CN214451829U - 矢量动力飞行器、拼接式无人机和垂起固定翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种矢量动力飞行器、拼接式无人机和垂起固定翼飞行器，矢量动力飞行器包括安装框架、一组方向控制组件、螺旋桨组件和控制系统，安装框架上设置有一个安装槽，一个方向控制组件位于一个安装槽内；方向控制组件中通过两个转动方向不同的倾斜环带动螺旋桨组件转动，实现螺旋桨组件中电机的动力方向的任意变化，并且螺旋桨组件中的第一桨叶组件和第二桨叶组件采用上下反向共轴的方式连接，可通过调整上下转速差异达到平衡扭矩，使上下正反扭矩相互抵消；通过调整第一倾斜环与第二倾斜环之间的相对倾斜模式，以控制螺旋桨组件倾斜方向，达到动力输出的任意朝向，从而提供飞行器与环境的交互能力，提高飞行器的应用场景。

Description

矢量动力飞行器、拼接式无人机和垂起固定翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器领域，具体是涉及一种矢量动力飞行器、拼接式无人机和垂起固定翼飞行器。

背景技术

传统多旋翼无人机传统型好、易操控，现已广泛应用与航拍、搜救等各个领域。然而多旋翼无人机难以实现动力任意方向的改变，因此限制多旋翼无人机的飞行性能与控制能力，这大大限制了多旋翼无人机与环境的交互能力，很难实现全地形起降、目标识别跟踪等复杂任务目标。而共轴直升机中通过十字盘拉杆结构实现动力方向的改变，但是十字盘拉杆结构复杂，难以应用在小型无人机上。

然而目前的飞行器缺乏灵活性，不管是多旋翼无人机还是共轴直升机，一旦完成后，他们的使用模式固定，无法增加负载，难以在原来的基础上进行改动以适用不同的场景。

实用新型内容

本实用新型的第一目的是提供一种可任意改变动力方向的矢量动力飞行器。

本实用新型的第二目的是提供一种包括上述矢量动力飞行器的拼接式无人机。

本实用新型的第三目的是提供一种包括上述矢量动力飞行器的垂起固定翼飞行器。

为了实现上述的第一目的，本实用新型提供的矢量动力飞行器包括安装框架、一组方向控制组件、螺旋桨组件和控制系统，安装框架上设置有一个安装槽，方向控制组件位于安装槽内；方向控制组件包括第一转动轴、第一倾斜环、第一驱动组件、第二转动轴、第二倾斜环、第二驱动组件和陀螺仪模块，第一倾斜环通过第一转动轴与安装槽的侧壁连接，第一驱动组件驱动第一倾斜环沿第一转动轴的轴向转动，第二倾斜环通过第二转动轴与第一倾斜环连接，第二倾斜环位于第一倾斜环内，第二驱动组件驱动第二倾斜环沿第二转动轴的轴向转动，第二驱动组件可设置在第一倾斜环或第二倾斜环上，第一转动轴的轴向与第二转动轴的轴向相交，陀螺仪模块可设置在第一倾斜环或第二倾斜环上，控制系统分别与陀螺仪模块、第一驱动组件和第二驱动组件连接；螺旋桨组件设置在第二倾斜环的轴向中心处，螺旋桨组件包括第一桨叶转动组件和第二桨叶转动组件，第一桨叶转动组件和第二桨叶转动组件反向共轴设置，第一桨叶转动组件包括第一桨叶和第一电机，第一电机驱动第一桨叶转动，第二桨叶转动组件包括第二桨叶和第二电机，第二电机驱动第二桨叶转动。

由上述方案可见，第一桨叶转动组件和第二桨叶转动组件上下反向共轴设置，可通过调整上下转速差异达到平衡扭矩，使上下正反扭矩相互抵消；第一驱动组件驱动第一倾斜环转动发生倾斜，由于第二倾斜环通过第二转动轴设置在第一倾斜环的内圆内，第一倾斜环的转动带动第二倾斜环的倾斜，由于螺旋桨组件设置在第二倾斜环上，实现螺旋桨组件的一次倾斜；第二驱动组件驱动第二倾斜环相对第一倾斜环倾斜，实现螺旋桨组件的二次倾斜，通过调整第一倾斜环与第二倾斜环之间的相对倾斜模式，以控制螺旋桨组件倾斜方向，达到动力输出的任意朝向，从而提供飞行器与环境的交互能力，提高飞行器的应用场景。通过方向控制组件通过两个可转动的倾斜环实现任意动力方向的改变，结构简单，避免使用复杂的十字盘拉杆结构，以适应更多小型化飞行器。单个矢量动力飞行器中的的一组方向控制组件和螺旋桨组件可实现飞行平衡，也可多个矢量动力飞行器进行拼接，形成不同负载能力与飞行性能的飞行器，以适用不同的场景。

进一步的方案是，第一转动轴的数量为两个，两个第一转动轴沿第一转动轴的轴向共线设置；第二转动轴的数量为两个，两个第二转动轴沿第二转动轴的轴向共线设置。

可见，两个第一转动轴共线设置，两个第二转动轴共线设置，使驱动组件用更小的驱动力驱动转动轴转动，使两个倾斜环的平衡力很好。

进一步的方案是，第一转动轴的轴向与第二转动轴的轴向垂直。

可见，第一转动轴与第二转动轴更易地调整第一倾斜环与第二倾斜环之间的相对角度，以更快确定动力方向。

进一步的方案是，第一驱动组件和第二驱动组件可分别为舵机。

可见，由于第一倾斜环和第二倾斜环需发生转动，使用舵机驱动倾斜环转动且转动后保持稳定，以保证螺旋桨组件的稳定。

进一步的方案是，第二倾斜环内设置有十字安装座，十字安装座的四个端部分别与第二倾斜环的内侧壁连接，螺旋桨组件位于十字安装座的中心处。

可见，通过十字安装座将螺旋桨组件设置在第二倾斜环环的中心处，使第二倾斜环充分螺旋桨组件转动，便于螺旋桨组件转动更到位。

进一步的方案是，安装槽位于安装框架内的中部，安装槽的安装延伸方向贯穿安装框架。

可见，安装槽设置在安装框架的内部，使飞行器的结构更加简单，整体重量更轻。

为实现上述的第二目的，本实用新型提供的拼接式无人机包括至少两个如上述的矢量动力飞行器，至少两个的矢量动力飞行器拼接形成拼接式无人机。

由上述方案可见，多个矢量动力飞行器进行拼接，形成不同负载能力与飞行性能的飞行器，以适用不同的场景。

进一步的方案是，至少两个的矢量动力飞行器位于同一水平面上。

为实现上述的第三目的，本实用新型提供的垂起固定翼飞行器上设置有矢量动力飞行器。

可见，矢量动力飞行器可以与机翼结合，使垂起固定翼飞行器具有良好的气动外形，提高固定翼模式的气动效率，由于矢量动力飞行器无数量与转动方向的要求，根据飞行器的外形，灵活安装矢量动力飞行器，使用矢量动力飞行器下的动力转换效率比多旋翼切换模式高，并且转换后并无多旋翼飞行模式额外多余的负载。

进一步的方案是，垂起固定翼飞行器上设置有两个固定翼，一个固定翼上分别设置有一个矢量动力飞行器。

附图说明

图1是本实用新型矢量动力飞行器实施例的结构图。

图2是本实用新型拼接式无人机实施例的结构图。

图3是本实用新型垂起固定翼实施例的结构图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实用新型矢量动力飞行器通过两个倾斜环的倾斜控制螺旋桨组件的转动，实现任意动力方向的改变，使矢量动力飞行器可独自使用，也可通过拼接组成全新的飞行器，从而增加负载和飞行性能，提高飞行器应用场景，或者将矢量动力飞行器应用在垂起固定翼飞行器上，使垂起固定翼飞行器具有良好的气动外形，且更好的动力转换效率。

参见图1，矢量动力飞行器1包括安装框架2、一组方向控制组件3、螺旋桨组件4和控制系统。安装框架2上设置有一个安装槽，一个方向控制组件3位于一个安装槽21内。在本实施例中，安装槽21呈圆形，安装槽21设置在安装框架2内部的中部，安装槽21的延伸方向贯穿安装框架2，将方向控制组件3设置在安装框架2内部，使安装框架2上结构更简单的同时，减轻飞行器的整体重量。作为另一实施方式，也可在安装框架2的上方连接有一个安装环，安装槽21位于安装环的内圆内。

方向控制组件3包括第一转动轴31、第一倾斜环32、第一驱动组件33、第二转动轴34、第二倾斜环35、第二驱动组件36和陀螺仪模块37，第一倾斜环32通过两个第一转动轴31与安装槽21的侧壁连接，两个第一转动轴31沿第一转动轴31的轴向共线设置。第一驱动组件33驱动第一倾斜环32沿第一转动轴31的轴向转动，并且第一转动轴31的轴向贯穿第一倾斜环32的轴向中心处。第二倾斜环35通过两个第二转动轴34与第一倾斜环32的内圆侧壁连接，第二倾斜环35位于第一倾斜环32内。两个第二转动轴34沿第二转动轴34的轴向共线设置。第二驱动组件36驱动第二倾斜环35沿第二转动轴34的轴向转动。第一转动轴31的轴向与第二转动轴34的轴向垂直。

第一驱动组件33设置在安装框架2上，第二驱动组件36可设置在第一倾斜环32或第二倾斜环35上。在本实施例中，第一驱动组件33和第二驱动组件36可均为舵机，第二驱动组件36设置在第二倾斜环35上。

陀螺仪模块37可设置在第一倾斜环32或第二倾斜环35上。控制系统分别与陀螺仪模块37、第一驱动组件33和第二驱动组件36连接。控制系统接送陀螺仪模块37输出的角运动信号，控制系统接收第一驱动组件33和第二驱动组件36的驱动信号，控制系统向第一驱动组件33和第二驱动组件36输出控制信号。

螺旋桨组件4设置在第二倾斜环35内，在本实施例中，第二倾斜环35内设置有十字安装座38，十字安装座38的四个端部分别与第二倾斜环35的内侧壁连接，螺旋桨组件4位于十字安装座38的中心处，螺旋桨组件4设置在第二倾斜环35的轴向中心处。在本实施例中，陀螺仪模块37设置在十字安装座38上。在电机安装平面上同时安装有MPU陀螺仪模块37，检测动力输出面与基准水平面的角度，达到精准的动力方向控制与平衡。

螺旋桨组件4包括第一桨叶转动组件41和第二桨叶转动组件42，第一桨叶转动组件41和第二桨叶转动组件42反向共轴设置，第一桨叶转动组件41包括第一桨叶411和第一电机412，第一电机412驱动第一桨叶411转动，第二桨叶转动组件42包括第二桨叶421和第二电机422，第二电机422驱动第二桨叶421转动。螺旋桨组件4作为矢量动力飞行器1的动力部分，螺旋桨组件4中的第一桨叶转动组件41和第二桨叶转动组件42采用上下反向共轴设置方式，第一桨叶转动组件41和第二桨叶转动组件42分别位于十字安装座38上下相背离的两侧壁上；通过调整上下转速差异达到平衡扭矩，使上下正反扭矩互相抵消。

第一驱动组件33驱动第一倾斜环32转动发生倾斜，由于第二倾斜环35通过第二转动轴34设置在第一倾斜环32的内圆内，第一倾斜环32的转动带动第二倾斜环35的倾斜，由于螺旋桨组件4设置在第二倾斜环35上，实现螺旋桨组件4的一次倾斜；第二驱动组件36驱动第二倾斜环35相对第一倾斜环32倾斜，实现螺旋桨组件4的二次倾斜，通过调整第一倾斜环32与第二倾斜环35之间的相对倾斜模式，以控制螺旋桨组件4中第一电机412和第二电机422倾斜方向，达到动力输出的任意朝向的效果，从而提供飞行器与环境的交互能力，提高飞行器的应用场景。通过方向控制组件3通过两个可转动的倾斜环实现任意动力方向的改变，结构简单，避免使用复杂的十字盘拉杆结构，以适应更多小型化飞行器。

单个矢量动力飞行器1中的一组方向控制组件3和螺旋桨组件4可实现动力大小和方向的改变，达到飞行平衡，因此单个矢量动力飞行器1可单独完成飞行，也可将多个矢量动力飞行器1进行拼接，形成全新的飞行器，也可将矢量动力飞行器1应用在其他无人机上。

可将至少两个的矢量动力飞行器拼接形成一个全新的无人机。参见图2，无人机5包括四个矢量动力飞行器1，四个矢量动力飞行器1进行拼接，四个矢量动力飞行器1位于同一水平面上。多个矢量动力飞行器1进行拼接，形成不同负载能力与飞行性能的飞行器，以适用不同的场景。多个矢量动力飞行器1进行灵活性的插接拼接，可实现1*2、2*2、2*3或3*3等多种对称或不对称模式，形成不同负载能力与飞行性能的飞行器，以适用不同的场景。

将矢量动力飞行器应用在其他飞行器上。参见图3，垂起固定翼飞行器6上设置有至少一个矢量动力飞行器1。在本实施例中，垂起固定翼飞行器6有两侧固定翼61，每一侧固定翼61上设置有一个矢量动力飞行器1。矢量动力飞行器1可以与机翼结合，使垂起固定翼飞行器61具有良好的气动外形，提高固定翼模式的气动效率，由于矢量动力飞行器1无数量与转动方向的要求，根据飞行器的外形，灵活安装矢量动力飞行器1，使用矢量动力飞行器1下的动力转换效率比多旋翼切换模式高，并且转换后并无多旋翼飞行模式额外多余的负载。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.矢量动力飞行器，其特征在于：包括安装框架、一组方向控制组件、螺旋桨组件和控制系统，所述安装框架上设置有一个安装槽，所述方向控制组件位于所述安装槽内；

所述方向控制组件包括第一转动轴、第一倾斜环、第一驱动组件、第二转动轴、第二倾斜环、第二驱动组件和陀螺仪模块，所述第一倾斜环通过所述第一转动轴与所述安装槽的侧壁连接，所述第一驱动组件驱动所述第一倾斜环沿所述第一转动轴的轴向转动，所述第二倾斜环通过所述第二转动轴与所述第一倾斜环连接，所述第二倾斜环位于所述第一倾斜环内，所述第二驱动组件驱动所述第二倾斜环沿所述第二转动轴的轴向转动，所述第二驱动组件可设置在所述第一倾斜环或所述第二倾斜环上，所述第一转动轴的轴向与所述第二转动轴的轴向相交，所述陀螺仪模块可设置在所述第一倾斜环或所述第二倾斜环上，所述控制系统分别与所述陀螺仪模块、所述第一驱动组件和所述第二驱动组件连接；

所述螺旋桨组件设置在所述第二倾斜环的轴向中心处，所述螺旋桨组件包括第一桨叶转动组件和第二桨叶转动组件，所述第一桨叶转动组件和所述第二桨叶转动组件反向共轴设置，所述第一桨叶转动组件包括第一桨叶和第一电机，所述第一电机驱动所述第一桨叶转动，所述第二桨叶转动组件包括第二桨叶和第二电机，所述第二电机驱动所述第二桨叶转动。

2.根据权利要求1所述的矢量动力飞行器，其特征在于：

所述第一转动轴的数量为两个，两个所述第一转动轴沿所述第一转动轴的轴向共线设置；

所述第二转动轴的数量为两个，两个所述第二转动轴沿所述第二转动轴的轴向共线设置。

3.根据权利要求1所述的矢量动力飞行器，其特征在于：

所述第一转动轴的轴向与所述第二转动轴的轴向垂直。

4.根据权利要求1所述的矢量动力飞行器，其特征在于：

所述第一驱动组件和所述第二驱动组件可分别为舵机。

5.根据权利要求1所述的矢量动力飞行器，其特征在于：

所述第二倾斜环内设置有十字安装座，所述十字安装座的四个端部分别与所述第二倾斜环的内侧壁连接，所述螺旋桨组件位于所述十字安装座的中心处。

6.根据权利要求1至5任一项所述的矢量动力飞行器，其特征在于：

所述安装槽位于所述安装框架内的中部，所述安装槽的安装延伸方向贯穿所述安装框架。

7.拼接式无人机，其特征在于：包括至少两个如权利要求1至6任一项所述的矢量动力飞行器，至少两个的所述矢量动力飞行器拼接形成所述拼接式无人机。

8.根据权利要求7所述的拼接式无人机，其特征在于：

至少两个的所述矢量动力飞行器位于同一水平面上。

9.垂起固定翼飞行器，其特征在于：

所述垂起固定翼飞行器上设置有如权利要求1至6任一项所述矢量动力飞行器。

10.根据权利要求9所述的垂起固定翼飞行器，其特征在于：

所述垂起固定翼飞行器上设置有两个固定翼，一个所述固定翼上分别设置有一个所述矢量动力飞行器。

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