CN204871598U - 飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于飞行器领域。本实用新型提供的飞行器包括机架；第一机臂装置安装在机架上；第二机臂装置安装在机架上；旋翼动力装置安装在第一机臂装置和第二机臂装置的外端；第一机臂具有第一伸缩单元；第一机臂装置通过第一转轴安装在机架上；第一旋转动力单元，安装在机架上，驱动第一转轴转动。机臂不仅能可以绕机架转动还能伸缩机架。在飞行器运行过程中，通过转轴的转动对飞行器的飞行姿态进行调节，从而减少风阻；机臂具有第一伸缩单元，实现机臂的伸长或者缩短，当机臂缩短时能够减少机臂的迎风面积，进一步减少风阻，并且有利于穿越狭小空间；当机臂伸长时能够增加机身的飞行稳定性。

Description

飞行器

技术领域

本实用新型属于飞行器领域，尤其涉及一种机架多轴飞行器。

背景技术

通常,驱动飞行器上升运动的力称为拉力，驱使飞行器水平运动的力称为推力。现有的飞行器通常使用叶片式旋翼作为拉力旋翼为飞行器提供拉力。

飞行器的基本飞行动作有垂直升降运动、前后运动、侧向运动、俯仰运动、横滚运动、偏航运动。

参见图1以四轴飞行器200为例，其四个电机呈十字状地分布在水平面中相互垂直的X与Y轴上，并把X轴正方向视为机头方向。电机1位于X轴正半轴，电机3位于X轴负半轴；电机2位于Y轴正半轴，电机4位于Y轴负半轴；Z轴竖直。

升降运动：四个电机同时提高转速，四轴飞行器200获得的拉力增加而沿Z轴正方向移动；四个电机同时降低转速，四轴飞行器200获得的拉力减少而沿Z轴负方向移动。

仰俯运动：电机1提速，电机3降速，四轴飞行器200绕Y轴转动并抬起机头而上仰，同时沿X轴负方向移动；反之，四轴飞行器200绕Y轴转动并下探机头而下俯，同时沿X轴正方向移动。

横滚运动：电机4提速，电机2降速，四轴飞行器200绕X轴转动而左倾，并沿Y轴负方向移动；反之，四轴飞行器200绕X轴转动而右倾，并沿Y轴正方向移动。当电机4和电机2转速差足够大时，四轴飞行器200便会发生完整的横向滚动，即横滚运动。

偏航运动：旋翼5转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩。为了克服反扭矩影响，四个旋翼5的布置方式采用两个正转两个反转，且对置旋翼的转向相同。每个旋翼5产生反扭矩的大小与旋翼5的转速有关，旋翼5转速越高，产生的反扭矩越大。当四个旋翼5转速相同时，四个旋翼5对四轴飞行器200产生的反扭矩相互抵消，四轴飞行器200相对Z轴不发生转动；当四个旋翼的转速不完全相同，反扭矩不能完全相互抵消时，反扭矩会引起四轴飞行器200相对Z轴转动，从而实现偏航运动。电机1和3转速提高（正转），电机2和4转速降低（反转），四轴飞行器200就会绕Z轴旋转向右偏转，即向右偏航。由于电机1和3转速提高，电机2和4转速降低，总体的拉力不变，所以四轴飞行器200不会上升或下降。

目前，飞行器均利用惯性测量模块（IMU）控制飞行姿态。惯性测量模块包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。参考空间直角坐标系，在X、Y、Z轴方向上，分别布置一个陀螺仪，用于测量多轴飞行器在上述三个方向上的旋转运动；在X、Y、Z轴方向上，分别布置一个加速度计，用于测量多轴飞行器在上述三个方向上平移运动的加速度。惯性测量模块能够检测到飞行器前后俯仰、左右倾斜、偏航等姿态，并将相应的信号反馈给多轴飞行器的控制电路，多轴飞行器根据预设在控制电路中的存储器中的姿态控制规则或遥控器输入的控制信号控制电机转速来调整飞行姿态。

如图2所示，飞行器100是一种三轴飞行器。飞行器100具有机架110，机架110的机臂111的两端分别设置一个电机112，电机112上设置一个旋翼113。机架110上还包括旋转轴120，旋转轴120的端部连接一个尾部电机121和尾部旋翼122。旋翼113和旋翼122的桨径相同。旋转轴120能够转动，从而带动尾部旋翼122向旋转轴120的两侧倾斜。飞行器100的两个旋翼113为一对正反桨，即一对桨距角大小相同方向相反的旋翼，当两个旋翼113转速相同是，受到来自空气的反扭矩相互抵消。旋翼122是一个正桨或反浆，因此，飞行器100不但需要通过调整旋翼122的转速来控制飞行姿态，还需要控制旋翼122的倾斜角度来平衡旋翼122受到来自空气的反扭矩。

由于飞行器100具有一个可以动态倾斜的旋翼122，因此其飞行动作较为灵活。正因为飞行器100的旋翼122需要动态倾斜地平衡旋翼122受到来自空气的反扭矩，所以飞行器100的稳定性较弱。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种飞行动作灵活稳定性好的飞行器。

本实用新型提供的飞行器包括机架；第一机臂装置，安装在机架上；第二机臂装置，安装在机架上；旋翼动力装置，安装在第一机臂装置和第二机臂装置的外端；第一机臂装置具有第一伸缩单元；第一机臂装置通过第一转轴安装在机架上；第一旋转动力单元，安装在机架上，用于驱动第一转轴转动。

上述方案可见，第一机臂装置不仅能可以绕机架转动还能伸缩，在飞行器运行过程中，通过转轴的转动对飞行器的飞行姿态进行调节，从而减少风阻；第一机臂装置具有伸缩单元，实现第一机臂装置的伸长或者缩短，当第一机臂装置缩短时能够减少第一机臂装置的迎风面积，进一步减少风阻，并且有利于穿越狭小空间；当第一机臂装置伸长时能够增加机身的飞行稳定性。

一个优选的方案是，第一机臂装置包括第一子机臂以及第二子机臂；第一子机臂和第二子机臂对称地分布在第一转轴的两侧。

上述方案可见，对称布置的方案使得第一旋转动力单元消耗功率较小，且有利于飞行器上的控制程序的控制算法的简化。

一个优选的方案是，第二机臂装置包括第三子机臂以及第四子机臂；第三子机臂和第四子机臂对称地分布在第一转轴的两侧。

上述方案可见，会更有利于飞行器上的控制程序的控制算法的简化。

进一步优选的方案是，第二机臂装置具有伸缩单元。

上述方案可见，有利于飞行器整体在狭小空间的飞行。

进一步优选的方案是，第二机臂装置通过第二转轴安装在机架上；第二旋转动力单元，安装在机架上，用于驱动第二转轴转动。

上述方案可见，进一步提高了飞行动作的灵活性。

一个优选的方案是，飞行器还具有第一T型三通，第一T型三通包括第一横管和第一纵管；第一子机臂的内端和第二子机臂的内端分别安装在第一横管的两端；第一转轴的一端安装在第一纵管上。

上述方案可见，结构简单，易于装配和生产，制造成本低。

进一步优选的方案是，飞行器还具有第二T型三通，第二T型三通包括第二横管和第二纵管；第三子机臂的内端和第四子机臂的内端分别安装在第二横管的两端；第二转轴的一端安装在第二纵管上。

上述方案可见，进一步简化结构，便于装配。

一个优选的方案是，第一伸缩单元为丝杆传动装置，丝杆传动装置包括电机、丝杆和螺纹套筒，电机能够驱动丝杆在螺纹套筒内相对运动。

上述方案可见，结构简单，安全性可靠性高。

进一步优选的方案是，第一伸缩单元为丝杆传动装置，丝杆传动装置包括电机单元、丝杆和螺纹套筒，螺纹套筒固定在第一横管内；电机单元包括第一子电机和第二子电机;丝杆包括第一子丝杆和第二子丝杆；第一子机臂包括第一滑动圆筒、第一固定圆筒；第一子电机固定在第一滑动圆筒的外端，第一子丝杆的外端安装在第一子电机的转轴上，第一固定圆筒的内端固定在第一横管的一端，第一滑动圆筒的内端可轴向滑动地安装在第一固定圆筒的外端，第一子丝杆与螺纹套筒螺纹连接；第二子机臂包括第二滑动圆筒、第二固定圆筒；第二子电机固定在第二滑动圆筒的外端，第二子丝杆的外端安装在第二子电机的转轴上，第二固定圆筒的内端固定在第一横管的另一端，第二滑动圆筒的内端可轴向滑动地安装在第二固定圆筒的外端，第二子丝杆与螺纹套筒螺纹连接。

上述方案可见，丝杆伸缩机构内置在管体内部，因而，不易受到外物阻塞、损坏风险降低，使用寿命长。

一个优选的方案是，旋翼动力装置具有旋翼和周向包围旋翼的涵道。

上述方案可见，涵道可以提升拉力和保护旋翼。

附图说明

图1是现有的一种四轴飞行器的结构图。

图2是现有一种T形飞行器。

图3是本实用新型的飞行器实施例的结构图。

图4是本实用新型的飞行器实施例的俯视图。

图5是本实用新型的飞行器实施例的主视图。

图6是图6的局部剖视图。

图7是图6中A区域的局部放大图。

图8是图6中B区域的局部放大图。

图9是图6中C区域的局部放大图。

下面结合附图对飞行器的实施例的实施方式进一步描述。

具体实施方式

如图3、图4和图5所示，工字形状的飞行器400具有机架450，机架450具有第一机臂装置、第二机臂装置、第一T型三通470、第一转轴460和第一旋转动力单元。

第一机臂装置具有第一子机臂410和第二子机臂420，第一子机臂410的外端部具有第一旋翼416，第二子机臂420的外端部具有第二旋翼426。第二机臂装置具有第三子机臂430和第四子机臂440。第一T型三通470具有第一横管471和第一纵管473。第一旋转动力单元包括依次连接的电机465、曲柄461、传动杆462、摇臂463，摇臂463的一端固定套设在第一转轴460上。

第一子机臂410和第二子机臂420对称地分布在第一转轴460的两侧。第三子机臂430和第四子机臂440对称地分布在第一转轴460的两侧。第一子机臂410的内端和第二子机臂420的内端分别安装在第一横管471的两端，第一转轴460的一端安装在第一纵管473上。

如图6至图9所示，第一机臂装置还具有第一伸缩单元，第一伸缩单元为丝杆传动装置，丝杆传动装置具有电机单元、丝杆和螺纹套筒431，螺纹套筒431固定在第一横管471内。电机单元具有第一子电机415和第二子电机425；丝杆具有第一子丝杆432和第二子丝杆434。第一子机臂410具有第一滑动圆筒413、第一固定圆筒414。第二子机臂420具有第二滑动圆筒423、第二固定圆筒424；第二子电机425固定在第二滑动圆筒423的外端。

第一子电机415固定在第一滑动圆筒413的外端，第一子丝杆432的外端安装在第一子电机415的输出轴上，第一固定圆筒414的内端固定在第一横管471的一端，第一滑动圆筒413的内端可轴向滑动地安装在第一固定圆筒414的外端，第一子丝杆432与螺纹套筒431螺纹连接。

第二子丝杆434的外端安装在第二子电机425的输出轴上，第二固定圆筒424的内端固定在第一横管471的另一端，第二滑动圆筒423的内端可轴向滑动地安装在第二固定圆筒424的外端，第二子丝杆434与螺纹套筒431螺纹连接。

第一旋转动力单元向第一转轴460提供旋转动力，带动第一机臂装置410和第二机臂装置420的左右摆动，产生水平方向的推力，从而加强第一旋翼416和第二旋翼426对机身的调节作用。第一子电机415工作时，带动第一子丝杆432、第一滑动圆筒413、第一子电机415和第一旋翼416沿螺纹套筒431的轴线方向运动，实现调节第一机臂装置410长度的目的。在第二子电机425工作时，带动第二子丝杆434、第二滑动圆筒423、第二子电机425和第二旋翼426沿螺纹套筒431的轴线方向运动，实现调节第二机臂装置420长度的目的。

第一子电机415绕一个方向转动时，根据力学原理，会使得第一滑动圆筒413相对于第一固定圆筒414发生转动，为了克服这种转动带来的影响，在第一滑动圆筒413的外壁的轴线方向开设有滑槽，而在第一固定圆筒414上安装一个凸起柱如螺钉418，螺钉418与滑槽相互配合，从而防止第一滑动圆筒413在沿第一固定圆筒414轴向移动时发生相对于第一固定圆筒414的周向转动。

在其它实施例中，第一旋翼和第一旋翼可以安装在电机的输出轴上由电机直接驱动，也可以安装在旋转座上由电机通过带传动、齿轮传动等方式间接驱动。第一旋翼和第二旋翼的旋转不限于由电机驱动，还可以由油机，即使用燃油的发动机驱动。当然，本实用新型还可以使部分旋翼由电机驱动和部分旋翼由油机驱动。伸缩单元具有气缸和活塞杆，通过活塞杆的运动而调节第一机臂装置和第二机臂装置的长度。伸缩单元由骨节结构的多段套筒组成，当多段套筒结构受到轴向方向的力后能够延长或者缩短，进而调整第一机臂装置和第二机臂装置的长度。伸缩单元还可以通过齿轮齿条、气缸、液压缸、滚珠丝杠等方式替换。在第一实施例中的第一伸缩单元中，采用一个电机驱动一个旋翼转动，当然，也可以通过一个电机驱动两端的两个旋翼同时转动。第一旋转机构还可以通过涡轮蜗杆、齿轮传动，带传动等方式替换。虽然图3中转轴的高度与机架所在平面不一致，但是转轴相对于机架的高度能够进行调节，例如转轴的轴线可以与机架在一个平面内，只需要提供合适的第一旋转动力单元即可。作为优选的方案，飞行器上的所有旋翼在相同的高度。

本实用新型的飞行器也不限于具有第一机臂装置和第二机臂装置，还可以扩展为具有一组平衡的第一机臂装置，和/或，一组平行的第二机臂装置。当然，还可以具有第三机臂装置等更多机臂装置。

最后需要说明的是，本实用新型不限于上述的实施方式，诸如在旋翼的外部套装一个涵道而作为动力装置,或直接使用涵道风扇作为旋翼动力装置等方案也在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.飞行器，包括，

机架；

第一机臂装置，安装在所述机架上；

第二机臂装置，安装在所述机架上；

旋翼动力装置，安装在所述第一机臂装置和所述第二机臂装置的外端；

其特征在于：

所述第一机臂装置具有第一伸缩单元；

所述第一机臂装置通过第一转轴安装在所述机架上；

所述机架上安装有第一旋转动力单元，用于驱动所述第一转轴转动。

2.权利要求1所述的飞行器，其特征在于：

所述第一机臂装置包括第一子机臂以及第二子机臂；

所述第一子机臂和所述第二子机臂对称地分布在所述第一转轴的两侧。

3.根据权利要求2所述的飞行器，其特征在于：

所述第二机臂装置包括第三子机臂以及第四子机臂；

所述第三子机臂和所述第四子机臂对称地分布在所述第一转轴的两侧。

4.根据权利要求3所述的飞行器，其特征在于：

所述第二机臂装置具有第二伸缩单元。

5.根据权利要求3所述的飞行器，其特征在于：

所述第二机臂装置通过第二转轴安装在所述机架上；

所述机架上安装有第二旋转动力单元，用于驱动所述第二转轴转动。

6.根据权利要求2所述的飞行器，其特征在于：

所述飞行器还具有第一T型三通，所述第一T型三通包括第一横管和第一纵管；

所述第一子机臂的内端和所述第二子机臂的内端分别安装在所述第一横管的两端；

所述第一转轴的一端安装在所述第一纵管上。

7.根据权利要求5所述的飞行器，其特征在于：

所述飞行器还包括第二T型三通，所述第二T型三通包括第二横管和第二纵管；

所述第三子机臂的内端和所述第四子机臂的内端分别安装在所述第二横管的两端；

所述第二转轴的一端安装在所述第二纵管上。

8.根据权利要求1至7任一项所述的飞行器，其特征在于：

所述第一伸缩单元为丝杆传动装置，所述丝杆传动装置包括电机单元、丝杆和螺纹套筒，所述电机驱动所述丝杆在所述螺纹套筒内相对运动。

9.根据权利要求6所述的飞行器，其特征在于：

所述第一伸缩单元为丝杆传动装置，所述丝杆传动装置包括电机单元、丝杆和螺纹套筒，所述螺纹套筒固定在所述第一横管内；

所述电机单元包括第一子电机和第二子电机；

所述丝杆包括第一子丝杆和第二子丝杆；

所述第一子机臂包括第一滑动圆筒、第一固定圆筒；

所述第一子电机固定在所述第一滑动圆筒的外端，所述第一子丝杆的外端安装在所述第一子电机的转轴上，所述第一固定圆筒的内端固定在所述第一横管的一端，所述第一滑动圆筒的内端可轴向滑动地安装在所述第一固定圆筒的外端，所述第一子丝杆与所述螺纹套筒螺纹连接；

所述第二子机臂包括第二滑动圆筒、第二固定圆筒；

所述第二子电机固定在所述第二滑动圆筒的外端，所述第二子丝杆的外端安装在所述第二子电机的转轴上，所述第二固定圆筒的内端固定在所述第一横管的另一端，所述第二滑动圆筒的内端可轴向滑动地安装在所述第二固定圆筒的外端，所述第二子丝杆与所述螺纹套筒螺纹连接。

10.根据权利要求1至7任一项所述的飞行器，其特征在于：

所述旋翼动力装置具有旋翼和周向包围所述旋翼的涵道。