CN115520384A - 一种垂直起降固定翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直起降固定翼无人机，包括机身，所述机身连接有垂直起降系统；所述垂直起降系统包括两个用于安装旋翼的安装架、铰接于两个安装架之间的安装架伸缩系统；所述安装架伸缩系统包括菱形杆架、辅助杆架及驱动件。本发明的垂直起降系统可以实现快速、方便的收纳，并且收纳结构简单，实用方便，可以解决现有垂直起降系统收纳结构结构复杂、重量重及成本高的技术问题。

Description

一种垂直起降固定翼无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体是一种垂直起降固定翼无人机。

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。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。

垂直起降固定翼无人机作为常用的无人机机型之一，兼具多旋翼无人机垂直起降，及固定翼无人机续航时间久的特点，其应用越来越广泛，但由于该类无人机，垂直起降与平飞是两套系统，平飞时，垂直起降系统是不工作的，但暴露在外部的垂直起降系统既会增加飞行阻力，还会影响无人机运输，因此发明一种能收纳垂直起降系统的结构是很有必要的。

随着需求的增加，越来越多的垂直起降固定翼无人机考虑到了垂直起降系统的结构问题，设计了一些可减少垂直起降系统影响的新型无人机，例如，申请号CN201811049107.X、名为一种巡航时能够收放旋翼的垂直起降固定翼无人机的专利，设计了一种垂直起降固定翼无人机的收放旋翼的方式，用于在垂直起降系统不使用时将其进行收纳以减少飞行影响，但该方式需要四个驱动机构用于收放四个垂直起降系统的旋翼，驱动机构多，结构较为复杂，不仅增加了无人机载荷，同时增加了结构的设计难度和成本。

基于此，如何设计一种更实用的结构用于控制垂直起降系统的折叠，以减少垂直起降系统对无人机的飞行影响是我们急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直起降固定翼无人机，该垂直起降固定翼无人机的垂直起降系统可以实现快速、方便的收纳，并且收纳结构简单，实用方便，可以解决现有垂直起降系统收纳结构结构复杂、重量重及成本高的技术问题。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：一种垂直起降固定翼无人机，包括机身，所述机身连接有垂直起降系统；所述垂直起降系统包括两个用于安装旋翼的安装架、铰接于两个安装架之间的安装架伸缩系统；所述安装架伸缩系统包括菱形杆架、辅助杆架及驱动件；所述菱形杆架为均相互铰接的四根杆体围合形成的菱形伸缩结构，两个安装架分别铰接于菱形杆架同一对角线上的两个铰接点上，所述菱形杆架另一对角线上的剩余两个铰接点上还分别连接有第一连接件和第二连接件，第一连接件和第二连接件均与驱动件连接；所述辅助杆架间隔设置于菱形杆架外侧，由两根相互铰接的连杆组成，两根连杆分别与两个安装架铰接，两根连杆分别与相邻的菱形杆架的两根杆体平行构成平行四边形伸缩结构，且两根连杆相互铰接的位置还连接有第三连接件，第三连接件与驱动件连接；所述驱动件连接于机身上，用于带动第一连接件和第二连接件相互远离或靠近以将两个安装架同步伸出或收回机身，并同步驱动第三连接件随着第二连接件做同步运动。

基于以上技术方案，所述驱动件为直线导轨，所述第一连接件、第二连接件及第三连接件均位于同一直线上；其中，所述第二连接件、第三连接件均连接于直线导轨的运动端，所述第一连接件则固定于机身上。

基于以上技术方案，所述驱动件为丝杆；所述第一连接件固定于机身，机身上还固定有第一固定块，丝杆套设于第一连接件和第一固定块之间，所述第二连接件和第三连接件均螺纹连接于第一连接件和第一固定块之间的丝杆上。

基于以上技术方案，所述驱动件为丝杆，所述丝杆由螺纹反向设置的第一丝杆部和第二丝杆部组成；其中，所述第一连接件螺纹连接于第一丝杆部，所述第二连接件和第三连接件均螺纹连接于第二丝杆部。

基于以上技术方案，所述机身上还固定有第二固定块，所述丝杆伸出第一连接件后套设于第二固定块内。

基于以上技术方案，所述丝杆一端还连接有驱使丝杆转动的动力源。

基于以上技术方案，所述动力源为步进电机或伺服电机。

基于以上技术方案，所述机身上设置有卡槽，所述卡槽沿第二连接件、第三连接件的运动方向设置；至少所述第二连接件、第三连接件外侧形成有与卡槽相配合的配合部，配合部卡入卡槽并可沿卡槽滑动。

基于以上技术方案，每个所述安装架的两端均安装有锁定装置，所述旋翼可通过锁定装置锁定位置以使得旋翼停止时旋翼的叶片与安装架重叠。

基于以上技术方案，所述垂直起降系统连接于机身下部；所述机身下部向内凹陷形成半圆形空腔，所述半圆形空腔的开口设置有转动板；所述垂直起降系统安装于转动板一侧，所述转动板另一侧形成有流线型壳体，流线型壳体的外形与机身下部外形可形成完整的流线型外形结构，所述流线型壳体内部中空还形成有电器件安装腔；所述机身内部设置有驱动转动板转动的驱动机构，驱动机构用于驱动转动板转动以将安装架收回的垂直起降系统转入半圆形空腔并将流线型壳体转出至机身。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明的垂直起降系统通过结构简单的安装架伸缩系统，可以实现旋翼的快速收纳或伸出动作，并且可通过单一动力源进行控制同步实现多个旋翼的动作，简化结构的同时降低了无人机整体结构重量，并且收放过程平稳可控，不会对无人机飞行造成影响，同时在收纳后还可通过转动板将整体垂直起降系统收纳至机身内，进一步减少垂直起降系统对无人机造成的飞行阻力影响，确保无人机的平稳性和操控性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为垂直起降固定翼无人机的结构示意图；

图2为垂直起降固定翼无人机中垂直起降系统处于收纳状态的结构示意图；

图3为垂直起降固定翼无人机中垂直起降系统处于展开状态的结构示意图；

图4为垂直起降系统的结构示意图；

图5为垂直起降系统的局部结构示意图；

图6为一种安装架伸缩系统的结构示意图；

图7为另一种安装架伸缩系统的结构示意图；

图8为机身下部的局部结构示意图；

图9为带转动板的垂直起降固定翼无人机的结构示意图；

图10为图9所示垂直起降固定翼无人机的横截面局部结构示意图，其中垂直起降系统处于机身内；

图11为图9所示垂直起降固定翼无人机的横截面局部结构示意图，其中垂直起降系统处于机身外；

图12为图11所示垂直起降固定翼无人机的纵截面局部结构示意图；

图中标号分别表示为：

1、机身；2、垂直起降系统；3、旋翼；4、安装架；5、安装架伸缩系统；6、菱形杆架；7、辅助杆架；8、驱动件；9、第一连接件；10、第二连接件；11、第三连接件；12、第一固定块；13、第二固定块；14、卡槽；15、配合部；16、转动板；17、半圆形空腔；18、流线型壳体；19、电器件安装腔；20、驱动机构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

如图1-6所示，本发明第一个实施例提供了一种垂直起降固定翼无人机，包括机身1，所述机身1连接有垂直起降系统2；所述垂直起降系统2包括两个用于安装旋翼3的安装架4、铰接于两个安装架4之间的安装架伸缩系统5；所述安装架伸缩系统5包括菱形杆架6、辅助杆架7及驱动件8；所述菱形杆架6为均相互铰接的四根杆体围合形成的菱形伸缩结构，两个安装架4分别铰接于菱形杆架6同一对角线上的两个铰接点上，所述菱形杆架6另一对角线上的剩余两个铰接点上还分别连接有第一连接件9和第二连接件10，第一连接件9和第二连接件10均与驱动件8连接；所述辅助杆架7间隔设置于菱形杆架6外侧，由两根相互铰接的连杆组成，两根连杆分别与两个安装架4铰接，两根连杆分别与相邻的菱形杆架6的两根杆体平行构成平行四边形伸缩结构，且两根连杆相互铰接的位置还连接有第三连接件11，第三连接件11与驱动件8连接；所述驱动件8连接于机身1上，用于带动第一连接件9和第二连接件10相互远离或靠近以将两个安装架4同步伸出或收回机身1，并同步驱动第三连接件11随着第二连接件10做同步运动。

现有技术中，垂直起降固定翼无人机的平飞系统和垂直起降系统为安装于机身上的两套独立系统，平飞系统用于无人机正常飞行，而垂直起降系统则只用于无人机起降使用。无人机在飞行过程中，因垂直起降系统暴露在外，使得无人机飞行形态会因其受到的阻力、重力而受到稳定性、平衡性及可操控性的多种影响，基于此，为了减少垂直起降系统对无人机飞行影响，部分无人机的垂直起降系统做出了新的改变，通过改变垂直起降系统的形态，减少其受到的风阻或将其重心尽量调整至机身位置，例如，通过折叠装置将垂直起降系统进行折叠或收纳，减少受力面积而降低风阻，如申请号CN201811049107.X、名为一种巡航时能够收放旋翼的垂直起降固定翼无人机，其即是通过收放旋翼来实现旋翼收纳，但现有技术中的收纳结构，普遍结构复杂、收纳不便，成本高，不仅增加了无人机载荷，同时增加了结构的设计难度和成本。

而本实施例的垂直起降固定翼无人机，通过安装架伸缩系统5将机身1和安装架4连为一体，安装架伸缩系统5中，驱动件8可带动菱形杆架6规则的改变形体，通过带动同一对角线上的第一连接件9和第二连接件10，使得菱形杆架6可以随二者收放进而形成菱形伸缩结构，则位于菱形杆架6另一对角线上的两个安装架4则随菱形杆架6同步收放进而伸出或收回机身1，即可实现安装架4及其上旋翼3的收纳或伸展，通过一个驱动件8即可驱动安装架4的运动实现垂直起降系统2的收放，同时，驱动件在带动菱形杆架6改变形体时同步带动第三连接件11随第二连接件10同向运动，进而辅助杆架7在第三连接件11带动下随相邻的菱形杆架6的两根杆体同步运动，形成平行四边形伸缩结构，在菱形杆架6带动安装架4收放过程中，辅助杆架7可以确保安装架4平稳收放，并始终保持平行状态，确保收放后垂直起降系统2均能保持所需形态使用。

基于以上结构，本实施例的垂直起降固定翼无人机利用简单的安装架伸缩系统5即可实现旋翼3、安装架4的快速、稳定收放，并且通过一个驱动件8即可实现多个旋翼3和安装架4的形态改变，并且同步改变也可以确保整体垂直起降系统2的结构稳定性和可重复性，简化结构的同时也确保了无人机的安全性和稳定性，并降低了无人机整体结构重量，无人机飞行或者升降更为平稳可控，减少了垂直起降系统2对无人机的飞行影响。

作为第一种可行方式，所述驱动件8为直线导轨，所述第一连接件9、第二连接件10及第三连接件11均位于同一直线上；其中，所述第二连接件10、第三连接件11均连接于直线导轨的运动端，所述第一连接件9则固定于机身1上。

在此结构中，直线导轨可安装于机身1的下部，在需要时，其可带动第二连接件10、第三连接件11同向运动，进而可以改变菱形杆架6形态，驱使安装架4向外伸出机身1或者收回至机身1下部，而第一连接件9、第二连接件10及第三连接件11均位于同一直线上，可以确保菱形杆架6、辅助杆架7能在直线导轨带动下实现均匀、对称的改变，避免二者出现形变不一致而出现卡壳、失效或者断裂等问题，进一步确保了安装架伸缩系统5的稳定性。

如图5、图6所示，作为第二种可行方式，所述驱动件8为丝杆；所述第一连接件9固定于机身1，机身1上还固定有第一固定块12，丝杆套设于第一连接件9和第一固定块12之间，所述第二连接件10和第三连接件11均螺纹连接于第一连接件9和第一固定块12之间的丝杆上。

在此结构中，丝杆通过第一连接件9和第一固定块12套设定位，丝杆可自由转动，转动时，由于第二连接件10和第三连接件11与丝杆螺纹连接，则可随丝杆同向转动，进而可以改变菱形杆架6形态，驱使安装架4向外伸出机身1或者收回至机身1下部，且第二连接件10和第三连接件11只可沿丝杆运动，进而也可以保证菱形杆架6、辅助杆架7均匀、对称的改变，避免二者出现形变不一致而出现卡壳、失效或者断裂等问题，进一步确保安装架伸缩系统5的稳定性。

如图7所示，作为第三种可行方式，所述驱动件8为丝杆，所述丝杆由螺纹反向设置的第一丝杆部A和第二丝杆部B组成；其中，所述第一连接件9螺纹连接于第一丝杆部A，所述第二连接件10和第三连接件11均螺纹连接于第二丝杆部B。

在此结构中，由于第一丝杆部A和第二丝杆部B螺纹反向设置，当丝杆转动时，第一连接件9和第二连接件10则反向运动或相向运动，进而可以通过二者运动改变菱形杆架6形态，驱使安装架4向外伸出机身1或者收回至机身1下部，同时，由于第三连接件11螺纹连接于第二丝杆部B，因此辅助杆架7可随第二连接件10同步且同向运动，进而带动辅助杆架7辅助菱形杆架6，确保安装架4的相对稳定和平稳收放。

需要说明的是，由于丝杆由螺纹反向设置的第一丝杆部A和第二丝杆部B组成，第一丝杆部A和第二丝杆部B的分界处可设置相应的挡环遮挡，避免第一连接件9、第二连接件10卡死在分界处，或者可控制二者的行程使二者分别在对应丝杆部运动即可。

为了确保第二种可行方式和第三种可行方式的稳定性，所述机身1上还固定有第二固定块13，所述丝杆伸出第一连接件9后套设于第二固定块13内。第二固定块13套设于第一连接件9外侧，进而丝杆在转动时可以通过第二固定块13和第一固定块12更好的支撑丝杆，可以避免第一连接件9、第二连接件10相互靠近时因菱形杆架6反作用力导致丝杆卡死或者扭矩增大，确保丝杆的稳定转动。

在第二种可行方式和/或第三种可行方式的基础上，所述丝杆一端还连接有驱使丝杆转动的动力源。动力源主要用于为丝杆提供动力供其转动，具体动力源可采用步进电机或伺服电机。

如图8所示，所述机身1上设置有卡槽14，所述卡槽14沿第二连接件10、第三连接件11的运动方向设置；至少所述第二连接件10、第三连接件11外侧形成有与卡槽14相配合的配合部15，配合部15卡入卡槽14并可沿卡槽14滑动。

当驱动件8带动第二连接件10、第三连接件11运动时，第二连接件10、第三连接件11会产生振动、晃动等，为了确保安装架伸缩系统5收放过程中的平稳性，本实施例中，至少第二连接件10、第三连接件11通过配合部15与卡槽14的配合，使得第二连接件10、第三连接件11可以沿卡槽14平滑，这样，当二者运动时，可以通过配合部15与卡槽14的配合进行稳定，可减少振动、晃动等。具体的，卡槽14可以为梯形槽，而配合部15可以为梯形槽配对的梯形块。

需要说明的是，在第三种可行方式中，由于第一连接件9同样会在驱动件8作用下运动，因此，其可采用与第二连接件10、第三连接件11相同结构形成配合部，从而可以与卡槽配合实现稳定平移。

如图8所示，在以上三种可行方式中，第一连接件9、第二连接件10及第三连接件11均可设置成相同结构和大小的块状结构。具体的，在第二种可行方式中，第二连接件10和第三连接件11上均设置有螺纹孔C与丝杆螺纹连接，进一步的，在第三种可行方式中，第一连接件9同样设置有螺纹孔C与丝杆螺纹连接。

在具体应用时，每个所述安装架4的两端均安装有锁定装置，所述旋翼3可通过锁定装置锁定位置以使得旋翼3停止时旋翼3的叶片与安装架4重叠。为了进一步的降低垂直起降系统2对无人机飞行的影响，本实施例中的安装架4上在安装旋翼3的位置可以安装锁定装置，例如角度控制器等，从而当旋翼3停止后，其叶片可以重叠于安装架4上与其齐平，

如图9-12所示，作为进一步的结构优化，所述垂直起降系统2连接于机身1下部；所述机身1下部向内凹陷形成半圆形空腔17，所述半圆形空腔17的开口设置有转动板16；所述垂直起降系统2安装于转动板16一侧，所述转动板16另一侧形成有流线型壳体18，流线型壳体18的外形与机身1下部外形可形成完整的流线型外形结构，所述流线型壳体18内部中空还形成有电器件安装腔19；所述机身1内部设置有驱动转动板16转动的驱动机构20，驱动机构20用于驱动转动板16转动以将安装架4收回的垂直起降系统2转入半圆形空腔17并将流线型壳体18转出至机身1。

在实际应用时，垂直起降系统2即使收纳后，其虽然集中的靠近机身，减少了受力面积，但依然会增加无人机风阻，并且因为垂直起降系统2结构问题，导致其在不同环境或不同飞行状态下不同部位受到的风阻大小及方向均不一致，导致无人机飞行时容易引起晃动或失稳，并且由于垂直起降系统2一般都是位于机身下部，其重心位于机身重心下方，进而在无人机飞行过程中，无人机在快速飞行、转弯等过程中，垂直起降系统2还会影响到无人机的惯性以及平稳性，从而导致无人机的稳定性、精准性下降，无法执行一些精准、稳定的作业任务。

基于此，本实施例中，通过半圆形空腔17和转动板16设计，垂直起降系统2可以整体安装于转动板16上，进而驱动机构20可以驱动转动板16转动，当垂直起降系统2处于收回状态不使用时，可以将其转动至半圆形空腔17内，此时流线型壳体18则转出并与机身1下部形成完整的流线型外形结构，减少垂直起降系统2引起的风阻和和解决其重心问题，并通过流线型壳体18遮挡半圆形空腔17，减少空气进入而减少风阻，同时流线型壳体18与机身1相互衔接形成完整的流线型外形结构，还可以进一步减少无人机的风阻问题，并增加无人机的飞行稳定性，同时，电器件安装腔19则可以作为一个安装电器件的腔体，用于安装垂直起降系统2所需要的电器件，例如旋翼3的开关件、供电电源、控制器等等。

进一步的，驱动机构20采用制动电机。制动电机可以在停止后自动制动，从而可以锁死转动板16，确保其稳定性，保证其上的垂直起降系统2无论是在机身1内还是外均能稳定运行。

最后，需要说明的是，由于垂直起降系统2由于不同需求，其整体结构在收纳后可能长度也会较长甚至超过机身长度，因此，在需要时，半圆形空腔17可以在机身1尾部一侧贯穿机身1形成开口，从而当垂直起降系统2收入至半圆形空腔17内后，其较长的部分可以从机身1尾部伸出，进而可以在实现以上收纳功能的同时满足使用需求，而从机身1尾部伸出也能尽量的减少暴露在外的垂直起降系统2不产生较大的风阻。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垂直起降固定翼无人机，包括机身，其特征在于，所述机身连接有垂直起降系统；

所述垂直起降系统包括两个用于安装旋翼的安装架、铰接于两个安装架之间的安装架伸缩系统；

所述安装架伸缩系统包括菱形杆架、辅助杆架及驱动件；

所述菱形杆架为均相互铰接的四根杆体围合形成的菱形伸缩结构，两个安装架分别铰接于菱形杆架同一对角线上的两个铰接点上，所述菱形杆架另一对角线上的剩余两个铰接点上还分别连接有第一连接件和第二连接件，第一连接件和第二连接件均与驱动件连接；

所述辅助杆架间隔设置于菱形杆架外侧，由两根相互铰接的连杆组成，两根连杆分别与两个安装架铰接，两根连杆分别与相邻的菱形杆架的两根杆体平行构成平行四边形伸缩结构，且两根连杆相互铰接的位置还连接有第三连接件，第三连接件与驱动件连接；

所述驱动件连接于机身上，用于带动第一连接件和第二连接件相互远离或靠近以将两个安装架同步伸出或收回机身，并同步驱动第三连接件随着第二连接件做同步运动。

2.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述驱动件为直线导轨，所述第一连接件、第二连接件及第三连接件均位于同一直线上；

其中，所述第二连接件、第三连接件均连接于直线导轨的运动端，所述第一连接件则固定于机身上。

3.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述驱动件为丝杆；

所述第一连接件固定于机身，机身上还固定有第一固定块，丝杆套设于第一连接件和第一固定块之间，所述第二连接件和第三连接件均螺纹连接于第一连接件和第一固定块之间的丝杆上。

4.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述驱动件为丝杆，所述丝杆由螺纹反向设置的第一丝杆部和第二丝杆部组成；

其中，所述第一连接件螺纹连接于第一丝杆部，所述第二连接件和第三连接件均螺纹连接于第二丝杆部。

5.根据权利要求3或4所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述机身上还固定有第二固定块，所述丝杆伸出第一连接件后套设于第二固定块内。

6.根据权利要求5所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述丝杆一端还连接有驱使丝杆转动的动力源。

7.根据权利要求6所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述动力源为步进电机或伺服电机。

8.根据权利要求2、3、4、6、7中任一项所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述机身上设置有卡槽，所述卡槽沿第二连接件、第三连接件的运动方向设置；

至少所述第二连接件、第三连接件外侧形成有与卡槽相配合的配合部，配合部卡入卡槽并可沿卡槽滑动。

9.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，每个所述安装架的两端均安装有锁定装置，所述旋翼可通过锁定装置锁定位置以使得旋翼停止时旋翼的叶片与安装架重叠。

10.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述垂直起降系统连接于机身下部；

所述机身下部向内凹陷形成半圆形空腔，所述半圆形空腔的开口设置有转动板；

所述垂直起降系统安装于转动板一侧，所述转动板另一侧形成有流线型壳体，流线型壳体的外形与机身下部外形可形成完整的流线型外形结构，所述流线型壳体内部中空还形成有电器件安装腔；

所述机身内部设置有驱动转动板转动的驱动机构，驱动机构用于驱动转动板转动以将安装架收回的垂直起降系统转入半圆形空腔并将流线型壳体转出至机身。

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