无人机
技术领域
本发明的实施例涉及一种飞行器技术领域,尤其涉及一种无人机。
背景技术
随着人力成本的上升以及交通拥堵的日益严重,很多快递公司或电商开始尝试使用无人机送货。
无人机一般包括机身、装设于所述机身上的机臂和设置在所述机臂上的动力机构。受限于机身、机臂以及动力机构的设计和布局,传统的无人机的自身重量普遍较大,并且无人机的内部空间也不利于装载体积较大的货物,所以,传统的无人机存在有效载重量小、只能装载较小体积的物品的缺陷。
另外,传统的无人机无论是在飞行的工作状态下或是在闲置的非工作状态下,其机臂和动力机构相对所述机身的装设位置均不会因其工作状态的改变而发生改变,使所述无人机整体均处于伸展的状态,占用较大空间,不利于所述无人机的收纳、运输和携带。
发明内容
为了解决上述问题或缺陷中的至少一个方面,本发明提出一种无人机。
根据本发明的一个方面,提供一种无人机,包括机身、机臂组件以及旋翼机构,所述机臂组件连接于所述机身,所述旋翼机构通过所述机臂组件分布于所述机身周围,其中,所述机臂组件包括:
安装在所述机身上的主臂;
至少两个承载臂,所述承载臂上承载有所述旋翼机构,各个所述承载臂分别沿机身的长度方向相互平行地延伸;和
用于连接所述主臂与所述承载臂的连接臂,所述连接臂的一端与所述主臂连接,所述连接臂的另一端与所述承载臂连接,所述连接臂与所述主臂沿相同的方向延伸,并且所述连接臂与所述主臂的延伸方向与所述承载臂的延伸方向垂直。
根据一些实施例,所述无人机包括多个旋翼机构,相互平行地延伸的所述至少两个承载臂位于同一承载平面内,所述多个旋翼机构中的一部分设置在所述承载平面上方,所述多个旋翼机构中的另一部分设置在所述承载平面下方。
根据一些实施例,所述连接臂的一端通过第一连接机构与所述主臂连接,所述第一连接机构具有枢轴,所述枢轴具有平行于所述机身的长度方向的轴线方向,所述第一连接机构被构造为使得所述连接臂能够围绕所述枢轴相对于所述主臂转动。
根据一些实施例,所述无人机还包括货仓,所述货仓通过可拆卸连接结构安装至所述机身。
根据一些实施例,所述无人机包括两个所述承载臂,一个所述承载臂位于所述机身一侧,另一个所述承载臂位于所述机身的相对的另一侧,并且每一个所述承载臂上承载有三个所述旋翼机构。
根据一些实施例,每一个所述承载臂的两个端部处以及位于两个端部之间的中间位置处分别承载有一个旋翼机构。
根据一些实施例,位于所述承载臂的端部处的所述旋翼机构设置在所述承载平面下方,位于所述承载臂的两个端部之间的中间位置处的所述旋翼机构设置在所述承载平面上方。
根据一些实施例,每一个所述旋翼机构均包括螺旋桨,位于所述承载平面上方的螺旋桨在旋转时扫过的区域与位于所述承载平面下方的螺旋桨在旋转时扫过的区域在所述承载平面内的投影存在重叠。
根据一些实施例,所述第一连接机构还包括固定件,所述固定件用于固定连接所述连接臂与所述主臂,以将所述无人机设置成工作状态。
根据一些实施例,所述第一连接机构被构造为使得所述连接臂能够围绕所述枢轴相对于所述主臂朝向所述机身转动约90°,以将所述无人机设置成非工作状态。
根据一些实施例,所述第一连接机构还包括:
主臂连接座,所述主臂连接座与所述主臂连接,所述主臂连接座具有沿其径向方向相对设置的多个主臂凸缘部,每一个所述主臂凸缘部均具有主臂安装壁,每一个所述主臂安装壁中均形成有主臂贯通孔,所述主臂贯通孔的延伸方向平行于所述枢轴的轴线方向;和
连接臂连接座,所述连接臂连接座与所述连接臂连接,所述连接臂连接座具有沿其径向方向相对设置的连接臂凸缘部,每一个所述连接臂凸缘部均具有连接臂安装壁,每一个所述连接臂安装壁中均形成有连接臂贯通孔,所述连接臂贯通孔的延伸方向平行于所述枢轴的轴线方向。
根据一些实施例,所述货仓的外壳与所述机身的外壳匹配,以使得:当所述货仓安装在所述机身上时,所述机身和所述货仓组成一个整体部件。
根据一些实施例,由所述机身和所述货仓组成的整体部件的外壳呈流线型。
根据一些实施例,所述可拆卸连接结构包括设置在所述机身上的多个挂钩和设置在所述货仓中的多个挂钩点,所述挂钩能够与所述挂钩点接合,以将所述货仓安装至所述机身;或者
所述可拆卸连接结构包括设置在所述货仓上的多个挂钩和设置在所述机身中的多个挂钩点,所述挂钩能够与所述挂钩点接合,以将所述货仓安装至所述机身。
根据本发明实施例的无人机通过大致“H”形布置方式的机臂组件,将旋翼机构布置在机身两侧,通过合理的布局能够有效降低无人机自身的重量,提高整体结构的刚性。并且,承载臂及其承载的旋翼机构能够朝向机身内部折叠,从而能够减小无人机处于非工作状态时的体积。此外,通过可拆卸结构连接机身和货仓,能够提供无人机使用的灵活性。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明,其中:
图1是根据本发明实施例的无人机的立体示意图;
图2是根据本发明实施例的无人机的俯视示意图;
图3是根据本发明实施例的无人机的主视示意图;;
图4是示出根据本发明实施例的无人机的旋翼机构的螺旋桨旋转时扫过的区域的立体示意图;
图5是示出根据本发明实施例的无人机的旋翼机构的螺旋桨旋转时扫过的区域的俯视示意图;
图6是根据本发明实施例的无人机中的用于连接主臂与连接臂的连接机构的放大图,其中该连接机构出于第一状态中;
图7是根据本发明实施例的无人机中的用于连接主臂与连接臂的连接机构的放大图,其中该连接机构出于第二状态中;
图8示意性示出了位于两侧的承载臂及其承载的旋翼机构均被折叠的状态;
图9以立体图示意性示出了位于两侧的承载臂及其承载的旋翼机构均被折叠的状态;
图10是根据本发明实施例的送货无人机的立体示意图;
图11是根据本发明实施例的送货无人机的立体示意图,其中货仓从机身上移除;
图12是根据本发明实施例的送货无人机的用于安装货仓的连接结构的局部放大图;和
图13是根据本发明实施例的送货无人机的货仓的立体示意图,其中示意性示出了用于安装货仓的连接结构的一部分。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中,相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释,而不应当理解为对本发明的一种限制。
需要说明的是,当组件被称为“固定于”另一个组件,它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件,它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件,它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
在本文中,为了描述方便,将无人机的航向轴标记为X轴,俯仰轴标记为Y轴,横滚轴标记为Z轴,并且Z轴方向表示平行于无人机轴线的方向,X轴方向表示垂直于Z轴方向且位于无人机对称面内的方向,Y轴方向表示垂直于X轴和Z轴组成的平面的方向。并且,本文还使用方向性术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述。然而,这些描述或表述仅是出于方便描述的目的而引入的,不能视为对本发明的限制。
下面,以旋翼式无人机为例对根据本发明实施例的无人机进行说明。
请同时参阅图1至图3,旋翼式无人机100能够在空中飞行、悬停以执行特定的任务,例如,飞行、追踪、监视、送货、勘探、搜救、播种、喷洒农药、灭火、航拍等。无人机100上可以搭载预定的功能模块,例如,传感器、拍摄设备、货仓等,以实现特定的功能。
根据本发明的实施例,无人机100包括机身2、机臂组件4以及旋翼机构6。机臂组件4连接于机身2,旋翼机构6通过机臂组件4分布于机身2周围。
在图示的实施例中,无人机100为六旋翼无人飞行器,即,所述旋翼机构6的数量为六个。六个旋翼机构6分布于机身2周围的矩形区域内,并且,其中四个旋翼机构6分别位于所述矩形的一个顶点上,另外两个旋翼机构6分别位于矩形的长边上,例如,位于矩形的长边中点处。依据空气动力学的原理,为避免旋翼机构6在转动时产生扰流而导致自旋,沿矩形的周长方向,旋翼机构6在工作时的旋转方向被交替设置为不同。也就是说,任一个旋翼机构6在工作时的旋转方向与其相邻的旋翼机构在工作时的旋转方向均不相同。
机身2为无人机100的承载件,机身2上或者内部可以承载传感器、电路板、处理器、通信模块、电池以及货仓等元件。在图示的实施例中,机身2包括外壳21,所述外壳21内部形成有收容上述元件的收容空间。外壳21呈流线型,可以减小飞行时的空气阻力。在其他的实施方式中,外壳21可以为其他形状,例如多边形、圆形、椭圆形等。
机臂组件4用于支撑旋翼机构6并使旋翼机构6以预定样式分布于机身2周围。根据本发明的一些实施例,机臂组件4可以包括两个主臂41、两个承载臂42以及用于分别连接主臂41与承载臂42的四个连接臂44。两个主臂41分别安装在机身2上。如图1和2所示,机身2的前部和后部上分别形成有沿Y轴方向延伸的两个贯通孔22,两个主臂41分别安装在两个贯通孔22中。在图示的实施例中,主臂41呈圆轴的形式,例如,可以为中空的圆管。相应地,贯通孔22为圆孔。为了避免无人机飞行时产生振动,主臂41与贯通孔22可以采用紧配合或过盈配合的方式连接。承载臂42上承载有旋翼机构6,每一个承载臂42分别沿Z轴方向延伸,并且两个承载臂42平行地延伸。在图示的实施例中,承载臂42形成所述矩形的长边。一个承载臂42的两个端部421、423以及中间位置(即中点)422处分别承载有一个旋翼机构6。连接臂44用于将承载臂42连接至主臂41上,从而将旋翼机构6连接至机身2上。在图示的实施例中,设置有4个连接臂44,每一个连接臂44的一端与主臂41连接,另一端与承载臂42连接。每一个连接臂44分别平行于Y轴方向延伸,即连接臂44和主臂41的延伸方向相同,二者的延伸方向与承载臂42的延伸方向垂直。这样,如图2所示,具有两个主臂41、两个承载臂42以及四个连接臂42的机臂组件呈大致“H”形分布。并且,机身2设置在“H”形分布的中心位置,六个旋翼机构6分别布置在“H”形分布的两侧。机身2和旋翼机构6的分布均衡,使得整个机臂组件的结构强度高且刚性较好。
进一步地,由于机臂组件呈大致“H”形分布,使得无人机100的内部可以整体利用的空间较大。这样,当无人机100用于运货时,可以装载体积较大的货物。而且,在根据本发明实施例的机臂组件4中,主臂41、承载臂42以及连接臂42均可以由碳杆制成,例如,可以由中空的圆形碳管或碳杆制成,使得整个机臂组件4的重量较轻,从而使得整个无人机的空机重量较轻。这样,当无人机100用于运货时,可以提高无人机100的载重量,即,能够提高无人机的有效载重量。
根据本发明的实施例,旋翼机构6包括驱动件62以及叶片组件64,驱动件62装设在承载臂42上,叶片组件64与驱动件62可拆卸地连接。作为一个示例,所述驱动件62可以为电机,例如,无刷电机、有刷电机等任意合适类型的电机。所述叶片组件64可以为螺旋桨,其在驱动件62的驱动下转动,以给无人机100提供动力。
下面,结合图1、图3和图4详细描述旋翼机构6的布置方式。为了描述方便,将由两个承载臂42限定的平面称为承载平面。如图1所示,四个旋翼机构6设置在承载平面下方,两个旋翼机构6设置在承载平面上方。以位于一个承载臂42上的三个旋翼机构6为例,三个旋翼机构6呈“下”、“上”、“下”的布置方式。即,位于一个承载臂42的两个端部处的两个旋翼机构6均设置在承载平面下方,而位于承载臂42中间位置处的一个旋翼机构6设置在承载平面上方。每一个叶片组件或螺旋桨64均具有各自的桨盘尺寸(即,螺旋桨64旋转时扫过的平面P的面积或区域),如图4所示。在传统的无人机中,旋翼机构都设置在同一个平面内,为了使各个螺旋桨在旋转时不会相互干涉,需要在各个螺旋桨的桨盘尺寸之间预留一定的间隔,例如,2-3cm。在本发明的实施例中,借助旋翼机构6的上述布置方式,在垂直于Z轴的XY平面内,如图3所示,旋翼机构6分别位于上、下位置,即相邻的旋翼机构6之间存在一定的垂直间隙G。这样,即使旋翼机构6的螺旋桨的桨盘尺寸在承载平面内的投影存在重叠(如图5所示),由于该垂直间隙G的存在,相邻的旋翼机构6的螺旋桨之间也不会相互干涉。也就是说,借助旋翼机构6的上述布置方式,旋翼机构6可以沿Z轴方向(即机身长度方向)更紧凑地布置,使得机身的长度方向的尺寸得以减小,从而使得无人机的尺寸更小且重量更轻。
在图示的实施例中,位于承载臂42中间位置处的两个旋翼机构6设置在承载平面上方。这样,当无人机100作为送货无人机使用时,由于货仓安装在机身2下方,所以,这两个旋翼机构6不会干涉货仓的安装,从而不会对无人机100的载货量产生影响。
返回参阅图1,每一个连接臂44的一端通过第一连接机构441与主臂41连接,另一端通过第二连接机构442与承载臂42连接。根据本发明的实施例,第一连接机构441可以具有折叠功能,即,其可以是一种折叠机构。下面,结合图6-9详细描述第一连接机构441。
同时参阅图6和图7,第一连接机构441包括主臂连接座4411、连接臂连接座4412、枢轴4413和固定件444。主臂连接座4411与主臂41连接,连接臂连接座4412与连接臂44连接。在其它实施例中,主臂连接座4411可以是主臂41的一部分,即其与主臂41一体制成。连接臂连接座4412可以是连接臂44的一部分,即其与连接臂44一体制成。如图6所示,当固定件444被安装时,主臂41与连接臂44通过主臂连接座4411与连接臂连接座4412的连接而被连接固定在一起。如图7所示,当固定件444被移除时,连接臂连接座4412能够围绕枢轴4413相对于主臂连接座4411转动,以使得连接臂44能够围绕枢轴4413相对于主臂41转动,从而实现折叠功能。
在图示的实施例中,主臂连接座4411在顶部和底部上分别形成有主臂凸缘部4414,每一个主臂凸缘部4414均具有主臂安装壁4415。如图所示,位于上部的主臂凸缘部4414具有两个主臂安装壁4415,位于下部的主臂凸缘部4414具有三个主臂安装壁4415。每一个主臂安装壁4415中均形成有主臂贯通孔4416。主臂贯通孔4416的延伸方向垂直于主臂41的轴线方向。相应地,连接臂连接座4412在顶部和底部上形成有连接臂凸缘部4417。每一个连接臂凸缘部4417均具有连接臂安装壁4418。如图所示,位于上部的连接臂凸缘部4417具有一个连接臂安装壁4418,位于下部的连接臂凸缘部4417具有两个连接臂安装壁4418。每一个连接臂安装壁4418中均形成有连接臂贯通孔4419。连接臂贯通孔4419的延伸方向垂直于连接臂41的轴线方向。当连接主臂连接座4411与连接臂连接座4412时,位于下部的连接臂凸缘部4417与位于下部的主臂凸缘部4414对准,以使得两个连接臂安装壁4418分别插入三个主臂安装壁4415形成的间隙中,即,两个连接臂安装壁4418中的每一个都被两个主臂安装壁4415夹紧,并且使得连接臂安装壁4418中的连接臂贯通孔4419与主臂安装壁4415中的主臂贯通孔4416彼此相互对准。枢轴4413插入相互对准的连接臂贯通孔4419和主臂贯通孔4416中,以形成连接臂连接座4412相对于主臂连接座4411转动的枢转轴。进一步地,位于上部的连接臂凸缘部4417与位于上部的主臂凸缘部4414对准,以使得一个连接臂安装壁4418插入两个主臂安装壁4415形成的间隙中,即,一个连接臂安装壁4418被两个主臂安装壁4415夹紧,并且使得连接臂安装壁4418中的连接臂贯通孔4419与主臂安装壁4415中的主臂贯通孔4416彼此相互对准。固定件444插入相互对准的连接臂贯通孔4419和主臂贯通孔4416中,以将连接臂连接座4412和主臂连接座4411固定在一起。可以理解的是,固定件444可以与相互对准的连接臂贯通孔4419和主臂贯通孔4416紧配合,以最大限度地减小连接臂连接座4412和主臂连接座4411之间的间隙,从而有效抑制无人机100飞行时可能产生的振动。在一些实施例中,固定件444可以是紧固螺栓或螺钉,也可以是手拧螺钉,以便于安装。
在上述实施例中,固定件444的轴线与主臂41和连接臂44的轴线方向垂直,给固定件444的安装提供了充足的操作空间,从而有利于连接臂连接座4412和主臂连接座4411的连接固定。
根据本发明的实施例,上述第一连接机构441可以形成在四个连接臂44与主臂41连接的各个连接位置处,即四个连接臂44均通过第一连接机构441与主臂41连接。这样,可以在四个连接位置处实现折叠功能。图8示意性示出了位于两侧的承载臂及其承载的旋翼机构均被折叠的状态,图9以立体图示意性示出了位于两侧的承载臂及其承载的旋翼机构均被折叠的状态。如图所示,结合H形的布置方式和上述第一连接机构441,位于两侧的承载臂42及其承载的旋翼机构6均能够被朝向机身内部的方向折叠,有效减小了无人机100在非工作状态(即,非飞行状态,例如存储状态)下的体积。在本发明的实施例中,基于上述第一连接机构441的结构,连接臂44可以围绕枢轴4413相对于主臂41转动约90°。当位于两侧的承载臂42及其承载的旋翼机构6均被折叠时,无人机100的宽度可以减小约30-40%。
另外,在一些实施例中,无人机100还可以包括机架9(如图1所示)。以便于无人机100降落。
下面,以无人机100为送货无人机为例,对本发明的实施例作进一步说明。
请参阅图10和图11,除了上面描述的无人机100的结构之外,送货无人机200还可以包括货仓8。货仓8可拆卸地安装在机身2上,例如,安装在机身2的下方。货仓8具有外壳81。当货仓8安装在机身2上时,如图10所示,货仓8的外壳81与机身2的外壳21匹配,以使得机身2和货仓8可以组成一个整体部件。例如,由机身2和货仓8组成的整体部件的外壳呈流线型,从而可以减小飞行时的空气阻力。应理解的是,当货仓8被从机身2上移除时,如图11所示,无人机200仍可以作为一个完整的无人机独立飞行。这样,当货仓安装至机身时,机身和货仓组成的整体部件的外壳呈流线型,与将货物包裹或快递包裹等直接挂装或以其它方式安装在机身上的方式相比,根据本发明实施例的送货无人机在飞行时的整体空气阻力小得多,从而能够大大提高送货无人机的续航时间。另一方面,对于将货物包裹或快递包裹放置在无人机内部或机舱中的方式,需要将机身设计得较大,以使其内部具有足够的容纳空间来容纳货物。而且,为了适应多种体积的货物,通常需要将机身设计得较大,以满足最大体积的货物的运送要求。而根据本发明实施例的送货无人机将货仓设置在机身外部,不需要将机身设计得较大,从而能够有效减小无人机的体积和重量。
需要说明的是,此处的“流线型”是指物体的一种外部形状,通常表现为平滑而规则的表面,没有大的起伏和尖锐的棱角。流体在流线型物体表面主要表现为层流,没有或很少有湍流,从而使得物体可以受到较小的阻力。
继续参阅图12和图13,货仓8通过可拆卸连接结构82安装在机身2上。根据本发明的实施例,可拆卸连接结构82可以包括设置在机身2上的多个挂钩821和设置在货仓8中的多个挂钩点822,所述挂钩821能够与所述挂钩点822接合,以将所述货仓8安装至所述机身2。在可替代的实施例中,所述可拆卸连接结构可以包括设置在所述货仓上的多个挂钩和设置在所述机身中的多个挂钩点,所述挂钩能够与所述挂钩点接合,以将所述货仓安装至所述机身。
在其它实施例中,在货仓8中邻近挂钩点822的位置处,还设置有固定孔823。当挂钩821与挂钩点822接合时,螺钉可以插入该固定孔823中,以将货仓8与机身2固定连接在一起。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。