CN109896002A - 一种可变形的四旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变形的四旋翼飞行器，包括机身，机身底部的相对两侧分别对称设有起落架，机身的顶部装有舵机驱动组件，舵机驱动组件上分别设有机臂和机臂连接杆，机臂和机臂连接杆的两端均设有电动螺旋桨组件。本发明在飞行过程中，通过旋转上升一对螺旋桨，使四旋翼飞行器切换为共轴反桨飞行模式。解决传统四旋翼飞行器由于机身体积太大而无法穿越狭窄区域的问题。

Description

一种可变形的四旋翼飞行器

技术领域

本发明属于无人机技术领域，涉及一种可变形的四旋翼飞行器。

背景技术

多旋翼无人机是一种空中机器人，属于特种机器人范畴，具有垂直起降、空中悬停、高机动性、低成本等优势，被广泛的应用于灾难搜救、军事侦察、地图测绘等领域。

但是，通常四旋翼飞行器仅用四个自由度控制输入来完成六个自由度运动，是一个典型的欠驱动系统，灵活性有限，尤其是在狭窄的空间飞行，机载侦察和通过性能受到很大影响和限制。近年来，针对四旋翼飞行器的上述问题受到众多关注。

中国专利(名称：一种便携式可折叠四旋翼飞行器，申请号201610218769.x，申请日：2016-04-11，公开号：CN105752332B，公开日：2018-05-22)公开了一种便携式可折叠四旋翼飞行器，起落架通过第三固定轴可旋转的固定在悬臂上，实现了便于携带和运输，但是只有在不工作时人工折叠起落架，达到缩小体积的效果，没有解决在飞行过程中需要通过窄缝问题。

其次一些研究者还提出矢量四旋翼飞行器，即增加更多的控制输入来实现四旋翼飞行器的全驱动，通过倾斜四旋翼飞行器自身的螺旋桨独立的控制位置和高度，达到任意位置和任意姿态悬停效果。尽管所提出的概念可以任意确定螺旋桨推力的方向，但它需要相当复杂的控制计算，并且操作困难，难以用于实现稳定飞行。

发明内容

本发明的目的是提供一种可变形的四旋翼飞行器，该旋翼飞行器在飞行过程中，通过旋转上升一对螺旋桨，使四旋翼飞行器切换为共轴反桨飞行模式。解决传统四旋翼飞行器由于机身体积太大而无法穿越狭窄区域的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种可变形的四旋翼飞行器，包括机身，机身底部的相对两侧分别对称设有起落架，机身的顶部装有舵机驱动组件，舵机驱动组件上分别设有机臂和机臂连接杆，机臂和机臂连接杆的两端均设有电动螺旋桨组件。

本发明的特点还在于，

舵机驱动组件包括机身盖板，机身盖板安装在机身的顶部，机身盖板内部设有舵机，舵机的输出轴上安装有转接头。

机臂连接杆的中心处设有套筒，套筒与转接头配合形成移动副，套筒带动机臂连接杆相对于转接头可以上下移动。

套筒的外壁上设有凸起，机身盖板的中心处设有螺旋轨道槽，凸起与螺旋轨道槽配合形成螺旋副。

电动螺旋桨组件包括空心杯电机，空心杯电机的输出轴上分别依次设有螺旋桨和锁紧螺母，螺旋桨由空心杯电机驱动旋转，锁紧螺母可防止螺旋桨在旋转的过程中脱离空心杯电机的输出轴。

本发明的有益效果如下：

(1)当四旋翼飞行器需要通过窄缝时，通过旋转上升机构使四旋翼飞行器飞行模式切换为共轴反桨飞行模式，缩小机身体积，穿越窄缝，提高了四旋翼通过性能和环境交互能力。

(2)模仿共轴双旋翼直升机飞行原理，飞行器上仅安装一个舵机就能完成飞行模式的切换，控制简单。并且传动结构简单紧凑、且质量小。变形过程对整个飞行器系统的影响较小，保证飞行过程稳定，拓宽四旋翼飞行器的应用范围。

附图说明

图1是本发明一种可变形的四旋翼飞行器的结构示意图；

图2是本发明一种可变形的四旋翼飞行器中舵机驱动组件与机臂连接连接杆的连接结构示意图；

图3是图2中A-A方向的剖视图；

图4是本发明一种可变形的四旋翼飞行器中套筒的结构示意图；

图5是本发明一种可变形的四旋翼飞行器中螺旋轨道槽的结构示意图；

图6是本发明一种可变形的四旋翼飞行器中电动螺旋桨组件的结构示意图；

图7是本发明一种可变形的四旋翼飞行器的共轴反桨状态示意图。

图中，1.机身，2.起落架；

3.舵机驱动组件，301.舵机，302.转接头，303.机身盖板，304.螺旋轨道槽；

4.机臂，5.机臂连接杆；

6.电动螺旋桨组件，601.空心杯电机，602.螺旋桨，603.锁紧螺母；

7.套筒，8.凸起。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种可变形的四旋翼飞行器，如图1所示，包括机身1，机身1底部的相对两侧分别对称设有起落架2，机身1的顶部装有舵机驱动组件3，舵机驱动组件3上分别设有机臂4和机臂连接杆5，机臂4和机臂连接杆5的两端均设有电动螺旋桨组件6。

如图2、3所示，舵机驱动组件3包括机身盖板303，机身盖板303安装在机身1的顶部，机身盖板303内部设有舵机301，舵机301的输出轴上安装有转接头302。

机臂连接杆5的中心处设有套筒7，套筒7与转接头302配合形成移动副，套筒7带动机臂连接杆5相对于转接头302可以上下移动。

如图4所示，套筒7的外壁上设有凸起8；

如图5所示，机身盖板303的中心处设有螺旋轨道槽304；

套筒7上的凸起8与机身盖板303中的螺旋轨道槽304配合形成螺旋副，转接头302旋转时，套筒7带动机臂连接杆5相对于机身盖板303可以做旋转上升运动。

如图6所示，电动螺旋桨组件6包括空心杯电机601、螺旋桨602、锁紧螺母603，电动螺旋桨组件6与机臂连接杆5连接，空心杯电机601安装在机臂连接杆5上，螺旋桨602、锁紧螺母603依次与空心杯电机601的输出轴连接，螺旋桨602由空心杯电机601驱动旋转，锁紧螺母603可防止螺旋桨602在旋转的过程中脱离空心杯电机601的输出轴。

机臂4设置在机身盖板303的顶部，电动螺旋桨组件6与机臂4连接，空心杯电机601安装在机臂4上，螺旋桨602、锁紧螺母603依次与空心杯电机601的输出轴连接，螺旋桨602由空心杯电机601驱动旋转，锁紧螺母603可防止螺旋桨602在旋转的过程中脱离空心杯电机601的输出轴。

本发明一种可变形四旋翼飞行器的工作过程为，所述的可变形四旋翼飞行器有两种飞行模式。

第一种：在空旷的区域中飞行时，可变形四旋翼飞行器像常见的四旋翼飞行器一样飞行(如图1所示)，控制方法与普通四旋翼飞行器相同。

第二种：当可变形四旋翼飞行器需要通过窄缝时，可变形四旋翼飞行器不能以第一种飞行模式安全通过，则需要切换飞行模式。这时，控制舵机301以顺时针(逆时针)方向旋转，舵机301的输出轴带动转接头302同步旋转，转接头302将带动机臂连接杆5同步旋转，进而使机臂连接杆5以及安装在机臂连接杆5上的电动螺旋桨组件6整体在螺旋副配合的作用下发生螺旋上升，当机臂连接杆5以及安装在机臂连接杆5上的电动螺旋桨组件6整体旋转90°时，关闭舵机301。这时机臂连接杆5以及安装在机臂连接杆5上的电动螺旋桨组件6相对于机身盖板303旋转90°的同时向上移动一定的导程，此时电动螺旋桨组件6处于同一竖直平面内(如图7所示)，形成共轴反桨飞行模式。与此同时，同一水平面内的螺旋桨602转动方向相同，上下螺旋桨602的转动方向相反，平衡掉陀螺效应和空气动力扭矩效应。第二种飞行模式下大大减小了整个飞行器的体积，使通过狭小的窄缝成为可能。

当通过窄缝后，控制舵机301以逆时针(顺时针)方向旋转，就能恢复到第一种飞行模式，工作原理与第一种飞行模式切换到第二种飞行模式相反。

Claims (5)

1.一种可变形的四旋翼飞行器，其特征在于：包括机身，机身底部的相对两侧分别对称设有起落架，机身的顶部装有舵机驱动组件，舵机驱动组件上分别设有机臂和机臂连接杆，机臂和机臂连接杆的两端均设有电动螺旋桨组件。

2.根据权利要求1所述的一种可变形的四旋翼飞行器，其特征在于：所述舵机驱动组件包括机身盖板，机身盖板安装在机身的顶部，机身盖板内部设有舵机，舵机的输出轴上安装有转接头。

3.根据权利要求2所述的一种可变形的四旋翼飞行器，其特征在于：所述机臂连接杆的中心处设有套筒，套筒与转接头配合形成移动副，套筒带动机臂连接杆相对于转接头可以上下移动。

4.根据权利要求3所述的一种可变形的四旋翼飞行器，其特征在于：所述套筒的外壁上设有凸起，机身盖板的中心处设有螺旋轨道槽，凸起与螺旋轨道槽配合形成螺旋副。

5.根据权利要求1所述的一种可变形的四旋翼飞行器，其特征在于：所述电动螺旋桨组件包括空心杯电机，空心杯电机的输出轴上分别依次设有螺旋桨和锁紧螺母，螺旋桨由空心杯电机驱动旋转，锁紧螺母可防止螺旋桨在旋转的过程中脱离空心杯电机的输出轴。