CN109720560B - 垂直起降固定翼巡线无人机 - Google Patents

Abstract

一种垂直起降固定翼巡线无人机，包括机架和电机，机架上设有飞行控制器和电子调速器，电机设在机架上，飞行控制器通过电子调速器控制电机转速从而控制无人机飞行；还包括上桨叶、下桨叶和设在机架上的同轴反转齿轮组，同轴反转齿轮组包括同轴且输出转向相反的内轴和外轴，其中内轴同时作为输入轴和输出轴，外轴作为输出轴，内轴下端与电机的输出轴连接，外轴的上端与下桨叶连接从而驱动下桨叶旋转，外轴和下桨叶设有同轴的中空孔，内轴上端穿过同轴反转齿轮组及中空孔后与上桨叶连接而驱动上桨叶旋转。本发明提高了功率传递效率，降低了无人机的工作能耗，同时增强无人机续航时间与工作效率。

Description

垂直起降固定翼巡线无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种垂直起降固定翼巡线无人机。

背景技术

电力线路是电力系统的重要组成部分，它的安全可靠运行直接关系到一个国家经济的稳定发展。电力线路由于长期暴露在自然环境中，不仅要承受正常机械荷载的电力负荷的内部压力，还要经受污秽、雷击、强风、滑坡、沉陷及鸟害等外界侵害，这些因素将会促使线路上各元件的老化，如不及时发现和消除，就可能发展成为各种故障，对于电力系统的安全和稳定构成严重的威胁。

利用载人直升机进行电力线路巡检受地理环境因素影响小、巡检周期短、单次巡检效率高，但是由于我国目前载人直升机出勤率较低，使得年巡检效率较低，同时工作人员的安全问题、昂贵的直升机使用、维护成本和飞行之前复杂的审批程序等诸多问题限制了这一巡检方式的大力推广。因此，电力部门急需一种成本低、周期短、机动性强、效率高的巡检方式，无人机便由此进入人们的视野。

现阶段无人机巡线基本是利用直升机或是多旋翼无人机作为载体，由于此类飞机的特性，自重必须要有螺旋桨产生的升力抵消，功率较高，耗费能源较快。因此，此类巡线无人机续航时间较短，巡线效率受较大限制。而固定翼飞机由于是由机翼产生升力，电机负荷较小，可获得较长的滞空时间，然而由于固定翼飞机需要速度来获取升力，无法悬停，因此无法对固定目标进行精确检测。

综上所述，提出一种新的无人机，以适应电力巡检的工作要求，提高巡线无人机的工作效率、延长巡线无人机的续航时间具有极高的市场价值。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种垂直起降固定翼巡线无人机，可同时具备直升机与固定翼飞机的优势，能在水平飞行与垂直悬停间进行转换，并大大增强无人机续航时间与工作效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种垂直起降固定翼巡线无人机，包括机架和电机，机架上设有飞行控制器和电子调速器，电机设在机架上，飞行控制器通过电子调速器控制电机转速从而控制无人机飞行；还包括上桨叶、下桨叶和设在机架上的同轴反转齿轮组，同轴反转齿轮组包括同轴且输出转向相反的内轴和外轴，其中内轴同时作为输入轴和输出轴，外轴作为输出轴，内轴下端与电机的输出轴连接，外轴的上端与下桨叶连接从而驱动下桨叶旋转，外轴和下桨叶设有同轴的中空孔，内轴上端穿过同轴反转齿轮组及中空孔后与上桨叶连接而驱动上桨叶旋转。

由上可知，本发明通过同轴反转齿轮组实现同轴且转向相反的内轴和外轴，其中内轴驱动上桨叶旋转，外轴驱动下桨叶旋转，实现上桨叶和下桨叶转向相反，同时使上桨叶和下桨叶的转速一致，平衡掉了单向转动偏转力矩，同时上桨叶为下桨叶提供了空气的"预压缩"，则下桨叶就有更大的"进/排气量"和"气流密度"，从而提高了功率传递效率，降低了无人机的工作能耗，同时增强无人机续航时间与工作效率。

综上所述，本发明通过实现上桨叶和下桨叶转向相反，同时使上桨叶和下桨叶的转速一致，平衡掉了单向转动偏转力矩，同时上桨叶为下桨叶提供了空气的"预压缩"，则下桨叶就有更大的"进/排气量"和"气流密度"，从而提高了功率传递效率，降低了无人机的工作能耗，同时增强无人机续航时间与工作效率。

作为本发明的一种改进，所述外轴的上端与下桨叶之间设有万向节联轴器，外轴的上端与万向节联轴器输入端连接，万向节联轴器输出端与下桨叶连接，外轴、万向节联轴器和下桨叶设有同轴的中空孔，内轴上端穿过同轴反转齿轮组及中空孔后与上桨叶连接，所述万向节联轴器输出端上设有翼板，翼板上设有第一竖杆，机架在与第一竖杆对应位置设有输出轴纵向水平设置的第一舵机，第一舵机输出轴与第一竖杆连接；所述翼板上设有第二竖杆，机架在与第二竖杆对应位置设有输出轴横向水平设置的第二舵机，第二舵机输出轴与第二竖杆连接；所述机架上设有垂直尾翼和水平尾翼。

进一步地，所述翼板为环形板，环形板通过套筒固定连接在万向节联轴器输出端上。

作为本发明的一种改进，所述同轴反转齿轮组包括齿轮箱、同轴且输出转向相反的内轴和外轴，齿轮箱内设有下锥齿轮、中锥齿轮和上锥齿轮，下锥齿轮和上锥齿轮竖向同轴设置，下锥齿轮通过中锥齿轮与上锥齿轮传动连接，下锥齿轮、上锥齿轮、齿轮箱、万向节联轴器、外轴和下桨叶开有同轴的中空孔，内轴上端穿过中空孔后与上桨叶连接而驱动上桨叶旋转，同时内轴与下锥齿轮固定连接而向下锥齿轮输入扭矩，上锥齿轮与外轴下端固定连接而向外轴输出扭矩。

作为本发明的一种改进，所述机架上设有GPS定位模块和摄像头模块。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过实现上桨叶和下桨叶转向相反，同时使上桨叶和下桨叶的转速一致，平衡掉了单向转动偏转力矩，同时上桨叶为下桨叶提供了空气的"预压缩"，则下桨叶就有更大的"进/排气量"和"气流密度"，从而提高了功率传递效率，降低了无人机的工作能耗，同时增强无人机续航时间与工作效率。

附图说明

图1为本发明垂直起降固定翼巡线无人机的立体图；

图2为图1的另一角度视图；

图3为本发明垂直起降固定翼巡线无人机的局部分解图。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例

请参考图1至图3，一种垂直起降固定翼巡线无人机，包括机架10和电机20，机架10上设有飞行控制器和电子调速器，电机20设在机架10上，飞行控制器通过电子调速器控制电机20转速从而控制无人机飞行；

还包括上桨叶30、下桨叶40和设在机架10上的同轴反转齿轮组50，同轴反转齿轮组50包括同轴且输出转向相反的内轴51和外轴52，其中内轴51同时作为输入轴和输出轴，外轴52作为输出轴；

内轴51下端与电机10的输出轴连接，外轴52的上端与下桨叶40连接从而驱动下桨叶40旋转，外轴52和下桨叶40设有同轴的中空孔，内轴51上端穿过同轴反转齿轮组50及中空孔后与上桨叶30连接而驱动上桨叶30旋转。

由上可知，本发明通过同轴反转齿轮组实现同轴且转向相反的内轴和外轴，其中内轴驱动上桨叶旋转，外轴驱动下桨叶旋转，实现上桨叶和下桨叶转向相反，同时使上桨叶和下桨叶的转速一致，平衡掉了单向转动偏转力矩，同时上桨叶为下桨叶提供了空气的"预压缩"，则下桨叶就有更大的"进/排气量"和"气流密度"，从而提高了功率传递效率，降低了无人机的工作能耗，同时增强无人机续航时间与工作效率。

综上所述，本发明通过实现上桨叶和下桨叶转向相反，同时使上桨叶和下桨叶的转速一致，平衡掉了单向转动偏转力矩，同时上桨叶为下桨叶提供了空气的"预压缩"，则下桨叶就有更大的"进/排气量"和"气流密度"，从而提高了功率传递效率，降低了无人机的工作能耗，同时增强无人机续航时间与工作效率。

在本实施例中，所述外轴52的上端与下桨叶40之间设有万向节联轴器60，外轴52的上端与万向节联轴器60输入端连接，万向节联轴器60输出端与下桨叶40连接，外轴52、万向节联轴器60和下桨叶40设有同轴的中空孔，内轴51上端穿过同轴反转齿轮组50及中空孔后与上桨叶30连接，所述万向节联轴器60输出端上设有翼板61，翼板61上设有第一竖杆63，机架10在与第一竖杆63对应位置设有输出轴纵向水平设置的第一舵机64，第一舵机64输出轴与第一竖杆63连接，所述翼板61上设有第二竖杆65，机架10在与第二竖杆65对应位置设有输出轴横向水平设置的第二舵机66，第二舵机66输出轴与第二竖杆65连接；所述机架10上设有垂直尾翼12和水平尾翼11。

基于上述描述中，本发明通过第一舵机可以驱动第一竖杆在纵向水平方向上移动，从而使得万向节联轴器输出端在纵向水平方向发生倾斜，通过第二舵机可以驱动第二竖杆在横向水平方向上移动，从而使得万向节联轴器输出端在横向水平方向发生倾斜，所述万向节联轴器用于控制无人机的俯仰和偏航，所述垂直尾翼用于稳定无人机航向，所述水平尾翼用于控制无人机的俯仰和滚装。本发明采用垂直起飞、降落的方式，通过建立数学模型，实现由悬停到水平飞行的转换，控制水平尾翼与翼板的偏转量，直到无人机达成期望的俯仰角，在这个转换过程中，俯仰力矩和升力帮助无人机完成向水平飞行模式的转换；当垂直起降无人机转换到水平飞行模式后，无人机的推力减小，以完成其飞行任务，同理，也可从水平状态进入垂直悬停状态，后由翼板进行主要飞行控制。

在本实施例中，所述翼板61为环形板，环形板通过套筒62固定连接在万向节联轴器60输出端上。翼板设成环形板的外形，而且通过套筒固定连接，可以提高万向节联轴器输出端受力的均衡性，提高万向节联轴器输出端的转向精度。

在本实施例中，所述同轴反转齿轮组50包括齿轮箱53、同轴且输出转向相反的内轴51和外轴52，齿轮箱53内设有下锥齿轮54、中锥齿轮55和上锥齿轮56，下锥齿轮54和上锥齿轮56竖向同轴设置，下锥齿轮54通过中锥齿轮55与上锥齿轮56传动连接，下锥齿轮54、上锥齿轮56、齿轮箱53、万向节联轴器60、外轴52和下桨叶40开有同轴的中空孔，内轴51上端穿过中空孔后与上桨叶30连接而驱动上桨叶30旋转，同时内轴51与下锥齿轮54固定连接而向下锥齿轮54输入扭矩，上锥齿轮56与外轴52下端固定连接而向外轴52输出扭矩。通过下锥齿轮、中锥齿轮和上锥齿轮传动连接，实现下锥齿轮和和上锥齿轮的转向相反。从上可以容易想到的是，同轴反转齿轮组也可以采用行星轮系的结构，利用行星轮系的中心轮与行星轮架的转向不同，其中内轴穿过行星轮系的中心轮，外轴为中空轴并套接在行星轮架上，即可实现同轴且输出转向相反的内轴和外轴。

在本实施例中，所述机架10上设有GPS定位模块和摄像头模块13，GPS定位模块与飞行控制器电连接。GPS定位模块与飞行控制器连接，用于获取无人机的实时位置，摄像头模块用于拍摄的图像。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种垂直起降固定翼巡线无人机，包括机架和电机，机架上设有飞行控制器和电子调速器，电机设在机架上，飞行控制器通过电子调速器控制电机转速从而控制无人机飞行；其特征在于：还包括上桨叶、下桨叶和设在机架上的同轴反转齿轮组，同轴反转齿轮组包括同轴且输出转向相反的内轴和外轴，其中内轴同时作为输入轴和输出轴，外轴作为输出轴，内轴下端与电机的输出轴连接，外轴的上端与下桨叶连接从而驱动下桨叶旋转，外轴和下桨叶设有同轴的中空孔，内轴上端穿过同轴反转齿轮组及中空孔后与上桨叶连接而驱动上桨叶旋转；

所述外轴的上端与下桨叶之间设有万向节联轴器，外轴的上端与万向节联轴器输入端连接，万向节联轴器输出端与下桨叶连接，外轴、万向节联轴器和下桨叶设有同轴的中空孔，内轴上端穿过同轴反转齿轮组及中空孔后与上桨叶连接，所述万向节联轴器输出端上设有翼板，翼板上设有第一竖杆，机架在与第一竖杆对应位置设有输出轴纵向水平设置的第一舵机，第一舵机输出轴与第一竖杆连接；所述翼板上设有第二竖杆，机架在与第二竖杆对应位置设有输出轴横向水平设置的第二舵机，第二舵机输出轴与第二竖杆连接；所述机架上设有垂直尾翼和水平尾翼；

所述同轴反转齿轮组包括齿轮箱、同轴且输出转向相反的内轴和外轴，齿轮箱内设有下锥齿轮、中锥齿轮和上锥齿轮，下锥齿轮和上锥齿轮竖向同轴设置，下锥齿轮通过中锥齿轮与上锥齿轮传动连接，下锥齿轮、上锥齿轮、齿轮箱、万向节联轴器、外轴和下桨叶开有同轴的中空孔，内轴上端穿过中空孔后与上桨叶连接而驱动上桨叶旋转，同时内轴与下锥齿轮固定连接而向下锥齿轮输入扭矩，上锥齿轮与外轴下端固定连接而向外轴输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼巡线无人机，特征在于：所述翼板为环形板，环形板通过套筒固定连接在万向节联轴器输出端上。

3.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼巡线无人机，特征在于：所述机架上设有GPS定位模块和摄像头模块。