CN108177766A - 多旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种多旋翼无人机，包括：机身(10)；支臂(20)，从机身向外横向地延伸；旋翼(30)；第一支撑架(41)，固定在支臂的端部，并形成有能够容纳旋翼的中空区域；第一倾转舵机(43)，固定在第一支撑架上；以及第二支撑架(42)，位于中空区域内，并连接在第一倾转舵机输出轴，旋翼通过第一电机(31)固定在第二支撑架上，以能够由第一倾转舵机驱动而横向倾转。无人机在做横向运动时，横向倾转的旋翼既能够提供将无人机保持在一定高度的升力，也能够提供无人机横向运动的动力，同时机身不必倾斜。由于旋翼容纳在第一支撑架形成的中空区域中，旋翼可以在该中空区域内大角度倾转，只要保证能够产生水平方向的动力和竖直方向的升力即可。

Description

多旋翼无人机

技术领域

本公开涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种多旋翼无人机。

背景技术

多旋翼无人机通过调节每个旋翼的转速，实现无人机升力的变化，从而控制无人机的姿态和位置。现有的无人机在改变姿态和位置时，通过飞行控制系统调节与旋翼连接的电机的转速，当无人机在水平面内朝向四个方向运动时，必须由飞行控制系统调节电机转速使机身倾斜一定角度，这种情况下，如果挂载其他例如云台相机、红外设备等设备，这些设备为了保证对任务目标的稳定监控，则同样需要随着机身的倾斜做出相应的倾斜运动。此外，当机身倾斜时，无人机受到较大的风阻，不利于飞行。

发明内容

本公开的目的是提供一种多旋翼无人机，以解决无人机在横向运动时机身倾斜的问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种多旋翼无人机，包括：机身；支臂，从所述机身向外横向地延伸；旋翼；第一支撑架，固定在所述支臂的端部，并形成有能够容纳所述旋翼的中空区域；第一倾转舵机，固定在所述第一支撑架上；以及第二支撑架，位于所述中空区域内，并连接在所述第一倾转舵机输出轴，所述旋翼通过第一电机固定在所述第二支撑架上，以能够由所述第一倾转舵机驱动而横向倾转。

可选地，所述第一支撑架为开口向外的半圆形支架，所述第二支撑架为圆环支架，所述旋翼与所述圆环支架同轴设置，所述旋翼的转动半径以及所述圆环支架的半径分别小于所述半圆形支架的半径。

可选地，所述圆环支架的内部连接有多条径向延伸的支撑杆，多条所述支撑杆相交于所述圆环支架的圆心以形成为所述第一电机的电机座。

可选地，所述旋翼的横向可倾转角度为0-360°。

可选地，所述机身的底部连接有起落架，所述起落架包括从所述机身向两侧的侧下方延伸的第一杆，和与所述第一杆连接并水平地延伸的第二杆。

可选地，所述支臂可纵向倾转地连接在所述机身上。

可选地，所述机身内设置有第二倾转舵机，所述第二倾转舵机的输出轴套设有第一皮带轮，所述支臂上套设有第二皮带轮，所述第一皮带轮和所述第二皮带轮通过皮带传动，以使所述支臂由所述第二倾转舵机驱动而纵向倾转。

可选地，所述第二倾转舵机包括外壳、第二电机、连接在所述第二电机的输出轴的蜗杆、与所述蜗杆配合传动的蜗轮，以及由所述蜗轮驱动的齿轮系，所述第一皮带轮连接在所述齿轮系的输出轴。

可选地，每个所述旋翼对应于一个支臂，以使每个所述旋翼各自独立地纵向倾转。

可选地，所述旋翼的纵向可倾转角度为0-360°。

通过上述技术方案，无人机在做横向运动时，横向倾转的旋翼既能够提供将无人机保持在一定高度的升力，也能够提供无人机横向运动的动力，同时机身不必倾斜，可以减少风阻，方便无人机飞行。由于旋翼容纳在第一支撑架形成的中空区域中，旋翼可以在该中空区域内大角度倾转。旋翼倾转时只要保证能够产生水平方向的动力和竖直方向的升力即可使得机身能够在不倾斜的情况下运动，当旋翼倾转至位于水平面内旋转时，机身处于悬停状态。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开的一个实施方式的多旋翼无人机的结构示意图；

图2是根据本公开的一个实施方式的多旋翼无人机的局部视图；

图3是根据本公开的一个实施方式的多旋翼无人机中第二倾转舵机的内部结构示意图。

附图标记说明

10 机身

20 支臂

30 旋翼 31 第一支架

41 第一支撑架 42 第二支撑架 43 第一倾转舵机

51 第二倾转舵机 511 外壳 512 第二电机

513 蜗杆 514 涡轮 515 齿轮系

60 起落架

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词“上”、“下”是以无人机在平飞状态时的上下方向为基准而定义的，“内”、“外”是针对相应零部件的本身轮廓而言的，“横向”指的是无人机前后飞行时的侧方向，“纵向”指的是无人机的前后方向。需要说明的是，无人机飞行的前后方向是根据其使用习惯定义的，机身的长度延伸方向为无人机飞行的前后方向，横向垂直于该前后方向。此外，本公开中使用的术语“第一”“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。

如图1所示，本公开提供的多旋翼无人机包括：机身10，为了表达清晰，图中以在机身10内前后延伸的杆件表示机身10；支臂20，从机身10向外横向地延伸；旋翼30；第一支撑架41，固定在支臂20的端部，并形成有能够容纳旋翼30的中空区域；第一倾转舵机43，固定在第一支撑架41上；以及第二支撑架42，位于上述的中空区域内，并连接在第一倾转舵机43输出轴，旋翼30通过第一电机31固定在第二支撑架42上，以能够由第一倾转舵机43驱动而横向倾转。这里需要说明的是，横向倾转指的是旋翼30朝向机身两侧的倾转，此外，下述的纵向倾转指的是旋翼朝向前后方向的倾转。这样，无人机在横向运动时，横向倾转的旋翼30既能够提供将无人机保持在一定高度的升力，也能够提供无人机横向运动的动力，同时机身不必倾斜，可以减少风阻，方便无人机飞行。当机身10上固定有挂载设备时，挂载设备也能平稳运行，例如在挂载云台相机时，可以保证对任务目标的稳定监控。此外，由于旋翼30容纳在第一支撑架41形成的中空区域中，旋翼30可以在该中空区域内大角度倾转，只要保证能够产生水平方向的动力和竖直方向的升力即可使得机身10平稳地运动。

上述的中空区域指的是由第一支撑架41限定出的不影响旋翼30和第二支撑架42横向倾转的空间，由于旋翼30容纳在该中空区域中，第二支撑架42也位于该中空区域中，当旋翼30和第二支撑架42在横向倾转时，不会与支臂20或第一支撑架41等干涉，二者可以进行较大角度的倾转。

本公开对第一支撑架41和第二支撑架42的结构形式不做具体限定，参照图1和图2，在本实施方式中，第一支撑架41为开口向外的半圆形支架，第二支撑架42为圆环支架，旋翼30与圆环支架同轴设置，旋翼30的转动半径以及圆环支架的半径分别小于半圆形支架的半径。需要说明的是，第一支撑架41的开口向外指的是相对于机身10而言的外侧。在这种情况下，第一倾转舵机43设置在半圆形支架的端部，其输出轴的方向与机身10的前后方向平行，从而能够产生使第二支撑架42横向倾转的驱动力。如图1和图2所示，由于旋翼30的转动半径以及圆环支架的半径分别小于半圆形支架的半径，在旋翼30和第二支撑架42横向倾转时，二者均不会碰撞第一支撑架41，由于第一支撑架41的开口向外，旋翼30和第二支撑架42在横向倾转时也不会碰撞支臂20等无人机机体零部件。旋翼30和第二支撑架42可以做大角度的倾转，在不考虑维持升力的情况下，旋翼30和第二支撑架42可以做360°的倾转。

此外，由于第一支撑架41和第二支撑架42均为扁平面状结构，二者对旋翼30旋转时的气流产生的扰动较小，不会影响无人机的飞行姿态。

旋翼30可以通过在圆环支架内部的支撑杆421进行安装，支撑杆421沿圆环支架的径向延伸以穿过圆心，旋翼30通过第一电机31安装在圆心处。为了提高第一支撑架41的强度以能够稳定支撑旋翼30，支撑杆421可以包括多条，多条支撑杆421相交于圆环支架的圆心以形成为第一电机31的电机座，第一电机31容纳在电机座中。

在本实施方式中，旋翼30的横向可倾转角度为0-360°，即，旋翼30可以做全角度横向倾转。具体地，当无人机需要保持悬停状态时，旋翼30不倾转，即倾转角度为0°，机身10也处于水平姿态。当无人机需要横向全速运动时，旋翼30可以倾转接近90°。当旋翼30倾转至90°时，不再为无人机提供升力，此时可以将机身10由水平姿态调整为竖直姿态，在这种情况下，由于机身10和旋翼30均倾转了90°，无人机可以在机身10处于竖直状态的情况下悬停。当旋翼30继续倾转时，飞行姿态的变化方式与上面的过程相类似。在这种情况下，旋翼30和机身10均能够横向倾转0-360°。需要说明的是，机身10的姿态可以通过机身10两侧的旋翼30产生的升力变化来实现，当一侧的升力低时，该侧就有相对下沉的趋势。

进一步地，如图1所示，机身10的底部连接有起落架60，起落架60可以包括从机身10向两侧的侧下方延伸的第一杆，和与第一杆连接并水平地延伸的第二杆。这样，两个第二杆可以将无人机稳定地支撑于起降平台上，此外，操作者还可以手持第二杆进行放飞操作。

此外，本实施方式中，支臂20还能够可纵向倾转地连接在机身10上，固定在支臂20的端部的第一支撑架41能够随支臂20一起纵向倾转，可以使得旋翼30也纵向倾转。在这种情况下，当无人机做前后运动时，纵向倾转的旋翼30既能够提供将无人机保持在一定高度的升力，也能够提供无人机前后运动的动力，其效果与上述的横向运动时类似，这里不再赘述。这样，由于旋翼30既能够横向倾转，也能够纵向倾转，实现了无人机旋翼30的全向倾转，当无人机在朝向各个方向运动时，机身10均可以保持水平状态。

具体地，如图2所示，机身10内设置有第二倾转舵机51，第二倾转舵机51的输出轴套设有第一皮带轮(图中未显示)，支臂20上套设有第二皮带轮52，第一皮带轮和第二皮带轮52通过皮带53传动，以使支臂20由第二倾转舵机51驱动而纵向倾转。这样，通过皮带传动的方式，支臂20转动平稳，工作时无噪音，设备运转可靠，并且通过调整第一皮带轮与第二皮带轮52的直径比，可以很方便地调节传动比。此外，第一皮带轮和第二皮带轮52之间的距离可以根据实际机型调整，只需更换皮带53的长度即可。

进一步地，如图3所示，第二倾转舵机51可以包括外壳511、第二电机512、连接在第二电机512的输出轴的蜗杆513、与蜗杆513配合传动的蜗轮514，以及由蜗轮514驱动的齿轮系515，第一皮带轮连接在齿轮系515的输出轴。通过设置蜗轮蜗杆组件，使得第二倾转舵机51具有自锁功能。具体而言，由于蜗轮蜗杆传动形式的单向性，只能有蜗杆513驱动涡轮514，动力传动的方向为第二电机512-蜗杆513-涡轮514-轮系515，这样，当第二倾转舵机51在某一角度位置负载持续工作时，输入端可以切断输入，也即可以切断第二电机512的动力输入，不需要再持续消耗能量维持位置，避免第二倾转舵机51长时间负载时由于温升过高而无法正常工作。在这种情况下，支臂20可以在可倾转角度内的任意位置持续稳定工作。另一方面，涡轮514驱动齿轮系515，可以在满足自锁性能的前提下进一步放大输出扭矩，具有传动比准确，效率高，结构紧凑，工作可靠的特点，同时由于负载连接在齿轮系515的输出轴，使得负载传递到蜗轮蜗杆组件的作用力很小，这样，在本实施方式中，蜗轮蜗杆组件只需提供较小的自锁力，便可以实现舵机的自锁，防止负载作用到第二电机512上，尤其在无人机飞行姿态改变时，高频交变载荷产生的振动冲击被缓冲，可以延长第二电机512的使用寿命，降低能耗。

与前述的旋翼30的横向倾转的角度类似，旋翼30的纵向可倾转角度为0-360°。在这种情况下的无人机的飞行姿态变化过程与前述类似，此处不再赘述，但需要说明的是，旋翼30至少包括前后两组，这样，前后旋翼30的升力差可以使机身10纵向倾转。

进一步地，每个旋翼30可以对应于一个支臂20，以使每个旋翼30各自独立地纵向倾转，具体地，每个支臂20对应有一套由第二倾转舵机51、第一皮带轮、第二皮带轮52以及皮带53构成的驱动系统。这样，由于旋翼30的横向倾转由第一倾转舵机43实现，且每个旋翼30对应于一个第一倾转舵机43，旋翼30的纵向倾转由第二倾转舵机51实现，且每个旋翼30对应于一个第二倾转舵机51，使得每个旋翼30可以各自进行姿态变化，从而可以使无人机的姿态变化多样性。以图1示出的四旋翼无人机为例，四个旋翼30产生的升力以及四个旋翼30的角度可以均不相同，也可以通过电路设计实现同步运转，使得无人机可以具有多种姿态。进一步地，如图1和图2所示，为了使位于机身10的两侧旋翼30对称于机身10设置，二者对应的支臂20在前后方向对齐。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种多旋翼无人机，其特征在于，包括：

机身(10)；

支臂(20)，从所述机身(10)向外横向地延伸；

旋翼(30)；

第一支撑架(41)，固定在所述支臂(20)的端部，并形成有能够容纳所述旋翼(30)的中空区域；

第一倾转舵机(43)，固定在所述第一支撑架(41)上；以及

第二支撑架(42)，位于所述中空区域内，并连接在所述第一倾转舵机(43)输出轴，

所述旋翼(30)通过第一电机(31)固定在所述第二支撑架(42)上，以能够由所述第一倾转舵机(43)驱动而横向倾转。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述第一支撑架(41)为开口向外的半圆形支架，所述第二支撑架(42)为圆环支架，所述旋翼(30)与所述圆环支架同轴设置，所述旋翼(30)的转动半径以及所述圆环支架的半径分别小于所述半圆形支架的半径。

3.根据权利要求2所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述圆环支架的内部连接有多条径向延伸的支撑杆(421)，多条所述支撑杆(421)相交于所述圆环支架的圆心以形成为所述第一电机(31)的电机座。

4.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征在于，基于所述旋翼(30)的横向可倾转角度为0-360°。

5.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述机身(10)的底部连接有起落架，所述起落架包括从所述机身(10)向两侧的侧下方延伸的第一杆，和与所述第一杆连接并水平地延伸的第二杆。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述支臂(20)可纵向倾转地连接在所述机身(10)上。

7.根据权利要求6所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述机身(10)内设置有第二倾转舵机(51)，所述第二倾转舵机(51)的输出轴套设有第一皮带轮，所述支臂(20)上套设有第二皮带轮(52)，所述第一皮带轮和所述第二皮带轮(52)通过皮带(53)传动，以使所述支臂(20)由所述第二倾转舵机(51)驱动而纵向倾转。

8.根据权利要求7所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述第二倾转舵机(51)包括外壳(511)、第二电机(512)、连接在所述第二电机(512)的输出轴的蜗杆(513)、与所述蜗杆(513)配合传动的蜗轮(514)，以及由所述蜗轮(514)驱动的齿轮系(515)，所述第一皮带轮连接在所述齿轮系(515)的输出轴。

9.根据权利要求6所述的多旋翼无人机，其特征在于，每个所述旋翼(30)对应于一个支臂(20)，以使每个所述旋翼(30)各自独立地纵向倾转。

10.根据权利要求6所述的多旋翼无人机，其特征在于，基于所述旋翼(30)的纵向可倾转角度为0-360°。