CN114506446A - 一种具有矢量推力功能的四旋翼无人机 - Google Patents

一种具有矢量推力功能的四旋翼无人机 Download PDF

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    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/19—Propulsion using electrically powered motors

Abstract

本发明公开了一种具有矢量推力功能的四旋翼无人机，属于无人机领域，包括：机身；机臂，所述机臂有两个，两个所述机臂均可转动连接在所述机身上，两个所述机臂平行且相对布置；升力组件，各所述机臂的两端均安装有所述升力组件，所述升力组件包括升力电机以及安装在所述升力电机的输出轴上的旋翼，且所述旋翼旋转时所产生的升力垂直于所述机臂；以及矢量调节装置，所述矢量调节装置有两个且均固定安装在所述机身上，两个所述矢量调节装置的输出端分别与两个所述机臂相连接，两个所述矢量调节装置用以分别带动两个所述机臂偏转。本发明结构简单且设计合理，能够有效提供无人机飞行速度以及抗强风能力。

Description

一种具有矢量推力功能的四旋翼无人机
技术领域
本发明涉及无人机领域，特别涉及一种具有矢量推力功能的四旋翼无人机。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。
目前在多旋翼无人机普遍存在飞行速度慢，抗风能力差等问题，这由于多旋翼无人机在空中飞行主要靠各个支臂的转速差形成的升力差使无人机产生一定的倾角，通过升力的水平分力为无人机前进提供给动力，这就导致了多旋翼无人机无法快速飞行，且在较大风力下无法飞行。在姿态角的限制下，无人机前进的推力或拉力是有限的，因此不足以抵消大风产生的阻力，导致无人机无法飞行甚至倒飞。
因此，如要快速飞行或者克服较大风力的影响，需要改变无人机桨叶产生的升力的朝向，从而为无人机完成不同动作提供及时而准确的升力及推力，从而减小飞机离地和接地速度，缩短飞机滑跑距离，节省动力消耗。
发明内容
针对现有技术存在的无人机无法快速飞行以及大风下飞行困难的问题，本发明的目的在于提供一种具有矢量推力功能的四旋翼无人机。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种具有矢量推力功能的四旋翼无人机，包括：
机身；
机臂，所述机臂有两个，两个所述机臂均可转动连接在所述机身上，两个所述机臂平行且相对布置；
升力组件，各所述机臂的两端均安装有所述升力组件，所述升力组件包括升力电机以及安装在所述升力电机的输出轴上的旋翼，且所述旋翼旋转时所产生的升力垂直于所述机臂；
以及矢量调节装置，所述矢量调节装置有两个且均固定安装在所述机身上，两个所述矢量调节装置的输出端分别与两个所述机臂相连接，两个所述矢量调节装置用以分别带动两个所述机臂偏转。
优选的，所述矢量调节装置包括矢量调节电机，所述矢量调节电机固定安装在所述机身上；所述矢量调节电机通过曲柄连杆机构带动所述机臂偏转。
进一步的，所述矢量调节装置还包括摇杆，所述摇杆一端固定安装在所述机臂上、另一端与所述曲柄连杆机构中的连杆相连接。
优选的，所述曲柄连杆机构包括曲柄和连杆，所述曲柄固定安装在所述矢量调节电机的电机轴上，所述连杆的两端分别通过连杆销与所述曲柄以及所述摇杆相连接。
优选的，所述机臂配置为曲轴状，所述曲柄连杆机构连接在所述机臂的弯曲处。
另一种优选的，所述矢量调节装置包括矢量调节电机和偏转齿轮，所述矢量调节电机固定安装在所述机身上，所述偏转齿轮固定安装在所述机臂的外侧壁上；其中，所述矢量调节电机通过齿轮齿条机构与所述偏转齿轮相连接。
优选的，所述矢量调节电机为伺服电机。
优选的，所述机臂通过至少两个支撑座与所述机身连接，所述支撑座上设置有与所述机臂相适配的轴孔、轴套或者轴承。
优选的，所述机臂呈中空结构，所述机臂内穿设有与所述升力电机电性连接的电缆，所述机臂上还同轴地固定安装有四个导电滑环，四个所述导电滑环分别通过所述电缆与安装在同一机臂上的两个所述升力电机的正极和负极电性连接；且所述机身上固定安装有四个分别与四个所述导电滑环相适配的电刷。
优选的，所述机身上可拆卸固定安装有用于封闭所述导电滑环的保护罩。
采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：由于可相对机身转动的机臂以及用于带动机臂偏转的矢量调节装置的设置，使得当在大风天气下需要水平方向的推力时，通过矢量调节装置带动机臂发生偏转，从而使机臂上安装的升力组件所产生的升力的方向也同样发生偏转，相应的，升力的水平分力即推力得到增加，从而克服大风阻力；同理在无风条件下可有效提高无人机的水平飞行速度。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为沿图1中A-A线的剖视图。
图中:1-机身、2-机臂、3-升力组件、31-升力电机、32-旋翼、4-支撑座、5-矢量调节电机、6-摇杆、7-曲柄、8-连杆、9-连杆销。10-导电滑环、11-电缆、12-电刷。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，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。
对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。
另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，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，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
一种具有矢量推力功能的四旋翼无人机，如图1及图2所示，包括机身1、机臂2、升力组件3以及矢量调节装置。
其中，机身1整体呈壳状构造，其内部安装有用于支持无人机飞行的必要设备，例如电源、通信设备、飞控模块等等，此作为公知现有技术，本实施例不再赘述。
机臂2配置有两个，两个机臂2均通过支撑座4可转动连接在机身1的顶面一侧，并且两个机臂2平行且相对地布置，从而使得无人机构成H型四旋翼无人机。其中，每个机臂2通过至少两个支撑座4与机身1相连，例如两个。支撑座4通过螺钉固定在机身1的顶面一侧，每个支撑座4上均设置有与机臂2的外侧壁相适配的轴孔、轴套或者轴承，本实施例中优选为轴承。
各机臂2的两端均安装有升力组件3，升力组件3包括固定安装在机臂2的端部的升力电机31以及安装在升力电机31的输出轴上的旋翼32，并且旋翼32旋转时所产生的升力垂直于机臂2。
矢量调节装置有两个且均固定安装在机身1的顶面一侧，两个矢量调节装置的输出端分别与两个机臂2相连接，两个矢量调节装置用以分别带动两个机臂2进行偏转，从而改变旋翼32产生的升力的方向。
本实施例中，具体配置矢量调节装置包括矢量调节电机5，矢量调节电机5通过螺钉固定安装在机身1的顶面一侧，矢量调节电机5通过曲柄连杆机构带动机臂2进行偏转。其中，该矢量调节装置还包括摇杆6，摇杆6的一端固定安装在机臂2上、另一端与上述曲柄连杆机构中的连杆相连接。本实施例中，摇杆6上具体开设有与机臂2的外侧壁相适配的安装孔，机臂2通过键或者焊接的方式固定在该安装孔中。其中，曲柄连杆机构包括曲柄7和连杆8，曲柄7固定安装在矢量调节电机5的电机轴上，通常为了防止磨损，在曲柄7与矢量调节电机5的电机轴之间设置有连接套，连接套与曲柄7以及连接套与矢量调节电机5的电机轴均通过键连接。而连杆8的两端则分别通过连杆销9与曲柄7以及摇杆6相连接，例如，连杆8的两端分别开设有与连杆销9相适配的销孔，而曲柄7以及摇杆6上均固定有上述的连杆销9。并且为了方便且精准地控制机臂2的偏转角度，配置矢量调节电机5为伺服电机。
使用时，当无人机需加速飞行或者遭遇较大的风力时，矢量调节电机5工作，通过曲柄连杆机构带动摇杆6转动，摇杆6带动机臂2转动，从而使旋翼32旋转时产生的升力也发生偏转，该升力在水平方向上的分力(即推力)也随之增加，从而使无人机得以加速飞行或者克服风力阻力飞行。
实施例二
本实施例中，机臂2配置为曲轴状，并使曲柄连杆机构中的连杆8直接连接在机臂2的弯曲处。如此设置得以省略摇杆6的配置，从而降低了拆装和维护难度。
实施例三
本实施例中，提供另一种结构形式的矢量调节装置，其包括矢量调节电机5和偏转齿轮，矢量调节电机5固定安装在机身1的顶面一侧，如实施例一的方案，而偏转齿轮则固定安装在机臂2的外侧壁上，并且，该矢量调节电机通过齿轮齿条机构与偏转齿轮相连接。
实施例四
本实施例中，如图1及图2所示，机臂2呈中空结构，机臂2内穿设有与升力电机31电性连接的电缆，机臂2上还同轴地固定安装有四个导电滑环10，四个导电滑环10分别通过电缆11与安装在同一机臂2上的两个升力电机32的正极和负极电性连接，且机身1还上固定安装有四个分别与四个导电滑环10相适配的电刷12。其中，上述的四个导电滑环10以摇杆6为分界线对称地安装，每两个导电滑环10对应一个升力组件3。
另外，机身1上可拆卸固定安装有用于封闭导电滑环10的保护罩。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有矢量推力功能的四旋翼无人机，其特征在于：包括：
机身；
机臂，所述机臂有两个，两个所述机臂均可转动连接在所述机身上，两个所述机臂平行且相对布置；
升力组件，各所述机臂的两端均安装有所述升力组件，所述升力组件包括升力电机以及安装在所述升力电机的输出轴上的旋翼，且所述旋翼旋转时所产生的升力垂直于所述机臂；
以及矢量调节装置，所述矢量调节装置有两个且均固定安装在所述机身上，两个所述矢量调节装置的输出端分别与两个所述机臂相连接，两个所述矢量调节装置用以分别带动两个所述机臂偏转。
2.根据权利要求1所述的四旋翼无人机，其特征在于：所述矢量调节装置包括矢量调节电机，所述矢量调节电机固定安装在所述机身上；所述矢量调节电机通过曲柄连杆机构带动所述机臂偏转。
3.根据权利要求2所述的四旋翼无人机，其特征在于：所述矢量调节装置还包括摇杆，所述摇杆一端固定安装在所述机臂上、另一端与所述曲柄连杆机构中的连杆相连接。
4.根据权利要求3所述的四旋翼无人机，其特征在于：所述曲柄连杆机构包括曲柄和连杆，所述曲柄固定安装在所述矢量调节电机的电机轴上，所述连杆的两端分别通过连杆销与所述曲柄以及所述摇杆相连接。
5.根据权利要求2所述的四旋翼无人机，其特征在于：所述机臂配置为曲轴状，所述曲柄连杆机构连接在所述机臂的弯曲处。
6.根据权利要求1所述的四旋翼无人机，其特征在于：所述矢量调节装置包括矢量调节电机和偏转齿轮，所述矢量调节电机固定安装在所述机身上，所述偏转齿轮固定安装在所述机臂的外侧壁上；其中，所述矢量调节电机通过齿轮齿条机构与所述偏转齿轮相连接。
7.根据权利要求2-6任一项所述的四旋翼无人机，其特征在于：所述矢量调节电机为伺服电机。
8.根据权利要求1所述的四旋翼无人机，其特征在于：所述机臂通过至少两个支撑座与所述机身连接，所述支撑座上设置有与所述机臂相适配的轴孔、轴套或者轴承。
9.根据权利要求1所述的四旋翼无人机，其特征在于：所述机臂呈中空结构，所述机臂内穿设有与所述升力电机电性连接的电缆，所述机臂上还同轴地固定安装有四个导电滑环，四个所述导电滑环分别通过所述电缆与安装在同一机臂上的两个所述升力电机的正极和负极电性连接；且所述机身上固定安装有四个分别与四个所述导电滑环相适配的电刷。
10.根据权利要求9所述的四旋翼无人机，其特征在于：所述机身上可拆卸固定安装有用于封闭所述导电滑环的保护罩。
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