CN110562434B - 一种自动折叠翼无人机 - Google Patents

Abstract

一种自动折叠翼无人机，所述无人机包括自动折叠装置(1)、机身(2)、左副翼(3)、右副翼(4)、左尾翼(5)和右尾翼(6)。机身(2)是整个自动折叠翼无人机的主体部分，自动折叠装置(1)布置在机身(2)内部的前方，左副翼(3)、右副翼(4)左右对称布置在自动折叠装置(1)的左侧和右侧，左尾翼(5)和右尾翼(6)左右对称布置在机身(2)的尾部。本发明利用三个动力源实现无人机的自动折叠与展开，自动折叠装置用一个左右双向输出的减速电机和两侧旋向相反的直线导轨的特殊结构保证左副翼和右副翼折叠机构运动的同步和对称；设置了安全防护装置，利用销与套筒的配合结构，保证自动折叠翼无人机在工作状态时结构的稳定。

Description

一种自动折叠翼无人机

技术领域

本发明涉及一种无人机，尤其是涉及一种自动折叠翼无人机，属于无人机技术领域。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。无人机的机翼是提供升力的部件，由于起飞重量和飞行原理的限制，机翼常常设计成细长的形状从而保证飞机有足够的升力，但是这就会出现很多的问题，机翼细长，占用的空间就会比较大，非常不利于无人机的存储与运输。因此，需要一种折叠机构将机翼实现折叠。现在的解决方法多是机翼通过机械结构连接，然后通过手动的方法实现机翼的折叠与展开。这种方法有一些弊端，不能实现机翼的自动折叠，在某些领域应用会比较困难，手动折叠一定程度上会花费很多的时间，现有的方法不够方便快捷。因此，有必要发明一种机翼自动折叠的无人机以解决上述问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提出一种自动折叠翼无人机，能够实现自动折叠，满足无人机的存储、运输与飞行时机翼折叠和展开自动切换的技术需求。

本发明一种自动折叠翼无人机，包括自动折叠装置1、机身2、左副翼3、右副翼4、左尾翼5和右尾翼6。机身2是整个自动折叠翼无人机的主体部分。自动折叠装置1布置在机身2内部的前方。左副翼3、右副翼4左右对称布置在自动折叠装置1的左侧和右侧。左尾翼5和右尾翼6左右对称布置在机身2的尾部。

自动折叠装置1是左右对称的，这里以右副翼4的自动折叠装置为例对自动折叠装置1进行说明。自动折叠装置1包括安装板1-1、第一减速电机1-2、联轴器1-3、直线导轨1-4、滑台1-5、第二减速电机1-6、第一锥齿轮1-7、第二锥齿轮1-8、主动轴1-9、中心轮1-10、行星架1-11、从动轴1-12、行星轮1-13、第三锥齿轮1-14、第四锥齿轮1-15和副翼销轴1-16。自动折叠装置1中安装板1-1、第一减速电机1-2、联轴器1-3和直线导轨1-4组成副翼分离机构；滑台1-5、第二减速电机1-6、第一锥齿轮1-7、第二锥齿轮1-8、主动轴1-9、中心轮1-10、行星架1-11、从动轴1-12、行星轮1-13、第三锥齿轮1-14、第四锥齿轮1-15和副翼销轴1-16组成副翼折叠机构。

安装板1-1是自动折叠装置1的底座，通过螺钉固定在机身2的内部。第一减速电机1-2与安装板1-1通过电机座用螺纹连接固定到安装板1-1的中间，第一减速电机1-2的减速器是左右双轴同步旋转输出，减速器的左输出轴连接左副翼3的自动折叠装置部分，减速器的右输出轴连接右副翼4的自动折叠装置部分。第一减速电机1-2的输出轴与直线导轨1-4的丝杠通过联轴器1-3连接并保证同步旋转，直线导轨1-4固定安装在安装板1-1上，滑台1-5通过螺纹连接固定在直线导轨1-4的滑块上。左副翼3的自动折叠装置和右副翼4的自动折叠装置左右对称，但直线导轨1-4的丝杠螺母副旋向相反。第一减速电机1-2减速器的左右输出轴同步旋转，由于左右两侧直线导轨1-4的丝杠螺母副旋向相反，使左右两侧的滑台1-5产生相对和相反的直线运动，实现副翼的分离或结合。

滑台1-5是机翼折叠机构的机架部分，第二减速电机1-6沿机身2的轴线方向固定安装在滑台1-5上，第一锥齿轮1-7固定安装在第二减速电机1-6的输出轴上，第二锥齿轮1-8固定安装在主动轴1-9上，主动轴1-9与第一减速电机1-2的输出轴同向。主动轴1-9两侧通过轴承座固定安装在滑台1-5上。行星架1-11固定安装在主动轴1-9上。中心轮1-10是不完全齿轮、下部是安装座，固定安装在滑台1-5上，主动轴1-9穿过中心轮1-10的内孔。从动轴1-12左端与行星轮1-13固定安装、右端与第三锥齿轮1-14固定安装。从动轴1-12布置在行星架1-11的末端、和主动轴1-9平行。中心轮1-10、行星架1-11和行星轮1-13组成周转轮系。第四锥齿轮1-15固定安装在副翼销轴1-16上，副翼销轴1-16与主动轴1-9的轴线相互垂直。右副翼4上的连接块与副翼销轴1-16固定连接保证同步旋转。行星架1-11与副翼销轴1-16间隙配合连接。主动轴1-9与副翼销轴1-16的转速相同。

自动折叠装置1机翼折叠运动需要严格的传动比计算，使左副翼3和右副翼4同步运动，完全折叠，实现工作状态与折叠状态的转换。

n₂为主动轴1-9的转速，n₃为中心轮1-10的转速，n₄为行星轮1-13的转速，n₅为第三锥齿轮1-14的转速，n₆为第四锥齿轮1-15的转速，n_H为行星架1-11的转速。z₁为第一锥齿轮1-7的齿数，z₂为第二锥齿轮1-8的齿数，z₃为中心轮1-10的齿数，z₄为行星轮1-13的齿数，z₅为第三锥齿轮1-14的齿数，z₆为第四锥齿轮1-15的齿数。

为中心轮1-10和行星轮1-13相对于行星架1-11的传动比，i₅₆为第三锥齿轮1-14和第四锥齿轮1-15的传动比。

本发明自动折叠装置1工作需要主动轴1-9与副翼销轴1-16的转速相同。即n₂＝n₆。由中心轮1-10、行星架1-11和行星轮1-13组成周转轮系，周转轮系的计算公式为

式中

主动轴1-9和行星架1-11的转速相同，即n₂＝n_H；

中心轮1-10是固定的，即n₃＝0。

计算式(1)得：

第三锥齿轮1-14和第四锥齿轮1-15构成定轴轮系，定轴轮系计算公式为

式中

由于行星轮1-13和锥齿轮1-14转速相同，即n₄＝n₅。

计算式(2)得：

根据式(1)式(2)得各齿轮之间齿数关系式为：

z₆×z₄－z₅×(z₃+z₄)＝0 (3)

中心轮1-10的齿数z₃、行星轮1-13的齿数z₄、第三锥齿轮1-14的齿数z₅和第四锥齿轮1-15的齿数z₆必须满足式(3)，才能保证主动轴1-9与副翼销轴1-16的转速相同。

为了保证无人机工作状态的稳定性，确保无人机副翼结合过程的精确，需要配置安全结合装置。安全结合装置包括套筒2-1、副翼限位开关2-2和副翼固定销4-1。套筒2-1与副翼固定销4-1间隙配合连接，副翼固定销4-1采用胶结的方法固定安装在右副翼4上，副翼限位开关2-2采用胶结的方法固定安装在机身2上。

本发明的有益技术效果是：

(1)利用三个动力源实现无人机的自动折叠与展开，自动折叠装置用一个左右双向输出的减速电机和两侧旋向相反的直线导轨的特殊结构保证左副翼和右副翼折叠机构运动的同步和对称；

(2)设置了安全防护装置，采用限位开关来控制减速电机的停止，利用销与套筒的配合结构，保证自动折叠翼无人机在工作状态时结构的稳定。

附图说明

图1是本发明一种自动折叠翼无人机(去掉机舱盖)的总体结构示意图；

图2是本发明一种自动折叠翼无人机(去掉机舱盖)的俯视图；

图3是本发明一种自动折叠翼无人机副翼分离状态的示意图；

图4是本发明一种自动折叠翼无人机副翼折叠状态的俯视图；

图5是本发明一种自动折叠翼无人机副翼折叠状态的左视图；

图6是本发明一种自动折叠翼无人机工作状态安全结合装置的局部剖视图；

图7是本发明一种自动折叠翼无人机工作状态安全结合装置的B-B视图；

图8是本发明一种自动折叠翼无人机副翼分离状态安全装置的局部视图；

图9是本发明一种自动折叠翼无人机副翼分离运动的原理图；

图10是本发明一种自动折叠翼无人机副翼折叠运动的原理图；

图11是本发明一种自动折叠翼无人机自动折叠装置1的三维图；

图12是本发明一种自动折叠翼无人机自动折叠装置1的俯视图；

图13是本发明一种自动折叠翼无人机自动折叠装置1主视图的局部视图；

图14是本发明一种自动折叠翼无人机自动折叠装置1的A-A视图。

具体实施方式

结合附图1-14说明本发明的内容与操作。

本发明一种自动折叠翼无人机，包括自动折叠装置1、机身2、左副翼3、右副翼4、左尾翼5和右尾翼6。机身2是整个自动折叠翼无人机的主体部分。自动折叠装置1布置在机身2内部的前方。左副翼3、右副翼4左右对称布置在自动折叠装置1的左侧和右侧。左尾翼5和右尾翼6左右对称布置在机身2的尾部。

自动折叠装置1是左右对称的，这里以右副翼4的自动折叠装置为例对自动折叠装置1进行说明。自动折叠装置1包括安装板1-1、第一减速电机1-2、联轴器1-3、直线导轨1-4、滑台1-5、第二减速电机1-6、第一锥齿轮1-7、第二锥齿轮1-8、主动轴1-9、中心轮1-10、行星架1-11、从动轴1-12、行星轮1-13、第三锥齿轮1-14、第四锥齿轮1-15和副翼销轴1-16。自动折叠装置1中安装板1-1、第一减速电机1-2、联轴器1-3和直线导轨1-4组成副翼分离机构；滑台1-5、第二减速电机1-6、第一锥齿轮1-7、第二锥齿轮1-8、主动轴1-9、中心轮1-10、行星架1-11、从动轴1-12、行星轮1-13、第三锥齿轮1-14、第四锥齿轮1-15和副翼销轴1-16组成副翼折叠机构。

安装板1-1是自动折叠装置1的底座，通过螺钉固定在机身2的内部。第一减速电机1-2与安装板1-1通过电机座用螺纹连接固定到安装板1-1的中间，第一减速电机1-2的减速器是左右双轴同步旋转输出，减速器的左输出轴连接左副翼3的自动折叠装置部分，减速器的右输出轴连接右副翼4的自动折叠装置部分。第一减速电机1-2的输出轴与直线导轨1-4的丝杠通过联轴器1-3连接并保证同步旋转，直线导轨1-4固定安装在安装板1-1上，滑台1-5通过螺纹连接固定在直线导轨1-4的滑块上。左副翼3的自动折叠装置和右副翼4的自动折叠装置左右对称，但直线导轨1-4的丝杠螺母副旋向相反。第一减速电机1-2减速器的左右输出轴同步旋转，由于左右两侧直线导轨1-4的丝杠螺母副旋向相反，使左右两侧的滑台1-5产生相对和相反的直线运动，实现副翼的分离或结合。

滑台1-5是机翼折叠机构的机架部分，第二减速电机1-6沿机身2的轴线方向固定安装在滑台1-5上，第一锥齿轮1-7固定安装在第二减速电机1-6的输出轴上，第二锥齿轮1-8固定安装在主动轴1-9上，主动轴1-9与第一减速电机1-2的输出轴同向。主动轴1-9两侧通过轴承座固定安装在滑台1-5上。行星架1-11固定安装在主动轴1-9上。中心轮1-10是不完全齿轮、下部是安装座，固定安装在滑台1-5上，主动轴1-9穿过中心轮1-10的内孔。从动轴1-12左端与行星轮1-13固定安装、右端与第三锥齿轮1-14固定安装。从动轴1-12布置在行星架1-11的末端、和主动轴1-9平行。中心轮1-10、行星架1-11和行星轮1-13组成周转轮系。第四锥齿轮1-15固定安装在副翼销轴1-16上，副翼销轴1-16与主动轴1-9的轴线相互垂直。右副翼4上的连接块与副翼销轴1-16固定连接保证同步旋转。行星架1-11与副翼销轴1-16间隙配合连接。主动轴1-9与副翼销轴1-16的转速相同。

通过对本设计方案传动性能和工作空间的考虑，本发明的最佳传动方案是：中心轮1-10和行星轮1-13均选择模数0.5mm、齿数24齿的直齿轮，第三锥齿轮1-14选择模数0.5mm、齿数20齿的锥齿轮，第四锥齿轮1-15选择模数0.5mm、齿数40齿的锥齿轮。第一减速电机1-2和第二减速电机1-6为直流伺服电机。

为了保证无人机工作状态的稳定性，确保无人机副翼结合过程的精确，需要配置安全结合装置。安全结合装置包括套筒2-1、副翼限位开关2-2和副翼固定销4-1。套筒2-1与副翼固定销4-1间隙配合连接，副翼固定销4-1采用胶结的方法固定安装在右副翼4上，副翼限位开关2-2采用胶结的方法固定安装在机身2上。

自动折叠翼无人机自动操作包括折叠和展开两种情况，下面分别说明。

自动折叠翼无人机折叠分为副翼分离和副翼折叠两个步骤，具体工作过程如下:

(1)副翼分离第一减速双输出轴电机1-2开始启动，并通过联轴器连接带动直线导轨1-4上的丝杠转动，直线导轨1-4带动滑台1-5移动，此时左副翼3和右副翼4向远离机身2方向移动，右副翼4上的副翼固定销4-1从机身2上的套筒2-1中拔出，滑台1-5移动到指定位置后第一减速电机1-2停止工作。

(2)副翼折叠这时第二减速电机1-6开始转动并带动第一锥齿轮1-7旋转，第一锥齿轮1-7通过啮合传动带动第二锥齿轮1-8转动，从而带动主动轴1-9和行星架1-11转动，由于行星架1-11、从动轴1-12、行星轮1-13和中心轮1-10构成周转轮系，因此行星轮1-13围绕中心轮1-10公转的同时从动轴1-12自转，从而带动第三锥齿轮1-14旋转，第三锥齿轮1-14通过啮合传动带动第四锥齿轮1-15转动，第四锥齿轮1-15与副翼销轴1-16固定同步转动，由于副翼销轴1-16与右副翼4通过平键连接，所以右副翼4与副翼销轴1-16同步转动，第二减速电机1-6旋转指定角度后停止工作，此时副翼处于折叠状态，左副翼3和右副翼4与机身2侧边平行。

自动折叠翼无人机展开分为副翼展开和副翼结合两个步骤，具体工作过程如下:

(1)副翼展开第二减速电机1-6开始反向转动并带动第一锥齿轮1-7旋转，第一锥齿轮1-7通过啮合传动带动第二锥齿轮1-8转动，从而带动主动轴1-9和行星架1-11转动，由于行星轮1-13围绕中心轮1-10公转的同时从动轴1-12自转，因此行星轮1-13围绕中心轮1-10公转的同时从动轴1-12自转，第三锥齿轮1-14与从动轴1-12同步旋转，第三锥齿轮1-14通过啮合传动带动第四锥齿轮1-15转动，右副翼4与副翼销轴1-16同步转动，第二减速电机1-6转动指定角度后停止工作。

(2)副翼结合第一减速电机开始反向旋转，通过联轴器连接带动直线导轨1-4上的丝杠转动，直线导轨1-4上的螺母丝杠副带动滑台1-5移动，此时左副翼3和右副翼4向靠近机身2的方向移动，右副翼4上的副翼固定销4-1插入机身2上的套筒2-1中，当右副翼4触碰到副翼限位开关2-2时，第一减速电机1-2停止工作，此时自动折叠翼无人机处于完全展开状态。

Claims (4)

1.一种自动折叠翼无人机，所述无人机包括自动折叠装置(1)、机身(2)、左副翼(3)、右副翼(4)、左尾翼(5)和右尾翼(6)，其特征在于，机身(2)是整个自动折叠翼无人机的主体部分，自动折叠装置(1)布置在机身(2)内部的前方，左副翼(3)、右副翼(4)左右对称布置在自动折叠装置(1)的左侧和右侧，左尾翼(5)和右尾翼(6)左右对称布置在机身(2)的尾部，自动折叠装置(1)总体上是左右对称的，自动折叠装置(1)包括安装板(1-1)、第一减速电机(1-2)、联轴器(1-3)、直线导轨(1-4)、滑台(1-5)、第二减速电机(1-6)、第一锥齿轮(1-7)、第二锥齿轮(1-8)、主动轴(1-9)、中心轮(1-10)、行星架(1-11)、从动轴(1-12)、行星轮(1-13)、第三锥齿轮(1-14)、第四锥齿轮(1-15)和副翼销轴(1-16)，自动折叠装置(1)中安装板(1-1)、第一减速电机(1-2)、联轴器(1-3)和直线导轨(1-4)组成副翼分离机构；滑台(1-5)、第二减速电机(1-6)、第一锥齿轮(1-7)、第二锥齿轮(1-8)、主动轴(1-9)、中心轮(1-10)、行星架(1-11)、从动轴(1-12)、行星轮(1-13)、第三锥齿轮(1-14)、第四锥齿轮(1-15)和副翼销轴(1-16)组成副翼折叠机构，安装板(1-1)是自动折叠装置(1)的底座，通过螺钉固定在机身(2)的内部，第一减速电机(1-2)与安装板(1-1)通过电机座用螺纹连接固定到安装板(1-1)的中间，第一减速电机(1-2)的减速器是左右双轴同步旋转输出，减速器的左输出轴连接左副翼(3)的自动折叠装置部分，减速器的右输出轴连接右副翼(4)的自动折叠装置部分，第一减速电机(1-2)的输出轴与直线导轨(1-4)的丝杠通过联轴器(1-3)连接并保证同步旋转，直线导轨(1-4)固定安装在安装板(1-1)上，滑台(1-5)通过螺纹连接固定在直线导轨(1-4)的滑块上，左副翼(3)的自动折叠装置和右副翼(4)的自动折叠装置左右对称，但直线导轨(1-4)的丝杠螺母副旋向相反，第一减速电机(1-2)减速器的左右输出轴同步旋转，由于左右两侧直线导轨(1-4)的丝杠螺母副旋向相反，使左右两侧的滑台(1-5)产生相对和相反的直线运动，实现副翼的分离或结合，滑台(1-5)是机翼折叠机构的机架部分，第二减速电机(1-6)沿机身(2)的轴线方向固定安装在滑台(1-5)上，第一锥齿轮(1-7)固定安装在第二减速电机(1-6)的输出轴上，第二锥齿轮(1-8)固定安装在主动轴(1-9)上，主动轴(1-9)与第一减速电机(1-2)的输出轴同向，主动轴(1-9)两侧通过轴承座固定安装在滑台(1-5)上，行星架(1-11)固定安装在主动轴(1-9)上，中心轮(1-10)是不完全齿轮、下部是安装座，固定安装在滑台(1-5)上，主动轴(1-9)穿过中心轮(1-10)的内孔，从动轴(1-12)左端与行星轮(1-13)固定安装、右端与第三锥齿轮(1-14)固定安装，从动轴(1-12)布置在行星架(1-11)的末端、和主动轴(1-9)平行，中心轮(1-10)、行星架(1-11)和行星轮(1-13)组成周转轮系，第四锥齿轮(1-15)固定安装在副翼销轴(1-16)上，副翼销轴(1-16)与主动轴(1-9)的轴线相互垂直，右副翼(4)上的连接块与副翼销轴(1-16)固定连接保证同步旋转，行星架(1-11)与副翼销轴(1-16)间隙配合连接，主动轴(1-9)与副翼销轴(1-16)的转速相同。

2.根据权利要求1所述的一种自动折叠翼无人机，其特征在于，中心轮(1-10)的齿数z₃、行星轮(1-13)的齿数z₄、第三锥齿轮(1-14)的齿数z₅和第四锥齿轮(1-15)的齿数z₆满足关系式z₆×z₄－z₅×(z₃+z₄)＝0。

3.根据权利要求1所述的一种自动折叠翼无人机，其特征在于，中心轮(1-10)和行星轮(1-13)均选择模数0.5mm、齿数24齿的直齿轮，第三锥齿轮(1-14)选择模数0.5mm、齿数20齿的锥齿轮，第四锥齿轮(1-15)选择模数0.5mm、齿数40齿的锥齿轮。

4.根据权利要求1所述的一种自动折叠翼无人机，其特征在于，第一减速电机(1-2)和第二减速电机(1-6)为直流伺服电机。

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