CN115367106A - 倾转旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种倾转旋翼无人机，包括：机体、旋翼机构、转轴和倾转控制机构，机体两侧设有固定翼，旋翼机构包括左旋翼组件和与右旋翼组件，左旋翼组件包括位于固定翼上下两侧的左上旋翼和左下旋翼，右旋翼组件与左旋翼组件对称设置，分设在一转轴的两端，转轴设置在机体，倾转控制机构包括锁体、限位件和驱动组件，锁体连接于转轴并被容置于限位件中，锁体可在限位件中转动；驱动组件的输出端设置有可伸入锁体底部的制动块。本发明通过旋翼机构与转轴的特殊设置形式进行旋翼的倾转工作，并以倾转控制机构辅助，实现对倾转旋翼无人机在飞行过程中改变飞行模式的无人机姿态控制，结构简洁有效。

Description

倾转旋翼无人机

技术领域

本发明涉及旋翼无人机领域，特别涉及一种倾转旋翼无人机。

背景技术

无人机是指一种以无线电遥控或自身程序控制为主的无需人为驾驶的飞行器，它具有体积小、造价低、使用方便等优点。

为满足在特定环境下工作的一些无人机既需要普通直升机垂直起降和空中悬停的能力，又需要具有涡轮螺旋桨飞机的高速巡航飞行能力的需求，倾转旋翼无人机应运而生，在固定翼飞机机翼处增加了可在水平位置和竖直位置之间转动的旋翼倾转系统组件，当飞机垂直起飞和着陆时，旋翼轴垂直于地面，呈横列式直升机飞行状态，并可在空中悬停、前后飞行和侧飞。

现有的倾转旋翼无人机，通过将倾转舵机安装在固定翼上，倾转舵机连接可旋转的旋翼，倾转电机驱动旋翼在水平位置和竖直位置之间转动，在飞行过程中，当倾转电机驱动旋翼转动，此时旋翼摆动受飞行中的气流影响，气流对旋翼的力通过舵机传动到固定翼，使固定翼随之发生转动，不利于无人机在倾转旋翼时对飞机姿态的控制。

发明内容

本发明的提出一种倾转旋翼无人机，旨在使倾转旋翼无人机在飞行过程中倾转旋翼的同时不影响无人机飞行姿态。

为实现上述目的，本发明提出一种倾转旋翼无人机，包括：

机体，所述机体两侧设有固定翼；

旋翼机构，包括左旋翼组件和与右旋翼组件，所述左旋翼组件包括位于固定翼上下两侧的左上旋翼和左下旋翼；所述右旋翼组件与所述左旋翼组件对称设置，分设在一转轴的两端，所述转轴设置在机体；

倾转控制机构，包括锁体、限位件和驱动组件，所述锁体连接于所述转轴并被容置于所述限位件中，所述锁体可在限位件中转动；所述驱动组件的输出端设置有可伸入所述锁体底部的制动块。

在一些实施例中，所述限位件包括底板、第一挡块和第二挡块，所述第一挡块和所述第二挡块间隔设置于所述底板，所述锁体构造有可与第一挡块与第二挡块接触的凸起，所述凸起的周侧容置于所述第一挡块和所述第二挡块之间；所述底板开设有供所述制动块滑动的导槽。

在一些实施例中，所述凸起的周侧构造有呈预设角度设置的第一接触面和第二接触面，所述制动块构造有对应所述第一接触面和所述第二接触面的斜面，所述斜面用于抵接所述第一接触面或第二接触面。

在一些实施例中，所述第一挡块和所述第二挡块分别构造有第一缓冲面和第二缓冲面，所述第一缓冲面和所述第二缓冲面呈预设角度设置。

在一些实施例中，所述倾转控制机构还包括传动组件，所述传动组件包括曲柄和连杆，所述曲柄的一端与所述驱动组件的输出端连接，所述曲柄的另一端通过所述连杆连接所述制动块。

在一些实施例中，本发明倾转旋翼无人机还包括设于所述机体的至少一支撑组件，所述支撑组件包括两间隔设置的轴承支撑座，所述限位件位于两所述轴承支撑座之间，所述转轴转动连接于两所述轴承支撑座。

在一些实施例中，所述机体包括用于安装倾转控制机构和旋翼机构的安装板，所述支撑组件安装于所述安装板的一水平面，所述驱动组件安装于所述安装板的另一水平面。

在一些实施例中，所述旋翼机构还包括对称设置于所述转轴两端的旋翼连接组件，每一所述旋翼连接组件包括转接座和转接杆，所述转接座的上下两侧互成夹角设置有用于连接转接杆的连接部，所述转接杆的一端与所述连接部连接，另一端与旋翼连接。

在一些实施例中，本发明倾转旋翼无人机还包括设于所述机体的飞行控制模块，所述飞行控制模块与无人机的控制器无线通讯连接，并分别与所述驱动组件和各旋翼电连接，用于控制所述驱动组件和各旋翼运行，并提供运行所需的电能。

在一些实施例中，所述固定翼可拆卸连接于所述机体，每一所述固定翼内部设有编码器，所述编码器用于与无人机的飞行控制模块电连接，用于向所述飞行控制模块反馈连接的所述固定翼的翼型结构信息。

本发明倾转旋翼无人机可实现升降和平飞，升降和平飞是通过旋翼机构的升力面朝向决定的，当旋翼机构的左旋翼组件和右旋翼组件的升力面朝向竖直向上时，本发明倾转旋翼无人机沿竖直方向升降，当在飞行过程中需要无人机改变为平飞动作时，左旋翼组件中的左上旋翼和右旋翼组件中的右上旋翼转速同步增快，左下旋翼和右下旋翼转速减缓，此时旋翼机构的升力面方向从水平于水平面向垂直于水平面的方向倾转，即以左上旋翼和右上旋翼为上旋翼组，左下旋翼和右下旋翼为下旋翼组，上旋翼组和下旋翼组同时沿同一转向绕转轴的轴向中心线转动，转轴被旋翼机构带动而发生自转，套设于转轴上的锁体随之在限位件内转动，当锁体沿转动方向继续转动直至被限位件阻挡时，旋翼机构转动至升力面方向垂直于水平面，即各旋翼输出方向由垂直于水平面作升降运动转至输出方向平行于水平面作平飞运动，此时驱动组件驱动制动块伸入锁体底部并接触锁体，使锁体不能沿升力面倾转方向的反向转动，实现了无需舵机控制的无人机升降和平飞的转换，旋翼机构与固定翼没有耦合关系，并且还能解决在升降和平飞中受气流影响旋翼机构容易发生反转的问题，所以在升降和平飞的转换过程中不影响无人机的姿态控制，结构简洁有效。

附图说明

图1为本发明一实施例中倾转旋翼无人机的结构示意图；

图2为本发明一实施例中倾转旋翼无人机的内部示意图；

图3为图2中A处的局部放大示意图；

图4为本发明一实施例中安装板、转接座、传动组件和转轴的结构示意图；

图5为本发明一实施例中驱动组件、制动块、限位件和锁体的剖面结构示意图；

图6为本发明一实施例中限位件的结构示意图；

图7为本发明一实施例中避位孔的结构示意图；

图8为本发明一实施例中旋翼机构的结构示意图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1至图8，本发明提出一种倾转旋翼无人机，包括：

机体1，机体1两侧设有固定翼11；

旋翼机构2，包括左旋翼组件21和与右旋翼组件22，左旋翼组件21包括位于固定翼11上下两侧的左上旋翼211和左下旋翼212；右旋翼组件22与左旋翼组件21对称设置，分设在一转轴3的两端，转轴3设置在机体1；

倾转控制机构4，包括锁体41、限位件42和驱动组件43，锁体41连接于转轴3并被容置于限位件42中，锁体41可在限位件42中转动；驱动组件43的输出端设置有可伸入锁体41底部的制动块431。

本实施例中，本发明倾转旋翼无人机可实现竖直飞行和水平飞行，以下简称升降和平飞，升降和平飞是通过旋翼机构2的升力面朝向决定的，当旋翼机构2的左旋翼组件21和右旋翼组件22的升力面朝向竖直向上时，本发明倾转旋翼无人机沿竖直方向升降，当在飞行过程中，升降到一定位置时需要无人机进行平飞动作，左旋翼组件21中的左上旋翼211和右旋翼组件22中的右上旋翼221转速同步增快，左下旋翼212和右下旋翼222转速减缓，此时旋翼机构2的升力面方向从水平于水平面向垂直于水平面的方向倾转，即以左上旋翼211和右上旋翼221为上旋翼组，左下旋翼212和右下旋翼222为下旋翼组，上旋翼组和下旋翼组同时沿同一转向绕转轴3的轴向中心线转动，转轴3被旋翼机构2带动而发生自转，套设于转轴3上的锁体41随之在限位件42内转动，当锁体41沿转动方向继续转动直至被限位件42阻挡时，旋翼机构2转动至升力面方向垂直于水平面，即各旋翼输出方向由垂直于水平面作升降运动转至输出方向平行于水平面作平飞运动，此时驱动组件43驱动制动块431伸入锁体41底部并接触锁体41，使锁体41不能沿升力面倾转方向的反向转动，具体的，参考图5，当旋翼机构2沿转轴3的轴向中心线逆时针方向转动时，带动转轴3逆时针转动，转轴3转动带动锁体41在限位件42内逆时针转动，直至锁体41被限位件42阻挡时，锁体41无法继续逆时针转动，此时旋翼机构2处于升力面垂直于水平面位置，驱动组件43驱动制动块431接触锁体41以防止旋翼机构2受风力影响而沿顺时针方向转动，影响无人机的飞行姿态。当需要将旋翼机构2的升力面转回至平行于水平面时，驱动组件3驱动制动块431远离锁体41，锁体41解除顺时针转动的限制，此时上旋翼组减速，下旋翼组相对的加速，使旋翼机构2的升力面方向朝向于水平面的方向转动，带动转轴3顺时针转动，从而锁体41顺时针转动，锁体41离开被限位件42限制的第一极限位置，直至锁体41接触限位件42限制的第二极限位置，此时旋翼机构2的升力面方向平行于水平面，无人机升降飞行，此时驱动组件43驱动制动块431接触锁体41，在升降飞行过程中锁体41不会因为旋翼机构2受上下气流的影响带动转轴3转动从而发生转动。本发明倾转旋翼无人机通过旋翼机构2、转轴3和倾转控制机构4的设置，实现了无需舵机控制的无人机升降和平飞的转换，旋翼机构2与固定翼11没有耦合关系，并且还能解决在升降和平飞中受气流影响旋翼机构2容易发生反转的问题，所以在升降和平飞的飞行姿态的转换过程中不影响无人机的姿态控制，结构简洁有效。

在一些实施例中，限位件42的限制范围的两个极限位置可根据本领域技术人员实际所需进行设定，并不一定设置为当锁体41转动到两个极限时分别对应是旋翼机构2的升力面方向朝向竖直方向或是朝向水平方向两种状态。

在一些实施例中，各旋翼组件包括旋桨和电机，电机控制和驱动旋桨的旋转，控制其加速减速。

参照图4至图6，限位件42包括底板421、第一挡块422和第二挡块423，第一挡块422和第二挡块423间隔设置于底板421，锁体41构造有可与第一挡块422与第二挡块423接触的凸起410，凸起410的周侧容置于第一挡块422和第二挡块423之间；底板421开设有供制动块431滑动的导槽4210。

本实施例中，限位件42的工作原理为：当旋翼机构2的升力面由水平或垂直于水平面中任一状态转变为另一状态时，旋翼机构2带动转轴3转动，从而使锁体41转动，当旋翼机构2的升力面朝向转动至水平或垂直于水平面时，此时锁体41被第一挡块422或第二挡块423阻挡，使锁体41不能继续沿被任一挡块阻挡的方向继续转动，从而使旋翼机构2停止继续转动。

在一些实施例中，锁体41的形状可视为不规则凸轮，其凸起410的部分远离导槽4210设置，导槽4210开设于底板421上，第二挡块423设于导槽4210上方，部分遮蔽导槽4210，第二挡块423的下侧可开设有与导槽4210相对应的槽，以适配制动块431的高度。

参照图5，在一些实施例中，本发明实施例提出的凸起410的周侧构造有呈预设角度设置的第一接触面411和第二接触面412，制动块431构造有对应第一接触面和第二接触面的斜面，斜面用于抵接第一接触面或第二接触面。

本实施例中，当锁体41被限位件42限制沿顺时针或逆时针继续转动时，此时驱动组件43驱动设于其输出端的制动块431沿朝向锁体41的方向水平运动，此时制动块431的斜面4310朝向第一接触面411或第二接触面412运动，直至斜面4310接触第一接触面411或第二接触面412，抵住锁体41使锁体41不能沿被限位件42限制转动方向的反向转动，即锁体41被限位件42限制沿逆时针方向转动时，驱动组件43配合制动块431限制锁体41沿顺时针方向转动。

在一些实施例中，第一接触面411和第二接触面412成直角设置，对应旋翼机构2的升力面在水平和垂直之间改变的直角角度设置，两接触面之间的交接位置圆滑设置，第一接触面411或第二接触面412与斜面4310接触时，两接触面的交接位置为挡点阻挡锁体41的反向转动。

参照图5和图6，在一些实施例中，本发明实施例提出的第一挡块422和第二挡块423分别构造有第一缓冲面4220和第二缓冲面4230，第一缓冲面4220和第二缓冲面4230呈预设角度设置。

本实施例中，第一缓冲面4220和第二缓冲面4230呈预设角度设置，该角度对应旋翼机构2升力面的两个终点朝向设置，使锁体41被第一挡块422或第二挡块423阻挡时，旋翼机构2的升力面方向正好处于水平或垂直于水平面方向。且该角度还可对应锁体41的突出部分设置，本领域技术人员可根据设置锁体41突出部分的斜面角度对应设计不同预设角度的第一缓冲面和第二缓冲面。

在一些实施例中，第一缓冲面4220和第二缓冲面4230可设置有缓冲材料，以使锁体41转动并抵接第一挡块422或第二挡块423时获得一定缓冲力，避免因锁体41转动速度过快撞击阻挡块而造成机械损伤。

在一些实施例中，第一缓冲面4220和第二缓冲面4230呈圆滑设置。

参照图5，在一些实施例中，本发明实施例提出的倾转控制机构4还包括传动组件44，传动组件包括曲柄441和连杆442，曲柄441一端与驱动组件43的输出端连接，另一端通过连杆442连接制动块431。

本实施例中，当需要锁止锁体41时，驱动组件43输出转矩，使曲柄441摆动，从而带动连杆442水平往复运动，从而实现驱动制动块431沿朝向或远离第一接触面411或第二接触面412的方向运动。

在一些实施例中，曲柄441和连杆442的曲柄连杆传动结构，在原理上是将旋转运动转变为直线运动，目的在于推动制动块431水平往复运动，可以通过错位安装节省安装空间，本领域技术人员根据实际情况，还可以通过设计同步带轮配合滑轨滑块的传动等各种传动方式实现，在此不做赘述。

参照图4，在一些实施例中，本发明实施例提出的倾转旋翼无人机还包括设于机体1的至少一支撑组件5，支撑组件5包括两间隔设置的轴承支撑座51，限位件42位于两轴承支撑座51之间，转轴3转动连接于两轴承支撑座51。

本实施例中，转轴支撑座5为固定轴承座，包括座体和转动连接于座体的轴承，转轴3连接于各固定轴承座的轴承，当转轴3受旋翼机构2驱动时即可相对于座体作自转。

在一些实施例中，本发明提案采用两组倾转控制机构4，两组倾转控制机构4水平间隔设置，对应的设置有两组支撑组件5，每组支撑组件5的转轴支撑座51设于限位件42的两侧，所有转轴支撑座51的轴承同心设置。

参照图4，在一些实施例中，本发明实施例所提出的机体1包括用于安装倾转控制机构4和旋翼机构2的安装板100，支撑组件5安装于安装板100的一水平面，驱动组件43安装于安装板100的另一水平面。

本实施例中，支撑组件5设于安装板100邻近转轴3的一水平面，而驱动组件43设于安装板100原理转轴3的水平面，安装板100开设有贯通两水平面的通孔供曲柄441穿过，曲柄441两端分别连接连杆442和驱动组件43的输出端，当驱动组件43输出驱动力时，曲柄441在通孔内摆动，带动连杆442水平往复运动，使连接于连杆442的制动块431接触或远离锁体41。

在一些实施例中，机体1内部还设有多块安装板100以供无人机其他部件安装。

参照图4、图7和图8，在一些实施例中，本发明实施例提出的旋翼机构2还包括对称设置于转轴3两端的旋翼连接组件23，每一旋翼连接组件23包括转接座231和转接杆232，转接座231的上下两侧互成夹角设置有用于连接转接杆的连接部2310，转接杆232的一端与连接部2310连接，另一端与旋翼连接。

本实施例中，每一旋翼连接组件23包括一转接座231和两转接杆232，两转接杆232分别连接转接座231和该侧旋翼组件内的上下两旋翼，连接部2310为开设在位于连接座231上下两侧的连接孔，供转接杆232插入并固定。

当旋翼机构2的升力面由水平或垂直于水平面两状态中任一状态转变为另一状态时，各旋翼组件转动，转接座231在避位孔12内转动，各连接杆232沿远离固定翼11的方向绕转轴3的轴向中心线转动。

在一些实施例中，机体1两侧开设有避位孔12，转接座231容置于避位孔12内，当旋翼机构2的升力面朝向水平于水平面时，转接座231的两连接部2310上下突出于避位孔12，当旋翼机构2的升力面方向转动时，转接座231随之在避位孔12内转动。在使各旋翼组件转动时不干涉固定机翼的同时，也避免转动时因气流影响各旋翼组件进而影响无人机的飞行姿态。

参照图1至图3，在一些实施例中，本发明实施例提出的倾转旋翼无人机还包括设于机体1的飞行控制模块6，飞行控制模块6与无人机的控制器无线通讯连接，并分别与驱动组件43和各旋翼电连接，用于控制驱动组件43和各旋翼运行，并提供运行所需的电能。

本实施例中，飞行控制模块6为无人机的飞行控制系统，包括程序控制部分61和电源62，电源62用于向各旋翼组件、驱动组件43和程序控制部分61提供运行所需的电源，飞行控制模块6还与无人机的控制器无线通讯连接，用户可通过无线控制器向程序控制部分61发出控制信号，控制各旋翼组件和/或驱动组件43工作。飞行控制模块6的工作原理本领域技术人员已熟知，不涉及本发明创造内容所以在此不再赘述。

参照图7，在一些实施例中，本发明实施例提出的每一固定翼11内部设有编码器，编码器用于与无人机的飞行控制模块6电连接，用于向飞行控制模块6反馈连接的固定翼11的翼型结构信息。

本实施例中，固定翼11与机体1可拆卸连接。编码器又称电子编码器，固定翼11安装有电子编码器，将固定翼11安装于快拆部12后，通过线连接电子编码器与飞行控制模块，飞行控制模块可读取电子编码器的数据，飞行控制模块6并根据所读取的编码值判断所安装的固定翼11的翼型结构，从而根据本发明倾转旋翼无人机上安装的不同翼型固定翼11的编码值来采用对应的无人机飞行控制逻辑方法。本领域技术人员对其飞行控制逻辑方法已熟知，在此不做赘述。

以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种倾转旋翼无人机，其特征在于，包括：

机体，所述机体两侧设有固定翼；

旋翼机构，包括左旋翼组件和与右旋翼组件，所述左旋翼组件包括位于固定翼上下两侧的左上旋翼和左下旋翼；所述右旋翼组件与所述左旋翼组件对称设置，分设在一转轴的两端，所述转轴设置在机体；

倾转控制机构，包括锁体、限位件和驱动组件，所述锁体连接于所述转轴并被容置于所述限位件中，所述锁体可在限位件中转动；所述驱动组件的输出端设置有可伸入所述锁体底部的制动块。

2.根据权利要求1所述的倾转旋翼无人机，其特征在于，所述限位件包括底板、第一挡块和第二挡块，所述第一挡块和所述第二挡块间隔设置于所述底板，所述锁体构造有可与第一挡块与第二挡块接触的凸起，所述凸起的周侧容置于所述第一挡块和所述第二挡块之间；所述底板开设有供所述制动块滑动的导槽。

3.根据权利要求2所述的倾转旋翼无人机，其特征在于，所述凸起的周侧构造有呈预设角度设置的第一接触面和第二接触面，所述制动块构造有对应所述第一接触面和所述第二接触面的斜面，所述斜面用于抵接所述第一接触面或第二接触面。

4.根据权利要求3所述的倾转旋翼无人机，其特征在于，所述第一挡块和所述第二挡块分别构造有第一缓冲面和第二缓冲面，所述第一缓冲面和所述第二缓冲面呈预设角度设置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的倾转旋翼无人机，其特征在于，所述倾转控制机构还包括传动组件，所述传动组件包括曲柄和连杆，所述曲柄的一端与所述驱动组件的输出端连接，所述曲柄的另一端通过所述连杆连接所述制动块。

6.根据权利要求5所述的倾转旋翼无人机，其特征在于，还包括设于所述机体的至少一支撑组件，所述支撑组件包括两间隔设置的轴承支撑座，所述限位件位于两所述轴承支撑座之间，所述转轴转动连接于两所述轴承支撑座。

7.根据权利要求6所述的倾转旋翼无人机，其特征在于，所述机体包括用于安装倾转控制机构和旋翼机构的安装板，所述支撑组件安装于所述安装板的一水平面，所述驱动组件安装于所述安装板的另一水平面。

8.根据权利要求1所述的倾转旋翼无人机，其特征在于，所述旋翼机构还包括对称设置于所述转轴两端的旋翼连接组件，每一所述旋翼连接组件包括转接座和转接杆，所述转接座的上下两侧互成夹角设置有用于连接转接杆的连接部，所述转接杆的一端与所述连接部连接，另一端与旋翼连接。

9.根据权利要求1所述的倾转旋翼无人机，其特征在于，还包括设于所述机体的飞行控制模块，所述飞行控制模块与无人机的控制器无线通讯连接，并分别与所述驱动组件和各旋翼电连接，用于控制所述驱动组件和各旋翼运行，并提供运行所需的电能。

10.根据权利要求9所述的倾转旋翼无人机，其特征在于，所述固定翼可拆卸连接于所述机体，每一所述固定翼内部设有编码器，所述编码器用于与无人机的飞行控制模块电连接，用于向所述飞行控制模块反馈连接的所述固定翼的翼型结构信息。

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