CN106477032B - 多轴飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器，包括，机身和动力装置，其中动力装置具有多个动力单元，每个动力单元都通过机臂与机身连接，每个动力单元都具有可变距旋翼，及变距控制装置；机身上设置有控制多个动力单元倾转的倾转驱动机构。飞行器动作反应快、飞行姿态控制灵活。

Description

多轴飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器，特别是涉及一种多轴飞行器。

背景技术

多轴飞行器的起飞受场地限制小，还可以在空中悬停，实现定位航拍，因此获得越来越多的应用。现有的多轴飞行器基本只靠改变旋翼转速来调整飞行姿态，姿态响应速度低下，如果桨叶直径偏大的话还会进一步的延迟旋翼的姿态响应速度，平移飞行需要倾斜机身，因而增加了机身的迎风面积，导致飞行阻力的增加，使多轴飞行器的动作反应慢，机动性差，电机频繁的加减速使动能损失大，电机热损耗大，效率低。

为改善上述情况，出现了一种飞行器，飞行器前侧对称地设置两个旋翼，尾端设置一可倾转的涵道风扇，通过倾转涵道风扇来获取水平分力，实现高速平飞，但涵道风扇的桨叶直径远小于前侧的旋翼的桨叶直径，飞行器的动作反应速度有所提高，但是只有涵道风扇可倾转，飞行姿态控制不够灵活，飞行稳定性仍有局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动作反应快、飞行姿态控制灵活的多轴飞行器。

为实现上述目的，本发明提供的多轴飞行器包括机身；多个动力单元，每个动力单元都通过机臂与机身连接，环绕在机身周围；每个动力单元都具有可变距旋翼，及变距控制装置；机身上设置有控制多个动力单元倾转的倾转驱动机构。

由以上方案可见，每个动力单元都可以进行倾转，倾转后的旋翼可起到尾翼的作用，从而飞行器的飞行更平稳，倾转的旋翼的直径与非倾转的旋翼的直径相同，从而，飞行器的动作反应速度，飞行器姿态控制灵活，而且每个旋翼都为可变距旋翼，旋翼无需改变转速,只要通过倾转调整旋翼的桨距角即变螺距，就可以控制动力单元升力，以避免电机频繁加减速，节省能耗。

较具体的方案为，多轴飞行器具有至少三个动力单元。由以上方案可见，至少三个动力单元可实现至少三个方向上的动力单元倾转，飞行器姿态控制灵活。

更具体的方案为，变距控制装置包括设置在机臂上的变距舵机、推杆、第一摇臂、第一轮盘、第一连杆、第二摇臂，其中变距舵机带动推杆移动，第一摇臂的一端与推杆连接，另一端与第一轮盘连接，第一连杆的一端与第一轮盘连接，另一端与第二摇臂连接，所述旋翼安装在第二摇臂上。由以上可见，变距舵机设置在机臂上，可使飞行器结构紧凑，且与旋翼的驱动电机分开设置，避免相互干扰。

优选地，动力单元中每个具有其对应的倾转驱动机构。由以上方案可见，每个动力单元都具有单独的倾转驱动机构进行控制，各动力单元的倾转互不干扰。

较具体地，机身上设置有固定架，机身包括上支撑板和下支撑板，固定架与上支撑板及下支撑板都连接，机臂一端与固定架连接，另一端与动力单元连接。由以上可见，动力单元和机臂通过固定架安装在机身上，固定架与上下支撑板都连接，从而结构简单，安装牢靠。

更具体地，倾转驱动机构设置在固定架内，倾转驱动机构每个都包括传动舵机、齿轮、齿轮盘、转轴及倾转限位件；其中齿轮安装在传动舵机的输出轴上且与齿轮盘啮合，倾转限位件设置在机身上，以限制齿轮盘的旋转角度，齿轮盘与转轴固定连接，转轴一端与机臂连接、另一端可相对转动地安装在固定架上。

由以上方案可见，通过传动舵机带动齿轮盘旋转，使转轴旋转限定的角度，进而使动力单元及可变矩旋翼倾转，实现飞行器的转向，可以克服包括强风的自然因素对飞行稳定的影响，解决飞行器纵向俯仰、横向滚转和绕自身垂直轴自旋的飞行稳定性，使飞行器在预定角度保持飞行平稳，提高飞行器的安全性与可靠性。

优选地，动力单元通过一个倾转驱动机构控制，倾转驱动机构设置在机身的中心位置。由以上可见，通过一个倾转驱动机构控制多个动力单元的倾转可简化结构，节省飞行器安装空间，倾转驱动机构设置在机身中心位置，使其距各动力单元距离相同，从而控制平稳。

较具体地，倾转驱动机构包括舵机、第一连杆、第二轮盘、第二连杆、第三摇臂、转动轴，其中舵机通过第一连杆与所述第二轮盘连接，以控制第二轮盘的高度、偏转角度和偏转方向，第二连杆的一端与第二轮盘连接而另一端与摇臂连接，转动轴一端与第三摇臂连接而另一端与机臂连接，舵机通过支架固定在机身上。

由以上可见，通过对第二轮盘高度、偏转角度和偏转方向的控制，控制各动力单元的倾转，使各动力单元及其旋翼可呈现不同的倾转角度，实现飞行器的灵活控制。

更具体地，机身包括上支撑板和下支撑板，支架固定在下支撑板的下方，转动轴通过固定架可转动地支撑。由以上可见，倾转驱动机构大部分设置在下支撑板下方，从而重心低，飞行器易于控制。

进一步地，支架上固定有引导槽，第二轮盘上设置有突起，突起设置在引导槽内。由以上可见，通过引导槽限定突起的移动，实现对第二轮盘移动的引导限制，从而飞行器的控制更稳定。

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构示意图；

图2是本发明第一实施例的俯视图，其中去除了上支撑板；

图3是本发明第一实施例的结构示意图，其中去除了上支撑板、整流罩和左侧的固定架；

图4是图3中A局部放大视图；

图5是图3中B局部放大视图；

图6是本发明第二实施例的结构示意图，其中去除了上支撑板和整流罩；

图7是本发明第三实施例的结构示意图，其中去除了上支撑板；

图8是本发明第三实施例中倾转驱动机构的结构示意图；

图9是图8倾转驱动机构另一视角的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体实施例并对照附图对本发明进行说明。

第一实施例

如图1所示，飞行器包括机身1和动力装置，其中机身具有上支撑板11、下支撑板12，脚架13安装在下支撑板12下方，动力装置包括三个关于飞行器轴线对称设置的动力单元2，其中一个动力单元2设置在飞行器的轴线上，每个动力单元2都具有可变距的三个旋翼21。动力单元2通过机臂3与机身1连接，且其上设置有保护内部结构的整流罩4。

如图2和图3所示，固定架14与机臂3的一端连接，固定架14与上支撑板11和下支撑板12都通过多个连接件牢固地连接，每个动力单元2都具有驱动其倾转的倾转驱动机构，其中各倾转驱动机构分别设置在与各动力单元2通过机臂3连接的固定架14内。各动力单元2都具有控制其旋翼变距的变距控制装置，其中变距控制装置的变距舵机设置在机臂上。

如图4所示，变距控制装置包括变距舵机51、推杆52、作为第一摇臂的摇臂53、作为第一转盘的转盘54、作为第一连杆的连杆55，作为第二摇臂的摇臂56，其中变距舵机51与推杆52的一端连接，以带动推杆52移动，推杆52的另一端与摇臂53的连接，推杆52的移动致使摇臂53摆动，摇臂53与转盘54连接，以带动转盘54沿旋翼21的转动轴方向移动，转盘54上设置有连杆55与安装有旋翼21的摇臂56连接，转盘54的移动带动连杆55移动，并致使摇臂55转动，带动旋翼21转动，从而改变旋翼21的倾斜角度，以达到变距的目的。

如图5所示，倾转驱动机构包括传动舵机61、齿轮62、齿轮盘63和转轴64，其中齿轮62与传动舵机61的输出轴连接，齿轮62与齿轮盘63啮合，转轴64与齿轮盘63连接，并在齿轮盘64的带动下转动，转轴64与机臂3连接，在转轴64转动时，机臂3带动动力单元2一起转动所需的角度。

本实施例中，动力单元的旋翼采用三片桨叶，在其他实施例中，可采用两片、四片等等。本实施例中，变距控制装置的变距舵机设置在机臂上，在其他实施例中，变距舵机可设置在驱动单元内。倾转驱动机构也可设置在机臂的靠近动力单元的一侧，在这种情况下，机臂可不随驱动单元转动。

第二实施例

本实施例的结构与第一实施例大致相同，其中动力单元的数量不同。

如图6所示，飞行器具有四个动力单元2，四个动力单元2呈十字型对称设置，每个动力单元2都通过机臂3与机身1上固定的固定架14连接，用于使动力单元倾转的倾转驱动机构设置在各固定架14内。每个动力单元2都具有可变距旋翼21和变距控制装置，变距舵机设置在机臂3上。

第三实施例

本实施例的结构与第一实施例大致相同，其中使各动力单元倾转的结构不同。

如图7所示，飞行器的动力装置包括三个关于飞行器轴线对称设置的动力单元2，其中一个动力单元2设置在飞行器的轴线上，每个动力单元2都具有可变距的三个旋翼21。动力单元2通过机臂3与机身1连接，且其上设置有保护内部结构的整流罩4。固定架14与机臂3的一端连接，驱动各每个动力单元2倾转的倾转驱动机构7设置在机身1中心位置，与各机臂3连接的转动轴75穿过固定架14并被固定架14可转动地支撑，优选地固定架14上的支撑部分设置为两个或以上，以使转动更稳定。各动力单元2都具有控制其旋翼变距的变距控制装置，其中变距控制装置的变距舵机设置在机臂3上。倾转驱动机构7通过支架安装在机身的下支撑板12上，部分从下支撑板12的开孔15处伸出。

如图8和图9所示， 倾转驱动机构大部分位于支架16内，包括舵机（未示出），作为第二连杆的连杆71、作为第二轮盘的轮盘72、作为第三连杆的连杆73、作为第三摇臂的摇臂74、转动轴75，其中舵机通过连杆71与轮盘72连接，以控制轮盘72的高度、偏转角度和偏转方向，连杆73的一端与轮盘72连接而另一端与摇臂74连接，转动轴75一端与摇臂74连接而另一端与机臂3连接。优选地，倾转驱动机构包括多个舵机，每个与一个连杆71连接，各舵机带动的连杆移动的位移不同，从而使轮盘72处于所需的高度、偏转角度和偏转方向，与轮盘72连接的多个连杆73与动力单元2的数量对应，各连杆73与安装有转动轴75的摇臂74连接，轮盘72带动各连杆73产生不同的位移，致使摇臂74及转动轴74转动所需的角度，进而带动动力单元2倾转所需角度。

支架16上固定有引导槽76，其中引导槽76可直接设置在支架上，也可设置在倾转驱动装置的固定在支架上的部分，其相对支架为固定的，轮盘72上设置有突起721，突起721可在引导槽76内滑动，以引导限制轮盘72的移动，实现飞行器的更稳定控制。

在本实施例中，动力单元设置为三个，在其他实施例中，动力单元可设置为四个或更多个，多个动力单元可通过单个的倾转驱动机构来控制其不同角度的倾转。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (4)

1.多轴飞行器，包括

机身；

动力装置，具有多个动力单元，每个动力单元都通过机臂与所述机身连接，环绕在所述机身周围；

其特征在于：

每个动力单元都具有可变距旋翼，及变距控制装置；

所述机身上设置有控制所述多个动力单元倾转的倾转驱动机构；

所述动力单元通过一个倾转驱动机构控制，所述倾转驱动机构设置在所述机身的中心位置；

所述倾转驱动机构包括舵机、第二连杆、第二轮盘、第三连杆、第三摇臂、转动轴，其中所述舵机通过所述第二连杆与所述第二轮盘连接，以控制所述第二轮盘的高度、偏转角度和偏转方向，所述第三连杆的一端与所述第二轮盘连接而另一端与所述第三摇臂连接，所述转动轴一端与所述第三摇臂连接而另一端与所述机臂连接，所述舵机通过支架固定在所述机身上；

所述多轴飞行器具有至少三个所述动力单元。

2.根据权利要求1所述的多轴飞行器，其特征在于：

所述变距控制装置包括设置在所述机臂上的变距舵机、推杆、第一摇臂、第一轮盘、第一连杆、第二摇臂，其中所述变距舵机带动所述推杆移动，所述第一摇臂的一端与所述推杆连接，另一端与所述第一轮盘连接，所述第一连杆的一端与所述第一轮盘连接，另一端与所述第二摇臂连接，所述旋翼安装在所述第二摇臂上。

3.根据权利要求2所述的多轴飞行器，其特征在于：

所述机身包括上支撑板和下支撑板，所述支架固定在所述下支撑板的下方，所述转动轴通过固定架可转动地支撑。

4.根据权利要求3所述的多轴飞行器，其特征在于：

所述支架上固定有引导槽，所述第二轮盘上设置有突起，所述突起设置在所述引导槽内。

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