CN112441214B - 一种自动收放式无人机机臂组件及其无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动收放式无人机机臂组件及其无人机，涉及无人机设计技术领域，能够实现机臂螺旋桨的收放，提高四旋翼无人机在狭小空间的通行能力；该机臂组件包括：一个多级传动系统，为机臂收放机构提供动力；若干机臂收放机构，将动力传递给螺旋桨并控制其实现收放动作；多级传动系统包括驱动电机、锥齿轮、蜗轮蜗杆和若干齿轮；驱动电机通过锥齿轮与蜗轮蜗杆连接，蜗轮蜗杆的一侧或两侧与齿轮啮合；机臂收放机构包括齿型皮带、机臂、螺旋桨驱动电机和所述螺旋桨；齿型皮带分别与机臂的一端以及齿轮连接；机臂的另一端与螺旋桨驱动电机连接，螺旋桨驱动电机与螺旋桨连接。本发明提供的技术方案适用于无人机飞行过程中。

Description

一种自动收放式无人机机臂组件及其无人机

【技术领域】

本发明涉及无人机设计技术领域，尤其涉及一种自动收放式无人机机臂组件及其无人机。

【背景技术】

小型无人机具有高可靠性和安全性的特点，因此广泛应用于目标侦察、目标检测等各个领域。目前的无人机多采用四旋翼结构，传统四旋翼无人机由于其旋翼与机身无法进行相对运动，在通过城市楼房密集区域或狭小空间时具有明显的空间局限性。例如在飞行时需要考虑飞行空间是否足够，空间狭小时还需考虑其它飞行路线，从而增加了飞行成本与飞行时间，严重时甚至无法完成飞行任务。这就为无人机的使用造成了不便。

因此，有必要研究一种自动收放式无人机机臂组件及其无人机来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种自动收放式无人机机臂组件及其无人机，能够实现机臂螺旋桨的收放，提高四旋翼无人机在狭小空间的通行能力。

一方面，本发明提供一种自动收放式无人机机臂组件，其特征在于，所述机臂组件包括：

一个多级传动系统，为机臂收放机构提供动力；

若干机臂收放机构，将所述多级传动系统的动力传递给螺旋桨并控制螺旋桨实现收放动作。所述收放动作具体为通过调整左右两侧螺旋桨的距离实现机臂组件整体宽度的调整。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述多级传动系统包括驱动电机、锥齿轮、蜗轮蜗杆和若干齿轮；所述驱动电机通过所述锥齿轮与所述蜗轮蜗杆连接，驱动所述蜗轮蜗杆转动，所述蜗杆涡轮的一侧或两侧与所述齿轮啮合。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述蜗轮蜗杆的数量可以是一个也可以是两个，若为一个，则蜗轮蜗杆的两端分别设有螺纹，若为两个，则分别驱动无人机两侧的机臂。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述机臂收放机构包括齿型皮带和机臂安装座，所述机臂安装座可旋转地设于机架上，所述齿型皮带连接所述齿轮和所述机臂安装座；所述机臂安装座与机臂的一端固定连接，所述机臂的另一端与螺旋桨驱动电机固定连接；所述螺旋桨驱动电机与所述螺旋桨连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，处于无人机同一端的所述螺旋桨的设置高度不同，防止相邻螺旋桨靠近时相互干扰。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述驱动电机固定在机架上。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述机臂收放机构的数量为4组，两两设于所述多级传动系统的前方和后方。4组所述机臂收放机构的收放同时同步进行，以便保持无人机飞行平衡。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据实际距离所述齿轮的使用数量可调，两个以上齿轮依次啮合后再与所述齿型皮带连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述机架通过外延连接件与所述机臂安装座连接。

另一方面，本发明提供一种无人机，其特征在于，所述无人机包括如上任一所述的机臂组件、机架和机身，所述机架设于所述机身内部，所述机身上设有若干供所述机臂组件安装的过孔。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述机身的底部设有三个以上起降轮。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：无人机上的4个机臂可以实现同时收放，使无人机飞行器平台具有正常飞行和穿越狭缝的模式，提高四旋翼无人机穿越狭缝的能力。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的无人机机臂结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的无人机机臂组装结构示意图；

图3是本发明一个实施例提供的无人机机臂收放机构示意图；

图4是本发明一个实施例提供的无人机机臂多级传动机构示意图；

图5是本发明一个实施例提供的无人机机架结构示意图；

图6是本发明一个实施例提供的无人机立体示意图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明提供一种机臂组件，如图1-2所示，包括：机臂收放机构10和多级传动系统20。通过调整无人机同一端的两个旋翼之间的水平距离实现机臂组件折叠收放。

本发明的工作原理在于：通过多级传动系统20带动齿轮204转动，从而驱动机臂收放机构10中的齿型皮带105、实现转轴转动，使机臂103带动螺旋桨驱动电机102与螺旋桨101转动。机臂组件动力传动由驱动电机201、锥齿轮202及蜗轮蜗杆203传动实现。通过双头蜗轮蜗杆203转动实现四旋翼的同步转动。根据本发明实施例的第二方面，提供了一种无人机，包括：一种无人机机臂组件包括机臂收放机构10及多级传动系统20，机臂组件安装在机架30上，起降轮40安装在机架30的前端底部。所述机臂组件固定于机架30主体。该无人机具有正常飞行、穿越狭缝和地面运动形态三种模态：在正常飞行模态时机臂展开，在穿越狭缝模态时机臂收起(收起时，螺旋桨保持旋转，提供飞行所需升力)，在地面运动模态时通过轮式起降装置(即起降轮40)前进。

图2展示了机臂组件与机架连接的主体结构，此状态为机臂组件收起时结构，即该无人机处于穿越狭缝模态，无人机同一端(即前方或后方)的两个螺旋桨相互靠近，俯视时螺旋桨呈部分重叠。其中，10为机臂组件收放机构，20为机臂组件多级传动机构，该机臂组件固定连接于机架30，起降轮40为无人机起降装置的部分结构，无人机通过该起降装置进行起降及地面运动。

如图3、图4所示，该机臂组件由多级传动系统20和机臂收放机构10构成，主要由动力系统和传动系统组成。动力系统由直流电机201和闭环控制系统组成，传动系统由螺旋桨101、螺旋桨驱动电机102、机臂103、机臂安装座104、齿型皮带105、两个锥齿轮202、蜗轮蜗杆203、齿轮204组成，齿轮204为直齿轮。

机构以直流驱动电机201为动力源，驱动锥齿轮202转动，锥齿轮带动蜗轮蜗杆203将动力传输给同步齿轮，齿轮204带动齿型皮带105，从而带动机臂103、螺旋桨驱动电机102、螺旋桨101竖向转动，实现四个机臂收放机构实现同步收放。机臂安装座104和驱动电机201固定于机架30上。考虑到相邻螺旋桨在工作时可能存在的干涉问题，将相邻螺旋桨的设置高度设置为不同的，即相邻两个螺旋桨(比如前排两个螺旋桨)的翅叶部分叠置，两个螺旋桨在各自的高度进行旋转工作，从而互不影响。

该传动机构参数如下：

该传动部分总质量：30g

输入端参数要求：

1)输入扭矩：86.6mN.m

2)输入转速：7840r/min(可控，蜗杆涡轮转速控为600r/min)

3)输入功率：60W

输出端参数要求：

1)输出扭矩：5-80mN.m

2)输出转速：60-80r/min

经过计算,传动部分符合设计要求。

也可以采用调整旋翼与机身相对角度的方式实现整体宽度的调整，此时，多级传动系统20的结构不变，机臂103与机臂安装座之间需追加一个换向器件，比如竖向设置或按一定角度设置的齿轮。

图5为固定驱动电机201及机臂安装座104的机架30立体示意图，如图5所示，机架30包括间隔设置的上板301和下板302。

为保证该无人机的结构稳定性，本发明机臂组件沿机身轴线方向对称。

为保证该无人机的飞行稳定性，本发明采取四个机臂同步收放方式工作。

图6为本发明无人机立体示意图，如图6所示，该无人机使用本发明的机臂结构，通过折叠机臂的方式提高通过狭窄区域的能力。具体地，该无人机采用4轴多旋翼构型，具有自主展开与收缩能力。4个机臂组件可向机身中线折叠，满足无人机穿越狭缝的要求。

该无人机具有正常飞行、穿越狭缝和地面运动形态三种模态。该无人机在正常飞行模态时机臂展开，在穿越狭缝模态时机臂收起，在地面运动模态时通过轮式起降装置前进。

本发明通过机臂组件旋转旋翼，使无人机具有通过狭小区域的能力。以实施例为参考，本发明可使现有无人机旋翼宽度减少27.1％。

以上对本申请实施例所提供的一种自动收放式无人机机臂组件及其无人机，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (5)

1.一种自动收放式无人机机臂组件，其特征在于，所述机臂组件包括：

一个多级传动系统，为机臂收放机构提供动力；

若干机臂收放机构，将所述多级传动系统的动力传递给螺旋桨并控制螺旋桨实现收放动作；

所述多级传动系统包括驱动电机、锥齿轮、蜗轮蜗杆和若干齿轮；所述驱动电机通过所述锥齿轮与所述蜗轮蜗杆连接，驱动所述蜗轮蜗杆转动，所述蜗轮蜗杆的一侧或两侧与所述齿轮啮合；

所述机臂收放机构包括齿型皮带和机臂安装座，所述机臂安装座可旋转地设于机架上，所述齿型皮带连接所述齿轮和所述机臂安装座；所述机臂安装座与机臂的一端连接，所述机臂的另一端与螺旋桨驱动电机连接；所述螺旋桨驱动电机与所述螺旋桨连接；所述机架通过外延连接件与所述机臂安装座连接；

所述驱动电机固定在机架上；

所述机臂收放机构的数量为4组，两两分设于所述多级传动系统的前方和后方；

驱动电机驱动锥齿轮转动，锥齿轮带动蜗轮蜗杆将动力传输给齿轮，齿轮带动齿型皮带，从而带动机臂、螺旋桨驱动电机、螺旋桨竖向转动，实现四个机臂收放机构实现同步收放。

2.根据权利要求1所述的自动收放式无人机机臂组件，其特征在于，同端不同侧的所述螺旋桨的设置高度不同，以防止螺旋桨靠近时相互干扰。

3.根据权利要求1所述的自动收放式无人机机臂组件，其特征在于，根据实际距离所述齿轮的使用数量可调，两个以上齿轮依次啮合后再与所述齿型皮带连接。

4.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括如权利要求1-3任一所述的机臂组件、机架和机身，所述机架设于所述机身内部，所述机身上设有若干供所述机臂组件安装的过孔。

5.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述机身的底部设有三个以上起降轮。

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