CN109533310B - 一种机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置 - Google Patents

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Abstract

一种机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置，属于无人机结构设计和应用技术领域。所述机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置包括负载与供能仓、飞控仓、传动仓、操纵机构、旋翼机构和驱动机构，负载与供能仓顶部与飞控仓的底部连接，飞控仓顶部与传动仓的底部连接，传动仓顶部设置有机身支撑板，传动仓内部设有传动机构包括内轴、外轴、上桨叶主齿轮、下桨叶主齿轮、马达齿轮一和马达齿轮二，操纵机构包括纵倾斜盘和多个铰链，旋翼机构包括上桨叶组件、下桨叶组件和平衡杆，驱动机构设置在机身支撑板上。所述机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置，结构布局对称紧凑，具有抗过载能力，飞行稳定性高。

Description

一种机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置
技术领域
本发明涉及无人机结构设计和应用技术领域，特别涉及一种机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置。
背景技术
随着无人机技术发展，相继产生了各种形式飞行器，并广泛运用于的各个相关领域，尤其在运输、勘测、监控、侦察、防空等领域有着突出的贡献，其中，共轴双旋翼飞行器具有垂直起降，自由悬停，空间布局紧凑，机动性好，带载能力强等优点。
在传统的特种弹药中，主要采用伞降滞空方式。伞降滞空具有结构简单、价格低廉和作用可靠等优点。同样它也具有受风影响时会产生较大飘移、空中停留时间较短等缺点，因此需要开发一种新型滞空技术。
在共轴双旋翼飞行器基础上，发明一种机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置，它是将共轴双旋翼悬浮装置的桨叶折叠放置于弹药中，采用火炮发射运送至指定目标区域内，并在指定区域进行相关任务作业。这种可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置可以有效的克服伞降滞空方式的缺点。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置，结构布局对称紧凑，具有抗过载能力，飞行稳定性高。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置，包括负载与供能仓、飞控仓、传动仓、操纵机构、旋翼机构和驱动机构；
所述负载与供能仓顶部与飞控仓的底部连接；
所述飞控仓顶部与传动仓的底部连接，用于固定电子设备；
所述传动仓顶部设置有机身支撑板，传动仓内部设有传动机构，包括内轴、外轴、上桨叶主齿轮、下桨叶主齿轮、马达齿轮一和马达齿轮二；
所述操纵机构包括纵倾斜盘和多个铰链，所述纵倾斜盘包括定环和动环；
所述旋翼机构包括上桨叶组件、下桨叶组件和平衡杆，所述上桨叶组件包括上桨叶、上桨叶夹、上桨叶锁定件、上桨叶轴帽和上桨叶桨毂，所述下桨叶组件包括下桨叶、下桨叶夹、下桨叶锁定件、下桨叶轴套和下桨叶桨毂；
所述驱动机构设置在机身支撑板上，包括直流无刷电机一、直流无刷电机二、伺服电机一和伺服电机二； 所述直流无刷电机一与马达齿轮一固连，马达齿轮一与上桨叶主齿轮啮合，上桨叶主齿轮套设在内轴的一端，内轴的另一端与上桨叶组件固连；所述直流无刷电机二与马达齿轮二固连，马达齿轮二与下桨叶主齿轮啮合，下桨叶主齿轮套设在外轴的一端，外轴的另一端与下桨叶组件固连；所述伺服电机一和伺服电机二分别通过铰链与定环连接，所述定环和动环通过深沟球轴承连接，动环与下桨叶桨毂通过铰链连接；
所述平衡杆设置在上桨叶组件的上方。
所述机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置折叠后放置在弹药中。
所述负载与供能仓内部设有电池，负载与供能仓内设或者连接负载载荷。
所述飞控仓为对称结构，用以保证重心在对称中心上，其内部设有电子设备，所述电子设备包括飞控系统、电子调速器、无线数传模块和GPS模块。
所述飞控仓内设置电子设备的区域采用灌封结构。
所述铰链包括拉杆和两个球副，两个球副分别设置在拉杆的两端。
所述上桨叶轴帽与内轴的另一端固连，上桨叶桨毂水平设置且与上桨叶轴帽通过销轴连接，上桨叶桨毂沿水平方向的两侧分别与上桨叶夹通过柱销连接，每个上桨叶夹均与一个上桨叶通过销轴连接，所述上桨叶锁定件与上桨叶桨毂固连，上桨叶夹上表面开有沟槽，上桨叶锁定件与上桨叶夹的沟槽分开或者连接。
所述下桨叶轴套与外轴的另一端固连，下桨叶桨毂水平设置且与下桨叶轴套通过销轴连接，下桨叶桨毂沿水平方向的两侧分别与下桨叶夹通过柱销连接，每个下桨叶夹均与一个下桨叶通过销轴连接，所述下桨叶锁定件与下桨叶桨毂固连，下桨叶夹上表面开有沟槽，下桨叶锁定件与下桨叶夹的沟槽分开或者连接。
所述平衡杆与上桨叶桨毂通过铰链连接，用以实现上桨叶与平衡杆同转速运动，平衡杆与上桨叶轴帽通过销轴连接。
所述直流无刷电机一和直流无刷电机二以外轴为对称轴对称设置在机身支撑板上，伺服电机一和伺服电机二分别与直流无刷电机一和直流无刷电机二的轴水平连线的夹角为45°，伺服电机一和伺服电机二的输出端轴线的夹角为90°。
本发明的有益效果是：
（1）微型共轴双旋翼悬浮装置结构布局对称紧凑，可折叠放置于弹药中；
（2）采用火炮发射运送至指定目标区域内，其结构具有抗过载能力；
（3）采用操纵机构对飞行姿态调整，飞行稳定性高。
附图说明
图1是本发明提供的机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置的结构示意图；
图2是本发明提供的机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置折叠后放在弹药里的示意图；
图3是本发明提供的传动机构的结构示意图；
图4是本发明提供的驱动机构的结构示意图；
图5是本发明提供的操纵机构的结构示意图；
图6是本发明提供的旋翼机构的结构示意图。
其中，
1、负载与供能仓；2、飞控仓；3、传动仓；4、机身支撑板；5-1、直流无刷电机一；5-2、直流无刷电机二；6、锁定环；7、定环；8-1、上桨叶；8-2、下桨叶；9-1、上桨叶夹；9-2、下桨叶夹；11-1、上桨叶锁定件；11-2、下桨叶锁定件；12、柱销；13、拉杆；14、平衡杆；15、球副；16、上桨叶轴帽；17-1、上桨叶桨毂；17-2、下桨叶桨毂；18、轴承座；19、下桨叶轴套；20、伺服电机一；21、外轴；22、动环；23、内轴；24-1、马达齿轮一；24-2、马达齿轮二；25、上桨叶主齿轮；26、下桨叶主齿轮；27、弹药。
具体实施方式
为了解决现有技术存在的问题，如图1至图6所示，本发明提供了一种机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置，包括负载与供能仓1、飞控仓2、传动仓3、操纵机构、旋翼机构和驱动机构；
负载与供能仓1顶部与飞控仓2的底部连接；
飞控仓2顶部与传动仓3的底部连接，用于固定电子设备；
传动仓3顶部设置有机身支撑板4，传动仓3内部设有传动机构，包括内轴23、外轴21、上桨叶主齿轮25、下桨叶主齿轮26、马达齿轮一24-1和马达齿轮二24-2；
操纵机构包括纵倾斜盘和多个铰链，纵倾斜盘包括定环7和动环22；
旋翼机构包括上桨叶组件、下桨叶组件和平衡杆14，上桨叶组件包括上桨叶8-1、上桨叶夹9-1、上桨叶锁定件11-1、上桨叶轴帽16和上桨叶桨毂17-1，下桨叶组件包括下桨叶8-2、下桨叶夹9-2、下桨叶锁定件11-2、下桨叶轴套19和下桨叶桨毂17-2；
驱动机构设置在机身支撑板4上，包括直流无刷电机一5-1、直流无刷电机二5-2、伺服电机一20和伺服电机二； 直流无刷电机一5-1与马达齿轮一24-1固连，马达齿轮一24-1与上桨叶主齿轮25啮合，上桨叶主齿轮25套设在内轴23的一端，内轴23的另一端与上桨叶组件固连；直流无刷电机二5-2与马达齿轮二24-2固连，马达齿轮二24-2与下桨叶主齿轮26啮合，下桨叶主齿轮26套设在外轴21的一端，外轴21的另一端与下桨叶组件固连；伺服电机一20和伺服电机二分别通过铰链与定环7连接，定环7和动环22通过深沟球轴承连接，动环22与下桨叶桨毂17-2通过铰链连接；
平衡杆14设置在上桨叶组件的上方。
本发明中，如图1和图2所示，负载与供能仓1、飞控仓2和传动仓3组成机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置的机身，机身采用对称形式布局，有利于机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置装载到弹药27中，也有利于其重量分配和重心定位，同时为系统模型建立及飞控算法设计提供便利。如图3所示，传动机构采用一级减速机构，内轴23与外轴21为同心轴，且竖直设置在机身上方的对称中心处，直流无刷电机一5-1与马达齿轮一24-1通过紧定螺钉连接，马达齿轮一24-1与上桨叶主齿轮25啮合，上桨叶主齿轮25套设在内轴23的一端，内轴23的另一端与上桨叶组件固连；直流无刷电机二5-2与马达齿轮二24-2通过紧定螺钉连接，马达齿轮二24-2与下桨叶主齿轮26啮合，下桨叶主齿轮26套设在外轴21的一端，外轴21的另一端与下桨叶组件固连；以上传动使旋翼机构的上桨叶8-1和下桨叶8-2旋转产生升力，同时通过改变直流无刷电机一5-1和直流无刷电机二5-2的转速，使机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置发生航向运动。如图4所示，直流无刷电机一5-1、直流无刷电机二5-2、伺服电机一20和伺服电机二均固定在机身支撑板4上，伺服电机一20和伺服电机二通过铰链带动下桨叶桨毂17-2运动从而改变周期桨距，使机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置具备调整飞行姿态的能力。
机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置折叠后放置在弹药27中。
负载与供能仓1内部设有电池，负载与供能仓1内设或者连接负载载荷。
飞控仓2为对称结构，用以保证重心在对称中心上，其内部设有电子设备，电子设备包括飞控系统、电子调速器、无线数传模块和GPS模块。
飞控仓2内设置电子设备的区域采用灌封结构。
本发明中，负载与供能仓1内放置锂聚合动力电池，同时负载与供能仓1内能够放置负载载荷，负载与供能仓1外也能够连接负载载荷。飞控仓2中放置的飞控系统为pixhawk开源飞控系统，电子调速器为50a无刷电机电子调速器，无线数传模块为功率433MHz无线数传模块和GPS模块为u-blox M8GPS模块。飞控仓2内设置电子设备的区域采用灌封结构，通过灌封树脂胶以提高抗过载能力。
铰链包括拉杆13和两个球副15，两个球副15分别设置在拉杆13的两端。
上桨叶轴帽16与内轴23的另一端固连，上桨叶桨毂17-1水平设置且与上桨叶轴帽16通过销轴连接，上桨叶桨毂17-1沿水平方向的两侧分别与上桨叶夹9-1通过柱销12连接，每个上桨叶夹9-1均与一个上桨叶8-1通过销轴连接，上桨叶锁定件11-1与上桨叶桨毂17-1固连，上桨叶夹9-1上表面开有沟槽，上桨叶锁定件11-1与上桨叶夹9-1的沟槽分开或者连接。本发明中，上桨叶轴冒通过销轴与上桨叶桨毂17-1连接，上桨叶桨毂17-1可沿销轴轴向转动；上桨叶夹9-1与上桨叶桨毂17-1通过柱销12连接在一起，上桨叶夹9-1可绕柱销12进行上下转动；上桨叶8-1与上桨叶夹9-1通过销轴连接在一起，上桨叶8-1可绕销轴进行左右转动。当上桨叶8-1折叠时，上桨叶锁定件11-1与上桨叶夹9-1的沟槽分开，上桨叶夹9-1绕柱销12向下转动，上桨叶8-1贴近机身；当上桨叶8-1展开时，上桨叶夹9-1绕柱销12向上转动展开，上桨叶锁定件11-1与上桨叶夹9-1的沟槽连接。
下桨叶轴套19与外轴21的另一端固连，下桨叶桨毂17-2水平设置且与下桨叶轴套19通过销轴连接，下桨叶桨毂17-2沿水平方向的两侧分别与下桨叶夹9-2通过柱销12连接，每个下桨叶夹9-2均与一个下桨叶8-2通过销轴连接，下桨叶锁定件11-2与下桨叶桨毂17-2固连，下桨叶夹9-2上表面开有沟槽，下桨叶锁定件11-2与下桨叶夹9-2的沟槽分开或者连接。本发明中，外轴21上套设有锁定环6，锁定环6与外轴21通过紧固螺钉连接，防止轴向传动，外轴21的另一端的顶部设置有轴承座18，防止内外轴21相对滑动，下桨叶桨毂17-2与下桨叶轴套19通过销轴连接，下桨叶桨毂17-2可沿销轴轴向转动；下桨叶夹9-2与下桨叶桨毂17-2通过柱销12连接在一起，下桨叶夹9-2可绕柱销12进行上下转动；下桨叶8-2与下桨叶夹9-2通过销轴连接在一起，下桨叶8-2可绕销轴进行左右转动。当下桨叶8-2折叠时，下桨叶锁定件11-2与下桨叶夹9-2的沟槽分开，下桨叶夹9-2绕柱销12向下转动，下桨叶8-2贴近机身；当下桨叶8-2展开时，下桨叶夹9-2绕柱销12向上转动展开，下桨叶锁定件11-2与下桨叶夹9-2的沟槽连接。
本发明中，旋翼机构的上桨叶夹9-1和下桨叶夹9-2分别与上桨叶桨毂17-1和下桨叶桨毂17-2通过铰链连接，构成上桨叶折叠机构和下桨叶折叠机构，其作用使上桨叶8-1和下桨叶8-2实现折叠与轴向平行，折叠时方便放置在弹药27中，到达指定空域后能够展开并锁定上桨叶8-1和下桨叶。
平衡杆14与上桨叶桨毂17-1通过铰链连接，用以实现上桨叶8-1与平衡杆14同转速运动，平衡杆14与上桨叶轴帽16通过销轴连接。本发明中，上桨叶桨毂17-1和平衡杆14通过铰链连接，相当于一个无源调节器来抑制机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置固有的快速动态特性，即保持机身平衡，通过平衡杆14惯性作用使上桨叶8-1保持平衡。
直流无刷电机一5-1和直流无刷电机二5-2以外轴21为对称轴对称设置在机身支撑板4上，伺服电机一20和伺服电机二分别与直流无刷电机一5-1和直流无刷电机二5-2的轴水平连线的夹角为45°，伺服电机一20和伺服电机二的输出端轴线的夹角为90°，有助于机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置的俯仰和横滚的实现。
本发明中机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置的工作原理：
将机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置的上桨叶8-1和下桨叶8-2折叠放置在弹药27中，采用火炮发射运送至指定目标区域内，并在指定区域进行相关任务作业。当连接减速伞的机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置脱离弹药27后，沿着轴向折叠的上桨叶8-1和下桨叶8-2分别通过上桨叶夹9-1和下桨叶夹9-2展开到与上桨叶桨毂17-1和下桨叶桨毂17-2所在平面平行的位置上，由上桨叶锁定件11-1和下桨叶锁定件11-2分别对上桨叶8-1和下桨叶8-2进行锁定，使折叠状态下的上桨叶8-1和下桨叶8-2的自由度完全被约束，且分别与上桨叶桨毂17-1和下桨叶桨毂17-2连接在一起。此时减速伞在空中悬吊着上桨叶8-1和下桨叶8-2均展开的机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置，当减速伞通过剪伞机构在空中抛出后，瞬间启动直流无刷电机一5-1和直流无刷电机二5-2，使旋翼机构产生具有提起有效载荷的拉力，并通过操纵机构对机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置的姿态进行调整，从而保证机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置正常稳定的工作。
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 (3)

1.一种机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置，其特征在于，包括负载与供能仓、飞控仓、传动仓、操纵机构、旋翼机构和驱动机构；
所述负载与供能仓顶部与飞控仓的底部连接；
所述飞控仓顶部与传动仓的底部连接，用于固定电子设备；
所述传动仓顶部设置有机身支撑板，传动仓内部设有传动机构，包括内轴、外轴、上桨叶主齿轮、下桨叶主齿轮、马达齿轮一和马达齿轮二；
所述操纵机构包括纵倾斜盘和多个铰链，所述纵倾斜盘包括定环和动环；
所述旋翼机构包括上桨叶组件、下桨叶组件和平衡杆，所述上桨叶组件包括上桨叶、上桨叶夹、上桨叶锁定件、上桨叶轴帽和上桨叶桨毂，所述下桨叶组件包括下桨叶、下桨叶夹、下桨叶锁定件、下桨叶轴套和下桨叶桨毂；
所述驱动机构设置在机身支撑板上，包括直流无刷电机一、直流无刷电机二、伺服电机一和伺服电机二； 所述直流无刷电机一与马达齿轮一固连，马达齿轮一与上桨叶主齿轮啮合，上桨叶主齿轮套设在内轴的一端，内轴的另一端与上桨叶组件固连；所述直流无刷电机二与马达齿轮二固连，马达齿轮二与下桨叶主齿轮啮合，下桨叶主齿轮套设在外轴的一端，外轴的另一端与下桨叶组件固连；所述伺服电机一和伺服电机二分别通过铰链与定环连接，所述定环和动环通过深沟球轴承连接，动环与下桨叶桨毂通过铰链连接；
所述平衡杆设置在上桨叶组件的上方；
所述飞控仓为对称结构，用以保证重心在对称中心上，其内部设有电子设备，所述电子设备包括飞控系统、电子调速器、无线数传模块和GPS模块；
所述飞控仓内设置电子设备的区域采用灌封结构；
所述铰链包括拉杆和两个球副，两个球副分别设置在拉杆的两端；
所述上桨叶轴帽与内轴的另一端固连，上桨叶桨毂水平设置且与上桨叶轴帽通过销轴连接，上桨叶桨毂沿水平方向的两侧分别与上桨叶夹通过柱销连接，每个上桨叶夹均与一个上桨叶通过销轴连接，所述上桨叶锁定件与上桨叶桨毂固连，上桨叶夹上表面开有沟槽，上桨叶锁定件与上桨叶夹的沟槽分开或者连接；
所述下桨叶轴套与外轴的另一端固连，下桨叶桨毂水平设置且与下桨叶轴套通过销轴连接，下桨叶桨毂沿水平方向的两侧分别与下桨叶夹通过柱销连接，每个下桨叶夹均与一个下桨叶通过销轴连接，所述下桨叶锁定件与下桨叶桨毂固连，下桨叶夹上表面开有沟槽，下桨叶锁定件与下桨叶夹的沟槽分开或者连接；
所述平衡杆与上桨叶桨毂通过铰链连接，用以实现上桨叶与平衡杆同转速运动，平衡杆与上桨叶轴帽通过销轴连接；
所述直流无刷电机一和直流无刷电机二以外轴为对称轴对称设置在机身支撑板上，伺服电机一和伺服电机二分别与直流无刷电机一和直流无刷电机二的轴水平连线的夹角为45°，伺服电机一和伺服电机二的输出端轴线的夹角为90°。
2.根据权利要求1所述的机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置，其特征在于，所述机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置折叠后放置在弹药中。
3.根据权利要求1所述的机动发射可折叠式微型共轴双旋翼悬浮装置，其特征在于，所述负载与供能仓内部设有电池，负载与供能仓内设或者连接负载载荷。
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