CN113682475A - 一种模块化无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化无人机，包括机身模块、航电模组和电池模块，航电模组与机身模块的上表面可拆卸连接，包括飞行控制模块和数据传输模块，多个模块沿机身模块长度方向依次设置；电池模块可拆卸连接于机身模块长度方向的两侧或下表面。本发明提供的模块化无人机，机身模块与其他模块可拆卸连接；航电模组用于保障飞行安全，飞行控制模块用于控制无人机的飞行状态，数据传输模块用于与地面传输数据；电池模块用于为无人机提供电力；模块化无人机不仅便于根据飞行状态更换连接的模块以及时做出调整，还依据不同的使用需求组合一种或多种模块以灵活搭建具有不同功能的无人机。

Description

一种模块化无人机

技术领域

本发明涉及多功能无人机的技术领域，特别涉及一种模块化无人机。

背景技术

目前，无人机在不同行业都发挥着重要的作用，以至于市场上多为应用在特定场景的专用无人机，且无人机多为一体化设计，不同无人机的零部件、飞行控制系统和动力系统都无法通用，因此很难在不同的使用场景里对无人机进行切换，当使用者在实际作业中需要使用多种不同功能的无人机时，只能一一购买不同功能的无人机，导致投入了重复的资金以及无效的时间。

从无人机的发展趋势看，模块化设计是未来的主要方向。采用模块化设计方式，可以构建模块化通用无人机，无人机机身上可以附接多个不同的升力和动力系统，使得无人机可以具有不同的功能。这种共同的无人机包含模块化有效载荷、电力单元和通信系统，以及飞行控制器，机身、动力系统、升力系统和航电系统等。用户可以随时根据任务对模块进行更换或调整，甚至可以混合使用升力模块搭建混合升力的无人机，执行多种任务。模块化设计的优势则在于适应性强，维护方便，若是在作业过程中出现故障受损，只需要替换相应的模块即可再次快速起飞，做到不影响任务的执行。

因此，一种能够更换或者组合不同模组的模块化无人机亟待研究。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种模块化无人机，解决了现有技术中无法进行更换或者组合模租的问题。

本发明提供了一种模块化无人机，包括:

机身模块；

航电模组，与所述机身模块的上表面可拆卸连接，所述航电模组包括飞行控制模块和数据传输模块，所述飞行控制模块和所述数据传输模块沿所述机身模块长度方向依次设置；

电池模块，可拆卸连接于所述机身模块长度方向的两侧或下表面。

进一步的，所述机身模块上设有天线接口、电信号接口和第一电接口，所述天线接口、所述电信号接口和所述第一电接口皆凸于所述机身模块上表面设置。

进一步的，所述数据传输模块包括第一天线，所述第一天线设在所述数据传输模块上。

进一步的，所述模块化无人机还包括矢量模组，所述矢量模组包括两个矢量动力模块和两个第二天线，两个所述矢量动力模块分别设在所述航电模组的两端，与所述机身模块上表面连接，两个所述第二天线分别设在两个所述矢量动力模块上。

进一步的，所述模块化无人机还包括固定翼模组，所述固定翼模组包括两个机翼模块、机尾模块、尾管和尾翼模组，两个所述机翼模块分别与所述航电模组的两侧连接；所述机尾模块设在所述航电模组的一端，与所述机身模块的上表面连接；所述尾管的第一端与所述机尾模块可拆卸连接，所述尾管的第二端与所述尾翼模组可拆卸连接。

进一步的，所述尾翼模组包括垂直尾翼、水平尾翼和第一控制机构，所述垂直尾翼与所述尾管的第二端垂直连接，所述水平尾翼与所述尾管的第二端水平连接；所述第一控制机构与所述垂直尾翼和所述水平尾翼分别连接，用于调整所述垂直尾翼与所述水平尾翼的翻转角度。

进一步的，所述模块化无人机还包括直升机模组，所述直升机模组包括主旋翼模块、机尾模块、尾管和尾旋翼模组，所述主旋翼模块与所述机身模块的上表面连接，设在相邻的两个所述飞行控制模块之间、或相邻的两个所述数据传输模块之间、或所述数据传输模块和与其相邻的一所述飞行控制模块之间；所述机尾模块设在所述航电模组的一端，与所述机身模块的上表面连接；所述尾管的第一端与所述机尾模块可拆卸连接，所述尾管的第二端与所述尾旋翼模组可拆卸连接。

进一步的，所述尾旋翼模组包括尾翼、尾旋翼、电机、变距机构和第二控制机构，所述尾翼与所述尾管垂直连接，所述电机设在所述尾翼上，所述变距机构可滑动的套设在所述电机的输出轴上，所述变距机构的一端与所述尾旋翼连接，所述变距机构的另一端与所述第二控制机构连接，所述尾旋翼水平连接于所述电机的输出轴上，所述第二控制机构设在所述尾翼上；所述电机驱动所述尾旋翼转动，所述第二控制机构用于控制所述变距机构以调整所述尾旋翼的偏转角度。

进一步的，所述机尾模块上设有第二电接口和旋转接头，所述第二电接口设在所述机尾模块下方，与所述机身模块连接，所述旋转接头设在所述机尾模块靠近所述尾管一侧，与所述尾管连接；所述尾管的两端上设有第三电接口和机械接口。

进一步的，所述机身模块上设有多个限位槽，用于与所述航电模组和所述电池模块可拆卸连接，且与矢量模组、固定翼模组和直升机模组其中的一个或多个模块可拆卸连接。

本发明提供的模块化无人机，机身模块与其他模块可拆卸连接；航电模组整体用于保障无人机的安全飞行，其中飞行控制模块用于控制无人机的飞行状态，数据传输模块用于与地面传输数据；电池模块用于为无人机提供电力；利用机身模块、航电模组和电池模块构建的模块化无人机，不仅便于根据飞行状态更换连接的模块以及时做出调整，还依据不同的使用需求组合一种或多种模块以灵活搭建具有不同功能的无人机。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为机身模块的结构图；

图2为航电模组的结构图；

图3为电池模块与机身模块连接结构图；

图4为模块化无人机机身模块、航电模组和电池模块连接的结构图；

图5为矢量模组的结构图；

图6为矢量模组与模块化无人机连接的结构图；

图7为固定翼模组的结构图；

图8为固定翼模组与模块化无人机连接的结构图；

图9为直升机模组的结构图；

图10为直升机模组与模块化无人机连接的结构图；

图11为直升机部分模组和固定翼模组与模块化无人机连接的结构图；

图12为矢量模组和固定翼模组与模块化无人机连接的结构图；

图中：

10-机身模块，11-天线接口，12-电信号接口，13-第一电接口；

20-航电模组，21-飞行控制模块，22-数据传输模块，23-第一天线；

30-电池模块；

40-矢量模组，41-矢量动力模块，42-第二天线；

50-固定翼模组，51-机翼模块，52-机尾模块，53-尾管，54-尾翼模组，55-垂直尾翼，56-水平尾翼；

60-直升机模组，61-主旋翼模块，62-尾旋翼模组，63-尾翼，64-尾旋翼，65-电机。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。

本发明提供了一种模块化无人机，参见图3和图4，包括机身模块10、航电模组20和电池模块30，航电模组20与机身模块10的上表面可拆卸连接，航电模组20包括飞行控制模块21和数据传输模块22，飞行控制模块21和数据传输模块22沿机身模块10长度方向依次设置；电池模块30，可拆卸连接于机身模块10长度方向的两侧或下表面。

本发明提供的模块化无人机，机身模块10与其他模块可拆卸连接；航电模组20整体用于保障无人机的安全飞行，其中飞行控制模块21用于控制无人机的飞行状态，数据传输模块22用于与地面传输数据；电池模块30用于为无人机提供电力；利用机身模块10、航电模组20和电池模块30构建的模块化无人机，不仅便于根据飞行状态更换连接的模块以及时做出调整，还依据不同的使用需求组合一种或多种模块以灵活搭建具有不同功能的无人机。

具体地，在上述实施例中，参见图1，机身模块10上设有天线接口11、电信号接口12和第一电接口13，天线接口11、电信号接口12和第一电接口13皆凸于机身模块10上表面设置。在本实施方式中，机身模块10作为模块化无人机的基础模块，用于支撑与连接其他各个模块，机身模块10上表面的天线接口11用于连接其他模块的天线，以传输无线信号；机身模块10上表面的电信号接口12用于与其他模块底部的电信号接口连接，以控制各个模块以及保证各个模块相互之间的通信状态；机身模块10上表面的第一电接口13用于向与机身模块10连接的其他模块传递电力。

具体地，在上述实施例中，参见图2，数据传输模块22包括第一天线23，第一天线23设数据传输模块22上。在本实施方式中，第一天线23为通信天线，用于与地面控制端进行通信。

具体地，在上述实施例中，参见图5和图6，模块化无人机还包括矢量模组40，矢量模组40包括两个矢量动力模块41和两个第二天线42，两个矢量动力模块41分别设在航电模组20的两端，与机身模块10上表面连接，两个第二天线42分别设在两个矢量动力模块41上。在本实施方式中，矢量动力模块41为升力模块，用于提供升力以带动无人机飞行，两个矢量动力模块41分别设在航电模组20的两端保证飞行的平稳性，第二天线42为定位天线，用于在无人机飞行过程中进行定位。

具体地，在上述实施例中，参见图7和图8，模块化无人机还包括固定翼模组50，固定翼模组50包括两个机翼模块51、机尾模块52、尾管53和尾翼模组54，两个机翼模块51分别与航电模组20的两侧连接；机尾模块52设在航电模组20的一端，与机身模块10的上表面连接；尾管53的第一端与机尾模块52可拆卸连接，尾管53的第二端与尾翼模组54可拆卸连接。在本实施方式中，固定翼模组50中的两个机翼模块51为升力模块，用于提供升力带动无人机飞行，两个机翼模块51设在航电模组20的两侧保证飞行的平稳性，尾翼模组54通过尾管53和机尾模块52与机身模块10连接并设在航电模组20的一端，用于稳定并操纵无人机的飞行方向。

进一步的，尾翼模组54包括垂直尾翼55、水平尾翼56和第一控制机构，垂直尾翼55与尾管53的第二端垂直连接，水平尾翼56与尾管53的第二端水平连接；第一控制机构与垂直尾翼55和水平尾翼56分别连接，用于调整垂直尾翼55与水平尾翼56的翻转角度。在本实施方式中，垂直尾翼55和水平尾翼56垂直连接，水平尾翼56用于控制无人机的俯仰角度，确保无人机处于最佳飞行姿态，垂直尾翼55用于保持无人机横向稳定以保持无人机的航向，第一控制机构通过改变垂直尾翼55和水平尾翼56翻转角度，以改变无人机的飞行姿态。

具体地，在上述实施例中，参见图9和图10，模块化无人机还包括直升机模组60，直升机模组60包括主旋翼模块61、机尾模块52、尾管53和尾旋翼模组62，主旋翼模块61与机身模块10的上表面连接，设在相邻的两个飞行控制模块21之间、或相邻的两个数据传输模块22之间、或数据传输模块22和与其相邻的一飞行控制模块21之间；机尾模块52设在航电模组20的一端，与机身模块10的上表面连接；尾管53的第一端与机尾模块52可拆卸连接，尾管53的第二端与尾旋翼模组62可拆卸连接。在本实施方式中，主旋翼模块61提供升力和转向的扭矩，以带动无人机以直升机的方式飞行，主旋翼模块61位于航电模组20中间位置保持平衡；尾旋翼模组62通过尾管53和机尾模块52与机身模块10连接并设在航电模组20的一端，用于抗扭转并操纵直升机无人机的航向。

进一步的，尾旋翼模组62包括尾翼63、尾旋翼64、电机65、变距机构和第二控制机构，尾翼63与尾管53垂直连接，所述电机65设在所述尾翼63上，所述变距机构可滑动的套设在所述电机65的输出轴上，所述变距机构的一端并所述尾旋翼64连接，所述变距机构的另一端与所述第二控制机构连接，所述尾旋翼64水平连接于所述电机65的输出轴上，所述第二控制机构设在所述尾翼63上；所述电机65驱动所述尾旋翼64转动，所述第二控制机构用于控制所述变距机构以调整所述尾旋翼64的偏转角度。在本实施方式中，尾旋翼模组62可根据具体飞行状况，通过第二控制机构控制变距机构，以调整尾旋翼64的偏转角度，进而改变尾旋翼64抗扭转的偏转力矩大小，从而调整直升机无人机的航向，保证无人机飞行时航向的稳定性。

具体地，在上述实施例中，机尾模块52上设有第二电接口和旋转接头，第二电接口设在机尾模块52下方，与机身模块10连接，旋转接头设在机尾模块52靠近尾管53一侧，与尾管53连接；尾管53的两端上均设有第三电接口和机械接口。在本实施方式中，机尾模块52的第二电接口与机身模块10连接，以使机身模块10将电信号传递至机尾模块52，机尾模块52通过旋转接头与尾管53连接，保证结构的稳定性以及电信号传输的稳定性；尾管53设有机械接口，可与其他不同尾翼模块连接，尾管53其中一端的第三电接口用于与机尾模块52连接，以向与尾管53另一端相连的尾翼模块提供电信号。

具体地，在上述实施例中，机身模块10上设有多个限位槽，用于与航电模组20和电池模块30可拆卸连接，且与矢量模组40、固定翼模组50和直升机模组60其中的一个或多个模块可拆卸连接。在本实施方式中，机身模块10通过设置限位槽与其他模块可拆卸连接，连接方式包括但不限于螺纹连接、卡扣扣合和磁力吸附，可根据实际需要灵活选择连接方式；机身模块10与航电模组20和电池模块30可拆卸连接，保证当基础模块损坏可快速进行拆换，减小模块损坏对飞行造成的影响；机身模块10与其他功能模块可拆卸连接，方便无人机通过组合不同功能模块以实现不同功能，参见图11，当模块化无人机同时连接直升机模组60中部分模组和固定翼模组50，以组成高速无人直升机，参见图12，当模块化无人机同时连接矢量模组40和固定翼模组50，以组成垂起固定翼无人机。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种模块化无人机，其特征在于，包括:

机身模块(10)；

航电模组(20)，与所述机身模块(10)的上表面可拆卸连接，所述航电模组(20)包括飞行控制模块(21)和数据传输模块(22)，所述飞行控制模块(21)和所述数据传输模块(22)沿所述机身模块(10)长度方向依次设置；

电池模块(30)，可拆卸连接于所述机身模块(10)长度方向的两侧或下表面。

2.根据权利要求1所述的模块化无人机，其特征在于，所述机身模块(10)上设有天线接口(11)、电信号接口(12)和第一电接口(13)，所述天线接口(11)、所述电信号接口(12)和所述第一电接口(13)皆凸于所述机身模块(10)上表面设置。

3.根据权利要求1所述的模块化无人机，其特征在于，所述数据传输模块(22)包括第一天线(23)，所述第一天线(23)设在所述数据传输模块(22)上。

4.根据权利要求1所述的模块化无人机，其特征在于，所述模块化无人机还包括矢量模组(40)，所述矢量模组(40)包括两个矢量动力模块(41)和两个第二天线(42)，两个所述矢量动力模块(41)分别设在所述航电模组(20)的两端，与所述机身模块(10)上表面连接，两个所述第二天线(42)分别设在两个所述矢量动力模块(41)上。

5.根据权利要求1所述的模块化无人机，其特征在于，所述模块化无人机还包括固定翼模组(50)，所述固定翼模组(50)包括两个机翼模块(51)、机尾模块(52)、尾管(53)和尾翼模组(54)，两个所述机翼模块(51)分别与所述航电模组(20)的两侧连接；所述机尾模块(52)设在所述航电模组(20)的一端，与所述机身模块(10)的上表面连接；所述尾管(53)的第一端与所述机尾模块(52)可拆卸连接，所述尾管(53)的第二端与所述尾翼模组(54)可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的模块化无人机，其特征在于，所述尾翼模组(54)包括垂直尾翼(55)、水平尾翼(56)和第一控制机构，所述垂直尾翼(55)与所述尾管(53)的第二端垂直连接，所述水平尾翼(56)与所述尾管(53)的第二端水平连接；所述第一控制机构与所述垂直尾翼(55)和所述水平尾翼(56)分别连接，用于调整所述垂直尾翼(55)与所述水平尾翼(56)的翻转角度。

7.根据权利要求1所述的模块化无人机，其特征在于，所述模块化无人机还包括直升机模组(60)，所述直升机模组(60)包括主旋翼模块(61)、机尾模块(52)、尾管(53)和尾旋翼模组(62)，所述主旋翼模块(61)与所述机身模块(10)的上表面连接，设在相邻的两个所述飞行控制模块(21)之间、或相邻的两个所述数据传输模块(22)之间、或所述数据传输模块(22)和与其相邻的一所述飞行控制模块(21)之间；所述机尾模块(52)设在所述航电模组(20)的一端，与所述机身模块(10)的上表面连接；所述尾管(53)的第一端与所述机尾模块(52)可拆卸连接，所述尾管(53)的第二端与所述尾旋翼模组(62)可拆卸连接。

8.根据权利要求7所述的模块化无人机，其特征在于，所述尾旋翼模组(62)包括尾翼(63)、尾旋翼(64)、电机(65)、变距机构和第二控制机构，所述尾翼(63)与所述尾管(53)垂直连接，所述电机(65)设在所述尾翼(63)上，所述变距机构可滑动的套设在所述电机(65)的输出轴上，所述变距机构的一端与所述尾旋翼(64)连接，所述变距机构的另一端与所述第二控制机构连接，所述尾旋翼(64)水平连接于所述电机(65)的输出轴上，所述第二控制机构设在所述尾翼(63)上；所述电机(65)驱动所述尾旋翼(64)转动，所述第二控制机构用于控制所述变距机构以调整所述尾旋翼(64)的偏转角度。

9.根据权利要求5或7任一所述的模块化无人机，其特征在于，所述机尾模块(52)上设有第二电接口和旋转接头，所述第二电接口设在所述机尾模块(52)下方，与所述机身模块(10)连接，所述旋转接头设在所述机尾模块(52)靠近所述尾管(53)一侧，与所述尾管(53)连接；所述尾管(53)的两端上均设有第三电接口和机械接口。

10.根据权利要求1所述的模块化无人机，其特征在于，所述机身模块(10)上设有多个限位槽，用于与所述航电模组(20)和所述电池模块(30)可拆卸连接，且与矢量模组(40)、固定翼模组(50)和直升机模组(60)其中的一个或多个模块可拆卸连接。

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