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CN108438215A - 一种具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器 - Google Patents

一种具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器 Download PDF

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CN108438215A
CN108438215A CN201810234685.4A CN201810234685A CN108438215A CN 108438215 A CN108438215 A CN 108438215A CN 201810234685 A CN201810234685 A CN 201810234685A CN 108438215 A CN108438215 A CN 108438215A
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李斌斌
孙小通
黄德青
马磊
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Southwest Jiaotong University
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Abstract

本发明公开了一种具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，包括机身和旋翼，机身包括底层固定板，底层固定板上设置有分电板和飞控板，飞控板上方设置有盖板，盖板上设置有电池；底层固定板的前后分别对称设置有前部伺服舵机和后部伺服舵机，前部伺服舵机和后部伺服舵机分别通过传动组件与前部传动轴和后部传动轴配合，前部传动轴和后部传动轴上分别设置有旋翼，本发明通过改变旋翼组件与机体的夹角获得飞动力，能够保证飞行器在飞行过程中机体姿态始终保持水平，提升了飞行器的抗风性能与续航时间。

Description

一种具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器
技术领域
本发明涉及飞行器设计领域，具体涉及一种具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器。
背景技术
近年来，随着电力电子技术的发展和生产力增长的需求，四旋翼无人飞行器一直是军方和服务行业等密切关注的焦点。四旋翼无人机与传统的飞行器相比，具有垂直起降、悬停、纵飞和侧飞等良好飞行特性。四旋翼无人机因其良好的机动性能，开始广泛应用于航拍、电力巡检和农业生产等方面。
常规的四旋翼无人机在水平姿态时无前进推力，必须使机体前倾，使四个旋翼产生的升力分解至水平方向，产生推力。四旋翼无人机机体前倾会使机身抗风面积增大，增加电池消耗。同时抗风面积增大也会使得四旋翼无人机受气流因素影响增大，机身容易失去平衡。同时由于无人机整体前倾，当飞行速度改变时，机体倾斜角度调整较慢，机体响应迟缓。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种能在飞行器水平飞行时保持机体处于水平状态的具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器。
为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：
提供了一种具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，其包括机身、旋翼、传动组件和飞控元件，机身包括底层固定板和设置于底层固定板的飞控元件，底层固定板上设置有分电板和飞控板，飞控板上方设置有盖板，盖板上设置有电池；底层固定板前后分别对称设置有部伺服舵机，伺服舵机通过传动组件与传动轴可转动地连接，传动轴的两端分别固定设置有旋翼，传动轴用于带动旋翼绕传动轴作旋转运动；旋翼包括三叶桨，三叶桨下端与电机相连，电机设置于电机安装板上，电机安装板下端与传动轴相连；底层固定板的前部和后部各安装有两个电子调速器，每个电子调速器分别与一个旋翼上的电机配合；底层固定板还安装有无线数据接收器，盖板上安装有GPS定位仪。
上述方案中，优选的，底层固定板上设置有支撑板，支撑板的上端安装有盖板。
上述方案中，优选的，分电板的上端安装有飞控安装板，飞控板固定安装于飞控安装板上。
上述方案中，优选的，传动组件有两组，每组传动组件分别与前部伺服舵机和后部伺服舵机的输出轴配合连接；与伺服舵机配合的传动组件包括与伺服舵机输出轴配合的第一传动齿轮和与第一传动齿轮啮合的第二传动齿轮，第二传动齿轮与传动轴固定套接。
上述方案中，优选的，电机安装板的下端分别安装有两个外侧管夹，外侧管夹与传动轴固定套接。
上述方案中，优选的，底层固定板上两侧固定安装有内侧管夹，内侧管夹内设置有轴承，轴承与传动轴套接。
上述方案中，优选的，盖板、底层固定板、飞控安装板、支撑板和电机安装板上均开设有若干用于减重和与其它部件连接的开孔。
上述方案中，优选的，机身与传动轴的材质均为碳纤维。
上述方案中，优选的，伺服舵机的转动范围为-60°至60°。
上述方案中，优选的，电机为无刷直流电机，电池为锂电池。
本发明提供的上述具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器的主要有益效果在于：
通过分别设置前后伺服舵机和前后传动轴，并分别与四个旋翼单独连接，且分别设置四个电子调速器与四个旋翼单独配合，便于在飞行器飞行时，对每个旋翼上电机的转速进行分别调节，从而保持机身处于水平状态；当旋翼与机身的夹角不为90°时，旋翼产生的拉力分为水平方向的拉力和垂直方向的拉力。垂直方向的拉力抵消重力的作用，使得飞行器能够悬停在空中；水平方向的拉力驱动所述矢量四轴飞行器水平飞行。
附图说明
图1为具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器的结构示意图。
图2为矢量四轴飞行器的另一角度的结构示意图。
图3为矢量四轴飞行器的俯视图。
图4为底层固定板后部的结构示意图。
图5为矢量四轴飞行器后部的结构示意图。
其中，1、机身，11、底层固定板，12、盖板，13、飞控安装板，14、支撑板，2、旋翼，21、传动轴，22、内侧管夹，221、轴承，23、外侧管夹，24、电机安装板，25、电机，26、三叶桨，3、传动组件，31、第一传动齿轮，32、第二传动齿轮，4、飞控元件，41、GPS定位仪，42、电池，43、伺服舵机，44、飞控板，45、分电板，46、电子调速器，47、无线数据接收器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1至图3所示，本发明提供的具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器包括机身1、旋翼2、传动组件3和飞控元件4，机身1包括底层固定板11，底层固定板11上设置有支撑板14，支撑板14的上端安装有盖板12。
飞控元件4包括分电板45和飞控板44，分电板16的上端安装有飞控安装板13，飞控板44固定安装于飞控安装板13上；底层固定板11上设置有分电板45和飞控板44；飞控板44上方设置有盖板12，盖板12上设置有电池42，电池42为锂电池；底层固定板11的前后分别对称设置有伺服舵机43，伺服舵机43的转动范围为-60°至60°；伺服舵机43通过传动组件3与传动轴21转动连接，传动轴21的两端分别固定设置有旋翼2，传动轴21用于带动旋翼2绕传动轴21作旋转运动。
传动组件3有两组，每组传动组件3分别与相邻伺服舵机43的输出轴配合连接；与伺服舵机43配合的传动组件3包括与伺服舵机43输出轴配合的第一传动齿轮31和与第一传动齿轮31啮合的第二传动齿轮32，第二传动齿轮32与传动轴21固定套接。
旋翼2包括三叶桨26，三叶桨26下端与电机25相连，电机25为无刷直流电机；电机25设置于电机安装板24上，电机安装板24的下端分别安装有两个外侧管夹23，外侧管夹23与传动轴21固定套接；电机安装板24下端与传动轴21相连；底层固定板11上两侧固定安装有内侧管夹22，内侧管夹22内设置有轴承221，轴承221与传动轴21套接。
底层固定板11的前部和后部各安装有两个电子调速器46，每个电子调速器46分别与一个旋翼2上的电机25配合；底层固定板11还安装有无线数据接收器47，盖板12上安装有GPS定位仪41。
其中，盖板11、底层固定板12、飞控安装板13、支撑板14和电机安装板24上均开设有若干用于减重和与其它部件连接的开孔；机身1与传动轴21的材质均为碳纤维。
在飞行器起飞时，通过伺服舵机43调整旋翼2上三叶桨26的朝向，并通过电机42带动三叶桨26旋转，从而带动飞行器飞行；当旋翼2与机身1的夹角不为90°时，旋翼2产生的拉力分为水平方向的拉力和垂直方向的拉力。垂直方向的拉力抵消重力的作用，使得飞行器能够悬停在空中；水平方向的拉力驱动矢量四轴飞行器水平飞行。
上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (10)

1.一种具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，其特征在于，包括机身(1)、旋翼(2)、传动组件(3)和飞控元件(4)，所述机身(1)包括底层固定板(11)和设置于所述底层固定板(11)的飞控元件(4)；
飞控元件(4)包括分电板(45)和飞控板(44)，飞控板(44)上方设置有盖板(11)，盖板(11)上设置有电池(42)；底层固定板(11)的前后分别对称设置有伺服舵机(43)，伺服舵机(43)通过传动组件(3)与传动轴(21)转动连接，传动轴(21)的两端分别设置有旋翼(2)，传动轴(21)带动旋翼(2)绕传动轴(21)作旋转运动；
所述旋翼(2)包括三叶桨(26)，三叶桨(26)下端与电机(25)相连，所述电机(25)设置于电机安装板(24)上，所述电机安装板(24)下端与传动轴(21)相连；
所述底层固定板(11)的前部和后部各安装有两个电子调速器(46)，每个电子调速器(46)分别与一个旋翼(2)上的电机(25)配合；底层固定板(11)还安装有无线数据接收器(47)，所述盖板(12)上安装有GPS定位仪(41)。
2.根据权利要求1所述的具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，其特征在于，所述底层固定板(11)上设置有支撑板(14)，支撑板(14)的上端安装有盖板(12)。
3.根据权利要求1所述的具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，其特征在于，所述分电板(45)的上端安装有飞控安装板(13)，所述飞控板(44)固定安装于飞控安装板(13)上。
4.根据权利要求1所述的具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，其特征在于，所述传动组件(3)有两组，每组传动组件(3)分别与相邻伺服舵机(43)的输出轴配合连接；
与伺服舵机(43)配合的传动组件(3)包括与伺服舵机(43)输出轴配合的第一传动齿轮(31)和与第一传动齿轮(31)啮合的第二传动齿轮(32)，第二传动齿轮(32)与传动轴(21)固定套接。
5.根据权利要求1所述的具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，其特征在于，所述电机安装板(24)的下端分别安装有两个外侧管夹(23)，外侧管夹(23)与传动轴(21)固定套接。
6.根据权利要求1所述的具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，其特征在于，所述底层固定板(11)上两侧固定安装有内侧管夹(22)，内侧管夹(22)内设置有轴承(221)，轴承(221)与传动轴(21)套接。
7.根据权利要求1所述的具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，其特征在于，所述盖板(11)、底层固定板(12)、飞控安装板(13)、支撑板(14)和电机安装板(24)上均开设有若干用于减重和与其它部件连接的开孔。
8.根据权利要求1至7所述的具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，其特征在于，所述机身(1)与传动轴(21)的材质均为碳纤维。
9.根据权利要求1所述的具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，其特征在于，所述伺服舵机(43)的转动范围为-60°至60°。
10.根据权利要求1所述的具备保持机体水平能力的矢量四轴飞行器，其特征在于，所述电机(25)为无刷直流电机，所述电池(42)为锂电池。
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