CN110481755B - 一种二自由度旋转折叠无人机机臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二自由度旋转折叠无人机机臂，该无人机机臂主要包括第一机臂、第二机臂、折叠电机、第一连接盘、第二连接盘、传动齿轮和连接轴承。装配时，先将传动齿轮放入第一连接盘内，使其外齿与内齿啮合；然后将第一连接盘嵌入两块第二连接盘之间，使三者的通孔同轴；接着，将折叠电机安装在第二连接盘上，使输出轴的传动槽与凸起相适配，并使输出轴的端部与连接轴承连接；最后，启动折叠电机，使其输出轴通过凸起带着传动齿轮和内齿转动，由于折叠电机与第二机臂相对固定，输出轴与第一机臂相对固定，因此第二机臂会绕着输出轴旋转折叠，最后进入第二凹槽内，完成机臂的折叠操作。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。

Description

一种二自由度旋转折叠无人机机臂

技术领域

本发明涉及无人机结构设计领域，尤其涉及一种二自由度旋转折叠无人机机臂。

背景技术

随着科学技术的发展，无人机已应用于各个领域。现有无人机大多体积较大，尤其是伸出的机臂占有很大的空间，为无人机的存放、运输造成很大的麻烦。面对无人机市场，减小无人机的整体体积，提高其便携性、灵活适应性，变成了一个亟需解决的问题。

现有技术中，可以实现无人机机臂收缩和展开的技术已有应用，但都是采用圆形机臂进行伸缩式展开和收缩机臂。采用伸缩式伸缩机臂，容易出现机臂间摩擦系数大造成的机臂无法伸开，或者摩擦系数太小造成收缩太快，无法实现同步收缩，进而影响无人机飞行的稳定性。而且，为了保证机臂的有效强度，均采用一体化的机臂式结构设计，从电机连接端到机臂的根部，其构造越来越粗，无人机的机臂越长，将使无人机飞行时间变短，效率降低。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二自由度旋转折叠无人机机臂。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种二自由度旋转折叠无人机机臂，该无人机机臂主要包括第一机臂、第二机臂、折叠电机、第一连接盘、第二连接盘、传动齿轮、以及连接轴承。

具体的，所述第一机臂的一端与无人机机身固定连接，另一端向外延伸。所述第一连接盘设置在第一机臂的另一端端部，并与第一机臂固定连接。所述第二连接盘设为两个，设置在第二机臂一端的端部，并与第二机臂固定连接，且两第二连接盘之间互相平行并间隔设置。所述第一连接盘嵌入第二连接盘之间，且两者的中部均设有供折叠电机的输出轴穿过的通孔。所述折叠电机固定安装在位于底部的第二连接盘上，其输出轴朝上穿过第一连接盘后与位于顶部的第二连接盘连接。所述连接轴承设置在位于顶部的第二连接盘内，并与折叠电机的输出轴端部连接。所述第一连接盘上还设有与传动齿轮啮合的内齿，所述内齿固定在第一连接盘中部通孔的内壁上。所述传动齿轮的外壁设有外齿，中部为镂空结构，其内壁设有与折叠电机输出轴传动连接的凸起。所述传动齿轮设置在第一连接盘中部的通孔内，其外齿与内齿啮合传动。所述折叠电机的输出轴上还设有与凸起配合连接的传动槽。所述传动槽设置在折叠电机的输出轴上，沿轴向方向设置。所述折叠电机的输出轴穿过传动齿轮，使凸起嵌入传动槽内，通过输出轴的转动带动传动齿轮进而驱动第一连接盘相对第二连接盘转动，实现第二机臂与第一机臂之间的折叠或展开操作。

具体的，所述第一机臂上还设有用于折叠第二机臂的第一凹槽和第二凹槽。所述第一凹槽设置在第一机臂的顶面，其一端位于位于顶面内，另一端延伸至顶面边缘。所述第二凹槽设置在第一机臂的侧面，与第二机臂关于折叠电机的输出轴对称。

作为本发明的优选方案，为了进一步简化无人机机臂的结构设计，减少零部件的使用，降低整体重量，实现轻量化，本发明所述的无人机机臂还包括花键轴。所述内齿与折叠电机输出轴之间的连接方式可替换为通过花键轴连接，所述花键轴的一端与折叠电机输出轴固定连，另一端穿过第一连接盘并与内齿啮合后，与连接轴承可转动连接。所述折叠电机通过花键轴直接驱动第一连接盘与第二连接盘之间产生相对转动。

具体的，本发明所述无人机机臂还包括叶片、旋转轴、以及旋转电机。所述旋转电机固定设置在第二机臂内，位于第二机臂的另一端，其输出轴朝上穿出第二机臂并与旋转轴的一端固定连接。所述旋转轴的另一端与叶片固定连接，由旋转电机驱动旋转轴带着叶片旋转，实现无人机的升降和飞行运动。

作为本发明的优选方案，为了提高无人机机臂的负载能力，本发明所述内齿采用直齿结构设计。

作为本发明的优选方案，所述第一机臂和第二机臂均采用长方体结构设计，且第一机臂的尺寸比第二机臂尺寸大。

作为本发明的优选方案，为了进一步降低无人机机臂的整体重量，本发明所述第一机臂和第二机臂均采用铝型材材料制成。

作为本发明的优选方案，为了提高折叠电机驱动第二机臂转动的精度控制，本发明所述折叠电机采用控制精度高、驱动简单的步进电机。

作为本发明的优选方案，为了方便机臂布置线路，本发明所述第一机臂和第二机臂上均设有便于布线线路穿过的空腔，所述空腔沿机臂轴线方向设置在第一机臂和第二机臂内。

本发明的工作过程和原理是：装配时，先将传动齿轮放入第一连接盘内，使其外齿与内齿啮合；然后将第一连接盘嵌入两块第二连接盘之间的空隙中，使三者的通孔同轴以便于安装；接着，将折叠电机安装在第二连接盘上，使输出轴的传动槽与凸起相适配，并使输出轴的端部与连接轴承连接；最后，启动折叠电机，使其输出轴通过凸起带着传动齿轮和内齿转动，由于折叠电机与第二机臂相对固定，输出轴与第一机臂相对固定，因此第二机臂会绕着输出轴旋转折叠，最后进入第二凹槽内，完成机臂的折叠操作；当第一连接盘与折叠电机之间通过花键轴连接时，电机同样驱动花键轴转动，而花键轴与第一机臂、折叠电机与第二机臂之间的固定关系不变，因此当折叠电机转动时，第二机臂会绕着花键轴旋转，从而实现第二机臂的折叠或展开操作。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明所提供的二自由度旋转折叠无人机机臂通过机臂折叠伸缩，应对复杂环境，可以减小体积，实现复杂环境飞行。

(2)本发明所提供的二自由度旋转折叠无人机机臂还具有可飞行伸缩、灵活性好、操作简单、安全性高等优点。

(3)本发明所提供的二自由度旋转折叠无人机机臂具有故障率低、可同步伸缩的优点，而传统技术由于管壁原因很难实现同步伸缩操作。

附图说明

图1是本发明所提供的二自由度旋转折叠无人机机臂的结构示意图。

图2是本发明所提供的二自由度旋转折叠无人机机臂的主视图。

图3是本发明所提供的二自由度旋转折叠无人机机臂的立体图。

图4是本发明所提供的二自由度旋转折叠无人机机臂的展开中的状态示意图。

图5是本发明所提供的二自由度旋转折叠无人机机臂的折叠完毕状态示意图。

图6是本发明所提供的第一连接盘与传动齿轮和输出轴连接处的剖视图。

上述附图中的标号说明：

1-第一机臂，2-第二机臂，3-折叠电机，4-第一连接盘，5-第二连接盘，6-传动齿轮，7-内齿，8-凸起，9-传动槽，10-第一凹槽，11-第二凹槽，12-叶片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1至图6所示，本实施例公开了一种二自由度旋转折叠无人机机臂，该无人机机臂主要包括第一机臂1、第二机臂2、折叠电机3、第一连接盘4、第二连接盘5、传动齿轮6、以及连接轴承。

具体的，所述第一机臂1的一端与无人机机身固定连接，另一端向外延伸。所述第一连接盘4设置在第一机臂1的另一端端部，并与第一机臂1固定连接。所述第二连接盘5设为两个，设置在第二机臂2一端的端部，并与第二机臂2固定连接，且两第二连接盘5之间互相平行并间隔设置。所述第一连接盘4嵌入第二连接盘5之间，且两者的中部均设有供折叠电机3的输出轴穿过的通孔。所述折叠电机3固定安装在位于底部的第二连接盘5上，其输出轴朝上穿过第一连接盘4后与位于顶部的第二连接盘5连接。所述连接轴承设置在位于顶部的第二连接盘5内，并与折叠电机3的输出轴端部连接。所述第一连接盘4上还设有与传动齿轮6啮合的内齿7，所述内齿7固定在第一连接盘4中部通孔的内壁上。所述传动齿轮6的外壁设有外齿，中部为镂空结构，其内壁设有与折叠电机3输出轴传动连接的凸起8。所述传动齿轮6设置在第一连接盘4中部的通孔内，其外齿与内齿7啮合传动。所述折叠电机3的输出轴上还设有与凸起8配合连接的传动槽9。所述传动槽9设置在折叠电机3的输出轴上，沿轴向方向设置。所述折叠电机3的输出轴穿过传动齿轮6，使凸起8嵌入传动槽9内，通过输出轴的转动带动传动齿轮6进而驱动第一连接盘4相对第二连接盘5转动，实现第二机臂2与第一机臂1之间的折叠或展开操作。

具体的，所述第一机臂1上还设有用于折叠第二机臂2的第一凹槽10和第二凹槽11。所述第一凹槽10设置在第一机臂1的顶面，其一端位于位于顶面内，另一端延伸至顶面边缘。所述第二凹槽11设置在第一机臂1的侧面，与第二机臂2关于折叠电机3的输出轴对称。

作为本发明的优选方案，为了进一步简化无人机机臂的结构设计，减少零部件的使用，降低整体重量，实现轻量化，本发明所述的无人机机臂还包括花键轴。所述内齿7与折叠电机3输出轴之间的连接方式可替换为通过花键轴连接，所述花键轴的一端与折叠电机3输出轴固定连，另一端穿过第一连接盘4并与内齿7啮合后，与连接轴承可转动连接。所述折叠电机3通过花键轴直接驱动第一连接盘4与第二连接盘5之间产生相对转动。

具体的，本发明所述无人机机臂还包括叶片12、旋转轴、以及旋转电机。所述旋转电机固定设置在第二机臂2内，位于第二机臂2的另一端，其输出轴朝上穿出第二机臂2并与旋转轴的一端固定连接。所述旋转轴的另一端与叶片12固定连接，由旋转电机驱动旋转轴带着叶片12旋转，实现无人机的升降和飞行运动。

作为本发明的优选方案，为了提高无人机机臂的负载能力，本发明所述内齿7采用直齿结构设计。

作为本发明的优选方案，所述第一机臂1和第二机臂2均采用长方体结构设计，且第一机臂1的尺寸比第二机臂2尺寸大。

作为本发明的优选方案，为了进一步降低无人机机臂的整体重量，本发明所述第一机臂1和第二机臂2均采用铝型材材料制成。

作为本发明的优选方案，为了提高折叠电机3驱动第二机臂2转动的精度控制，本发明所述折叠电机3采用控制精度高、驱动简单的步进电机。

作为本发明的优选方案，为了方便机臂布置线路，本发明所述第一机臂1和第二机臂2上均设有便于布线线路穿过的空腔，所述空腔沿机臂轴线方向设置在第一机臂1和第二机臂2内。

本发明的工作过程和原理是：装配时，先将传动齿轮6放入第一连接盘4内，使其外齿与内齿7啮合；然后将第一连接盘4嵌入两块第二连接盘5之间的空隙中，使三者的通孔同轴以便于安装；接着，将折叠电机3安装在第二连接盘5上，使输出轴的传动槽9与凸起8相适配，并使输出轴的端部与连接轴承连接；最后，启动折叠电机3，使其输出轴通过凸起8带着传动齿轮6和内齿7转动，由于折叠电机3与第二机臂2相对固定，输出轴与第一机臂1相对固定，因此第二机臂2会绕着输出轴旋转折叠，最后进入第二凹槽11内，完成机臂的折叠操作；当第一连接盘4与折叠电机3之间通过花键轴连接时，电机同样驱动花键轴转动，而花键轴与第一机臂1、折叠电机3与第二机臂2之间的固定关系不变，因此当折叠电机3转动时，第二机臂2会绕着花键轴旋转，从而实现第二机臂2的折叠或展开操作。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。

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 (7)

1.一种二自由度旋转折叠无人机机臂，其特征在于，包括第一机臂、第二机臂、折叠电机、第一连接盘、第二连接盘、传动齿轮、以及连接轴承；

所述第一机臂的一端与无人机机身固定连接，另一端向外延伸；所述第一连接盘设置在第一机臂的另一端端部，并与第一机臂固定连接；所述第二连接盘设为两个，设置在第二机臂一端的端部，并与第二机臂固定连接，且两第二连接盘之间互相平行并间隔设置；所述第一连接盘嵌入第二连接盘之间，且两者的中部均设有供折叠电机的输出轴穿过的通孔；所述折叠电机固定安装在位于底部的第二连接盘上，其输出轴朝上穿过第一连接盘后与位于顶部的第二连接盘连接；所述连接轴承设置在位于顶部的第二连接盘内，并与折叠电机的输出轴端部连接；所述第一连接盘上还设有与传动齿轮啮合的内齿，所述内齿固定在第一连接盘中部通孔的内壁上；所述传动齿轮的外壁设有外齿，中部为镂空结构，其内壁设有与折叠电机输出轴传动连接的凸起；所述传动齿轮设置在第一连接盘中部的通孔内，其外齿与内齿啮合传动；所述折叠电机的输出轴上还设有与凸起配合连接的传动槽；所述传动槽设置在折叠电机的输出轴上，沿轴向方向设置；所述折叠电机的输出轴穿过传动齿轮，使凸起嵌入传动槽内，通过输出轴的转动带动传动齿轮进而驱动第一连接盘相对第二连接盘转动，实现第二机臂与第一机臂之间的折叠或展开操作；

所述第一机臂上还设有用于折叠第二机臂的第一凹槽和第二凹槽；所述第一凹槽设置在第一机臂的顶面，其一端位于位于顶面内，另一端延伸至顶面边缘；所述第二凹槽设置在第一机臂的侧面，与第二机臂关于折叠电机的输出轴对称。

2.根据权利要求1所述的二自由度旋转折叠无人机机臂，其特征在于，还包括花键轴，所述内齿与折叠电机输出轴之间的连接方式可替换为通过花键轴连接，所述花键轴的一端与折叠电机输出轴固定连，另一端穿过第一连接盘并与内齿啮合后，与连接轴承可转动连接；所述折叠电机通过花键轴直接驱动第一连接盘与第二连接盘之间产生相对转动。

3.根据权利要求1所述的二自由度旋转折叠无人机机臂，其特征在于，还包括叶片、旋转轴、以及旋转电机；所述旋转电机固定设置在第二机臂内，位于第二机臂的另一端，其输出轴朝上穿出第二机臂并与旋转轴的一端固定 连接；所述旋转轴的另一端与叶片固定连接，由旋转电机驱动旋转轴带着叶片旋转，实现无人机的升降和飞行运动。

4.根据权利要求1所述的二自由度旋转折叠无人机机臂，其特征在于，所述内齿采用直齿结构设计。

5.根据权利要求1所述的二自由度旋转折叠无人机机臂，其特征在于，所述折叠电机采用步进电机。

6.根据权利要求1所述的二自由度旋转折叠无人机机臂，其特征在于，所述第一机臂和第二机臂均采用长方体结构设计，且第一机臂的尺寸比第二机臂尺寸大。

7.根据权利要求1所述的二自由度旋转折叠无人机机臂，其特征在于，所述第一机臂和第二机臂均采用铝型材材料制成。

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