CN109592025A - 多旋翼无人飞行器、套件及其可折叠旋翼组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了多旋翼无人飞行器、套件及其可折叠旋翼组件，其中多旋翼无人飞行器包括：飞行器主体；旋翼单元，其包括旋翼组件和支撑旋翼组件的旋翼支臂；以及旋翼支臂折叠单元，其配置成与旋翼支臂活动地连接并且操作于令旋翼支臂相对于飞行器主体收拢或展开，其中旋翼支臂折叠单元包括滑动单元和驱动单元，滑动单元包括连接旋翼支臂的滑块和与滑块配合操作的滑轨，其中驱动单元操作于驱动滑块沿滑轨移动，从而带动旋翼支臂收拢或展开。本发明可以提高两栖飞行器的构型差异，由此提升飞行器系统的地面行进性能和空中飞行性能。

Description

多旋翼无人飞行器、套件及其可折叠旋翼组件

技术领域

本发明涉及一种无人飞行器。更具体地，本发明涉及多旋翼无人飞行器、套件及其可折叠旋翼组件。

背景技术

随着无人机、无人车、无人船等智能无人系统的飞速发展，为了使智能无人系统具备更好的环境适应性，两栖、多栖无人平台系统不断出现，并在军事、民用等多个领域得到很好的应用。就例如无人机的陆空两栖无人平台系统而言，因其同时具备地面移动时的隐蔽性、抵近性以及空中飞行时的快速移动性和视野开阔性等特点，所以在军事侦察、作战协同、应急救灾等领域具有极大地发展前景。然而，无人机和地面移动平台在结构形式上存在较大差异，为了保证地面移动时的灵活性以及空中飞行的轻便性，构型变换成为陆空两栖平台的研究重点。

目前陆空两栖飞行器构型变换主要通过人为干预手段进行，其自动化程度低，且需要人员的参与，从而无法实现完全自主运行。替代地，构型也可以通过简易折叠的方式来实现自主变换，但这对于地面行进和空中飞行性能均产生较大地不利影响。

发明内容

为了至少实现无人飞行器自主的构型变化，从操控性、便携性和灵活性等多个方面提升无人飞行器的性能，本发明在其实施例中提供以下的多个技术方案。

在一个方面中，本发明提供了一种多旋翼无人飞行器，其包括飞行器主体；旋翼单元，其包括旋翼组件和支撑所述旋翼组件的旋翼支臂；以及旋翼支臂折叠单元，其配置成与所述旋翼支臂活动地连接并且操作于令所述旋翼支臂相对于所述飞行器主体收拢或展开，其中所述旋翼支臂折叠单元包括滑动单元和驱动单元，所述滑动单元包括连接所述旋翼支臂的滑块和与所述滑块配合操作的滑轨，其中所述驱动单元操作于驱动所述滑块沿所述滑轨移动，从而带动所述旋翼支臂收拢或展开。

在一个实施例中，上述的多旋翼无人飞行器进一步包括旋翼组件折叠单元，其包括由形状记忆聚合物制成的伸缩套筒，该伸缩套筒操作于利用其形状的改变来使得所述旋翼组件的旋翼收拢或展开。

在一个实施例中，旋翼组件折叠单元还包括配置成与所述旋翼活动地连接的连杆和操作于驱动所述连杆的推板，其中所述伸缩套筒操作于利用其形状的改变来移动所述推板，以驱动所述连杆收拢或展开所述旋翼。

在一个实施例中，其中伸缩套筒操作于基于电流的控制与所述推板形变地接触，以推动所述推板来驱动连杆展开所述旋翼，并且操作于在所述旋翼展开后脱离与所述推板的接触。

在一个实施例中，其中驱动单元包括丝杠机构，其包括丝杠和操作于驱动所述丝杠旋转的丝杠电机，所述丝杠包括旋向相反且长度相等的第一段丝杠和第二段丝杠，其中所述丝杠电机操作于驱动所述第一段丝杠和第二段丝杠按互为相反的方向旋转，以带动各自的滑块沿滑轨相对移动，从而收拢或展开所述旋翼支臂。

在一个实施例中，其中丝杠机构还包括丝杠制动器和限位开关，其中丝杠制动器操作于在旋翼支臂收拢或展开到位后紧固于所述丝杠，以确保证旋翼位置稳定，而所述限位开关操作于检测所述滑块是否滑动到位。

在一个实施例中，其中限位开关包括收拢限位开关和展开限位开关，其中收拢限位开关操作于在收拢所述旋翼支臂过程中检测所述滑块是否滑动到位，而展开限位开关操作于在展开所述旋翼支臂过程中检测所述滑块是否滑动到位。

在一个实施例中，其中多旋翼无人飞行器是包括四个旋翼的四旋翼无人飞行器，并且滑动单元包括分别与每个旋翼的旋翼支臂铰接的滑块。

在另一个方面中，本发明提供了一种用于组装多旋翼无人飞行器的套件，包括：飞行器主体；旋翼单元，其中所述旋翼单元包括旋翼组件和支撑所述旋翼组件的旋翼支臂；以及旋翼支臂折叠单元，其包括滑动单元和驱动单元，其中所述滑动单元包括连接所述旋翼支臂的滑块和与所述滑块配合操作的滑轨，当所述套件组装完成后，所述旋翼支臂折叠单元与所述旋翼支臂活动地连接，并且其中所述驱动单元操作于令所述旋翼支臂相对于所述飞行器主体收拢或展开。

在又一个方面中，本发明提供一种多旋翼无人飞行器的可折叠旋翼组件，包括：多个旋翼；与所述多个旋翼相对应的多个连杆；推板；以及伸缩套筒，其由形状记忆聚合物制成并且操作于通过电流改变其形状来接触所述推板，以使得所述推板沿相对于旋翼的转轴方向的第一方向和第二方向移动，所述第一方向与第二方向的方向相反，其中每个连杆的一端连接到相对应的一个旋翼的靠近转轴的一端，而所述每个连杆的另一端连接到所述推板，其中当推板沿相对于旋翼的转轴方向的第一方向移动时，其操作于驱动连杆来展开所述旋翼，并且当推板沿相对于旋翼的转轴方向的第二方向移动时，其操作于驱动所述连杆来收拢所述旋翼。

通过上面本发明的多个方面及其实施例的描述，本领域技术人员可以理解本申请的多旋翼飞行器利用可折叠的支臂来实现构型的改变，从而有效提高构型的差异。进一步，本申请的多旋翼飞行器还具有可折叠的旋翼，其便于在非工作时的收纳和工作时的展开，易于携带和存放。当可折叠的旋翼和可折叠的支臂相结合而实现自主折叠展开控制时，旋翼折叠展开尺寸比大于50％。因而可以最大程度地提高两栖(例如陆空)飞行器的构型差异，由此也提升了飞行器系统的地面行进性能和空中飞行性能。

另外，在如上所述的本发明的一个或多个实施例中，通过将丝杠、滑块与摆动导杆机构相结合实现了旋翼支臂的收拢与展开，并通过形状记忆聚合物的电致形变原理实现旋翼的折叠与展开，本发明的多旋翼无人飞行器实现了结构上的简易化，可较大程度的降低整个飞行机构的重量，提升折叠展开尺寸比，从而满足陆空两栖平台轻量化的要求，适应广阔的应用场景。

附图说明

图1是根据本发明实施例的多旋翼无人飞行器的旋翼组件和旋翼支臂的展开状态示意图；

图2是根据本发明实施例的旋翼组件的自动折叠操作的示意图；以及

图3是根据本发明实施例的多旋翼无人飞行器的旋翼组件和旋翼支臂的收拢状态示意图。

附图标记说明

1-旋翼组件；2-旋翼支臂；3-滑块；4-滑轨；5-丝杠；6-丝杠电机；

7-联轴器；8-支臂滑块转轴；9-丝杠制动器；10-支臂伸缩转座；

11-收拢限位开关；12-展开限位开关；13-转轴；14-旋翼；

15-伸缩套筒；16-旋翼电机；17-连杆；18-推板。

具体实施方式

为了提升或改进陆空两栖飞行器的自主构型变化，根据本发明多个方面和实施例描述的方案提供了一种多旋翼无人飞行器，其具有可自主收拢和展开的旋翼支臂和旋翼。在一个实施例中，该旋翼支臂连接到无人飞行器的主体上布置的滑块，并且通过滑块沿相应的滑轨的滑动来相对于无人飞行器的主体进行收拢或展开操作。在一个实施例中，该滑块的滑动可以经由丝杠机构来驱动。另外，旋翼的折叠操作可以通过具有由电可控的形状记忆聚合物制成的伸缩套筒来驱动，当伸缩套筒形变而伸长时，其推动旋翼的展开，而当伸缩套筒形变而收缩时，其可以辅助旋翼的收拢，从而实现旋翼的可折叠性。当可折叠的旋翼支臂和可折叠的旋翼组件相组合时，其进一步提升无人飞行器的构型变化的简易性和折叠展开尺寸比。

下面将结合图1-图3来具体描述本发明的技术方案。

图1是根据本发明实施例的多旋翼无人飞行器的旋翼组件和旋翼支臂的展开状态示意图。可以看出，这里的多旋翼无人飞行器是包括四个旋翼的无人飞行器并且该无人飞行器的飞行器主体在示图中呈矩形。当然，该飞行器主体也可以呈现不同的形状，例如圆形或椭圆形。

如图1中所示，旋翼单元包括旋翼组件1，该旋翼组件包括呈叶片状的旋翼。另外旋翼单元也包括旋翼支臂2。从图中可以看出，旋翼支臂支撑旋翼组件。关于旋翼组件的更多细节和讨论，将稍后结合图2来描述。

进一步，本发明的多旋翼无人飞行器包括旋翼支臂折叠单元，其配置成与旋翼支臂活动地连接并且操作于令旋翼支臂相对于飞行器主体收拢或展开。具体地，如图中所示，该旋翼支臂折叠单元可以包括滑动单元，例如滑块3和与该滑块配合操作的滑轨4，即滑块在操作中将沿滑轨移动。进一步，该旋翼支臂折叠单元还包括驱动单元，用于驱动滑块沿滑轨移动，从而带动旋翼支臂收拢或展开。如图中所示，该驱动单元例如可以包括丝杠机构，例如丝杠5和丝杠电机6。附加地，该丝杠机构还可以包括联轴器7、支臂滑块转轴8、丝杠制动器9、支臂伸缩转座10、收拢限位开关11、展开限位开关12。丝杠电机6和丝杠5两者通过联轴器7连接。丝杠从中间分为长度相等的前后两段，例如第一段丝杠和第二段丝杠，两段的旋向将相反。

在操作中，丝杠电机6驱动丝杠5转动。通过第一段丝杠和第二段丝杠相为相反的(正反向)转动，带动两个滑块3沿滑轨4从两端移向中间或从中间移向两端，从而实现旋翼支臂的收拢(如图3中所示)或展开。

进一步如图1中所示，旋翼组件1连接于旋翼支臂2一端，旋翼支臂另一端通过支臂滑块转轴8通过铰接的方式连接于滑块上，同时支臂以滑动配合方式穿过伸缩转座10。该伸缩转座固定于飞行器主体之上，可自由地旋转。丝杠制动器9用于在旋翼支臂展开或收拢到位后抱紧或紧固于丝杠，保证旋翼位置稳定，而收拢限位开关11和展开限位开关12用于检测滑块是否运动到位。例如，收拢限位开关11操作于在收拢所述旋翼支臂过程中检测前述滑块是否滑动到位，而展开限位开关12操作于在展开旋翼支臂过程中检测滑块是否滑动到位。

本领域技术人员可以理解本发明使用丝杠机构来做为驱动滑块的动力源仅仅是示例性的而非限制性的，本领域技术人员根据本申请的教导也可以使用其他的驱动机构或装置来实现滑块的滑动，例如连杆机构、气动装置、液压装置等来实现。

图2是根据本发明实施例的旋翼组件的自动折叠操作的示意图。如图中所示，本申请的技术方案利用旋翼组件折叠单元来实现旋翼的自主折叠。该旋翼组件折叠单元例如可以包括转轴13、旋翼14、形状记忆聚合物(“SMP”)制成的伸缩套筒15、旋翼电机16、连杆17和推板18。

在操作中，旋翼组件折叠单元以形状记忆聚合物伸缩套筒15为动力源，通过电流控制聚合物套筒发生形变来令推板18相对于转轴13在不同的方向上移动，如第一方向和与之相反的第二方向。第一方向可以是如图2中所示的向上运动，此时带动连杆17将旋翼14撑起或展开。如图中所示，旋翼14安装于转轴13两侧，由旋翼电机16驱动。根据本发明的实施例，聚合物制成的伸缩套筒15与推板18相接触但并不连接，在旋翼14展开并启动旋转飞行后，聚合物套筒15可以与推板18自然地脱离。

当期望收拢旋翼14时，可以通过控制流经聚合物的电流，使得形状记忆聚合物制成的伸缩套筒15的体积缩小。此时，推板18在重力的影响下将相对于转轴13在第二方向上移动，如图中所示的向下方向。随着推板的逐渐向下移动，其将带动与所述旋翼14活动地连接的连杆17来向下牵拉旋翼14，使得旋翼向下收拢，从而实现例如收纳、携带或可能的陆地操作。

图3是根据本发明实施例的多旋翼无人飞行器的旋翼组件和旋翼支臂的收拢状态示意图。如图中所示，由于旋翼支臂折叠单元和旋翼组件折叠单元的共同收拢操作，四旋翼无人飞行器的构型发生实质性的变化，四个旋翼支臂已经接近于平行于飞行器主体的侧边缘。另外，由于旋翼组件的折叠，叶片式的旋翼也很好地被收纳，进一步缩小了飞行器的占地体积。

可以理解本发明的多旋翼无人飞行器可以拆解成多个组件，以便运输和组装，因此本发明的多旋翼无人飞行器可以套件的形式来加工、制造和递送，从而使用者可以在任意需要的位置进行组装和使用。另外，本发明的旋翼组件也可以加工和制造成独立的制品，从而使用者可以将本发明的旋翼组件通过合适的连接接口直接安装在其他的多旋翼无人飞行器上。

虽然本发明所实施的方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种多旋翼无人飞行器，包括：

飞行器主体；

旋翼单元，其包括旋翼组件和支撑所述旋翼组件的旋翼支臂；以及

旋翼支臂折叠单元，其配置成与所述旋翼支臂活动地连接并且操作于令所述旋翼支臂相对于所述飞行器主体收拢或展开，

其中所述旋翼支臂折叠单元包括滑动单元和驱动单元，所述滑动单元包括连接所述旋翼支臂的滑块和与所述滑块配合操作的滑轨，

其中所述驱动单元操作于驱动所述滑块沿所述滑轨移动，从而带动所述旋翼支臂收拢或展开。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人飞行器，进一步包括旋翼组件折叠单元，其包括由形状记忆聚合物制成的伸缩套筒，该伸缩套筒操作于利用其形状的改变来使得所述旋翼组件的旋翼收拢或展开。

3.根据权利要求2所述的多旋翼无人飞行器，其中所述旋翼组件折叠单元还包括配置成与所述旋翼活动地连接的连杆和操作于驱动所述连杆的推板，其中所述伸缩套筒操作于利用其形状的改变来移动所述推板，以驱动所述连杆收拢或展开所述旋翼。

4.根据权利要求3所述的多旋翼无人飞行器，其中所述伸缩套筒操作于基于电流的控制与所述推板形变地接触，以推动所述推板来驱动所述连杆展开所述旋翼，并且操作于在所述旋翼展开后脱离与所述推板的接触。

5.根据权利要求1-4的任意一项所述的多旋翼飞行器，其中所述驱动单元包括丝杠机构，其包括丝杠和操作于驱动所述丝杠旋转的丝杠电机，所述丝杠包括旋向相反且长度相等的第一段丝杠和第二段丝杠，其中所述丝杠电机操作于驱动所述第一段丝杠和第二段丝杠按互为相反的方向旋转，以带动各自的滑块沿滑轨相对移动，从而收拢或展开所述旋翼支臂。

6.根据权利要求5所述的多旋翼无人飞行器，其中所述丝杠机构还包括丝杠制动器和限位开关，其中所述丝杠制动器操作于在所述旋翼支臂收拢或展开到位后紧固于所述丝杠，以确保证旋翼位置稳定，而所述限位开关操作于检测所述滑块是否滑动到位。

7.根据权利要求6所述的多旋翼无人飞行器，其中所述限位开关包括收拢限位开关和展开限位开关，其中所述收拢限位开关操作于在收拢所述旋翼支臂过程中检测所述滑块是否滑动到位，而所述展开限位开关操作于在展开所述旋翼支臂过程中检测所述滑块是否滑动到位。

8.根据权利要求5所述的多旋翼无人飞行器，其中所述多旋翼无人飞行器是包括四个旋翼的四旋翼无人飞行器，并且所述滑动单元包括分别与每个旋翼的旋翼支臂铰接的滑块。

9.一种用于组装多旋翼无人飞行器的套件，包括：

飞行器主体；

旋翼单元，其中所述旋翼单元包括旋翼组件和支撑所述旋翼组件的旋翼支臂；

以及旋翼支臂折叠单元，其包括滑动单元和驱动单元，其中所述滑动单元包括连接所述旋翼支臂的滑块和与所述滑块配合操作的滑轨，

当所述套件组装完成后，所述旋翼支臂折叠单元与所述旋翼支臂活动地连接，并且其中所述驱动单元操作于令所述旋翼支臂相对于所述飞行器主体收拢或展开。

10.一种多旋翼无人飞行器的可折叠旋翼组件，包括：

多个旋翼；

与所述多个旋翼相对应的多个连杆；

推板；以及

伸缩套筒，其由形状记忆聚合物制成并且操作于通过电流改变其形状来接触所述推板，以使得所述推板沿相对于旋翼的转轴方向的第一方向和第二方向移动，所述第一方向与第二方向的方向相反，

其中每个连杆的一端连接到相对应的一个旋翼的靠近转轴的一端，而所述每个连杆的另一端连接到所述推板，

其中当所述推板沿相对于旋翼的转轴方向的第一方向移动时，其操作于驱动所述连杆来展开所述旋翼，并且当所述推板沿相对于旋翼的转轴方向的第二方向移动时，其操作于驱动所述连杆来收拢所述旋翼。