CN211685609U - 机翼自平衡变轴无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于无人机技术领域，尤其涉及机翼自平衡变轴无人机，包括机舱、机翼、电机和旋翼；所述机舱的前端和尾端的两侧均转动连接有所述机翼，各所述机翼的迎风端均设有所述电机，所述旋翼设于对应的所述电机的转轴上；所述机舱的侧面设有限位对应所述机翼的第一限位块和第二限位块，所述机翼限位在所述第一限位块上时，所述旋翼朝上、且所述旋翼的旋转轴线与竖直面平行，所述机翼限位在所述第二限位块上时，所述旋翼朝前、且所述旋翼的旋转轴线与水平面平行。本无人机实现了固定翼无人机、单旋翼飞机和多无刷旋翼飞机的优点于一体，以及其结构简单。

Description

机翼自平衡变轴无人机

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，尤其涉及机翼自平衡变轴无人机。

背景技术

无人机最早用于军事领域,当时为固定翼无人机,有着续航时间长,作业半径大的特点,但是对起飞降落场地有一定的要求，起飞和降落都比较麻烦,此外，固定翼的另一大缺陷是无法空中悬停。单旋翼无人机有着垂直起降、空中悬停的特点,但是单旋翼无人机结构复杂,零部件很多,导致它的研发成本非常高,周期非常长,维修不方便,对操作手的培训也要求很高,目前市场上做单旋翼无人机的厂家很少,最大的问题是续航能力比较差。

四轴旋翼无人机的控制完全由四个无刷马达的转速变化实现，输入功率，马达转速，旋翼升力，机体角加速度之间的关系很简单，对整架飞机的动力学建模简洁又精确，机械结构也非常简单，指令转化为动作时没有延时差，得益于微机电控制技术的发展，稳定的四轴飞行器得到了广泛的关注，应用前景十分可观。但尽管如此，无刷旋翼飞行器仍存在一些固有缺点，对比有翼飞行器，悬停和运动时消耗的功率均较大。续航时间短、飞行速度不快。每次只能飞二十几分钟，这使得它们的飞行距离和范围也受到了很大的限制。

现有垂直起降固定翼无人机一般采用两种方式来实现，第1种是起降时由四个(或3个)固定旋翼提供垂直升力，空中水平飞行时另装一个固定旋翼来提供前飞拉力，此种结构的缺陷是旋翼共用性较差，第2种结构是四个旋翼各自加装在1个可90度转向的装置上，起降时旋翼拉力为垂直升降力，水平飞行时四个旋翼转动90度，使旋翼拉力变为克服空气阻力的水平方向拉力，此种结构的缺陷是增加了四个较重的90度转向减速装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供机翼自平衡变轴无人机，用于解决现有技术中的上述缺陷或不足。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供的机翼自平衡变轴无人机，包括机舱、机翼、电机和旋翼；所述机舱的前端和尾端的两侧均转动连接有所述机翼，各所述机翼的迎风端均设有所述电机，所述旋翼设于对应的所述电机的转轴上；所述机舱的侧面设有限位对应所述机翼的第一限位块和第二限位块，所述机翼限位在所述第一限位块上时，所述旋翼朝上、且所述旋翼的旋转轴线与竖直面平行，所述机翼限位在所述第二限位块上时，所述旋翼朝前、且所述旋翼的旋转轴线与水平面平行。

进一步，所述机舱的前端和尾端均转动地穿设有支撑转轴，所述支撑转轴的两端连接对应的所述机翼。

进一步，所述机翼上设有安装孔，所述支撑转轴穿过所述安装孔。

进一步，所述机翼的重心和所述电机分别位于所述机翼旋转轴心的两侧。

进一步，所述机翼的迎风端还设有电机安装位，所述电机设于所述电机安装位内。

进一步，所述机翼的背风端还设有起降缓冲柱；所述起降缓冲柱用于支撑无人机起飞与降落。

进一步，所述机舱内部为空心结构，控制无人机的控制电路和电源设置子所述机舱的内部。

进一步，所述第一限位块限位对应所述机翼的底部，所述第二限位块限位对应的所述机翼的顶面。

本实用新型实施例提供的机翼自平衡变轴无人机中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果：

1、无人机在地面待机状态，机翼在重力的作用下将处于垂直下垂状态；控制四个旋翼提供四个完全相同的垂直向下的推力，当四个相同的推力的合力大于无人机的整机重量时，无人机将垂直加速离开地面完成垂直起飞作业。当无人机垂直加速离开地面时，逐步降低四个旋翼向下的且完全相同的推力，本无人机将做减速运动并降低上升速度，当四个相同的推力的合力等于无人机的整机重量且此时速度降为0时，本无人机将稳定地悬停在空中；无人机完成垂直起飞作业后，加大机舱尾端的两个旋翼的推力，此时无人机的四个旋翼的合力除支撑无人机的重量外，将会产生一个向前飞的分力，在此分力作用下无人机开始加速向前飞，随着前飞速度的不断增大，由机翼上下空气气流流速的不同，使得机翼开始产生升力，当机翼产生的升力大于单个机翼的重量时，机翼开始产生绕各自转轴向可转动的水平方向运动，直到完全达到水平状态并被限位住，此时四个旋翼产生的推力旋转了90°，由垂直升力逐步变成了水平推力，当无人机前飞速度进一步增大并到达一定速度时，由机翼产生的全部升力完全等于无人机总重时，此时可控制并减少四个旋翼的推力来克服空气阻力并保持水平飞行。因此，本无人机在起飞时，通过四个旋翼朝上，从而能实现垂直起飞，在水平飞行时，四个机翼处于水平状态，并且四个旋翼朝向前方，从而实现水平飞行；所以本无人机能实现悬停、水平飞行，并且水平飞行的能耗低，续航时间长；达到将固定翼无人机、单旋翼飞机和多无刷旋翼飞机的优点于一体，以及其结构简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的机翼自平衡变轴无人机垂直起飞状态的结构图。

图2为本实用新型实施例提供的机翼自平衡变轴无人机水平飞行状态的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型的实施例，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型的实施例1，如图1～2所示，机翼自平衡变轴无人机，包括机舱100、机翼200、电机300和旋翼400。所述机舱100的前端和尾端的两侧均转动连接有所述机翼200，各所述机翼200的迎风端201均设有所述电机300，所述旋翼400设于对应的所述电机300的转轴上；所述机舱100的侧面设有限位对应所述机翼的第一限位块500和第二限位块600，所述机翼200限位在所述第一限位块500上时，所述旋翼400朝上、且所述旋翼400的旋转轴线与竖直面平行；所述机翼400限位在所述第二限位块600上时，所述旋翼400朝前、且所述旋翼400的旋转轴线与水平面平行。本实施例，无人机在地面待机状态，机翼400在重力的作用下将处于垂直下垂状态。起飞时，四个电机300控制四个旋翼400提供四个完全相同的垂直向下的推力，当四个相同的推力的合力大于无人机的整机重量时，无人机将垂直加速离开地面完成垂直起飞作业。当无人机垂直加速离开地面时，逐步降低四个旋翼400向下的且完全相同的推力，本无人机将做减速运动并降低上升速度，当四个相同的推力的合力等于无人机的整机重量且此时速度降为0时，本无人机将稳定地悬停在空中。无人机完成垂直起飞作业后，加大机舱100尾端的两个旋翼400的推力，此时无人机的四个旋翼400的合力除支撑无人机的重量外，将会产生一个向前飞的分力，在此分力作用下无人机开始加速向前飞，随着前飞速度的不断增大，由机翼200上下空气气流流速的不同，使得机翼200开始产生升力，当机翼200产生的升力大于单个机翼200的重量时，机翼200开始产生绕各自转轴向可转动的水平方向运动，直到完全达到水平状态并被限位住，此时四个旋翼400产生的推力旋转了90°，由垂直升力逐步变成了水平推力，当无人机前飞速度进一步增大并到达一定速度时，由机翼200产生的全部升力完全等于无人机总重时，此时可控制并减少四个旋翼400的推力来克服空气阻力并保持水平飞行。因此，本无人机在起飞时，通过四个旋翼400朝上，从而能实现垂直起飞，在水平飞行时，四个机翼400处于水平状态，并且四个旋翼400朝向前方，从而实现水平飞行。无人机需要降落时，可开始降低四个旋翼400推力，无人机开始减速，当速度降低到一定程度时，机翼400升力不足以支撑整机重量时，无人机开始前飞时同时下降，继续降低速度，当机翼200升力不足以支撑单个机翼200重量时，此时机翼200开始下垂并转为垂直状态，配合控制四个旋翼400的推力控制将无人机转换为垂直状态并完成垂直降落。因此，所以本无人机能实现悬停、水平飞行，并且水平飞行的能耗低，续航时间长；达到将固定翼无人机、单旋翼飞机和多无刷旋翼飞机的优点于一体，以及其结构简单。

进一步，所述机舱100的前端和尾端均转动地穿设有支撑转轴110，所述支撑转轴110的两端连接对应的所述机翼200。本实施例，通过支撑转轴110使得机翼200与机舱100转动连接；并且在机翼200转动变向时，在支撑转轴110的作用下，使得与同一支撑转轴110连接的两机翼200同时旋转。

进一步，所述机翼200上设有安装孔，所述支撑转轴110穿过所述安装孔。本实施例，通过支撑转轴110将实现机翼200与机舱100连接，并且通过支撑转轴110对机翼200起到支撑作用，从而增加机翼200与机舱100连接的稳定性，以及通过支撑转轴110增加了机翼200的强度。

进一步，所述机翼200的重心和所述电机300分别位于所述机翼200旋转轴心的两侧。本实施例中，在无人机处于待机状态时，可使得旋翼200受到重力自动的翻转，使得旋翼400朝上，从而使得无人机能垂直起飞。

进一步，所述机翼200的迎风端还设有电机安装位210，所述电机300设于所述电机安装位210内。本实施例，在机翼200上设置电机安装位210，因此，便于电机300安装。

进一步，所述机翼200的背风端还设有起降缓冲柱220；所述起降缓冲柱220用于支撑无人机起飞与降落。本实施例，在无人机降落时，通过起降缓冲柱220对无人机的整体起到支撑作用，并且在降落与底面接触时通过起降缓冲柱220对无人机起到缓冲作用，避免受到直接的撞击力而造成无人机受损；达到对无人机起到保护作用。

进一步，所述机舱100内部为空心结构，控制无人机的控制电路和电源设置子所述机舱100的内部。本实施例，控制电路和电源均设置在机舱100的内部，从而使得无人机整体更美观，并且结构更简单。

进一步，所述第一限位块500限位对应所述机翼200的底部，所述第二限位块600限位对应的所述机翼200的顶面。本实施例中，在无人机垂直起飞时，机翼200的底面朝向一侧，并且机翼200的底面限位在第一限位块500上。在无人机水平飞行时，机翼200的顶部限位在所述第二限位块600的底部；从而使得机翼200在90°范围转动。

所述机翼自平衡变轴无人机的变轴方法，所述机翼自平衡变轴无人机起飞时，各所述旋翼400朝上，所述电机300带动对应的旋翼400旋转，所述机翼200自平衡变轴无人机垂直起飞，垂直起飞后，加大所述机舱100尾端的两所述旋翼400的推力，无人机会产生一个向前飞的分力，无人机加速向前飞，由所述机翼100上下空气气流流速的不同，所述机翼200产生升力，当所述机翼200产生的升力大于单个所述机翼200的重量时，所述机翼200开始产生绕各自转轴向可转动的水平方向运动直到完全达到水平状态并被限位住，此时四个所述旋翼400产生的推力旋转了90°，由垂直升力逐步变成了水平推力，当无人机前飞速度进一步增大并到达一定速度时，由所述机翼200产生的全部升力完全等于无人机总重时，可控制并减少四个所述旋翼400的推力来克服空气阻力并保持水平飞行。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.机翼自平衡变轴无人机，包括机舱、机翼、电机和旋翼；其特征在于，所述机舱的前端和尾端的两侧均转动连接有所述机翼，各所述机翼的迎风端均设有所述电机，所述旋翼设于对应的所述电机的转轴上；所述机舱的侧面设有限位对应所述机翼的第一限位块和第二限位块，所述机翼限位在所述第一限位块上时，所述旋翼朝上、且所述旋翼的旋转轴线与竖直面平行，所述机翼限位在所述第二限位块上时，所述旋翼朝前、且所述旋翼的旋转轴线与水平面平行。

2.根据权利要求1所述的机翼自平衡变轴无人机，其特征在于：所述机舱的前端和尾端均转动地穿设有支撑转轴，所述支撑转轴的两端连接对应的所述机翼。

3.根据权利要求2所述的机翼自平衡变轴无人机，其特征在于：所述机翼上设有安装孔，所述支撑转轴穿过所述安装孔。

4.根据权利要求1所述的机翼自平衡变轴无人机，其特征在于：所述机翼的重心和所述电机分别位于所述机翼旋转轴心的两侧。

5.根据权利要求1～4任一项所述的机翼自平衡变轴无人机，其特征在于：所述机翼的迎风端还设有电机安装位，所述电机设于所述电机安装位内。

6.根据权利要求1所述的机翼自平衡变轴无人机，其特征在于：所述机翼的背风端还设有起降缓冲柱；所述起降缓冲柱用于支撑无人机起飞与降落。

7.根据权利要求1所述的机翼自平衡变轴无人机，其特征在于：所述机舱内部为空心结构，控制无人机的控制电路和电源设置子所述机舱的内部。

8.根据权利要求1所述的机翼自平衡变轴无人机，其特征在于：所述第一限位块限位对应所述机翼的底部，所述第二限位块限位对应的所述机翼的顶面。

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