CN114291260A - 一种用于旋翼无人机的重构装置及其重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于旋翼无人机的重构装置及其重构方法，公端插接部和母端插接部分别设置在无人机的机体顶端和底端且可位置互换，相连接的两无人机之间，一机体上的公端插接部与另一机体上的母端插接部沿竖直方向对接，具体的在使用的过程中，将两无人机沿竖直方向并排设置，由于设置了配套的公端插接部和母端插接部，仅需要控制两无人机之间进行公端插接部和母端插接部的对准，再进行靠近设置，能够快速使得公端插接部和母端插接部进行对接配合，完成两无人机的重构，多架多旋翼无人机可上下组合在一起，提升载重能力，或者失去动力或者出现故障而不能继续任务时，可派出一架旋翼无人机去救援，以适应任务需求、应用环境和突发状况。

Description

一种用于旋翼无人机的重构装置及其重构方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种用于旋翼无人机的重构装置及其重构方法。

背景技术

现有技术中，小型多旋翼无人机以其价格便宜、飞控简单、可悬停、起降容易等优点，可在近距地空作战中发挥巨大作用，如城市战环境，可为分队级地面部队提供监视能力，将地面部队的视野由二维扩展为三维，并提供潜在的新型战术机动性，具有速度快、视野大、大规模集群的特点。尤其是以多旋翼无人机为代表的小型无人机，具有可垂直起降、可悬停的特点，对起降产地要求低，可对固定目标进行持续的侦查、攻击，较小的尺寸也助其在建筑、山林等环境中穿梭。无人机的空中重构，是适应任务类型、提高作战效能、应对态势变化的重要手段，可提高无人机协同能力和任务执行效能。地面机器人的重构研究已取得较多进展，但空中无人机重构的研究鲜有报道。

专利文件CN110254714A公开了基于双子无人机及移动摄像机的桥梁支座检测装置，包括右无人机和左无人机，右无人机和左无人机之间通过连接索相连接，在连接索上设置有能够沿其运动的移动摄像装置；连接索能够伸长或者缩短，以调整左无人机和右无人机之间的距离，但是其需提前采用连接索将两者相连再升空；专利文件CN113511332A公开了一种组合式多旋翼无人机系统及其控制方法，将多个无人机单元通过连接件进行组合固定，在竖直方向上形成叠层式的结构，构成组合式多旋翼无人机系统，使得组合式多旋翼无人机系统的载重能力为原来的单个无，人机单元载重能力的数倍，但是两个专利均属于提前固定连接设置，并不能实现两分离的无人机之间主动重构的方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于旋翼无人机的重构装置及其重构方法，以解决上述现有技术存在的问题，利用公端插接部和母端插接部沿竖直方向进行对接，实现两无人机的组合，可实现旋翼无人机在空中自主重构，以适应任务需求、应用环境和突发状况。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于旋翼无人机的重构装置，包括分别设置在无人机的机体顶端和底端且可位置互换的公端插接部和母端插接部，相连接的两无人机之间，一机体上的所述公端插接部与另一机体上的所述母端插接部沿竖直方向对接或分离。

优选的，所述公端插接部和所述母端插接部之间设有用于对接完毕后锁紧两者的锁紧机构。

优选的，所述锁紧机构包括设置在所述公端插接部外周壁上的外螺纹结构、设置在所述母端插接部内周壁上的内螺纹结构，所述公端插接部和所述母端插接部通过所述外螺纹结构和所述内螺纹结构螺旋锁紧。

优选的，所述公端插接部的端部呈圆头状结构，所述母端插接部的接口处设有引导所述圆头状结构插入的锥形套筒结构。

优选的，所述公端插接部和所述母端插接部均固定在机体的中心位置处，且同一无人机上的所述公端插接部和所述母端插接部沿同一竖直方向对应设置。

优选的，所述公端插接部和/或所述母端插接部转动连接在机体上，且机体上设有用于驱动所述公端插接部和/或所述母端插接部转动的驱动机构。

优选的，所述母端插接部和所述公端插接部固定连接在机体上，无人机旋翼驱动机体带动所述母端插接部或所述公端插接部转动，并对应旋进相应的所述公端插接部或所述母端插接部中。

优选的，所述母端插接部和所述公端插接部分别呈配套设置的螺纹套筒和螺杆，所述螺纹套筒和所述螺杆均沿竖直方向延伸。

优选的，所述螺纹套筒和所述螺杆分别设在机体的顶端和底端，或者所述螺杆和所述螺纹套筒分别设在机体的顶端和底端。

还提供一种用于旋翼无人机的重构装置的重构方法，包括如下过程：

当需要两无人机结合时：将两无人机沿竖直方向悬停排列，并不断相互靠近；一无人机上的螺杆的圆头状结构对准另一无人机上的螺纹套筒的锥形套筒结构，进而近距导引使得螺杆整体对准螺纹套筒；两架无人机反向旋转，螺杆拧进相应的螺纹套筒中，两架无人机螺旋锁紧在一起，完成两无人机的结合重构；

当需要两无人机分离时：将两相结合后的无人机悬停，两架无人机沿与结合时转动相反的方向旋转，螺杆与相应的螺纹套筒相分离，再将两无人机沿竖直方向移动，完成两无人机的分离工作。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

第一，公端插接部和母端插接部分别设置在无人机的机体顶端和底端且可位置互换，相连接的两无人机之间，一机体上的公端插接部与另一机体上的母端插接部沿竖直方向对接，具体的在使用的过程中，将两无人机沿竖直方向并排设置，由于设置了配套的公端插接部和母端插接部，那么仅需要控制两无人机之间进行公端插接部和母端插接部的对准，再进行靠近设置，即能够快速使得公端插接部和母端插接部进行对接配合，完成两无人机的重构，当单架多旋翼无人机的载重能力不足时，多架多旋翼无人机可上下组合在一起，提升载重能力，或者当某架无人机即将失去动力或者出现故障而不能继续任务时，可派出一架旋翼无人机去救援，两架无人机组合在一起，故障无人机被带回等；或者在两无人机结合后使用的过程中，需要将两无人机分离各自完成所负责的工作时，一机体上的公端插接部与另一机体上的母端插接部沿竖直方向分离，完成两无人机的分离工作，也属于两无人机的重构，进而分离后的无人机可以单独承担所需完成的任务，使得整个无人机的重组或分离均以适应任务需求、应用环境和突发状况。

第二，锁紧机构包括设置在公端插接部外周壁上的外螺纹结构、设置在母端插接部内周壁上的内螺纹结构，公端插接部和母端插接部通过外螺纹结构和内螺纹结构螺旋锁紧，通过设置外螺纹结构和内螺纹结构，以简单的结构进一步完成公端插接部和母端插接部的对接后锁紧工作，保证两无人机连接的牢靠性，提高两无人机的载重能力，避免载重过大导致两者之间的脱离，而且在需要对两无人机的分离时，能够通过简单的旋转，即能够完成两无人机的分离，使得分离重构过程简单方便。

第三，公端插接部的端部呈圆头状结构，母端插接部的接口处设有引导圆头状结构插入的锥形套筒结构，在公端插接部和母端插接部进行连接的过程中，能够通过圆头状结构和锥形套筒结构的配合作用，引导公端插接部和母端插接部的连接，保证两者快速完成固定连接工作。

第四，公端插接部和母端插接部均固定在机体的中心位置处，且同一无人机上的公端插接部和母端插接部沿同一竖直方向对应设置，那么在将各无人机收集后叠摞的过程中，能够保证各个公端插接部和母端插接部在无人机叠摞后，处于同一竖直方向，保证叠摞后的无人机重心集中，避免容易出现倾倒的现象。

第五，母端插接部和公端插接部固定连接在机体上，无人机旋翼驱动机体带动母端插接部或公端插接部转动，并对应旋进或旋离相应的公端插接部或母端插接部中，也就是说母端插接部和公端插接部的转动连接，只需无人机机体在旋翼的控制下自主转动，进而带动公端插接件和母端插接件的配合旋紧，无需再另外在机体上设置驱动装置，驱动公端插接部或母端插接部转动，以实现无人机的轻量化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明圆头状结构位于上侧时单个无人机的整体结构示意图；

图2为本发明圆头状结构位于上侧时两无人机配合连接的示意图；

图3为本发明圆头状结构位于下侧时单个无人机的整体结构示意图；

图4为本发明圆头状结构位于下侧时两无人机配合连接的示意图；

其中，1-圆头状结构、2-公端插接部、3-机体、4-母端插接部、5-锥形套筒结构、6-旋翼。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于旋翼无人机的重构装置及其重构方法，以解决上述现有技术存在的问题，利用公端插接部和母端插接部沿竖直方向进行对接，实现两无人机的组合，可实现旋翼无人机在空中自主重构，以适应任务需求、应用环境和突发状况。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1至图4，本实施例提供一种用于旋翼无人机的重构装置，多用于多旋翼无人机，其包括分别设置在无人机的机体3顶端和底端且可位置互换的公端插接部2和母端插接部4，相连接的两无人机之间，一机体3上的公端插接部2与另一机体3上的母端插接部4沿竖直方向对接，对接方式可为密实插接，其密实插接的连接强度大于无人机的载重，还可为卡扣连接等，其卡扣连接的强度同样大于无人机的载重，或者其他的插接连接方式等，并且可实现自主连接或者分离，具体的在使用的过程中，将两无人机沿竖直方向并排设置，利用旋翼无人机可在空中悬停的特点，由于设置了配套的公端插接部2和母端插接部4，那么仅需要控制两无人机之间进行公端插接部2和母端插接部4的对准，再进行靠近设置，即能够快速使得公端插接部2和母端插接部4进行对接配合，完成两无人机的重构，而且在公端插接部2和母端插接部4对接配合后，无人机除机体3外的其他结构，例如旋翼6、机翼、支架等间隔设置，以避免其他结构对连接的影响；当单架多旋翼无人机的载重能力不足时，多架多旋翼无人机可上下组合在一起，提升载重能力，或者当某架无人机即将失去动力或者出现故障而不能继续任务时，可派出一架旋翼无人机去救援，两架无人机组合在一起，故障无人机被带回等；或者在两无人机结合后使用的过程中，需要将两无人机分离各自完成所负责的工作时，一机体上的公端插接部2与另一机体上的母端插接部4沿竖直方向分离，完成两无人机的分离工作，也属于两无人机的重构，进而分离后的无人机可以单独承担所需完成的任务，使得整个无人机的重组或分离均以适应任务需求、应用环境和突发状况。进而通过实现旋翼无人机在空中自主重构，包括无人机的结合或分离，有助于旋翼无人机适应任务类型、提高作战效能、应对态势变化，可提高无人机协同能力和任务执行效能，在民用和军用领域具有广阔的应用前景。

作为优选的，两个重构在一起的无人机也可以继续与其他无人机组合，具体的在完成两无人机的连接后，上侧无人机的顶端设有公端插接部2或者母端插接部4，还可以与另外的无人机在悬停时，进行配合连接，同样下侧无人机还可以与另外的无人机在悬停时，进行配合连接。或者说结合在一起的两无人机能够根据不同的工作情况，能够分成多组，每组中的无人机数量可以相同、还可以不同，仅需相邻两组的无人机之间能够通过公端插接部2和母端插接部4分离，即能够完成分离工作。

为提高公端插接部2和母端插接部4的连接强度，公端插接部2和母端插接部4之间设有用于对接完毕后锁紧两者的锁紧机构，锁紧机构采用可移动的插扣结构，在公端插接部2和母端插接部4处设有插扣结构插入的插孔，或者采用卡扣结构等，以在公端插接部2和母端插接部4连接后，能够通过卡扣连接在一起，或者其他的锁紧机构等。

作为本发明优选的实施方式，锁紧机构包括设置在公端插接部2外周壁上的外螺纹结构、设置在母端插接部4内周壁上的内螺纹结构，公端插接部2和母端插接部4通过外螺纹结构和内螺纹结构螺旋锁紧，通过设置外螺纹结构和内螺纹结构，以简单的结构进一步完成公端插接部2和母端插接部4的对接后锁紧工作，保证两无人机连接的牢靠性，提高两无人机的载重能力，避免载重过大导致两者之间的脱离。而且通过外螺纹结构和内螺纹结构的连接方式，能够方便完成两无人机的组合和分离，具体的，两架多旋翼无人机重构时沿竖直方向并排设置，且两无人机不断靠近，公端插接部2和母端插接部4对准后，公端插接部2和母端插接部4旋转连接，使得两架无人机固连在一起，实现组合，当上下组合在一起的两架多旋翼无人机解除组合时，相连接的公端插接部2和母端插接部4反向旋转，并互相脱离，从而解除两无人机的组合。也就是说，当需要多架无人机协同工作时，重构在一起的无人机可以分离，分别执行自己的子任务，当处于任务待执行的飞行时，多架无人机重构在一起，减小能量消耗，提供整体的续航时间，而且在需要对两无人机的分离时，由于设有内、外螺纹结构，仅能够通过简单的旋转，即能够完成两无人机的分离，使得分离重构过程简单方便。

进一步的，公端插接部2的端部呈圆头状结构1，以提高其光滑度，母端插接部4的接口处设有引导圆头状结构1插入的锥形套筒结构5，在公端插接部2和母端插接部4进行连接的过程中，能够通过圆头状结构1和锥形套筒结构5的配合作用，引导公端插接部2和母端插接部4的连接，保证两者快速完成固定连接工作。且通过公端插接部2的端部设计呈圆头状结构1，以在两无人机的分离过程中，能够充分避免两者之间的过度摩擦，导致分离过程受阻。

优选的，公端插接部2和母端插接部4均固定在机体3的中心位置处，且同一无人机上的公端插接部2和母端插接部4沿同一竖直方向对应设置，那么在将各无人机收集后叠摞的过程中，能够保证各个公端插接部2和母端插接部4在无人机叠摞后，处于同一竖直方向，保证叠摞后的无人机重心集中，避免容易出现倾倒的现象。那么在移动平台上承载无人机集群时，可采用上下重构组合在一起，在有限的空间内存储大量无人机。

作为本发明优选的实施方式，公端插接部2和/或母端插接部4转动连接在机体3上，且机体3上设有用于驱动公端插接部2和/或母端插接部4转动的驱动机构，通过驱动机构完成公端插接部2和母端插接部4的转动连接，进而减小对无人机悬停和旋转的要求，也就是说无需性能更高的无人机，即能够保证两者连接的可靠性。

作为本发明另一优选的实施方式，母端插接部4和公端插接部2固定连接在机体3上，无人机旋翼驱动机体3带动母端插接部4或公端插接部2转动，并对应旋进相应或旋离的公端插接部2或母端插接部4中，也就是说母端插接部4和公端插接部2的转动连接，只需无人机机体3在旋翼的控制下自主转动，进而带动公端插接件和母端插接件的配合旋紧，无需再另外在机体3上设置驱动装置，驱动公端插接部2或母端插接部4转动，以实现无人机的轻量化。

优选的，母端插接部4和公端插接部2分别呈配套设置的螺纹套筒和螺杆，螺纹套筒和螺杆均沿竖直方向延伸，以简单的连接结构实现对两无人机的连接，降低使用成本，并且应用到无人机的改造中，无需对无人机进行大范围的改动，即能够完成对无人机的连接。

进一步的，螺纹套筒和螺杆分别设在机体3的顶端和底端，或者螺杆和螺纹套筒分别设在机体3的顶端和底端，实现无人机多种不同的设置方式，扩大其应用范围，且优选的螺纹套筒上开设有若干通气孔，以避免无人机升降过程中的兜风，影响无人机的工作。

还提供一种用于旋翼无人机的重构装置的重构方法，包括如下步骤：

当需要两无人机结合时：将两无人机沿竖直方向悬停排列，并不断相互靠近；一无人机上的螺杆的圆头状结构1对准另一无人机上的螺纹套筒的锥形套筒结构，进而近距导引使得螺杆整体对准螺纹套筒；两架无人机反向旋转，螺杆拧进相应的螺纹套筒中，两架无人机螺旋锁紧在一起，完成两无人机的结合重构；

当需要两无人机分离时：将两相结合后的无人机悬停，两架无人机沿与结合时转动相反的方向旋转，螺杆与相应的螺纹套筒相分离，再将两无人机沿竖直方向移动，完成两无人机的分离工作。

作为本发明优选的实施方式，当需要多架无人机协同工作时，重构在一起的无人机可以分离，分别执行自己的子任务，当处于任务待执行的飞行时，多架无人机重构在一起，减小能量消耗，提供整体的续航时间。且优选的，当无人机进行叠摞时，通过配合的螺杆和螺纹套筒依次将无人机沿竖直方向进行叠摞。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于旋翼无人机的重构装置，其特征在于，包括分别设置在无人机的机体顶端和底端且可位置互换的公端插接部和母端插接部，相连接的两无人机之间，一机体上的所述公端插接部与另一机体上的所述母端插接部沿竖直方向对接或分离。

2.根据权利要求1所述的用于旋翼无人机的重构装置，其特征在于，所述公端插接部和所述母端插接部之间设有用于对接完毕后锁紧两者的锁紧机构。

3.根据权利要求2所述的用于旋翼无人机的重构装置，其特征在于，所述锁紧机构包括设置在所述公端插接部外周壁上的外螺纹结构、设置在所述母端插接部内周壁上的内螺纹结构，所述公端插接部和所述母端插接部通过所述外螺纹结构和所述内螺纹结构螺旋锁紧。

4.根据权利要求3所述的用于旋翼无人机的重构装置，其特征在于，所述公端插接部的端部呈圆头状结构，所述母端插接部的接口处设有引导所述圆头状结构插入的锥形套筒结构。

5.根据权利要求4所述的用于旋翼无人机的重构装置，其特征在于，所述公端插接部和所述母端插接部均固定在机体的中心位置处，且同一无人机上的所述公端插接部和所述母端插接部沿同一竖直方向对应设置。

6.根据权利要求5所述的用于旋翼无人机的重构装置，其特征在于，所述公端插接部和/或所述母端插接部转动连接在机体上，且机体上设有用于驱动所述公端插接部和/或所述母端插接部转动的驱动机构。

7.根据权利要求5所述的用于旋翼无人机的重构装置，其特征在于，所述母端插接部和所述公端插接部固定连接在机体上，无人机旋翼驱动机体带动所述母端插接部或所述公端插接部转动，并对应旋进相应的所述公端插接部或所述母端插接部中。

8.根据权利要求6或7所述的用于旋翼无人机的重构装置，其特征在于，所述母端插接部和所述公端插接部分别呈配套设置的螺纹套筒和螺杆，所述螺纹套筒和所述螺杆均沿竖直方向延伸。

9.根据权利要求8所述的用于旋翼无人机的重构装置，其特征在于，所述螺纹套筒和所述螺杆分别设在机体的顶端和底端，或者所述螺杆和所述螺纹套筒分别设在机体的顶端和底端。

10.一种用于旋翼无人机的重构装置的重构方法，其特征在于，包括如下过程：

当需要两无人机结合时：将两无人机沿竖直方向悬停排列，并不断相互靠近；一无人机上的螺杆的圆头状结构对准另一无人机上的螺纹套筒的锥形套筒结构，进而近距导引使得螺杆整体对准螺纹套筒；两架无人机反向旋转，螺杆拧进相应的螺纹套筒中，两架无人机螺旋锁紧在一起，完成两无人机的结合重构；

当需要两无人机分离时：将两相结合后的无人机悬停，两架无人机沿与结合时转动相反的方向旋转，螺杆与相应的螺纹套筒相分离，再将两无人机沿竖直方向移动，完成两无人机的分离工作。

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