CN114162304A - 一种新型可折叠旋翼倾转四旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型可折叠旋翼倾转四旋翼无人机，主要涉及四旋翼无人机制造领域。该可倾转变结构四旋翼无人机包括机身、旋翼折叠模块、可倾转模块、飞行控制模块、无刷电机和螺旋桨，机身通过旋翼折叠结构连接可倾转结构，在可倾转结构上安装有无刷电机与螺旋桨。当无人机旋翼发生故障时，飞行控制模块可控制相对于故障旋翼的对角旋翼螺旋桨停转并将这两个旋翼臂折叠，减小了由于故障机臂受力分布不均匀而造成的重心偏移，保证机体重心的稳定。

Description

一种新型可折叠旋翼倾转四旋翼无人机

技术领域

本发明属于四旋翼无人机技术领域，具体涉及一种基于可折叠旋翼的倾转四旋翼无人机

背景技术

大数据时代四旋翼无人机的应用已经与互联网技术、云计算、深度学习等高新技术紧密地结合在一起，适用于智慧城市建设，野外勘探以及重大灾害救援等多种复杂的场景环境，在人们的生产生活中发挥着重要作用。

目前的四旋翼无人机结构不能应用于某些特定的狭小空间领域，不能实现单个旋翼失灵后迅速恢复飞行，导致其在执行摄影、侦查等任务时可能无法满足使用者的要求，其原因在于：1.旋翼结构固定，其冗余度低，旋翼耦合度紧密，个别部件的失效容易导致整体飞行操作性能的恶化，因此传统四旋翼无人机在飞行过程中遇到突发执行器故障没有能力进行姿态调整；2.难以适应空间狭小的环境，四旋翼无人机的应用场景中往往包括机动通过狭小空间，但是传统四旋翼无人机无法在飞行过程中改变自身的结构，面对一些空间尺寸小于机体尺寸的狭窄环境没有办法在其中维持飞行姿态的稳定，环境适应能力比较差。因此需要一种新型可折叠旋翼倾转四旋翼无人机来解决以上问题。本发明创新性设计的四旋翼无人机结构使无人机可靠性提高，使其能在复杂环境中稳定飞行，大幅度增强无人机的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于：针对以上四旋翼无人机所存在的问题，提供了一种新型可折叠旋翼倾转四旋翼无人机结构，以解决四旋翼无人机断桨后的重心偏移问题。

本发明设计的一种新型可折叠旋翼倾转四旋翼无人机，其结构包括机身、旋翼、可倾转结构、无刷电机和螺旋桨。所述机身结构通过所述旋翼结构连接所述旋翼可倾转结构，在旋翼可倾转结构上通过螺栓连接方式固定安装有无刷电机，无刷电机的输出端与螺旋桨螺纹连接；所述旋翼包括固定旋翼臂，折叠旋翼臂与总线舵机，所述固定旋翼臂一端通过自攻螺钉连接方式与机身固定连接，另一端与总线舵机底座支架以螺栓连接方式固定连接，总线舵机侧面通过螺栓固定在底座支架上，总线舵机输出端转轴与铰链支架同轴固定连接，所述折叠旋翼臂一端与总线舵机铰链支架以螺栓连接方式固定连接，另一端以双头螺柱连接方法固定旋翼可倾转结构；所述可倾转结构包括可倾转平台、平台固定支架和倾转舵机，所述可倾转平台与所述倾转舵机的输出轴共轴固定连接，同时被平台固定支架圆柱副约束，可绕舵机输出轴完成120°的倾转，所述倾转舵机与平台固定支架以螺栓连接方式固定连接，所述无刷电机的底部以螺栓连接方式固定在可倾转平台上，并通过电子调速器与机身电性连接。

作为本发明的进一步改进，该四旋翼无人机的旋翼轴距为338.1mm。

作为本发明的进一步改进，该四旋翼无人机的旋翼可倾转结构中所述平台固定支架结构尺寸为81.2mm×40.5mm×28.1mm，转轴约束孔孔径为7.91mm；所述可倾转平台结构尺寸43.1mm×32.1mm×16.1mm，转轴直径为7.80mm；所述倾转舵机输出轴直径为3.50mm。

作为本发明的进一步改进，该四旋翼无人机的旋翼可倾转结构驱动为倾转舵机，所述倾转舵机输出轴与可倾转平台转轴共轴连接，驱动可倾转平台绕转轴定轴转动，增加了旋翼的自由度。

作为本发明的进一步改进，该四旋翼无人机的固定旋翼臂工程长度为59.5-60.5mm，最大工程宽度为30.0mm。

作为本发明的进一步改进，该四旋翼无人机的折叠旋翼臂工程长度为134.5-136mm，最大工程宽度为30.0mm。

作为本发明的进一步改进，该四旋翼无人机的螺旋桨直径尺寸为250.0mm。

作为本发明的进一步改进，旋翼折叠结构的驱动结构为总线舵机，总线舵机输出轴旋转带动折叠旋翼臂旋转，进而实现旋翼的向下折叠或水平伸直。

作为本发明的进一步改进，该四旋翼无人机旋翼臂的材料为碳纤维，旋翼可倾转结构制作材料为光敏树脂。

作为本发明的进一步改进，该四旋翼无人机的总线舵机输出轴直径为8mm。

与现有技术相对比，本发明的有益效果是通过控制旋翼折叠结构中设置的总线舵机，可使旋翼向下折叠或水平伸直；通过控制可倾转结构中设置的倾转舵机，可使无刷电机绕机臂轴在一定范围内倾转，增加了系统的冗余度。该款可倾转变结构四旋翼无人机可以使得四旋翼无人机通过狭小空间的能力大大提升，减小了由于故障机臂受力不均匀所导致的重心偏移，从而进行有效的断桨保护。

附图说明

图1为本发明的正常飞行模式结构示意图。

图2为本发明的断桨保护模式和通过狭小区域模式的结构示意图。

图3为本发明的新型旋翼臂结构示意图。

图4为本发明的新型旋翼臂折叠后结构示意图。

具体实施方法

本发明的一种新型可倾转变结构四旋翼无人机，包括机身1、机臂2、无刷电机3、螺旋桨4，其中机臂2、无刷电机3和螺旋桨4的数量均为四个；所述机身1上通过自攻螺钉连接方式连接有机臂2；所述机臂2包括固定旋翼臂5、折叠旋翼臂6、总线舵机7、可倾转结构8、无刷电机3和螺旋桨4，所述固定旋翼臂5前端与机身1通过自攻螺钉连接方式固定连接，后端通过总线舵机底座支架以螺栓连接方式与总线舵机7底座固定连接，所述折叠旋翼臂6前端与总线舵机7铰链支架12以螺栓连接方式固定连接，后端凹槽与可倾转结构8以双头螺柱连接方法固定连接；所述可倾转结构8包括可倾转平台9、平台固定支架10和倾转舵机11，所述可倾转平台9与所述倾转舵机11的输出轴同轴心固定连接，同时受到平台固定支架10的转动圆柱副约束；所述倾转舵机11与平台固定支架10以螺栓连接方式固定连接，所述无刷电机3的底部与可倾转平台9以螺栓连接方法固定连接，所述螺旋桨4与电机3的输出端螺纹连接；所述电机3通过电子调速器与机身1电性连接，所述总线舵机7和舵机11与机身1电性连接。

下面结合附图本发明的具体结构作进一步说明：

图中，1-机身，2-机臂，3-无刷电机，4-螺旋桨，5-固定旋翼臂，6-折叠旋翼臂，7-总线舵机，8-可倾转结构，9-倾转平台，10-平台固定支架，11-倾转舵机，12-铰链支架。

该可倾转变结构四旋翼无人机在正常飞行时如图1，在飞行过程中遇到狭小区域，控制模块驱动对角电机3停转，同时控制总线舵机7驱动折叠旋翼臂6围绕舵机输出轴旋转，进而驱动其向下折叠。此时只有两个对角的螺旋桨工作如图2，控制模块控制剩余一对螺旋桨的转速提升，以此来抵消失去了两个螺旋桨对于升力的影响，此时机臂2上可倾转结构8上的倾转舵机11驱动可倾转平台9围绕旋翼臂轴倾转以控制无人机姿态的稳定，使得缩小了机体尺寸的无人机平稳通过狭小区域。

当该四旋翼无人机在飞行过程中遇到某一个无刷电机3发生故障，控制模块根据传感器的数据判断出无法正常工作的无刷电机3，再给故障螺旋桨4的对角螺旋桨对应的电子调速器发出信号，使其停转，同时机身1控制总线舵机7倾转，驱动两个电机停转的折叠旋翼臂6向下折叠，减小了由于故障机臂受力分布不均匀而造成的重心偏移。舵机11驱动可倾转结构8向机体旋转的相反方向倾转，同时控制模块给正常工作的一对对角无刷电机3对应的电子调速器发出信号，使无刷电机3增大转速，保持向上的升力等于重力以维持飞行姿态的稳定，同时控制模块给这一对无刷电机3对应的倾转舵机11发出信号，使倾转舵机11同样做一个小角度的偏转，抵消由于螺旋桨旋转产生的扭矩，从而有效地解决了旋翼故障导致无人机坠毁的问题。

Claims (9)

1.一种新型可折叠旋翼倾转四旋翼无人机，其结构包括机身、旋翼折叠结构、旋翼可倾转结构、无刷电机和螺旋桨，该新型四旋翼无人机特征在于旋翼臂包括旋翼折叠结构与旋翼可倾转结构两部分，所述旋翼折叠结构包括固定旋翼臂、折叠旋翼臂、铰链支架和总线舵机，所述固定旋翼臂与总线舵机底部固定连接，所述铰链支架与总线舵机机械输出端同轴固定连接，铰链支架与所述折叠旋翼臂固定连接，这样在总线舵机的驱动下折叠旋翼臂可以以总线舵机输出端为轴完成180°定轴转动，所述旋翼可倾转结构以螺栓连接的固定形式安装在折叠旋翼臂远离总线舵机一端的凹槽中，旋翼可倾转结构包括可倾转平台、平台固定支架和倾转舵机，所述平台固定支架上的螺纹孔与所述折叠旋翼臂凹槽中的螺孔对齐以螺栓相固定连接，所述可倾转平台与所述倾转舵机的输出轴共轴固定连接，同时被平台固定支架转轴约束孔约束，使得可倾转平台具有一个自由度，所述倾转舵机与所述平台固定支架通过螺栓固定连接，倾转舵机的输出轴与平台固定支架转轴约束孔共轴，所述无刷电机的底部以螺栓连接方式固定在可倾转平台上，在倾转舵机的驱动下可随着可倾转平台以倾转舵机输出端为轴做120°范围内的定轴转动。

2.如权利要求1所述的一种新型可折叠旋翼倾转四旋翼无人机，其特征在于：其旋翼轴距为335-350mm。

3.如权利要求1所述的一种新型可折叠旋翼倾转四旋翼无人机，其特征在于：固定旋翼臂工程长度为59.5-60.5mm，旋转旋翼臂工程长度为134.5-136mm。

4.如权利要求1所述的一种新型可倾转变结构四旋翼无人机，其特征在于：旋翼折叠结构包括固定旋翼臂、折叠旋翼臂、铰链支架和总线舵机四部分，所述固定旋翼臂与总线舵机底部支架以螺栓连接方式固定连接，所述铰链支架与总线舵机机械输出端同轴固定连接，铰链支架带有2个螺孔的一端与所述折叠旋翼臂以螺栓连接方式固定连接，所述折叠旋翼臂远离旋翼折叠结构的一端设计有一个半径为40.0-41.0mm的圆柱形凹槽，深度为8mm。

5.如权利要求1所述的一种新型可倾转变结构四旋翼无人机，其特征在于：旋翼折叠结构的驱动结构为总线舵机，总线舵机输出轴旋转带动折叠旋翼臂旋转，进而实现旋翼的向下折叠或水平伸直。

6.如权利要求1所述的一种新型可倾转变结构四旋翼无人机，其特征在于旋翼可倾转结构包括可倾转平台、平台固定支架和倾转舵机三部分，所述可倾转平台与所述倾转舵机的输出轴共轴固定连接，同时被平台固定支架转轴约束孔约束，所述倾转舵机与所述平台固定支架通过螺栓固定连接，倾转舵机的输出轴与平台固定支架转轴约束孔共轴。

7.如权利要求1所述的一种新型可倾转变结构四旋翼无人机，其特征在于所述平台固定支架结构尺寸为81.2mm×40.5mm×28.1mm，转轴约束孔孔径为7.91mm；所述可倾转平台结构尺寸43.1mm×32.1mm×16.1mm，转轴直径为7.80mm；所述倾转舵机输出轴直径为3.50mm。

8.如权利要求1所述的一种新型可倾转变结构四旋翼无人机，其特征在于：旋翼可倾转结构驱动为倾转舵机，所述倾转舵机输出轴与可倾转平台转轴共轴连接，驱动可倾转平台绕转轴定轴转动，增加了旋翼的自由度。

9.如权利要求1所述的一种新型可倾转变结构四旋翼无人机，其特征在于：旋翼臂的材料为碳纤维，旋翼可倾转结构为FDM3D打印机打印，打印材料为光敏树脂。

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