CN106114851A - 多旋翼式无人飞行体 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例为一种多旋翼式无人飞行体，搭载有电池模块，按照控制多个螺旋桨旋转的控制模块的命令飞行，且包括：主体部，包括电池模块和控制模块；多个框架，与所述主体部侧面结合并延伸形成；第一电机，与所述框架的一端结合；及驱动部，与所述第一电机结合，其中，所述驱动部包括：以陀螺仪形式结合的圆形旋转架和固定架；支撑在所述旋转架中心部上的第二电机；及与所述第二电机结合的螺旋桨，根据所述第一电机和所述第二电机的旋转而借助所述螺旋桨的旋转所产生的推力方向可变。因此，可以使对飞行体能够产生推力的螺旋桨的位置在三维空间中的所有方向旋转，因此，即使发生乱流也可以使四旋翼稳定飞行。

Description

多旋翼式无人飞行体

技术领域

本发明涉及控制如四旋翼等无人飞行体移动的工具，更详细地，涉及具有用于控制设于无人飞行体的螺旋桨的推力方向的驱动工具的无人飞行体。

背景技术

最近，无人飞行体在人们难以进行作业的环境中的需求和利用率逐渐增加。无人飞行体可以执行例如在不容易接近的灾难或者灾害地区获取空中图像、电力线检测、或者在战场上提供敌人隐藏信息或通过无人驾驶机执行侦查任务、监视任务等。

作为垂直起降无人遥控飞行体的普遍的形式，例如可举出单旋翼直升机、共轴式直升机、四旋翼等。其中，四旋翼通过控制与4个旋翼连接的电机并利用各种传感器和信号处理来可以实现比较稳定的飞行。

图1为示意性地示出现有四旋翼的结构的附图。参照图1，在四旋翼中，设置在以主体部2为中心延伸的框架的4个螺旋桨5分别与BLDC电机4连接，利用通过所述电机4的旋转而螺旋桨5所产生的推力来可以进行飞行，且借助各个电机的旋转角速度差异而在四旋翼飞行时可以转换方向。

然而，四旋翼具有在转换方向而移动时整体机身在移动方向倾斜的结构，因此，存在由于在与移动方向相同的方向吹来的风而容易翻倒的可能性，而且，在如停悬等停止飞行时，容易受到如风等外乱的影响，从而遇到无法保证稳定飞行的情况。

此外，若在转换方向而移动时四旋翼机身整体倾斜，则受到空气阻力的截面积变大，因此具有在水平移动时在空气动力学方面的能源损失增加的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种与螺旋桨连接的电机不固定，根据电机的位置控制可以在多个方向产生推力，从而能够保证稳定飞行的无人飞行体。

本发明的实施例为一种多旋翼式无人飞行体，搭载有电池模块，按照控制多个螺旋桨旋转的控制模块的命令飞行，且包括：主体部，包括电池模块和控制模块；多个框架，与所述主体部侧面结合并延伸形成；第一电机，与所述框架的一端结合；及驱动部，与所述第一电机结合，其中，所述驱动部包括：以陀螺仪(gyroscope)形式结合的圆形旋转架和固定架；支撑在所述旋转架中心部上的第二电机；及与所述第二电机结合的螺旋桨，根据所述第一电机和所述第二电机的旋转而借助所述螺旋桨的旋转所产生的推力方向可变。

并且，所述框架的一端可以与第一电机结合，所述第一电机可以被配置为具有与所述框架的延伸方向相同的方向的旋转轴。

并且，所述多旋翼式无人飞行体还可包括支撑架，所述支撑架经过所述旋转架的中心部并在所述旋转架的直径方向延伸形成。所述支撑架的一端可以配置有第二电机，所述第二电机可以被配置为具有与所述支撑架的延伸方向相同的方向的旋转轴。

根据实施例，所述多旋翼式无人飞行体还可包括：主电机，与所述支撑架的中心结合；及螺旋桨，与所述主电机连接。根据所述第二电机的旋转，所述主电机旋转并与所述主电机连接的螺旋桨旋转，从而可以改变产生推力的位置。

此外，所述第一电机与第二电机的旋转轴的方向可以相互直交，根据所述第一电机与第二电机的旋转而所述螺旋桨的产生推力位置可以变化。而且，设置在所述主体部的控制模块对设置在各个框架的所述第一电机和所述第二电机进行控制，从而可以将螺旋桨的产生推力位置设定为互不相同。

根据本发明的实施例，对如四旋翼等无人飞行体产生推力的电机位置不固定，而可以使连接的螺旋桨位置在三维空间中的所有方向旋转，因此，即使发生乱流也可以使四旋翼稳定飞行，而且，尽管如停悬等停止飞行时也能够最小化外乱的影响而进行飞行。

附图说明

图1为示意性地示出现有四旋翼的结构的附图。

图2为示出根据第一实施例的四旋翼的驱动部的附图。

图3为示出根据第二实施例的多旋翼式无人飞行体的驱动部的附图。

图4为示出现有四旋翼和根据各个实施例的四旋翼的飞行实例的附图。

具体实施方式

在下文中，本发明的示例性实施方案将参照附图更加详细地描述。然而，在描述本发明的示例性实施方案时，众所周知的功能或结构将不再详细描述，因为它们可能会不必要地模糊对本发明的理解。

根据本实施例，在无人飞行体诸如四旋翼等产生垂直方向推力而飞行的飞行体中，提出四旋翼的驱动部，所述驱动部可以在多个方向改变使四旋翼获得推力的部分，即，电机和螺旋桨的位置。除了所述驱动部之外的其他构成可以采用已知的技术。根据实施例的无人飞行体中所包括的主体部可以搭载有电池模块和控制模块。控制模块根据用户从远处发送的信号对设置在无人飞行体的驱动部的动作进行控制，通过控制各个螺旋桨的位置或旋转速度来可以调节机身的飞行状态。

在实施例中，虽然主要以由4个螺旋桨构成的四旋翼为例进行说明，但不管螺旋桨的个数，都可以适用于以多旋翼式形成的无人飞行体的驱动工具，也可以形成现有四旋翼的驱动部与在实施例中所提出的四旋翼的驱动部的混合形式。

图2为示出根据第一实施例的四旋翼的驱动部的附图，其是仅将在图1中，在由相当于四旋翼中心部的主体部2延伸形成的框架3的一端中虚线表示的部分即对四旋翼产生推力的部分的驱动部扩大表示的。对于除了在实施例中所提出的驱动部之外的构成，可以适用已知的技术，因而省略其具体说明。

参照图2，由相当于四旋翼中心部的主体部2延伸并与主体部2结合的框架11的端部结合有第一电机12，第一电机12的下面与所述框架11的端部结合，从而第一电机12的旋转轴方向被配置为与框架11的延伸方向相同。

所述第一电机12的中心部与旋转架13结合。所述旋转架13为呈圆形的框架，其任一个地点与所述第一电机12的上面结合，随着第一电机12的旋转，与第一电机12结合的旋转架13可以沿着第一电机12的旋转轴方向进行旋转。

并且，在与第一旋转架13的旋转轴垂直的方向可以设置有经过所述旋转架13中心的支撑架16。在相当于所述旋转架13中心部的所述支撑架16上可以设有对四旋翼产生推力的驱动部即第二电机17和螺旋桨18。

所述第二电机17是被设定为以预定速度旋转以使所述螺旋桨18旋转，从而对四旋翼产生设定推力的电机。所述旋转架13制成包围所述螺旋桨18的圆形的导向形式，因此，优选地，所述螺旋桨18的直径形成为小于所述旋转架13的直径。

假设第一电机12的旋转轴方向为x轴，则根据所述第一电机12的旋转而所述第二电机17和螺旋桨18可以以x轴为准进行旋转，从而能够将推力的方向变为相当于x轴的上向、下向或侧向。

并且，支撑架16的两端结合支撑在旋转架13，在结合的地点中一个地点可以设置有第二电机14。所述第二电机14可以被结合使得所述第二电机14的旋转轴方向与支撑架16的延伸方向相同。

所述支撑架16的两端可以配置有固定架15，所述固定架15制成与所述旋转架13相同的形状，且被配置为具有与所述旋转架13直交的面。所述固定架15具有与所述旋转架13相同的中心点，可以以所述支撑架16为准旋转90度的状态下固定结合于所述旋转架13。即，在第一实施例中，旋转架13和固定架15形成为具有相同中心的圆形框架，以陀螺仪(gyroscope)形式相结合。

此外，螺旋桨18的旋转实现在固定架15的内部，因此，优选地，固定架15的直径形成为大于螺旋桨18的长度。

旋转架13和固定架15在支撑架16的两端相接触，在接触地点配置有第二电机14。所述第二电机14与支撑架16连接，因此当第二电机14旋转时，支撑架16进行旋转。即，设置在支撑架16上的第二电机17和螺旋桨18进行旋转。

在此，与支撑架16连接的第二电机14的旋转轴与第一电机12的旋转轴直交，因此，假设第一电机12的旋转轴为x轴方向，则第二电机14在与此垂直的方向即y轴方向旋转。

即，根据第一电机12和第二电机14的旋转，在旋转架13和固定架15内部螺旋桨18的位置发生变化，产生推力的方向以x轴和y轴为准可以变动，因此，推力的方向可以被设定为在三维空间中的所有方向。

如上所述的四旋翼在转换方向时通过第一电机12和第二电机14的旋转可以改变螺旋桨18方向，由此推力的方向发生变化，从而可以使动体的倾斜度变化最小化。因此，能够减少产生空气阻力的截面积，与现有四旋翼相比，可以减少飞行所消耗的能量，从而能够增加因电池问题而相对短的四旋翼的飞行时间。

此外，在四旋翼的飞行和运行方面需要保证稳定性。当螺旋桨不具有额外结构物而被露出时，由于驾驶者不熟练的原因等，在着陆时存在因旋转的螺旋桨造成人员伤亡的可能性。根据第一实施例，为了转换螺旋桨的方向而设置的旋转架和与此结合的固定架可以使螺旋桨移动，同时也可以起到从外部导向的作用。

在现有四旋翼的情况下，如果因外乱而机身倾斜一定角度以上，就增加翻倒的概率，稳定性下降，因此无法继续飞行。机身倾斜的角度与四旋翼的最大移动速度成比例，四旋翼的速度越增加，稳定性就急剧减少。通常，四旋翼将约45度的机身的倾斜度设定为临界点，若达到临界点，通过调节四旋翼的移动速度来减少四旋翼翻倒的概率。

在根据第一实施例的四旋翼的情况下，若机身的倾斜度增加，则通过调节位于机身倾斜的方向的螺旋桨的推力方向来能够调节机身的倾斜。因为可以分别控制各个螺旋桨的推力方向，由此能够根据机身的飞行速度变化主动应对，可以实现稳定、多样的飞行。

图3为示出根据第二实施例的多旋翼的驱动部的附图。第二实施例示出结合推力方向被固定的现有驱动部与根据第一实施例的可设定推力方向的驱动部的多旋翼式无人飞行体。在第一实施例中，推力方向可变的驱动部为主驱动部，但在第二实施例中，推力方向可变的驱动部用作辅助驱动部。参照图3，由配置在中心部的主体部延伸的多个主框架103、203、303、403的端部设有主旋翼100、200、300、400。在第二实施例中，虽然以形成有4个框架且由4个主旋翼构成的四旋翼为例进行说明，但旋翼的个数不限于此。

各个主旋翼100、200、300、400由电机101、201、301、401和螺旋桨102、202、302、402构成，各个电机和螺旋桨的结合方向被固定，因此在一定方向产生推力。

在设置有各个主旋翼100、200、300、400的主框架103、203、303、403之间配置有以主体部为中心延伸形成的辅助框架11、21、31、41。所述辅助框架11、21、31、41的端部设置有辅助旋翼10、20、30、40，所述辅助旋翼10、20、30、40的构成可以与在第一实施例中说明的旋翼的构成相同。

即，在第二实施例中，除了在一定方向产生推力的主旋翼100、200、300、400之外，还结合有推力方向可变的辅助旋翼10、20、30、40，从而，不仅在无人飞行体上升时辅助推力，也在转换无人飞行体的方向时通过旋转设于辅助旋翼10、20、30、40的电机来可容易改变推力的方向。

虽然图3中所示的多旋翼以形成有8个螺旋桨的八旋翼为例进行说明，但辅助旋翼也根据主旋翼的个数可以改变，从而可以适用于多旋翼式无人飞行体。

图4为示出现有多旋翼式无人飞行体和根据各个实施例的多旋翼式无人飞行体的飞行实例的附图。图4的(a)部分示出与以往一样四旋翼的推力方向与地面垂直的状态下被固定的情况，图4的(b)部分为示出与第一实施例一样可变地设定主旋翼的推力方向的情况的附图，图4的(c)部分为示出与第二实施例一样可变地设定辅助旋翼的推力方向的情况的附图。

参照图4的(a)部分，在现有四旋翼1的情况下，通过设置在沿4个方向延伸的框架的各个螺旋桨a、b、c、d产生的推力方向仅与地面或机身垂直，因此，在飞行中由于如风等外乱而机身本身倾斜，推力方向也在特定方向倾斜，从而存在为机身的稳定性而需要减少飞行速度的问题。

然而，如图4的(b)部分所示，适用根据实施例的驱动部的四旋翼2能够可变地调节设置在沿4个方向延伸的框架的螺旋桨A、B、C、D朝向的方向。图4的(b)部分的实例示出如果在停悬飞行时出现外乱，为机身的稳定性而按每个螺旋桨调整推力方向的情况。在此情况下，假设如图2所示的螺旋桨的位置为初始位置，通过使第二电机14旋转来以预定角度改变螺旋桨的位置。此时，对机身施加的推力方向分别通过螺旋桨变为朝向机身的中心部，从而，即使发生如风等外乱也可以稳定地实现如停悬等停止飞行。

参照图4的(c)部分，设置在由主体部延伸的4个主框架的主旋翼A、B、C、D被配置，在各个主框架之间形成有辅助框架，在辅助框架配置有辅助旋翼a、b、c、d。所述主旋翼被结合使得推力方向一定，所述辅助旋翼被结合使得推力方向可变。在图4的(c)部分的情况下，通过改变设于辅助旋翼的螺旋桨的方向来能够转变多旋翼的方向，而且，在转换方向时可以修正机身倾斜。此外，无需改变主旋翼的旋转角速度也能够通过辅助旋翼变换方向，在产生外乱时，相对于外乱的方向设定辅助旋翼的方向，从而可以更加提高机身的稳定性。

如上所述，根据实施例，对四旋翼产生推力的电机位置不固定，而可以使连接的螺旋桨位置在任意方向旋转，因此，即使发生乱流也可以使四旋翼稳定飞行，而且，尽管如停悬等停止飞行时也能够最小化外乱的影响而进行飞行。

虽然已经以优选实施例为中心描述了本发明，但是应该理解，本领域技术人员可以想到将落入本公开的原理的精神和范围内的多个其它修改和实施例。例如，可以对所述示例性实施例中详细示出的每个元件进行修改和实施。另外，应该明白，与所述变型和应用有关的差别包含在所附权利要求中所定义的本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种多旋翼式无人飞行体，搭载有电池模块，按照控制多个螺旋桨旋转的控制模块的命令飞行，且包括：

主体部，包括电池模块和控制模块；

多个框架，与所述主体部侧面结合并延伸形成；

第一电机，与所述框架的一端结合；及

驱动部，与所述第一电机结合，

其中，所述驱动部包括：以陀螺仪形式结合的圆形旋转架和固定架；支撑在所述旋转架中心部上的第二电机；及与所述第二电机结合的螺旋桨，

根据所述第一电机和所述第二电机的旋转，借助所述螺旋桨的旋转所产生的推力方向发生变化。

2.根据权利要求1所述的多旋翼式无人飞行体，其中，所述第一电机被配置为具有与所述框架的延伸方向相同的方向的旋转轴。

3.根据权利要求1所述的多旋翼式无人飞行体，还包括：

支撑架，所述支撑架经过所述旋转架的中心部并在所述旋转架的直径方向延伸形成。

4.根据权利要求3所述的多旋翼式无人飞行体，其中，所述支撑架的一端配置有第二电机，所述第二电机被配置为具有与所述支撑架的延伸方向相同的方向的旋转轴。

5.根据权利要求4所述的多旋翼式无人飞行体，还包括：

主电机，与所述支撑架的中心结合；及

螺旋桨，与所述主电机连接。

6.根据权利要求5所述的多旋翼式无人飞行体，其中，根据所述第二电机的旋转，所述主电机旋转并与所述主电机连接的螺旋桨旋转，从而改变产生推力的位置。

7.根据权利要求4所述的多旋翼式无人飞行体，其中，所述第一电机与第二电机的旋转轴的方向相互直交，根据所述第一电机与第二电机的旋转而所述螺旋桨的产生推力位置发生变化。

8.根据权利要求1所述的多旋翼式无人飞行体，其中，

设置在所述主体部的控制模块对设置在各个框架的所述第一电机和所述第二电机进行控制，从而将螺旋桨的产生推力位置设定为互不相同。

9.根据权利要求1所述的多旋翼式无人飞行体，其中，所述旋转架和所述固定架的直径设定为大于所述螺旋桨的长度，以便对所述螺旋桨起到导向作用。

10.一种多旋翼式无人飞行体，搭载有电池模块，按照控制多个螺旋桨旋转的控制模块的命令飞行，且包括：

主体部，包括电池模块和控制模块；

多个主框架，与所述主体部侧面结合并延伸形成；

主旋翼，形成在所述主框架的端部；

辅助框架，延伸形成在所述主框架之间；及

辅助旋翼，形成在所述辅助框架的端部，

其中，所述辅助旋翼以陀螺仪形式结合有圆形旋转架和固定架，所述旋转架的中心部设有主电机和螺旋桨，

所述主旋翼被结合以便在一定方向产生推力，所述辅助旋翼被结合以便借助所述旋转架的旋转而改变推力方向。

11.根据权利要求10所述的多旋翼式无人飞行体，其中，

所述辅助框架的端部与第一电机结合，所述第一电机被配置为具有与所述框架的延伸方向相同的方向的旋转轴。

12.根据权利要求11所述的多旋翼式无人飞行体，其中，

所述第一电机与圆形旋转架和固定架结合，

且所述多旋翼式无人飞行体还包括支撑架，所述支撑架经过所述旋转架的中心部并在与所述第一电机的旋转轴直交的方向延伸。

13.根据权利要求12所述的多旋翼式无人飞行体，其中，

所述支撑架的中心设有第二电机和螺旋桨，

所述第二电机的旋转轴方向为与所述第一电机直交的方向。