CN111762316A - 倾转旋翼无人机倾转部件、可倾转旋翼无人机及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种倾转旋翼无人机倾转部件，其包括：螺旋桨，所述螺旋桨通过螺旋桨固定螺丝与直流无刷电机连接；电机底座，所述直流无刷电机通过电机底座固定螺丝设于电机底座；舵机，所述舵机通过舵机固定螺丝固定于舵机盘上；倾转底座，舵机盘、电机底座与倾转底座连接，所述倾转底座通过倾转底座固定螺丝与机翼连接；其中，所述螺旋桨通过舵机控制直流无刷电机驱动下，在第一旋转平面与第二旋转平面切换，其中，所述第一旋转平面与第二旋转平面垂直。此外，本发明还公开了一种可倾转旋翼无人机，其包括上述的倾转旋翼无人机倾转部件。另外，本发明还公开了上述的可倾转旋翼无人机的使用方法。

Description

倾转旋翼无人机倾转部件、可倾转旋翼无人机及使用方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种可倾转旋翼无人机倾转部件、包括该倾转部件的无人机以及使用方法。
背景技术
如何找到一种既能垂直起降又具备较长续航时间的无人机，这一直是无人机市场的痛点问题，也是人们一直在思考的问题。在该需求的推动下，人们从动力、结构、飞行器布局等方面提出了很多方案。首先在动力方面，国内外均提出了油动多旋翼或是油电混合多旋翼的概念，通过汽油发动机直驱旋翼或是通过发电机将汽油化学能转换为电能提供给旋翼进而提升多旋翼无人机续航时间；其次在结构方面，有人提出在多旋翼机体外部增加流线型外型，使其在向前飞行过程中起到增升减阻的作用，但实际效果并不太显著。
而在飞行器布局方面，国内外研究人员均提出大量兼具垂直起降能力与长续航能力的设计方案。其中包括倾转旋翼无人机、尾座式无人机、复合式无人机以及涵道式无人机等。四者既有相同点又有不同点，相同点是四者综合了固定翼长续航能力与旋翼无人机垂直起降能力的优点，不同点则是其实现方式不一致，倾转旋翼无人机是通过将旋翼轴线倾转 90°为固定翼提供动力来实现飞行状态的改变；尾座式无人机通过改变飞行器的飞行姿态来实现飞行状态的改变；复合式无人机以及涵道式无人机均是通过操纵不同的执行机构来实现飞行模态的改变。
例如：公开号为：CN109573006A，公开日为2019年4月5日，名称为“一种倾转旋翼无人机及其机翼组件”的中国专利文献公开了一种倾转无人机。在该专利文献所公开的技术方案中，其采用对起落架结构的改进来解决旋转翼倾斜角角度的问题。
基于此，期望获得一种可倾转旋翼无人机，其可以解决目前固定翼无人机无法垂直起降的问题和多旋翼无人机续航短的问题，从而实现既能垂直起降，又能长距离飞行。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种倾转旋翼无人机倾转部件、可倾转旋翼无人机及其使用方法，以解决现有的倾转旋翼无人机倾转部件的倾转效率差、倾转速度慢以及难加工的问题。
为了实现上述目的，本发明提出了一种倾转旋翼无人机倾转部件，其包括：
螺旋桨，所述螺旋桨通过螺旋桨固定螺丝与直流无刷电机连接；
电机底座，所述直流无刷电机通过电机底座固定螺丝设于电机底座；
舵机，所述舵机通过舵机固定螺丝固定于舵机盘上；
倾转底座，所述舵机盘、电机底座与倾转底座连接，所述倾转底座通过倾转底座固定螺丝与机翼连接；
所述螺旋桨通过舵机控制直流无刷电机驱动下，在第一旋转平面与第二旋转平面切换，其中，所述第一旋转平面与第二旋转平面垂直。
在本发明所述的技术方案中，倾转旋翼无人机倾转部件通过螺旋桨与直流无刷电机相连，直流无刷电机与电机底座相连，电机座底座与两个舵机盘相连，舵机盘与舵机连接，以通过驱动舵机实现螺旋桨的倾转。
优选地，在本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件中，所述倾转底座沿其轴向方向一端连接电机底座以及舵机盘，另一端设有方形空心铝管安装口，以安装方形空心铝管。
优选地，在本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件中，第一旋转平面为水平平面，所述第二旋转平面为垂直于水平平面的垂直平面。
优选地，在本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件中，所述舵机使用的是RDS3115双轴数码舵机，且通过两颗舵机固定螺丝对其进行限位固定。
优选地，在本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件中，舵机盘与电机底座直接相连。
优选地，在本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件中，直流无刷电机采用的是规格为3508的直流无刷电机，螺旋桨采用的是15寸螺旋桨。
优选地，在本发明所述的可倾转旋翼无人机倾转部件中，倾转底座采用 3D打印制得。
优选地，在本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件中，倾转底座尾部预留了M5螺丝孔，可用于固定20×20方形空心铝管。
优选地，舵机选用双轴数码舵机。
优选地，倾转底座与倾转旋翼无人机使用方形空心铝管，并且使用M5 螺丝进行固定。
优选地，直流无刷电机与螺旋桨使用两颗M3平头螺丝相连。
优选地，直流无刷电机与电机底座使四颗M3平头螺丝相连。
优选地，电机底座与舵机盘使用四颗M3平头螺丝相连。
优选地，当所述可倾转旋翼无人机进行飞行模式时，双轴数码舵机收到飞行控制器发来的双轴模式信号，双轴数码舵机的两个轴以顺时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面水平；
当所述可倾转旋翼无人机进行双轴模式时，双轴数码舵机收到固定翼模式信号时，双轴数码舵机的两个轴以逆时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面垂直。
此外，本发明还提出了一种使用上述的可倾转旋翼无人机的使用方法，其包括步骤如下：
在无人机需要起飞时，螺旋桨在舵机的驱动下，倾转至与地面水平的方向，电机驱动螺旋桨转动，产生向下的升力，推动无人机起飞；
在无人机高速前进时，螺旋桨在舵机的驱动下，倾转至与地面垂直的方向，电机驱动螺旋桨转动，产生向前的推力，无人机开始高速向前飞行。
在本发明所述的技术方案中，舵机采用的是双轴数码舵机，并且直接与螺旋桨相连，中间不经过任何机械结构，这样的倾转结构加工简单，容易制造，可减少传统的机械结构带来的较多的空位，提高了无人机控制的精准度，减少无人机的事故率。
相较于现有技术，本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件、可倾转旋翼无人机及其使用方法具有如下所述的优点以及有益效果：
螺旋桨在舵机驱动下，能够自由的从水平模式切换到垂直模式，使无人机可以实现能够像多旋翼无人机那样垂直起飞、降落和悬停，同时又能像固定翼一样长时间高速飞行；在无人机起飞和降落时，旋翼在舵机的驱动下，倾转至与地面水平的方向，螺旋桨产生向上的升力，使无人机起飞；在无人机高速前进时，旋翼在舵机的驱动下，倾转至与地面垂直的方向，电机驱动螺旋桨转动，产生向前的推力，使无人机开始高速向前飞行。实现了无人机的垂直起降、空中悬停、长距离飞行、模块化设计、操作简单且可靠性显著提高。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件在一种实施方式的立体结构示意图；
图2为本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件一种实施方式中的前面结构示意图；
图3为本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件在一种实施方式的后面结构示意图；
图4为本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件在一种实施方式的另一工作工位下的结构示意图；
图5为本发明所述的倾转旋翼无人机倾转部件一种实施方式的底部剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
参考图1至图5所示，在本实施例中，倾转旋翼无人机倾转部件包括：螺旋桨1，螺旋桨固定螺丝2，直流无刷电机3，电机底座4，倾转底座5，倾转底座固定螺丝孔6，电机底座固定螺丝7，舵机盘8，电机固定螺丝9，舵机固定螺丝10，舵机11以及方形空心铝管安装口12。
其中，螺旋桨1与直流无刷电机3相连，直流无刷电机3与电机底座 4相连，电机底座4与两个舵机盘8相连，舵机盘8与舵机11连接进而可以通过驱动舵机实现螺旋桨的倾转。
如图4和图5所示，并在必要时参考图1至图3可以看出，本实施例中，还提出了一种倾转旋翼无人机的使用方法，其包括步骤如下：
在无人机起飞时，舵机11驱动与其相连接的直流无刷电机3进行倾转，使得直流无刷电机3上方的连接螺旋桨1倾转至与地面水平(如图 1所示)，这时直流无刷电机3开始加速旋转，螺旋桨1产生向下的升力，当直流无刷电机转速达到一定数值时，螺旋桨1向下的升力大于无人机自身的重力，无人机开始起飞。
在无人机高速向前飞行时，舵机11驱动与其相连接的直流无刷电机 3进行倾转，使得直流无刷电机3上方的连接螺旋桨1倾转至与地面垂直(如图4所示)，这时螺旋桨1产生水平向前的推力，使无人机高速飞行。
在无人机降落时，舵机11驱动与其相连接的直流无刷电机3进行倾转，使得直流无刷电机3上方的连接螺旋桨1与倾转至与地面水平(如图1所示)，这时直流无刷电机3开始减速，螺旋桨1升力变小，当螺旋桨1向下的升力小于无人机自身的重力，无人机开始降落。
实施例2
在本实施例中，可倾转旋翼无人机包括机身以及机翼，其中，机身沿轴向方向上，其一端为机头，另一端为机尾，机尾上设有尾翼；而机翼成对设于机身的两侧，沿机翼延展方向远离机身端设有倾转部件。
所述倾转部件的结构可以参考图1至图5所示的倾转旋翼无人机倾转部件。
其中，当倾转部件处于第一工位(此时的结构参考图1所示)时，电机机组驱动电机工作，以使得螺旋在第一旋转平面旋转，所述第一旋转平面与机翼所在平面平行；
当倾转部件处于第二工位(此时的结构参考图4所示)时，电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨在第二旋转平面旋转，所述第二旋转平面与机翼所在平面垂直。
当所述可倾转旋翼无人机进行飞行模式时，双轴数码舵机收到飞行控制器发来的双轴模式信号，双轴数码舵机的两个轴以顺时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面水平；
当所述可倾转旋翼无人机进行双轴模式时，双轴数码舵机收到固定翼模式信号时，双轴数码舵机的两个轴以逆时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面垂直。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种倾转旋翼无人机倾转部件，其特征在于，包括：
螺旋桨(1)，所述螺旋桨(1)通过螺旋桨固定螺丝(2)与直流无刷电机(3)连接；
电机底座(4)，所述直流无刷电机(3)通过电机底座固定螺丝(7)设于电机底座(4)；
舵机(11)，所述舵机(11)通过舵机固定螺丝(10)固定于舵机盘(8)上；
倾转底座(5)，所述舵机盘(5)、电机底座(4)与倾转底座(5)连接，所述倾转底座(5)通过倾转底座固定螺丝(6)与机翼两端延长的方形空心铝管连接；
所述螺旋桨(1)通过舵机(11)控制直流无刷电机(3)驱动下，在第一旋转平面与第二旋转平面切换，其中，所述第一旋转平面与第二旋转平面垂直。
2.根据权利要求1所述的倾转旋翼无人机倾转部件，其特征在于，所述倾转底座(5)沿其轴向方向一端连接电机底座(4)以及舵机盘(8)，另一端设有方形空心铝管安装口(12)，以安装方形空心铝管。
3.根据权利要求1所述的倾转旋翼无人机倾转部件，其特征在于，第一旋转平面为水平平面，所述第二旋转平面为垂直于水平平面的垂直平面。
4.根据权利要求1所述的倾转旋翼无人机倾转部件，其特征在于，所述舵机(11)使用的是RDS3115双轴数码舵机，且通过两颗舵机固定螺丝(10)对其进行限位固定。
5.根据权利要求1所述的倾转旋翼无人机倾转部件，其特征在于，舵机盘(8)与电机底座(4)直接相连。
6.根据权利要求1所述的倾转旋翼无人机倾转部件，其特征在于，直流无刷电机(3)采用的是规格为3508的直流无刷电机，螺旋桨(1)采用的是15寸螺旋桨。
7.根据权利要求1所述的可倾转旋翼无人机倾转部件，其特征在于，倾转底座(5)采用3D打印制得；
倾转底座(5)尾部预留了M5螺丝孔，用于固定20×20方形空心铝管。
8.一种可倾转旋翼无人机，其特征在于，所述倾转旋翼无人机包括如权利要求1-7中任意一项所述的倾转旋翼无人机倾转部件。
9.根据权利要求8所述的可倾转旋翼无人机，其特征在于，当所述可倾转旋翼无人机进行飞行模式时，双轴数码舵机收到飞行控制器发来的双轴模式信号，双轴数码舵机的两个轴以顺时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面水平；
当所述可倾转旋翼无人机进行双轴模式时，双轴数码舵机收到固定翼模式信号时，双轴数码舵机的两个轴以逆时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面垂直。
10.一种使用如权利要求8或9所述的可倾转旋翼无人机的使用方法，其特征在于，包括步骤如下：
在无人机需要起飞时，螺旋桨(1)在舵机(11)的驱动下，倾转至与地面水平的方向，电机驱动螺旋桨转动，产生向下的升力，推动无人机起飞；
在无人机高速前进时，螺旋桨(1)在舵机(11)的驱动下，倾转至与地面垂直的方向，电机驱动螺旋桨(1)转动，产生向前的推力，无人机开始高速向前飞行。
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CN112937852A (zh) * 2021-02-08 2021-06-11 西安电子科技大学 一种垂直起降无人机动力部分结构及工作方法
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