块；电池用于向无人机提供电力，电源模块用于向飞控提供滤波处理后的稳压电源，GPS模块用于提供三维位置信息及地速测量，飞控用于感知姿态信息及GPS提供的位置信息并实现增稳、定点悬停及自动巡航等飞行控制功能，BEC用于向舵机提供工作所需电源。
本发明在使用时，通过两轴万向节改变共轴电机的推力矢量指向产生俯仰与滚转控制力矩；采用两轴万向节代替了传统共轴旋翼类飞行器常用的周期-集合变距结构，省略了倾斜盘等高速旋转部件，极大降低了结构复杂度，提升了可靠性，同时由于推力矢量的指向改变可提供直接控制力矩，整个无人机仍然具备快速响应的特点，保证了快速响应特性。
附图说明
图1为本发明一个优选实施例的轴测示意图。
图2为本优选实施例的轴测示意图。(上机身剖开)
图3为本实施例中上机身内部结构放大示意图。
图4为本实施例中另一角度上机身内部结构放大示意图。
图5为本实施例中各部件的功能模块图。
图示序号：
1—上机身；
2—增稳电机；
3—下机身；
4—共轴电机，41—连接杆，42—凸台；
5—两轴万向节，51—固定架、511—基本、512—铰接臂，52—活动架、521—底板、522—铰接杆；
6—支撑架；
7—共轴双旋翼；
A—滚转舵机；B—第一拉杆；C—俯仰舵机；D—第二拉杆；E—电池；F—电源模块；G—飞控；H—BEC；I—GPS模块。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供的这种共轴双旋翼推力矢量无人机，它包括从上往下同轴设置的上机身1、增稳电机2和下机身3。
如图2所示，上机身1为圆筒型机身，其内设有共轴电机4、两轴万向节5和支撑架6。
共轴电机4的输出轴外装配有共轴双旋翼7，共轴电机4的外壁设有一对连接杆41和一个凸台42，凸台上设有连杆，用于与两轴万向节5相连。
如图3、图4所示，两轴万向节5用于控制共轴电机4推力矢向的改变，它包括固定架51和活动架52；固定架51包括基板511和设置于基板上的一对铰接臂512，固定架的基板上还设有包括滚转舵机A和第一拉杆B的动力机构，第一拉杆的底端与滚转舵机的摆杆相连、顶端与活动架52相连，活动架52铰接于一对铰接臂之间通过第一拉杆控制活动架绕铰接点转动；活动架52包括底板521和设置于底板上的一对铰接杆522，底板521下设有包括俯仰舵机C和第二拉杆D的第二动力机构，第二拉杆D的底端与俯仰舵机的摆杆相连、顶端与与共轴电机凸台上的连杆相连，一对铰接杆522的顶端分别于共轴电机的一对连接杆铰接，使共轴电机能够绕铰接点转动，并通过第二拉杆控制该转动。两轴万向节5以其固定架装配于支撑架6上。
支撑架6为装配于上机身底壁上的矩型框架，两轴万向节5装配于支撑架6的顶面上，支撑架6的底面上设有电池E，电池E的顶部设有电源模块F和飞控G，支撑架的顶面下设有BEC(免电池电路)H，一侧壁外设有GPS模块I；如图5所示，电池用于向无人机提供电力，电源模块用于向飞控提供滤波处理后的稳压电源，GPS模块用于提供三维位置信息及地速测量，飞控用于感知姿态信息及GPS提供的位置信息并实现增稳、定点悬停及自动巡航等飞行控制功能，BEC用于向舵机提供工作所需电源，并在在飞控与电机之间设有控制电机转速的电子调速器。
如图1所示，增稳电机2的输出轴端与下机身3相连，另一端与上机身1相连，输出轴外装配有旋翼。
本实施例在投入使用时，通过飞控系统给出的控制信号，分别控滚转、俯仰舵机偏转至指定位置，从而带动两轴万向节分别在俯仰及滚转轴上偏转，进而使推力矢量在俯仰及滚转轴上形成控制力矩，同时通过调节上下两套电机及中部增稳电机的转速差，形成偏航控制力矩，最终通过上述三轴力矩控制全机到达指定姿态；可见本实施例通过在上机身内共轴电机与两轴万向节，通过两轴万向节改变推力矢量指向产生俯仰与滚转控制力矩；同时机身中部安装一较小的增稳电机，通过其产生的机身轴向气动力及陀螺效应保证机身在平衡状态附近的稳定裕度；机身偏航控制通过上下两动力机构的转速差形成的反扭力矩实现。采用两轴万向节代替了传统共轴旋翼类飞行器常用的周期-集合变距(CCPM)结构，省略了倾斜盘等高速旋转部件，极大降低了结构复杂度，提升了可靠性，同时由于推力矢量的指向改变可提供直接控制力矩，系统仍然具备快速响应的特点，保证了操稳控制的快速响应特性，而机身中段增稳电机则可在必要时通过陀螺效应与轴向力增加系统稳定裕度，从而改善整机操纵品质。
Claims (6)
1.一种共轴双旋翼推力矢量无人机，其特征在于：它包括上机身和下机身；上机身内设共轴电机和两轴万向节；共轴电机的输出轴伸出上机身的顶部外，输出轴上装配有共轴双旋翼；两轴万向节包括固定架和活动架，活动架铰接于固定架上，固定架内设有用于控制活动架运动的第一动力机构，共轴电机铰接于活动架上，活动架内设有用于控制共轴电机运动的第二动力机构，两轴万向节通过固定架装配于上机身内；下机身同轴连接于上机身的底部；
所述上机身和下机身通过增稳电机相连；增稳电机的输出轴端与下机身相连，另一端与上机身相连，输出轴外装配有旋翼；
所述上机身为圆筒型机身，所述固定架通过支撑架安装于上机身的底壁上。
2.如权利要求1所述的共轴双旋翼推力矢量无人机，其特征在于：所述固定架包括基板和设置于基板上的一对铰接臂，所述活动架装配于两铰接臂之间。
3.如权利要求2所述的共轴双旋翼推力矢量无人机，其特征在于：所述第一动力机构包括滚转舵机和第一拉杆，滚转舵机装配于基板上，第一拉杆的底端与滚转舵机的摆杆相连、顶端与活动架相连，控制活动架绕铰接点摆动。
4.如权利要求3所述的共轴双旋翼推力矢量无人机，其特征在于：所述活动架包括底板和设置于底板上的一对铰接杆，所述共轴电机装配于两铰接杆之间，所述活动架以其底板铰接于固定架的一对铰接臂之间，使一对铰接杆所在平面与一对铰接臂所在平面相互垂直。
5.如权利要求4所述的共轴双旋翼推力矢量无人机，其特征在于：所述第二动力机构包括俯仰舵机和第二拉杆，俯仰舵机装配于所述底板下，第二拉杆的底端与俯仰舵机的摆杆相连、顶端与共轴电机相连，控制共轴电机绕铰接点摆动。
6.如权利要求1所述的共轴双旋翼推力矢量无人机，其特征在于：所述支撑架为矩型框架，其底面上设有电池、电源模块和飞控，其顶面下设有BEC，其一侧壁外设有GPS模块；电池用于向无人机提供电力，电源模块用于向飞控提供滤波处理后的稳压电源，GPS模块用于提供三维位置信息及地速测量，飞控用于感知姿态信息及GPS提供的位置信息并实现增稳、定点悬停及自动巡航飞行控制功能，BEC用于向舵机提供工作所需电源。
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