CN110053435A - 一种可折叠水陆空三栖四旋翼飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可折叠的水陆空三栖四旋翼飞行器，包括防水密封的机身、机身底部的支撑架，以及对称布置于机身两侧的四个旋翼支臂，单个旋翼支臂由变形机构和动力组模块组成，所述变形机构包括液压伸缩杆、固定板、短连杆、滑动轴、推动杆、旋转连杆、异形销、支臂固定销、快拆销、支臂；所述动力组模块包括安装板、小齿轮、陆行电机、飞行电机、车轮。本发明飞行器可根据不同的任务需求实现空中飞行、陆地行走及水上航行三种工作模式的快速切换，以灵活适应不同的应用场景；不工作时还可将四个旋翼支臂向机身折叠以方便携带和储藏，可作为无人飞行器或有人飞行器应用于相关行业领域，具有很高的市场应用价值。

Description

一种可折叠水陆空三栖四旋翼飞行器
技术领域
本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种可折叠的水陆空三栖四旋翼飞行器。
背景技术
四旋翼飞行器由于具有优异的操控稳定性，近年来得到越来越广泛的应用。目前市场上主流的四旋翼飞行器主要作为遥控飞行无人机应用于气象监测、防灾救灾、电网巡检、农药喷洒、航拍娱乐、快递运送等民用领域，以及警用巡逻、单兵装备等军事领域。该类无人机由于仅具备单一的空中飞行能力，其应用场景受到一定的限制。对于一些特殊的应用场景，需要同时具备空中飞行能力、陆地行走能力及水上航行能力的四旋翼飞行器。
发明内容
本发明提供一种可折叠水陆空三栖四旋翼飞行器及其工作方法，使得飞行器可根据不同的任务需求实现空中飞行、陆地行走及水上航行三种工作模式的快速切换，以灵活适应不同的应用场景；不工作时还可将四个旋翼支臂向机身折叠以方便携带和储藏。
为实现以上发明目的，本发明采取的技术方案具体如下：
一种可折叠的水陆空三栖四旋翼飞行器，包括防水密封的机身、机身底部的支撑架，以及对称布置于机身两侧的四个旋翼支臂，单个旋翼支臂由变形机构和动力组模块组成；
所述变形机构包括液压伸缩杆、固定板、短连杆、滑动轴、推动杆、旋转连杆、异形销、支臂固定销、快拆销、支臂，液压伸缩杆的右端与液压系统连接，左端穿过固定板内的通孔与短连杆的下端铰链连接，液压伸缩杆在液压系统的驱动下在固定板的通孔内左右滑动；短连杆的上端与推动杆铰链连接；滑动轴穿过推动杆下端的通孔，其两端安装在固定板的导轨里左右滑动；旋转连杆的上端与推动杆铰链连接，下端与异形销固定连接；异形销的两端安装在固定板的轴承里，沿自身轴线旋转，其两端的外伸部分与支臂固定连接；支臂固定销穿过安装板的右通孔，作为安装板的旋转轴；快拆销穿过动力组模块安装板的左通孔，用于限制动力组模块安装板的转动；
动力组模块包括安装板、小齿轮、陆行电机、飞行电机、车轮，陆行电机固定安装在安装板的上表面，其动力输出轴穿过安装板的通孔与小齿轮的轴固定连接；小齿轮的外齿与车轮的内齿啮合；车轮通过轮心的轴承与安装板下表面的外伸固定轴连接，车轮绕该轴转动；飞行电机上端的动力输出轴安装有一个螺旋桨，下端固定安装在安装板的上表面。
所述固定板为刚性平板，前后两端内侧的凹槽内安装有可左右滑动的导轨，左侧水平通孔内安装轴承作为异形销的旋转支座，右侧内部的水平通孔让液压伸缩杆穿过并左右滑动，右侧的两个竖直通孔用于与机身螺栓固定连接。
所述推动杆为左右对称的两根。
所述支臂为左右对称的两根。
所述异形销为矩形截面杆。
所述快拆销为圆形截面杆。
所述安装板为刚性平板，右侧内部有两个通孔。
本发明的工作原理：当四个旋翼支臂水平展开时即为空中飞行工作模式构型；当四个旋翼支臂向下折叠90度即为陆行或水上航行工作模式构型；当四个旋翼支臂再向下折叠90度紧贴于机身底部即为非工作模式的构型。该飞行器不同工作模式的切换由四个旋翼臂的折叠运动来实现。具体如下：
空中飞行模式：四个旋翼支臂水平展开时即是空中飞行模式的构型。在此构型下，四个陆行电机不工作，通过安装在四个旋翼支臂上的飞行电机带动螺旋桨高速旋转提供空中飞行的升力。通过控制四个飞行电机的转速变化以实现飞行器的升降、悬停、俯仰、偏航运动。
陆行模式：在空中飞行模式构型下，液压伸缩杆在液压系统驱动下向左滑动，带动短连杆向左移动，短连杆带动推动杆及滑动轴沿固定板内的导轨向左滑动，旋转连杆在推动杆的推动下逆时针转动，从而带动支臂逆时针转动。当四个支臂都以此方式旋转90度与地面垂直即可得到陆行模式构型。在此构型下，四个飞行电机不工作，通过安装在四个支臂上的陆行电机驱动小齿轮转动，小齿轮驱动车轮转动。车轮与地面的摩擦力提供陆地行走的动力。通过控制机身两侧陆行电机的转向和转速变化即可实现陆行时的前进、后退和差速转弯。
水上航行模式：该工作模式的构型与陆行模式相同。在此构型下，四个飞行电机不工作，通过安装在四个支臂上的陆行电机驱动小齿轮转动，小齿轮驱动车轮转动。因为车轮浸入水中，其转动过程中轮辐的划水运动可以提供水上航行的动力。通过控制机身两侧陆行电机的转向和转速变化即可实现水中航行时的前进、后退和差速转弯。
工作模式的切换：通过控制液压系统驱动液压伸缩杆在固定板内左右滑动，即可实现飞行器在空中飞行模式和陆行/水上航行模式两种构型之间的快速切换。
非工作模式下的手动折叠功能：飞行器不工作时，在陆行/水上航行模式构型下，手动拔出快拆销，再手动将整个动力组模块绕支臂固定销逆时针旋转90度，紧贴在机身底部，从而使得整个飞行器占据更小的空间，方便携带和储藏。
本发明提供一种可折叠水陆空三栖四旋翼飞行器及其工作方法，使得飞行器可根据不同的任务需求实现空中飞行、陆地行走及水上航行三种工作模式的快速切换，以灵活适应不同的应用场景；不工作时还可将四个旋翼支臂向机身折叠以方便携带和储藏。该四旋翼飞行器可作为无人飞行器或有人飞行器应用于相关行业领域，具有很高的市场应用价值。
附图说明
图1 是本发明使用状态参考图（飞行工作模式）；
图2是本发明使用状态参考图（陆行或水上航行工作模式）；
图3是本发明非工作模式的状态图（折叠状态）；
图4是本发明单个旋翼支臂的结构示意图；
图5是本发明变形机构的结构示意图；
图6是本发明动力组模块的结构示意图。
图中：1、液压伸缩杆，2、固定板，3、短连杆，4、滑动轴，5、推动杆，6、旋转连杆，7、异形销，8、支臂固定销，9、快拆销，10、支臂，11、安装板，12、小齿轮，13、陆行电机，14、飞行电机，15、车轮。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
一种可折叠的水陆空三栖四旋翼飞行器，包括防水密封的机身、机身底部的支撑架，以及对称布置于机身两侧的四个旋翼支臂组成。当四个旋翼支臂水平展开时即为空中飞行工作模式构型（图1）；当四个旋翼支臂向下折叠90度即为陆行或水上航行工作模式构型（图2）；当四个旋翼支臂再向下折叠90度紧贴于机身底部即为非工作模式的构型（图3）。由此可见，该飞行器不同工作模式的切换由四个旋翼臂的折叠运动来实现。单个旋翼支臂（图4）由变形机构（图5）和动力组模块（图6）组成。
变形机构包括液压伸缩杆1、固定板2、短连杆3、滑动轴4、推动杆5、旋转连杆6、异形销7、支臂固定销8、快拆销9、支臂10。液压伸缩杆1的右端与液压系统连接，左端穿过固定板2内的通孔与短连杆3的下端铰链连接，液压伸缩杆1可在液压系统的驱动下在固定板2的通孔内左右滑动；短连杆3的上端与推动杆5铰链连接；滑动轴4穿过推动杆5下端的通孔，其两端安装在固定板2的导轨里可以左右滑动；旋转连杆6的上端与推动杆5铰链连接，下端与异形销7固定连接；异形销7的两端安装在固定板2的轴承里，可以沿自身轴线旋转，其两端的外伸部分与支臂10固定连接；支臂固定销8穿过安装板11的右通孔，作为安装板11的旋转轴；快拆销9穿过安装板11的左通孔，用于限制安装板11的转动。
动力组模块包括安装板11、小齿轮12、陆行电机13、飞行电机14、车轮15。陆行电机13固定安装在安装板11的上表面，其动力输出轴穿过安装板11的通孔与小齿轮12的轴固定连接；小齿轮12的外齿与车轮15的内齿啮合；车轮15通过轮心的轴承与安装板11下表面的外伸固定轴连接，车轮15可绕该轴转动；飞行电机14上端的动力输出轴安装有一个螺旋桨，下端固定安装在安装板11的上表面。
所述固定板2为刚性平板，前后两端内侧的凹槽内安装有可左右滑动的导轨，左侧水平通孔内安装轴承作为异形销7的旋转支座，右侧内部的水平通孔让液压伸缩杆1穿过并左右滑动，右侧的两个竖直通孔用于与机身螺栓固定连接。
所述推动杆5为左右对称的两根（立体视角为前后对称）。
所述支臂10是左右对称的两根（立体视角为前后对称）。
所述异形销7为矩形截面杆。
所述快拆销9为圆形截面杆。
所述安装板11为刚性平板，右侧内部有两个通孔。
本发明的工作原理：当四个旋翼支臂水平展开时即为空中飞行工作模式构型；当四个旋翼支臂向下折叠90度即为陆行或水上航行工作模式构型；当四个旋翼支臂再向下折叠90度紧贴于机身底部即为非工作模式的构型。该飞行器不同工作模式的切换由四个旋翼臂的折叠运动来实现。具体如下：
空中飞行模式：四个旋翼支臂水平展开时即是空中飞行模式的构型。在此构型下，四个陆行电机不工作，通过安装在四个旋翼支臂上的飞行电机14带动螺旋桨高速旋转提供空中飞行的升力。通过控制四个飞行电机的转速变化以实现飞行器的升降、悬停、俯仰、偏航运动。
陆行模式：在空中飞行模式构型下，液压伸缩杆1在液压系统驱动下向左滑动，带动短连杆3向左移动，短连杆3带动推动杆5及滑动轴4沿固定板2内的导轨向左滑动，旋转连杆6在推动杆5的推动下逆时针转动，从而带动支臂10逆时针转动。当四个支臂都以此方式旋转90度与地面垂直即可得到陆行模式构型。在此构型下，四个飞行电机不工作，通过安装在四个支臂上的陆行电机13驱动小齿轮12转动，小齿轮12驱动车轮15转动。车轮15与地面的摩擦力提供陆地行走的动力。通过控制机身两侧陆行电机的转向和转速变化即可实现陆行时的前进、后退和差速转弯。
水上航行模式：该工作模式的构型与陆行模式相同。在此构型下，四个飞行电机不工作，通过安装在四个支臂上的陆行电机13驱动小齿轮12转动，小齿轮12驱动车轮15转动。因为车轮15浸入水中，其转动过程中轮辐的划水运动可以提供水上航行的动力。通过控制机身两侧陆行电机的转向和转速变化即可实现水中航行时的前进、后退和差速转弯。
工作模式的切换：通过控制液压系统驱动液压伸缩杆1在固定板2内左右滑动，即可实现飞行器在空中飞行模式和陆行/水上航行模式两种构型之间的快速切换。
非工作模式下的手动折叠功能：飞行器不工作时，在陆行/水上航行模式构型下，手动拔出快拆销9，再手动将整个动力组模块绕支臂固定销8逆时针旋转90度，紧贴在机身底部（图3），从而使得整个飞行器占据更小的空间，方便携带和储藏。
本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。需要说明的是，术语“中心、纵向、横向、上、下、前、后、左、右、竖直、水平、顶、底、内、外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种可折叠的水陆空三栖四旋翼飞行器，其特征在于：包括防水密封的机身、机身底部的支撑架，以及对称布置于机身两侧的四个旋翼支臂，单个旋翼支臂由变形机构和动力组模块组成，
所述变形机构包括液压伸缩杆(1)、固定板(2)、短连杆(3)、滑动轴(4)、推动杆(5)、旋转连杆(6)、异形销(7)、支臂固定销(8)、快拆销(9)、支臂(10)，液压伸缩杆(1)的右端与液压系统连接，左端穿过固定板(2)内的通孔与短连杆(3)的下端铰链连接，液压伸缩杆(1)在液压系统的驱动下在固定板(2)的通孔内左右滑动；短连杆(3)的上端与推动杆(5)铰链连接；滑动轴(4)穿过推动杆(5)下端的通孔，其两端安装在固定板(2)的导轨里左右滑动；旋转连杆(6)的上端与推动杆(5)铰链连接，下端与异形销(7)固定连接；异形销(7)的两端安装在固定板(2)的轴承里，绕自身轴线旋转，其两端的外伸部分与支臂(10)固定连接；支臂固定销(8)穿过动力组模块安装板(11)的左通孔，作为安装板(11)的旋转轴；快拆销(9)穿过动力组模块安装板(11)的右通孔，用于限制动力组模块安装板(11)的转动；
所述动力组模块包括安装板(11)、小齿轮(12)、陆行电机(13)、飞行电机(14)、车轮(15)，陆行电机(13)固定安装在安装板(11)的上表面，其动力输出轴穿过安装板(11)的通孔与小齿轮(12)的轴固定连接；小齿轮(12)的外齿与车轮(15)的内齿啮合；车轮(15)通过轮心的轴承与安装板(11)下表面的外伸固定轴连接，车轮(15)绕该轴转动；飞行电机(14)上端的动力输出轴安装有一个螺旋桨，下端固定安装在安装板(11)的上表面。
2.如权利要求1所述的一种可折叠的水陆空三栖四旋翼飞行器，其特征在于：所述固定板(2)为刚性平板，前后两端内侧的凹槽内安装有可左右滑动的导轨，左侧水平通孔内安装轴承作为异形销(7)的旋转支座，右侧内部的水平通孔让液压伸缩杆(1)穿过并左右滑动，右侧的两个竖直通孔用于与机身螺栓固定连接。
3.如权利要求1所述的一种可折叠的水陆空三栖四旋翼飞行器，其特征在于：所述推动杆(5)为左右对称的两根。
4.如权利要求1所述的一种可折叠的水陆空三栖四旋翼飞行器，其特征在于：所述支臂(10)为左右对称的两根。
5.如权利要求1所述的一种可折叠的水陆空三栖四旋翼飞行器，其特征在于：所述异形销(7)为矩形截面杆。
6.如权利要求1所述的一种可折叠的水陆空三栖四旋翼飞行器，其特征在于：所述快拆销(9)为圆形截面杆。
7.如权利要求1所述的一种可折叠的水陆空三栖四旋翼飞行器，其特征在于：所述安装板(11)为刚性平板，右侧内部有两个通孔。
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