CN113104213B - 一种模块化可变形无人机的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化可变形无人机的结构。本发明无人机结构由多个单旋翼模块拼接组成，所述单旋翼模块包括：长方体主体、连接板、限位杆、电机座滑轨和电机座；其中，长方体主体、连接板、限位杆、电机座滑轨及电机座呈“弓”型布局，通过移动电机座的位置，实现结构的变形。变形结构使其既可拼装出传统构型无人机，也可附着在载荷上构成特殊构型无人机，因而满足多样化的任务需求，提高了无人机的灵活机动性能和冗余度。一旦某一单旋翼模块损坏，可以实现即拆即装，快速更换和复飞。

Description

一种模块化可变形无人机的结构

技术领域

本发明涉及无人机结构设计技术领域，具体涉及一种模块化可变形无人机的结构。

背景技术

传统的多旋翼无人机的结构多为机身一体化设计，体积较大不易于携带，功能单一，且一旦损坏不易修复。

专利CN205396516U公开了一种无人机折叠与快速安装结构，包括主翼、燕尾榫型转台、机身、机翼折叠部分、主转轴、合页；燕尾榫型转台的上表面与主翼的下表面呈90°连接，燕尾榫型转台和机身通过主转轴相连，主转轴的中间设有通孔，主翼位于机身上方，机翼折叠部分位于主翼上方并通过合页连接，机翼折叠部分与主翼平行，机翼折叠部分的折叠处两侧分别设有弹销卡扣和弹销以及前缘定位销和前缘定位孔，弹销卡扣和弹销以及前缘定位销和前缘定位孔用于机翼折叠部分向外翻转180°时的相互扣接并完成自锁。其能够将机翼快速旋转，折叠并稳固固定在无人机机体指定位置。但上述研究仍限于便捷的折叠收纳，没有实现模块化的安装和拆卸效果。

专利CN206171808U公开了一种模块化无人机，包括电池模块、机架模块、中央控制模块、飞控模块以及动力模块，通过接插件连接各个主要模块，插接件同时实现数据传输和结构连接的功能，从而实现方便存放与携带。将传统的无人机模块化设计，减免原有繁琐的焊接、螺栓紧固等连接、固定方式，保留功能同时实现结构最大程度的简化。但此研究的提出的模块化结构只是将传统无人机的各组成系统拆分成单独构件，依然局限于传统的多旋翼构型，无法变换构型满足复杂任务对无人机结构和运载能力的要求。

专利CN108791878A提供了一种模块化无人机，由N个无人机模块构成，其中，无人机模块包括：机体、第一电机组、共轴螺旋桨、导流环，第一电机组固定在机体上，第一电机组包括两个电机；共轴螺旋桨共轴设置，分别为上螺旋桨和下螺旋桨，并且两个螺旋桨的转向相反，上螺旋桨与第一电机组的其中一个电机的输出轴连接，下螺旋桨与第一电机组的另一个电机的输出轴连接；导流环位于共轴螺旋桨的下方，导流环的两端为开口设置，开口与共轴螺旋桨相对设置。此发明理论上可以满足不同类型和不同重量的载荷，在一定程度上提高了无人机的灵活机动性能和冗余度。但其挂载形式受限仅能挂载于飞行器下方，必会对飞行器的飞行性能造成不利影响。同时，其采用的动力系统无法满足大质量的运载需求，限制了其在快递运输行业的应用。

总之，目前市场上并没有出现能够真正实现货物运输的模块化无人机产品。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种模块化可变形无人机的结构，无人机部分损坏后可快速更换模块继续工作，结构可变形，适合多样化的任务需求，具有便于携带、快速部署、组合多样的效果。

本发明的模块化可变形无人机的结构，由多个单旋翼模块拼接组成，所述单旋翼模块包括：长方体主体、连接板、限位杆、电机座滑轨、电机座、起落架；

其中，长方体主体内部中空，用于放置电池；长方体主体的底面设有起落架安装孔，起落架可直接插入长方体主体上的起落架安装孔，并通过管夹套件的凹槽夹紧固定。

电机座滑轨的一端固定在长方体主体的前端，另一端悬空，电机座滑轨可以通过二组管夹等方式固定在长方体主体上。电机座套接在电机座滑轨上，并可沿电机座滑轨来回移动，并利用电机座底部的蝶形螺丝进行定位。电机座可采用3D打印技术制作。

两块连接板分别对称地置于长方体主体的两个侧面，根部通过合页等方式与长方体主体的侧面铰接，端部与限位杆的一端铰接；右连接板内侧放置电调(电调也可以安装在左连接板上，但组成无人机的所有单旋翼模块的电调需安装在同一侧的连接板上)；限位杆的另一端通过轴套等方式与电机座铰接。电机供电线路即可沿“限位杆-连接板”设置。

起落架安装在长方体主体的底面；电源安装在长方体主体内，电机及旋翼安装在电机座上。多个单旋翼模块通过连接板组装固定，形成无人机。单旋翼模块在拼装过程中可自由调节连接板的角度，将相邻单旋翼模块的异侧连接板重合装配，通过铁夹卡入限位孔中固定，通过电源插头连接电路，在连接板后端装上限位套件，即可实现多个模块的快速装配。

本发明中，长方体主体、连接板、限位杆、电机座滑轨及电机座呈“弓”型布局，通过移动电机座，改变连接板与长方体主体之间的夹角，从而实现无人机结构的变形：

定义左右连接板之间的夹角为连接板张角，角度变化值在0至180度之间，单旋翼模块因此呈现出三种典型状态：完全折叠状态、一般使用状态以及最大展开状态。连接板张角为0度对应单旋翼模块的完全折叠状态，此状态下电机座移动到电机座滑轨的末端，两侧连接板和限位杆向中心收拢，单旋翼模块所占的空间最小，非常适合装箱收纳和储存运输。连接板张角为180度对应单旋翼模块的最大展开状态，此状态下电机座移动至电机座滑轨靠近长方体主体的一端，两侧连接板处于同一平面内，可通过连接板上的装配孔直接安装于载荷的侧面，充当自由安装的动力模块，构成特殊构型的无人机。连接板张角为0至180度之间变化时，对应单旋翼模块的一般使用状态，可拼装成普通布局的四、六、八旋翼无人机。

较优的，所述长方体主体由碳板拼接制作而成；还可在碳板上设有减重孔，用于减轻无人机重量。电机座滑轨可选用方碳管，质量轻，强度高。

有益效果：

本发明中，长方体主体、连接板、限位杆、电机座滑轨及电机座呈“弓”型布局，因而可实现结构的变形。变形结构使其既可拼装出传统构型无人机，也可附着在载荷上构成特殊构型无人机，因而满足多样化的任务需求，提高了无人机的灵活机动性能和冗余度。单旋翼模块可以折叠收纳，便于携带，极大地减少了运输所占用的空间和成本。单旋翼模块间的连接结构简单可靠，减免了繁琐的螺栓紧固连接方式，一旦某一模块损坏，可以实现即拆即装，快速更换和复飞。

附图说明

图1是本发明的单旋翼模块结构示意图；

图2是单旋翼模块长方体主体结构内部示意图；

图3是单旋翼模块三种展开状态示意图；

图4是电机座示意图；

图5是电机座安装示意图；

图6是左连接板示意图；

图7是右连接板示意图；

图8是本发明单旋翼模块组装成传统四旋翼示意图；

图9是本发明单旋翼模块组装成传统六旋翼示意图；

图10是本发明单旋翼模块组装成传统八旋翼示意图；

图11是本发明单旋翼模块组装成内对角四旋翼示意图；

图12是本发明单旋翼模块组装成对边四旋翼示意图；

图13是本发明单旋翼模块组装成四边四旋翼示意图；

图14是本发明单旋翼模块组装成对角四旋翼示意图；

图15是本发明单旋翼模块组装成对角六旋翼示意图；

图16是本发明单旋翼模块组装成对角八旋翼示意图；

图17是本发明单旋翼模块组装成四边八旋翼示意图；

图18是本发明单旋翼模块组装成对边八旋翼示意图。

其中，1-长方体主体，2-合页I，3-连接板，4-板杆连接件，5-起落架，6-连接板限位杆，7-轴套，8-电机座滑轨，9-电机座，10-合页II，11-管夹套件，12-合页I通孔，13-铁夹限位孔，14-合页II通孔，15-装配孔，16-电源插头孔，17-电源插头母头，18-母头配件，19-限位套件，20-公头配件，21-电源插头公头，22-限位轴，23-蝶形螺丝。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种模块化可变形无人机的结构，由多个单旋翼模块组装而成。

如图1所示，单旋翼模块主要包括：长方体主体1，连接板3，起落架5，连接板限位杆6，电机座滑轨8及电机座9。

长方体主体1主要由1.5mm和2mm的碳板构架而成，在满足结构强度的前提下，各碳板均设有减重孔，以减轻模块的质量，达到轻巧简洁的目的。

如图2所示，长方体主体1用于承载整个装置，内部中空，电池放置在其内部，线路可通过侧面的通孔引出。长方体主体1的下部平板设有起落架安装孔，起落架5可直接插入其中，并通过管夹套件11的凹槽夹紧。长方体主体1的前部连接电机座滑轨8，通过两组管夹套件11实现固定。电机座滑轨8采用的是尺寸为16mm*14mm*200mm的方碳管，从前端可以安装上电机座9。

电机座9利用3D打印技术制造，构型精巧，中部设有方形通孔，使其可以在电机座滑轨4上自由滑动；左右两侧配合两个轴套，用限位轴22限位，实现与连接板限位杆6的铰接；下部设有螺纹孔，通过蝶形螺丝23实现电机座9在电机座滑轨8上的定位。

连接板3是起到连接两个模块作用的关键部件，左右两侧连接板有细微差别，均采用1.5mm碳板。如图6所示，左连接板后端设有合页I通孔12用于连接长方体主体1，前端设有合页II通孔14与连接板限位杆8连接，中部设有电源插头孔16，用于安装电源插头母头17和母头配件18。在左连接板上还均匀分布有铁夹限位孔13和装配孔15，装配孔15用于在连接板张开角度为180度时，通过螺丝依附在任务载荷的侧面。如图7所示，右连接板和左连接板的构型基本一致，不同在于右连接板与电源插头公头21和公头配件20配合。

连接两个模块的过程如下：先将两个模块的左连接板和右连接板重合在一起，连接电源插头母头17和电源插头公头21，并在铁夹限位孔13上装上三颗铁夹，最后在连接板重合体末端装上限位套件19，即可实现两个模块的配合，整个过程减免了繁琐的螺栓固定方式，具有连接简单和紧凑的效果。

如图1所示的连接板3、合页II4和连接板限位杆6构成了关键的可变形结构组，对称分布在长方体主体1的两侧，使整体呈“弓”型布局。如图2所示，定义左右连接板之间的夹角为连接板张角，角度变化值在0至180度之间，单旋翼模块因此呈现出三种典型状态：完全折叠状态、一般使用状态以及最大展开状态。连接板张角为0度对应单旋翼模块的完全折叠状态，此状态下电机座9移动到电机座滑轨8的末端，两侧连接板和连接板限位杆6向中心收拢，单旋翼模块所占的空间最小，非常适合装箱收纳和储存运输。连接板张角为180度对应单旋翼模块的最大展开状态，此状态下电机座9移动至电机座滑轨8靠近长方体主体1的一端，两侧连接板处于同一平面内，可通过连接板3上的装配孔直接安装于载荷的侧面，充当自由安装的动力模块，构成特殊构型的无人机。连接板张角为0至180度之间变化时，对应单旋翼模块的一般使用状态，可拼装成普通布局的四、六、八旋翼无人机。图8、图9、图10所示为传统的四、六、八旋翼结构图，图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18为构型比较独特的多旋翼结构图。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种模块化可变形无人机的结构，其特征在于，由多个单旋翼模块组成，所述单旋翼模块包括：长方体主体(1)、连接板(3)、限位杆(6)、电机座滑轨(8)、电机座(9)、起落架(5)；

其中，电机座滑轨(8)固定在长方体主体(1)的前端，电机座(9)套接在电机座滑轨(8)上，并沿电机座滑轨(8)移动；连接板(3)位于长方体主体(1)的两个侧面，连接板(3)的一端与长方体主体(1)连接，另一端与限位杆(6)的一端连接，限位杆(6)的另一端与电机座(9)连接；起落架(5)安装在长方体主体(1)的底面；电源安装在长方体主体(1)内，电机及旋翼安装在电机座(9)上；

长方体主体(1)、连接板(3)、限位杆(6)、电机座滑轨(8)及电机座(9)呈“弓”型布局，通过移动电机座(9)，改变连接板(3)与长方体主体(1)之间的夹角，从而实现无人机结构的变形：

定义左右连接板(3)之间的夹角为连接板张角，角度变化值在0至180度之间，单旋翼模块因此呈现出三种典型状态：完全折叠状态、一般使用状态以及最大展开状态；

连接板(3)张角为0度对应单旋翼模块的完全折叠状态，此状态下电机座(9)移动到电机座滑轨(8)的末端，两侧连接板(3)和限位杆(6)向中心收拢；

连接板(3)张角为180度对应单旋翼模块的最大展开状态，此状态下电机座(9)移动至电机座滑轨(8)靠近长方体主体的一端，两侧连接板(3)处于同一平面内，可通过连接板(3)上的装配孔直接安装于载荷的侧面，充当自由安装的动力模块，构成特殊构型的无人机；

多个单旋翼模块通过固定相邻单旋翼模块的相邻连接板，组装成无人机。

2.如权利要求1所述的模块化可变形无人机的结构，其特征在于，所述连接板(3)通过合页I(2)与长方体主体(1)连接，通过合页II(10)、板杆连接件(4)与限位杆(6)连接。

3.如权利要求1所述的模块化可变形无人机的结构，其特征在于，限位杆(6)通过轴套(7)与电机座(9)连接。

4.如权利要求1所述的模块化可变形无人机的结构，其特征在于，电机座滑轨(8)通过管夹套件与长方体主体(1)固定连接。

5.如权利要求1所述的模块化可变形无人机的结构，其特征在于，所述长方体主体(1)由碳板拼接制作而成。

6.如权利要求5所述的模块化可变形无人机的结构，其特征在于，所述碳板上设有减重孔。

7.如权利要求1所述的模块化可变形无人机的结构，其特征在于，所述电机座滑轨(8)为方碳管，连接板(3)为碳板。

8.如权利要求1所述的模块化可变形无人机的结构，其特征在于，所述电机座(9)通过螺纹孔以及蝶形螺丝(23)固定在电机座滑轨(8)上。

9.如权利要求1所述的模块化可变形无人机的结构，其特征在于，所述连接板(3)上设有电源插头母头(17)或电源插头公头(21)；组装时，相邻单旋翼模块的两个连接板重合，连接板上的电源插头母头(17)或电源插头公头(21)相配合，并通过铁夹和限位套件(19)固定。

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