CN117508682A - 一种可自展开的微型螺旋桨无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可自展开的微型螺旋桨无人机，包括飞行动力系统、无人机主体、着陆系统、折展装置、控制电路、电池；飞行动力系统包含螺旋桨和电机，无人机主体包含机身和垂尾，着陆系统包含支撑架和轮子，折展装置包含锁扣装置、展开装置和限位装置；无人机在未使用时，飞行动力系统中的螺旋桨、无人机主体中的垂尾、着陆系统中的支撑架均处于折叠状态；使用时，通过折展装置实现垂尾、支撑架自动展开并固定在竖直状态；螺旋桨则在电机转动产生的离心力作用下自动展开，停转后在弹簧作用下自动恢复折叠状态。该设计可实现无人机自动展开，无人机折叠状态较展开状态节省大量空间，大大提高了运输性和便携性。
Description
技术领域
本发明属于无人机领域，特别是一种可自展开的微型螺旋桨无人机。
背景技术
无人机在军事、民用和商业领域有广泛的应用。军事方面，无人机可以用于侦察、情报收集、目标识别和打击等任务，减少对飞行员的风险。民用方面，无人机可用于航空摄影、电力巡检、农业监测、气象研究和紧急救援等领域。根据飞行方式，无人机还可以分为以下几类：固定翼无人机、多轴旋翼无人机和扑翼无人机。随着民用和商业领域的快速发展，多轴旋翼无人机日益流行，出现了很多折叠式的产品，大大提高了便携性；而固定翼无人机的常见的一些折叠均是改变机翼后掠角或者利用电机与齿轮实现机翼的变形，这些方法一定程度上能够缩小机翼占据的空间从而提高空间利用率，但是结构较为复杂；而对于微型固定翼无人机，其尺寸较小，无法添加过于复杂的零部件实现折叠与展开。因此设计微型固定翼无人机的折叠展开结构，实现微型无人机能够完全折叠成最小状态并且自动展开后能够自动保持一定结构刚度是未来发展的一个趋势；无人机在折叠状态占据的空间越小，有限空间内运输的无人机则更多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可自展开的微型螺旋桨无人机，未使用时无人机完全折叠并呈平板状态，便于携带或者大批量运输；使用时可一键自动展开并自动固定在展开状态，展开后的无人机可直接手动抛飞；折叠状态下的无人机较展开状态节省了大量空间，可进行大批量运输部署或者隐藏式运输。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种可自展开的微型螺旋桨无人机，包括无人机主体、飞行动力系统、着陆系统、折展装置；
所述无人机主体包含机身和垂尾；垂尾布置在机身上部两侧；
所述着陆系统包含支撑架和设置在支撑架上的轮子，支撑架有三个且采用“前一后二”布局安装在机身下表面；
所述无人机主体和着陆系统均通过折展装置与机身相连；所述折展装置包含锁扣装置、展开装置和限位装置；所述垂尾和支撑架均通过展开装置连接在机身上，通过锁扣装置与机身固定在折叠状态，展开后通过限位装置固定在竖直状态。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)折叠状态下的无人机可由程序实现一键展开，并通过程序自动固定在展开状态，且能够承受一定的外力，提高了无人机展开后的整体结构刚度。
(2)无人机折叠状态的保持无需外部壳体或筒体约束，依靠内部装置可实现锁扣与解锁，从而实现无人机从折叠状态到展开状态转变，摆脱了常见无人机需要外部装置约束的缺陷。
(3)无人机在折叠状态下近似为一平板，较展开状态可节省大量空间，大大提高了空间利用率，且未使用时为平板状态，可批量携带或者隐蔽式携带，摆脱了常见固定翼无人机不易携带的缺陷。
(4)由于无人机尺寸较小，无人机起飞可直接采用手抛起飞，摆脱了常见固定翼无人机需要外部发射器发射的缺陷。
附图说明
图1为无人机处于折叠状态下的三维示意图。
图2为无人机处于展开状态下的三维示意图。
图3为飞行动力系统展开状态下的三维示意图。
图4为飞行动力系统、无人机主体和着陆系统完全展开后的正面示意图。
图5为飞行动力系统、无人机主体和着陆系统完全展开后的侧面示意图。
图6为无人机处于折叠状态下的侧面示意图。
图7为无人机着陆系统的三维示意图。
图8为垂尾与机身通过折展装置固定在竖直状态下的局部放大图。
图9为折展装置中的限位装置组成示意图以及局部放大图。
图10为无人机总体使用流程。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1-10，本发明设计了一种可自展开的微型螺旋桨无人机，包括飞行动力系统1、无人机主体2、着陆系统3、折展装置4、控制器5、电池6；所述飞行动力系统1、折展装置4均由控制器5控制，控制器5由电池6供电；无人机通过控制器5与地面遥控器7无线连接；无人机初始状态为折叠状态，使用时为展开状态。
结合图1-图3，所述飞行动力系统1包含螺旋桨1-1和电机1-2，螺旋桨1-1由可折叠桨叶1-1-1和1-1-2、桨夹1-1-3、弹簧1-1-4组成；两个可折叠桨叶1-1-1、1-1-2通过轴安装在桨夹1-1-3上，在螺旋桨1-1根部缠绕弹簧1-1-4，利用弹簧1-1-4的弹力将螺旋桨1-1约束在折叠状态，完成制作后，飞行动力系统1将处于折叠状态；电机1-2通电带动螺旋桨1-1旋转产生离心力，当离心力大于弹簧1-1-4弹力时，可折叠桨叶1-1-1和1-1-2将在离心力作用下展开；电机1-2断电时，产生的离心力小于弹簧弹力，可折叠桨叶1-1-1和1-1-2将在弹簧1-1-4弹力作用下恢复折叠状态；飞行动力系统1通过胶水安装在机身2-1对称面最前部，飞行动力系统1与控制器5连接，控制器5与地面遥控器7无线连接，所述地面遥控器7包含油门推杆7-1和方向推杆7-2，推动油门推杆7-1可远程控制电机1-2的转速。
结合图1-2、图4-5，所述无人机主体2包含机身2-1和垂尾2-2，无人机采用翼身融合的飞翼布局，垂尾2-2布置在机身2-1上部两侧，可折叠在机身2-1表面；垂尾2-2截面为矩形且具有一定厚度，展开后能够与机身呈垂直状态。
结合图4-7，所述着陆系统3包含支撑架3-1和设置在支撑架3-1上的轮子3-2，支撑架3-1有三个且采用“前一后二”布局，关于机身对称面对称安装在机身2-1下表面，以保证安装后无人机的整体重心在无人机主体2的对称面上；支撑架3-1可折叠在机身2-1下表面；支撑架3-1截面为矩形且具有一定厚度，展开后能够与机身呈垂直状态。
结合图2、图8-9，所述折展装置4包含锁扣装置4-1、展开装置4-2和限位装置4-3；垂尾2-2和支撑架3-1均通过展开装置4-2连接在机身2-1上，通过电磁铁4-1-1可保持在折叠状态，通过限位装置4-3固定在竖直状态；
折展装置4具体方案如下：锁扣装置4-1包含电磁铁4-1-1和金属圆片4-1-2，电磁铁4-1-1安装在机身上，金属圆片4-1-2安装在垂尾2-2和支撑架3-1的相应位置上，机身同侧(左侧或右侧)的垂尾2-2和支撑架3-1可共用一个电磁铁4-1-1；电磁铁4-1-1在控制器5控制下具有通电和断电两种状态，通电时产生磁性，断电时失去磁性；展开装置4-2包含扭簧4-2-1和铰链4-2-2，均安装在垂尾2-2和支撑架3-1的内部；所述垂尾2-2和支撑架3-1通过铰链4-2-2与机身相连，铰链4-2-2的轴上设有扭簧4-2-1，扭簧4-2-1具有使垂尾2-2和支撑架3-1打开的驱动力；限位装置4-3包含低熔点合金4-3-1、PCB板4-3-2、加热器4-3-3、压力传感器4-3-4和温度传感器4-3-5；低熔点合金4-3-1熔点在40-70℃，具体材料包括铟铋锡合金(熔点为57℃)、锡铋合金(熔点为70℃)；PCB板4-3-2镶嵌在机身2-1表面，且均安装在垂尾2-2与机身2-1的连接位置以及支撑架3-1与机身2-1的连接位置，PCB板4-3-2上对称安装有两个低熔点合金4-3-1、两个加热器4-3-3、一个压力传感器4-3-4和两个温度传感器4-3-5，PCB板4-3-2与控制器5连接；加热器4-3-3用于升温对低熔点合金4-3-1进行加热，具体可以采用聚酰亚胺电热膜或者电阻，聚酰亚胺电热膜和电阻在通电后可以产生热量，本实施案例采用聚酰亚胺电热膜作为加热器4-3-3；压力传感器4-3-4采用薄膜传感器，安装在PCB板上且与加热器4-3-3保持一定距离的位置，防止过热受损，可检测来自垂尾2-2和支撑架3-1在扭簧4-2-1作用下施加的压力，该传感器受到压力后输出高低电平变化，可用于检测垂尾2-2和支撑架3-1是否完全展开至竖直状态；温度传感器4-3-5安装在加热器4-3-3上，可耐受高温，主要用于检测加热器4-3-3的温度；控制器5采集到来自压力传感器4-3-4的电平变化信号后控制加热器4-3-3通电10s后将升温至100℃以上，低熔点合金4-3-1会受热熔化；当温度传感器4-3-5温度达到程序设定的温度100℃后产生电平变化信号，控制器5检测到电平变化信号后对加热器4-3-3断电，低熔点合金4-3-1将会冷却凝固。
下面详细介绍无人机的垂尾2-2和支撑架3-1保持在折叠状态的实现过程以及自动展开并固定在竖直状态的实现过程：
结合图1-2，所述控制器5上设有按键开关5-1和5-2，控制器5安装在机身2-1内部，且按键开关5-1和5-2露出在机身2-1表面；编写控制程序并下载到控制器5上，程序具体功能包括：按键开关5-1为控制电源6对控制器5供电的紧急开关，用于紧急情况下对所有电路切断供电；按键开关5-2按第一次用于控制电磁铁4-1-1通电以实现垂尾2-2和支撑架3-1保持在折叠状态，需要无人机展开时再按一次可一键实现垂尾2-2、支撑架3-1的折叠状态解除、竖直状态的固定；
垂尾2-2和支撑架3-1保持初始折叠状态的具体控制过程如下：
手动折叠垂尾2-2和支撑架3-1并维持在折叠状态，按下按键开关5-2，电磁铁4-1-1通电后与安装在垂尾2-2和支撑架3-1上的金属圆片4-1-2连接，进而实现垂尾2-2和支撑架3-1均保持在折叠状态；
垂尾2-2和支撑架3-1的自动展开、竖直状态的辅助限位与固定均由控制器5控制，具体控制过程如下：
按下按键开关5-2后，电磁铁4-1-1断电，垂尾2-2和支撑架3-1分别在各自的扭簧4-2-1作用下在1s内同时快速展开；此时垂尾2-2和支撑架3-1将各自保持在与机身2-1垂直的状态，在扭簧4-2-1作用下，垂尾2-2和支撑架3-1会各自对其连接位置的压力传感器4-3-4施加压力，压力传感器4-3-4则产生高低电平信号，控制器5获取来自压力传感器4-3-4的高低电平信号，随后开始执行固定垂尾2-2和支撑架3-1的程序，在程序内设置加热器4-3-3通电10s以上，当温度传感器4-3-5检测到加热器4-3-3的温度在100℃以上时立即通过控制器5对加热器4-3-3断电；低熔点合金4-3-1在加热过程中逐渐熔化并在断电后开始冷却，在扭簧4-2-1的辅助弹力作用下，垂尾2-2和支撑架3-1将在低熔点合金4-3-1冷却后被固定在竖直状态；由此实现了垂尾2-2和支撑架3-1在按键开关5-2控制下一键实现垂尾2-2和支撑架3-1同时自动展开并固定在竖直状态，被固定后的垂尾2-2和支撑架3-1均可承受一定外力，提高了无人机自动展开后的结构刚度；
结合图10，无人机总体使用流程如下：
手持无人机并按下按键开关5-2，垂尾2-2和支撑架3-1同时快速展开，展开至竖直状态后自动执行固定程序，将垂尾2-2和支撑架3-1固定在竖直状态，由此完成无人机主体2和着陆系统3的自动展开；起飞前，将控制器5与地面遥控器7进行无线连接，飞行动力系统1由地面遥控器7控制，推动遥控器油门推杆7-1对飞行动力系统1供电，电机1-2带动螺旋桨1-1旋转产生克服弹簧力的离心力，螺旋桨1-1在离心力作用下快速展开；完成上述过程后，可手动将无人机以一定迎角抛出。
Claims (8)
1.一种可自展开的微型螺旋桨无人机，包括无人机主体、飞行动力系统、着陆系统、折展装置；其特征在于，
所述无人机主体包含机身和垂尾；垂尾布置在机身上部两侧；
所述着陆系统包含支撑架和设置在支撑架上的轮子，支撑架有三个且采用“前一后二”布局安装在机身下表面；
所述无人机主体和着陆系统均通过折展装置与机身相连；所述折展装置包含锁扣装置、展开装置和限位装置；所述垂尾和支撑架均通过展开装置连接在机身上，通过锁扣装置与机身固定在折叠状态，展开后通过限位装置固定在竖直状态。
2.根据权利要求1所述的可自展开的微型螺旋桨无人机，其特征在于，所述锁扣装置包含电磁铁和金属片；电磁铁安装在机身上，金属片安装在垂尾和支撑架上；机身同侧的垂尾和支撑架共用一个电磁铁；电磁铁通电，电磁铁和金属片吸附，能够使垂尾和支撑架与机身处于折叠状态，断电后在展开装置作用下处于展开状态；
所述展开装置包含扭簧和铰链，所述垂尾和支撑架通过铰链与机身相连，铰链的轴上设有扭簧，扭簧具有使垂尾和支撑架打开的驱动力；
所述限位装置包含低熔点合金、PCB板、加热器、压力传感器和温度传感器；所述PCB板镶嵌在机身表面，且均安装在垂尾与机身的连接位置以及支撑架与机身的连接位置，PCB板上对称安装有两个低熔点合金、两个加热器、一个压力传感器和两个温度传感器；PCB板与控制器连接；加热器用于升温对低熔点合金进行加热，压力传感器用于检测来自垂尾和支撑架在扭簧作用下施加的压力，传感器受到压力后输出高低电平变化，以检测垂尾和支撑架是否完全展开至竖直状态；温度传感器用于检测加热器的温度；控制器采集到来自压力传感器的电平变化信号后控制加热器通电升温至设定时间，对低熔点合金进行加热，温度传感器检测到温度达到设定值后产生电平变化信号，控制器检测到电平变化信号后对加热器断电，低熔点合金将会冷却凝固，垂尾和支撑架将在低熔点合金冷却后被固定在竖直状态。
3.根据权利要求2所述的可自展开的微型螺旋桨无人机，其特征在于，低熔点合金选用熔点在40-70℃范围的合金。
4.根据权利要求2所述的可自展开的微型螺旋桨无人机，其特征在于，低熔点合金选用铟铋锡合金或锡铋合金。
5.根据权利要求2所述的可自展开的微型螺旋桨无人机，其特征在于，所述加热器采用聚酰亚胺电热膜或者电阻。
6.根据权利要求2所述的可自展开的微型螺旋桨无人机，其特征在于，所述压力传感器采用薄膜传感器。
7.根据权利要求1所述的可自展开的微型螺旋桨无人机，其特征在于，所述飞行动力系统包含螺旋桨和电机，螺旋桨由可折叠桨叶、桨夹、弹簧组成；两个可折叠桨叶通过轴安装在桨夹上，在螺旋桨根部缠绕弹簧，利用弹簧的弹力将螺旋桨约束在折叠状态；电机通电带动螺旋桨旋转产生离心力，当离心力大于弹簧弹力时，可折叠桨叶和将在离心力作用下展开；电机断电时，产生的离心力小于弹簧弹力，可折叠桨叶和将在弹簧弹力作用下恢复折叠状态。
8.根据权利要求1所述的可自展开的微型螺旋桨无人机，其特征在于，控制器与地面遥控器无线连接，所述地面遥控器包含油门推杆和方向推杆，推动油门推杆能够远程控制电机的转速。
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Cited By (1)
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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