CN109263881A - 一种多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼飞行器，包括机架、电源、螺旋桨、电机和飞行控制系统；电源分别与电机和飞行控制系统连接，且均安装在机架上；螺旋桨由主螺旋桨和副螺旋桨组成，主螺旋桨至少由一对同速反向共轴多旋翼螺旋桨组成；电机由主电机和副电机组成；主螺旋桨与主电机传动连接，副螺旋桨与副电机传动连接。本发明的多旋翼飞行器，利用主螺旋桨提供主要升力；副螺旋桨与支撑臂之间的侧向倾斜角度可以调节，具有结构简单、角度调节操作灵活方便、抗干扰能力强、飞行稳定性高且适用范围广泛的优点，能够广泛应用于航拍、大气观测、星球探测和救援等领域。

Description

一种多旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及一种多旋翼飞行器，属于飞行器技术领域。

背景技术

近年来，多旋翼飞行器成为新兴微小型无人机研究领域的热点之一。多旋翼飞行器具有体积小、重量轻、费用低、操作灵活和安全性高的优点，可广泛应用于航拍、检测、搜救、勘查等领域。一般常见的有三轴、四轴、六轴、八轴等不同种类。得益于近年来微机电、传感器技术的发展，多旋翼飞行器被广泛应用于航模、空中拍摄平台等领域。多旋翼飞行器通过各类传感器感知飞行状态，并通过微处理器向旋翼电机发出转速指令来调整飞行器的不同飞行姿态。

具有垂直起降和悬停等功能的多旋翼飞行器在航拍、大气观测、星球探测等领域具有广泛的应用需求。目前具有这类功能的飞行器主要有单旋翼直升机、双旋翼直升机、倾转旋翼机等结构形式，如美国麦道公司的MH-16直升机、俄罗斯的卡-29直升机、美国波音公司与贝尔公司的倾转旋翼机V-22和V-44等。单旋翼直升机或共轴反桨直升机需要尾桨结构来抵消旋翼对机体产生的扭力，倾转旋翼机需要在垂直起飞和平飞状态间进行旋翼翼面的倾转。上述设计存在的问题是都有尾翼，主桨直径相对于机体很大，结构比较复杂，运动灵活性与平稳性较差。

目前，多旋翼飞行器采用多个独立电机驱动，电机与机架连接，螺旋桨与电机连接。现有多旋翼飞行器的螺旋桨水平设置，螺旋桨与机身平行，该种结构在飞行器水平旋转时只有一个电机运行驱动螺旋桨转动，当水平旋转过程中出现外部干扰时(如刮风等)，无人飞行器为达到平衡而会产生较大的偏角无法进行水平旋转，并且，由于需要产生较大的偏角，使得调整平衡的时间较长，调整过程中无人飞行器运行极不稳定，存在水平旋转运行的抗干扰性能差、稳定性差、调整平衡时间长的技术问题。

因此，提供一种无尾翼且环境适应性好、水平旋转稳定性好的多旋翼飞行器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无尾翼且环境适应性好、水平旋转稳定性好的多旋翼飞行器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多旋翼飞行器，包括机架、电源、螺旋桨、电机和飞行控制系统；所述电源分别与所述电机和所述飞行控制系统连接，且均安装在所述机架上；所述螺旋桨由主螺旋桨和副螺旋桨组成，所述主螺旋桨至少由一对同速反向共轴多旋翼螺旋桨组成；所述电机由主电机和副电机组成；所述主螺旋桨与所述主电机传动连接，所述副螺旋桨与所述副电机传动连接。

采用上述技术方案的有益效果为：螺旋桨由主螺旋桨和副螺旋桨组成，主螺旋桨至少由一对同速反向共轴多旋翼螺旋桨组成，每对主螺旋桨的直径、螺矩等气动特性均一致和对称，每对主螺旋桨在多旋翼飞行器中的气动布局对所产生的升力大小都是均衡的可控的，方向都是一致的，最大限度的减少或削除三维不平衡扭矩和扭力的输出，只产生一致向上的可控升力，用于承担多旋翼飞行器的主要升力。副螺旋桨用于控制飞行器的姿态平衡及悬停、升降、前后左右、方向的机动飞行，同时承担飞行器的小部分升力。

进一步，所述机架包括支撑座和多条支撑臂，所述支撑座上安装所述电源、所述飞行控制系统和所述主电机；所述支撑臂的一端固定在所述支撑座上，所述支撑臂的另一端设有电机座安装部，所述电机座安装部上安装有电机座，所述电机座上安装所述副电机。

进一步，所述电机座安装部上设置有传动组件，所述传动组件包括主动小齿轮、从动半齿轮和锁紧螺钉；所述主动小齿轮通过转轴固定在所述电机座安装部上；所述电机座上设置有连接轴，所述连接轴穿过所述电机座安装部与所述从动半齿轮固定连接；所述从动半齿轮与所述主动小齿轮啮合连接；所述从动半齿轮上设置有连接槽，所述电机座安装部上设置有螺纹孔，所述锁紧螺钉穿过所述连接槽与所述螺纹孔螺纹连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：本发明的多旋翼飞行器，通过调节传动组件即可带动电机座转动，以实现副螺旋桨与支撑臂之间的侧面倾斜角度的调节，同时倾斜角度调节操作方便，且结构简单。

优选地，所述从动半齿轮为扇形，包括依次设置的转轴固定部、连接部和啮齿部；所述连接轴穿过所述电机座安装部与所述从动半齿轮的转轴固定部固定连接；所述从动半齿轮的连接部上开设所述连接槽；所述啮齿部与所述主动小齿轮啮合连接。

进一步，所述支撑臂至少为4条，且每两个所述支撑臂为一组，对称安装在所述支撑座上；所述副螺旋桨安装在所述支撑臂上，且安装在一组所述支撑臂上的两个所述副螺旋桨旋转方向相反。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：本发明的多旋翼飞行器，其支撑臂的数量至少需要4条，也可以是6条、8条等，因此至少需要2n条，n为正整数，且n>=2，相应地副电机和副螺旋桨的数量也需要设置同样数量，多个副电机和副螺旋桨围绕飞行器的垂直中轴线均匀分布。

进一步，所述多旋翼飞行器还包括电子调速器，所述电子调速器分别与所述电机和所述飞行控制系统连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：每一个电机与一个电子调速器连接，飞行控制系统可以通过程序指令，也可以接收地面遥控指令，控制电子调速器对单个螺旋桨的转速进行调节，实现飞行器的稳定悬停和向上下前后左右及侧上下前后左右等多个方向的飞行及各种角度的旋转。

优选地，所述主螺旋桨与所述副螺旋桨形状相同。

优选地，所述主螺旋桨与所述副螺旋桨均为二桨叶式旋翼。

优选地，所述主螺旋桨与所述副螺旋桨均为三桨叶式旋翼。

优选地，所述电源为电池组。

进一步，所述多旋翼飞行器应用于航拍、大气观测、星球探测和救援。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多旋翼飞行器，利用主螺旋桨提供主要升力；副螺旋桨与支撑臂之间的侧向倾斜角度可以调节，可以根据具体飞行环境调整副螺旋桨与支撑臂之间的侧向倾斜角度，能够适应各种不同的飞行环境，在各种飞行环境中都能够有效保持水平旋转的稳定性，大大提高了旋转过程中对外界干扰的响应速度，具有结构简单、角度调节操作灵活方便、抗干扰能力强、飞行稳定性高且适用范围广泛的优点，且能够广泛应用于航拍、大气观测、星球探测和救援等领域。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明实施例1多旋翼飞行器的整体结构示意图；

图2附图为图1中所示多旋翼飞行器的俯视图；

图3附图为图1中所示多旋翼飞行器传动组件的安装结构示意图；

其中，各标号代表：

1，电源；2，主螺旋桨；3，副螺旋桨；4，主电机；5，副电机；6，支撑座；7，支撑臂；8，电机座安装部；9，电机座；10，主动小齿轮；11，从动半齿轮；12，锁紧螺钉；13，连接轴；14，连接槽。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种多旋翼飞行器，包括机架、电源1、螺旋桨、电机、电子调速器和飞行控制系统；电源1分别与电机和飞行控制系统连接，且均安装在机架上；电子调速器分别与电机和飞行控制系统连接；

螺旋桨由主螺旋桨2和副螺旋桨3组成，主螺旋桨2由一对同速反向共轴多旋翼螺旋桨组成；电机由主电机4和副电机5组成；主螺旋桨2与主电机4传动连接，副螺旋桨3与副电机5传动连接；主螺旋桨2与副螺旋桨3形状相同，均为二桨叶式旋翼；

机架包括支撑座6和支撑臂7，支撑座6上安装电源1、飞行控制系统和主电机4；支撑臂7的一端固定在支撑座6上，支撑臂7的另一端设有电机座安装部8，电机座安装部8上安装有电机座9，电机座9上安装副电机5；支撑臂7为4条，且每两个支撑臂7为一组，对称安装在支撑座6上；对称安装的支撑臂7上的两个副螺旋桨3旋转方向相反；

电机座安装部8上设置有传动组件，传动组件包括主动小齿轮10、从动半齿轮11和锁紧螺钉12；主动小齿轮10通过转轴固定在电机座安装部8上；电机座9上设置有连接轴13，连接轴13穿过电机座安装部8与从动半齿轮11固定连接；从动半齿轮11与主动小齿轮10啮合连接；从动半齿轮11上设置有连接槽14，电机座安装部8上设置有螺纹孔，锁紧螺钉12穿过连接槽14与螺纹孔螺纹连接；

从动半齿轮11为扇形，包括依次设置的转轴固定部、连接部和啮齿部；连接轴13穿过电机座安装部8与从动半齿轮11的转轴固定部固定连接；从动半齿轮11的连接部上开设连接槽14；啮齿部与主动小齿轮10啮合连接。

本发明多旋翼飞行器的操作方法如下：本发明利用电源1通过飞行控制系统控制多旋翼飞行器的运行，一对主螺旋桨2同速反向旋转，为多旋翼飞行器提供主要升力；由4台副电机5驱动的4个副螺旋桨3，主要用于控制多旋翼飞行器的姿态平衡及悬停、升降、前后左右、方向的机动飞行控制，同时承担多旋翼飞行器的小部分升力。而且，即使主螺旋桨2失效，多旋翼飞行器仍可利用副螺旋桨3继续飞行，更加安全可靠。

当出现外部干扰，本发明多旋翼飞行器的电机座9在传动组件的带动下可相对支撑臂7向侧面转动，进而带动副电机5和副螺旋桨3转动，实现副螺旋桨3与支撑臂7之间的侧面倾斜角度的调节。在起飞前，可以现根据具体的飞行环境调节电机座9的倾斜角度，设置合适的副螺旋桨3与支撑臂7之间的侧面倾斜角度，使倾斜角度与飞行环境适应，从而增强多旋翼飞行器水平旋转的稳定性，达到最佳的飞行效果。当风力较大时，增大副螺旋桨3与支撑臂7之间的侧面倾角角度；当风力较小时，减小副螺旋桨3与支撑臂7之间的侧面倾角角度，能够有效适应各种不同的飞行环境。

其中，采用本发明实施例1的传动组件进行副螺旋桨3与支撑臂7之间的侧面倾斜角度调节的过程如下：

首先，将锁紧螺钉12拧松，之后旋转主动小齿轮10，主动小齿轮10带动从动半齿轮11转动，进而带动电机座9转动，电机座9转动带动副电机5和副螺旋桨3向支撑臂7侧面倾斜，当达到需要的倾斜角度后，停止旋转主动小齿轮10，最后将锁紧螺钉12拧紧，锁紧从动半齿轮11完成倾斜角度调节操作。

实施例2

一种多旋翼飞行器，包括机架、电池组、螺旋桨、电机、电子调速器和飞行控制系统；电池组分别与电机和飞行控制系统连接，且均安装在机架上；电子调速器分别与电机和飞行控制系统连接；

螺旋桨由主螺旋桨2和副螺旋桨3组成，主螺旋桨2由两对同速反向共轴多旋翼螺旋桨组成；电机由主电机4和副电机5组成；主螺旋桨2与主电机4传动连接，副螺旋桨3与副电机5传动连接；主螺旋桨2与副螺旋桨3形状相同，均为三桨叶式旋翼；

机架包括支撑座6和支撑臂7，支撑座6上安装电池组、飞行控制系统和主电机4；支撑臂7的一端固定在支撑座6上，支撑臂7的另一端设有电机座安装部8，电机座安装部8上安装有电机座9，电机座9上安装副电机5；支撑臂7为6条，且每两个支撑臂7为一组，对称安装在支撑座6上；对称安装的支撑臂7上的两个副螺旋桨3旋转方向相反；

电机座安装部8上设置有传动组件，传动组件包括主动小齿轮10、从动半齿轮11和锁紧螺钉12；主动小齿轮10通过转轴固定在电机座安装部8上；电机座9上设置有连接轴13，连接轴13穿过电机座安装部8与从动半齿轮11固定连接；从动半齿轮11与主动小齿轮10啮合连接；从动半齿轮11上设置有连接槽14，电机座安装部8上设置有螺纹孔，锁紧螺钉12穿过连接槽14与螺纹孔螺纹连接。

实施例3

一种多旋翼飞行器，包括机架、电源1、螺旋桨、电机、电子调速器和飞行控制系统；电源1分别与电机和飞行控制系统连接，且均安装在机架上；电子调速器分别与电机和飞行控制系统连接；

螺旋桨由主螺旋桨2和副螺旋桨3组成，主螺旋桨2由一对同速反向共轴多旋翼螺旋桨组成；电机由主电机4和副电机5组成；主螺旋桨2与主电机4传动连接，副螺旋桨3与副电机5传动连接；主螺旋桨2与副螺旋桨3形状不同，主螺旋桨2为二桨叶式旋翼，副螺旋桨3为三桨叶式旋翼；

机架包括支撑座6和支撑臂7，支撑座6上安装电源1、飞行控制系统和主电机4；支撑臂7的一端固定在支撑座6上，支撑臂7的另一端设有电机座安装部8，电机座安装部8上安装有电机座9，电机座9上安装副电机5；支撑臂7为8条，且每两个支撑臂7为一组，对称安装在支撑座6上；对称安装的支撑臂7上的两个副螺旋桨3旋转方向相反；

电机座安装部8上设置有传动组件，传动组件包括主动小齿轮10、从动半齿轮11和锁紧螺钉12；主动小齿轮10通过转轴固定在电机座安装部8上；电机座9上设置有连接轴13，连接轴13穿过电机座安装部8与从动半齿轮11固定连接；从动半齿轮11与主动小齿轮10啮合连接；从动半齿轮11上设置有连接槽14，电机座安装部8上设置有螺纹孔，锁紧螺钉12穿过连接槽14与螺纹孔螺纹连接；

从动半齿轮11为扇形，包括依次设置的转轴固定部、连接部和啮齿部；连接轴13穿过电机座安装部8与从动半齿轮11的转轴固定部固定连接；从动半齿轮11的连接部上开设连接槽14；啮齿部与主动小齿轮10啮合连接。

实施例4

一种多旋翼飞行器，包括机架、电源1、螺旋桨、电机、电子调速器、飞行控制系统和起落架；电源1分别与电机、飞行控制系统和起落架连接，且均安装在机架上；电子调速器分别与电机和飞行控制系统连接；

螺旋桨由主螺旋桨2和副螺旋桨3组成，主螺旋桨2由两对同速反向共轴多旋翼螺旋桨组成；电机由主电机4和副电机5组成；主螺旋桨2与主电机4传动连接，副螺旋桨3与副电机5传动连接；主螺旋桨2与副螺旋桨3形状相同，均为二桨叶式旋翼；

机架包括支撑座6和支撑臂7，支撑座6上安装电源1、飞行控制系统和主电机4；支撑臂7的一端固定在支撑座6上，支撑臂7的另一端设有电机座安装部8，电机座安装部8上安装有电机座9，电机座9上安装副电机5；支撑臂7为8条，且每两个支撑臂7为一组，对称安装在支撑座6上；对称安装的支撑臂7上的两个副螺旋桨3旋转方向相反；

电机座安装部8上设置有传动组件，传动组件包括主动小齿轮10、从动半齿轮11和锁紧螺钉12；主动小齿轮10通过转轴固定在电机座安装部8上；电机座9上设置有连接轴13，连接轴13穿过电机座安装部8与从动半齿轮11固定连接；从动半齿轮11与主动小齿轮10啮合连接；从动半齿轮11上设置有连接槽14，电机座安装部8上设置有螺纹孔，锁紧螺钉12穿过连接槽14与螺纹孔螺纹连接；

从动半齿轮11为扇形，包括依次设置的转轴固定部、连接部和啮齿部；连接轴13穿过电机座安装部8与从动半齿轮11的转轴固定部固定连接；从动半齿轮11的连接部上开设连接槽14；啮齿部与主动小齿轮10啮合连接；

多旋翼飞行器应用于航拍、大气观测、星球探测和救援。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多旋翼飞行器，其特征在于，包括机架、电源（1）、螺旋桨、电机和飞行控制系统；所述电源（1）分别与所述电机和所述飞行控制系统连接，且均安装在所述机架上；所述螺旋桨由主螺旋桨（2）和副螺旋桨（3）组成，所述主螺旋桨（2）至少由一对同速反向共轴多旋翼螺旋桨组成；所述电机由主电机（4）和副电机（5）组成；所述主螺旋桨（2）与所述主电机（4）传动连接，所述副螺旋桨（3）与所述副电机（5）传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述机架包括支撑座（6）和多条支撑臂（7），所述支撑座（6）上安装所述电源（1）、所述飞行控制系统和所述主电机（4）；所述支撑臂（7）的一端固定在所述支撑座（6）上，所述支撑臂（7）的另一端设有电机座安装部（8），所述电机座安装部（8）上安装有电机座（9），所述电机座（9）上安装所述副电机（5）。

3.根据权利要求2所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述电机座安装部（8）上设置有传动组件，所述传动组件包括主动小齿轮（10）、从动半齿轮（11）和锁紧螺钉（12）；所述主动小齿轮（10）通过转轴固定在所述电机座安装部（8）上；所述电机座（9）上设置有连接轴（13），所述连接轴（13）穿过所述电机座安装部（8）与所述从动半齿轮（11）固定连接；所述从动半齿轮（11）与所述主动小齿轮（10）啮合连接；所述从动半齿轮（11）上设置有连接槽（14），所述电机座安装部（8）上设置有螺纹孔，所述锁紧螺钉（12）穿过所述连接槽（14）与所述螺纹孔螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述从动半齿轮（11）为扇形，包括依次设置的转轴固定部、连接部和啮齿部；所述连接轴（13）穿过所述电机座安装部（8）与所述从动半齿轮（11）的转轴固定部固定连接；所述从动半齿轮（11）的连接部上开设所述连接槽（14）；所述啮齿部与所述主动小齿轮（10）啮合连接。

5.根据权利要求2-4任一项所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述支撑臂（7）至少为4条，且每两个所述支撑臂（7）为一组，对称安装在所述支撑座（6）上；所述副螺旋桨（3）安装在所述支撑臂（7）上，且安装在一组所述支撑臂（7）上的两个所述副螺旋桨（3）旋转方向相反。

6.根据权利要求5所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述多旋翼飞行器还包括电子调速器，所述电子调速器分别与所述电机和所述飞行控制系统连接。

7.根据权利要求6所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述主螺旋桨（2）与所述副螺旋桨（3）形状相同。

8.根据权利要求7所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述主螺旋桨（2）与所述副螺旋桨（3）均为二桨叶式旋翼。

9.根据权利要求7所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述主螺旋桨（2）与所述副螺旋桨（3）均为三桨叶式旋翼；

10.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述电源（1）为电池组。