CN112093044A - 一种垂直起降固定翼无人机的可变轴距式动力臂 - Google Patents

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叶霞
姚红兵
王旭梅
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    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts

Abstract

本发明提供了一种垂直起降固定翼无人机的可变轴距式动力臂，属于无人机技术领域；动力臂包括主臂和副臂，主臂内对称设有两个驱动电机，驱动电机均与丝杆连接，丝杆上安装有副臂，根据负载变化，副臂可在丝杆上做线性运动，实现动力臂轴距的调整，从而调整无人机重心位置，提高无人机飞行的稳定性和安全性，结构简单，操作方便；主臂和副臂上均设有限位槽，安装在主臂上的基座以及安装在副臂上的旋翼臂内壁均设有与限位槽相配合的凸起，能够有效防止主臂与基座、副臂与旋翼臂产生周向运动，进一步增强整个动力臂结构的稳定性。

Description

一种垂直起降固定翼无人机的可变轴距式动力臂
技术领域
本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种垂直起降固定翼无人机的可变轴距式动力臂。
背景技术
由于倾转垂直起降无人机可以垂直起降而无需跑道，并具有空中悬停及高速巡航等优点，所以在军用以及民用方面具有广泛的应用前景。现有的小型倾转垂直起降无人机主要分为固定翼无人机和旋翼无人机，传统的垂直起降固定翼无人机的动力臂由固定轴距的旋翼部分和水平部分组成，两部分协同工作实现无人机的垂直起降，但是，旋翼部分采用固定轴距结构，此种无人机在加装负载后会导致无人机重心位置产生较大变化，影响无人机飞行性能以及安全性能，不利于工作效率的提高。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种垂直起降固定翼无人机的可变轴距式动力臂，包括主臂和副臂，在驱动电机与丝杆的配合下可以实现副臂的伸缩运动，在加装负载后能够实现对无人机重心位置的调整，保证飞行的稳定性和安全性。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种垂直起降固定翼无人机的可变轴距式动力臂，包括主臂，主臂内对称安装有两个驱动电机，驱动电机输出轴均与丝杆连接，丝杆上安装有副臂，副臂可在丝杆上做线性运动。
进一步地，所述主臂两端对称安装有基座，用于将动力臂安装在无人机机翼下端。
进一步地，所述主臂两端的副臂上对称安装有旋翼臂，旋翼臂顶部安装有电机座，电机座上安装有旋翼电机，旋翼电机输出轴与无人机旋翼连接；旋翼电机与控制系统信号连接。
进一步地，所述主臂和副臂的外壁均设有限位槽，基座和旋翼臂内壁均设有与限位槽相匹配的凸起。
进一步地，所述主臂长度为500～650mm，直径为50～60mm；副臂长度为300～450mm，直径为40～50mm。
进一步地，所述驱动电机为12v减速电机，转速范围为0～45r/min。
进一步地，所述无人机加装的负载重量范围为6～15kg。
进一步地，所述无人机机体内设有陀螺仪，陀螺仪与控制系统信号连接。
进一步地，所述驱动电机与无人机机体内控制系统信号连接。
本发明具有如下有益效果：
与现有技术相比，本发明针对现有的小型倾转垂直起降无人机设计了一种轴距可变的动力臂结构，使得无人机能够根据负载变化实时调整重心位置，提高无人机飞行的稳定性和安全性；由驱动电机和丝杆相配合实现副臂的伸缩运动，进而实现轴距的改变，整个动力臂结构简单，操作方便；主臂和副臂上均设有限位槽，基座和旋翼臂内壁均设有与限位槽相配合的凸起，能够有效防止主臂与基座、副臂与旋翼臂产生周向运动，进一步增强整个动力臂结构的稳定性；实际使用时，动力臂通过基座安装在无人机机翼下端，通过旋翼臂上的电机座安装无人机飞行所需的旋翼，安装简单，拆卸也很方便。
附图说明
图1为本发明所述动力臂结构示意图；
图2为本发明所述动力臂伸缩状态示意图；
图3为本发明所述无人机俯视图；
图4为本发明所述旋翼臂结构示意图；
图5为本发明所述基座结构示意图；
图6为本发明所述重心调节支架结构示意图。
图中：1-动力臂；11-主臂；12-副臂；13-丝杆；14-驱动电机；15-限位槽；2-基座；3-旋翼臂；4-电机座；5-凸起；6-旋翼；7-机体；8-机翼；9-横杆；10-吊杆。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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元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；术语“安装”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、2、3所示，一种垂直起降固定翼无人机的可变轴距式动力臂1包括主臂11、副臂12、丝杆13、驱动电机14；主臂11两端对称安装有基座2，基座2顶部的矩形固定板两端对称设有多个安装孔，用于将动力臂1可拆卸安装在无人机机翼8下端，且保证动力臂1与机体7轴线平行；主臂11内对称设有两个驱动电机14，驱动电机14输出轴均通过联轴器与丝杆13连接，丝杆13上安装有副臂12，副臂12内壁设有与丝杆13相配合的内螺纹，副臂12可在丝杆13上做线性运动；主臂11两端的副臂12上对称安装有旋翼臂3，旋翼臂3顶部安装有电机座4，本实施例中电机座4优选为压紧式固定抱座，用于安装旋翼电机，旋翼电机输出轴连接无人机的旋翼6；驱动电机14、旋翼电机均与机体7内部的控制系统信号连接，机体7内部还设有与控制系统信号连接的陀螺仪，用于检测无人机俯仰角数据；如图1、4、5所示，主臂11以及副臂12的外壁两侧均设有限位槽15，且基座2以及旋翼臂3的内壁两侧均设有与限位槽15相匹配的凸起5，防止主臂11与基座2、副臂12与旋翼臂3之间产生周向运动，增强整个动力臂1的稳定性。
主臂11长度为500～650mm，直径为50～60mm；副臂12长度为300～450mm，直径为40～50mm；丝杆13螺距为5～10mm；驱动电机14为12v减速电机，转速范围为0～45r/min。
本实施例中，优选地，主臂11长度为600mm，直径为50mm；副臂12长度为450mm，直径为40mm；丝杆13螺距为10mm；驱动电机14的转速为30r/min。本实施例中的无人机加装的负载重量范围为6～15kg。
在实际应用中，加装负载后，需要将无人机调节至平衡状态再起飞，采用如图6所示的重心调节支架来辅助无人机调节平衡；重心调节支架为梯形结构，支架顶部横杆9上设有滑槽，滑槽内设有两个滑块，滑块分别连接尺寸相同的吊杆10；使用时，向无人机中加装负载后，移动吊杆10的位置，将吊杆10对称地可拆卸安装在无人机机翼8前缘靠近翼尖方向
Figure BDA0002639523230000031
点处，保证无人机悬空，吊杆10与地面垂直；无人机机体内的陀螺仪检测无人机的俯仰角数据并传递给控制系统，当俯仰角为负时，控制系统控制驱动电机14工作，从而带动丝杆13旋转，使得两副臂12均向着机尾方向运动，当俯仰角为正时，控制系统控制驱动电机14工作，带动丝杆13反方向旋转，使得两副臂12均向着机头方向运动；控制系统根据陀螺仪检测结果实时调节动力臂1状态直至无人机达到平衡，将无人机从支架上拆卸下来，准备飞行。
控制系统控制旋翼电机工作，从而带动旋翼6工作，实现无人机的垂直起飞，在飞行过程中，陀螺仪实时检测飞机俯仰角数据并传递给控制系统，由控制系统继续对动力臂1进行实时调节以保证无人机的平衡，实现安全稳定地飞行；到达目的地后，控制系统控制旋翼电机停止工作，实现无人机的垂直降落，无人机降落后，控制系统控制驱动电机14停止工作，副臂12停止在丝杆13上做线性运动。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种垂直起降固定翼无人机的可变轴距式动力臂，其特征在于，包括主臂(11)，主臂(11)内对称安装有两个驱动电机(14)，驱动电机(14)输出轴均与丝杆(13)连接，丝杆(13)上安装有副臂(12)，副臂(12)可在丝杆(13)上做线性运动。
2.根据权利要求1所述的可变轴距式动力臂，其特征在于，所述主臂(11)两端对称安装有基座(2)，用于将动力臂(1)安装在无人机机翼(8)下端。
3.根据权利要求2所述的可变轴距式动力臂，其特征在于，所述主臂(11)两端的副臂(12)上对称安装有旋翼臂(3)，旋翼臂(3)顶部安装有电机座(4)，电机座(4)上安装有旋翼电机，旋翼电机输出轴与无人机旋翼(6)连接；旋翼电机与控制系统信号连接。
4.根据权利要求3所述的可变轴距式动力臂，其特征在于，所述主臂(11)和副臂(12)的外壁均设有限位槽(15)，基座(2)和旋翼臂(3)内壁均设有与限位槽(15)相匹配的凸起(5)。
5.根据权利要求1所述的可变轴距式动力臂，其特征在于，所述主臂(11)长度为500～650mm，直径为50～60mm；副臂(12)长度为300～450mm，直径为40～50mm。
6.根据权利要求1所述的可变轴距式动力臂，其特征在于，所述驱动电机(14)为12v减速电机，转速范围为0～45r/min。
7.根据权利要求1所述的可变轴距式动力臂，其特征在于，所述无人机加装的负载重量范围为6～15kg。
8.根据权利要求1所述的可变轴距式动力臂，其特征在于，所述无人机机体(7)内设有陀螺仪，陀螺仪与控制系统信号连接。
9.根据权利要求1所述的可变轴距式动力臂，其特征在于，所述驱动电机(14)与无人机机体(7)内控制系统信号连接。
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