垂直起降的无人机及其驱动方法
阅读说明：本技术 垂直起降的无人机及其驱动方法 (Vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle and driving method thereof ) 是由 唐冰 庞何苗 刘以建 于 2021-04-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了垂直起降的无人机及其驱动方法。垂直起降的无人机具有机身和驱动单元,所述驱动单元包括第一驱动机构和第二驱动机构,所述第二驱动机构为两个且分布于机身的两侧；所述第一驱动机构和第二驱动机构呈三点式分布；其中,所述第一驱动机构包括推力发动机；所述第二驱动机构包括：螺旋桨,用于在无人机起降时转动,螺旋桨的转轴竖向分布；连杆,连杆一端与螺旋桨的转轴连接,另一端与机身通过第一铰接件连接；推动结构,用于推动连杆沿第一铰接件转动。首先,三点式分布的驱动单元有助于提升无人机升降的平稳性。其次,第二驱动机构可以收拢和展开,收拢后可以显著降低平飞的阻力。再者,未采用涵道风扇就实现了无人机的平稳升降。(The invention discloses an unmanned aerial vehicle for vertical take-off and landing and a driving method thereof. The unmanned aerial vehicle capable of vertically taking off and landing is provided with a machine body and driving units, wherein each driving unit comprises a first driving mechanism and a second driving mechanism, and the two second driving mechanisms are distributed on two sides of the machine body; the first driving mechanism and the second driving mechanism are distributed in a three-point mode; wherein the first drive mechanism comprises a thrust motor; the second drive mechanism includes: the propellers are used for rotating when the unmanned aerial vehicle takes off and lands, and rotating shafts of the propellers are vertically distributed; one end of the connecting rod is connected with the rotating shaft of the propeller, and the other end of the connecting rod is connected with the machine body through a first hinge piece; and the pushing structure is used for pushing the connecting rod to rotate along the first hinge piece. Firstly, the driving unit of bikini distribution helps promoting the stationarity that unmanned aerial vehicle goes up and down. And secondly, the second driving mechanism can be folded and unfolded, and the resistance of the flat flight can be obviously reduced after the second driving mechanism is folded. Moreover, the stable lifting of the unmanned aerial vehicle is realized without adopting a ducted fan.)
技术领域
本发明涉及无人机的技术领域，具体而言，涉及垂直起降的无人机及其驱动方法。
背景技术
目前，广泛应用的具有垂直起降功能的无人机大多数为多旋翼无人机或涵道风扇无人机，在升降阶段主要依靠竖直分布的旋翼或涵道风扇提供升力，在平飞阶段则依靠旋翼或涵道风扇的倾转来产生向前或其它方向的推力。因此，需要较大容量的电池为旋翼或涵道风扇供电来实现较长的航时与航程，这导致电池重量占据了机体的大部分重量，使无人机自身重量过重，任务荷载重量、航时及航程均严重受限。
发明内容
本发明的主要目的在于提供垂直起降的无人机及其驱动方法，以解决现有技术中垂直起降的无人机的重量较大、航时及航程较短的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了垂直起降的无人机。技术方案如下：
垂直起降的无人机，具有机身和驱动单元，所述驱动单元包括第一驱动机构和第二驱动机构，所述第二驱动机构为两个且分布于机身的两侧；所述第一驱动机构和第二驱动机构呈三点式分布；其中，所述第一驱动机构包括推力发动机；所述第二驱动机构包括：螺旋桨，用于在无人机起降时转动，螺旋桨的转轴竖向分布；连杆，连杆一端与螺旋桨的转轴连接，另一端与机身通过第一铰接件连接；推动结构，用于推动连杆沿第一铰接件转动。
首先，本发明的垂直起降的无人机采用三点式分布的驱动单元，有助于提升无人机升降的平稳性。其次，第二驱动机构可以沿第一铰接件收拢和展开，收拢后可以显著降低平飞的阻力，从而降低第一驱动机构的能耗。再者，第二驱动结构仅在升降时使用，重量轻，所需的电池电量小，有助于降低无人机重量；并且，随着飞行时间的增加，机身上的载油量因推力发动机的消耗而逐渐减少，无人机重量随之降低，可以进一步提高航时和航程。由此可见，本发明的垂直起降的无人机未采用多旋翼结构或涵道风扇就实现了无人机的平稳升降并有效减轻了无人机重量，提供了一种全新的无人机结构。
进一步地是，所述推力发动机为矢量发动机；并且/或者，第一驱动机构还包括设于机身两侧的机翼内的油箱。由此，有助于简化第一驱动机构的结构，便于安装。
进一步地是，所述第一驱动机构设于第二驱动机构的后方。由此，第一驱动机构位于靠近机身尾部的位置，平飞后能够提供最佳的推力。
进一步地是，机身上还设有电池单元，第二驱动机构、电池单元和第一驱动机构前后依次分布于机身上。由此，第二驱动机构位于靠近机身头部非位置，与靠近机身尾部的第一驱动机构配合，使机身升降时的受力更加均匀，升降更加地平稳。
进一步地是，所述机身的两侧设有凹槽，无人机平飞时，所述螺旋桨与连杆收缩于凹槽内。由此，当螺旋桨与连杆收缩于凹槽内之后，可以最大限度地降低无人机平飞时螺旋桨与连杆所产生的飞行阻力。
进一步地是，所述螺旋桨为二叶的螺旋桨。由此，二叶的螺旋桨可以按照机身与凹槽的轴向摆放，有助于减小凹槽的宽度。
进一步地是，所述推动结构包括：电动推杆，具有可伸出和收回的执行器；异形杆，异形杆两端分别通过第二铰接件与执行器和连杆连接。由此，推动结构的结构简单，便于自动控制。
进一步地是，所述异形杆呈L形。由此，结构简单易获取，通过异形杆两端的转动，使得异形杆的一端既可以发生横向变化，也发生纵向变化，从而适应连杆旋转时导致的异形杆与连杆的接触点的位置变化。
进一步地是，还包括控制第一驱动机构和第二驱动机构的控制单元。由此，自动控制第一驱动机构和第二驱动机构的运行。
为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，还提供了无人机的驱动方法，所述的无人机为上述的垂直起降的无人机。技术方案如下：
无人机的驱动方法，包括以下步骤：
（1）起飞阶段：控制螺旋桨伸出至机身外并转动，控制推力发动机的尾喷管的气流方向与地面垂直；
（2）平飞阶段：控制螺旋桨停止转动并收回至机身内，控制推力发动机的尾喷管的气流方向与地面平行；
（3）降落阶段：控制螺旋桨伸出至机身外并转动，控制推力发动机的尾喷管的气流方向与地面垂直。
在上述的无人机的驱动方法中，第二驱动机构仅在起飞阶段和降落阶段运行，在平飞阶段时第二驱动机构呈收拢状态。
综上可知，本发明的垂直起降的无人机及其驱动方法不采用涵道风扇多旋翼结构或，驱动单元的结构简单，有助于降低无人机的重量。其次，第一驱动机构和第二驱动机构呈三点式分布，无人机的垂直起降过程更加平稳。由此可见，本发明的垂直起降的无人机及其驱动方法具有结构简单，实用性强的优点。
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的垂直起降的无人机的具体实施方式的结构示意图。
图2为本发明的垂直起降的无人机的具体实施方式的侧视图。
图3为图1-图2中的第二驱动机构呈展开状态的结构示意图。
图4为图1-图2中的第二驱动机构呈收拢状态的结构示意图。
上述附图中的有关标记为：
100-机身，110-机翼，120-凹槽，210-螺旋桨，220-连杆，230-第一铰接件，240-电动推杆，241-执行器，250-异形杆，260-第二铰接件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
图1为本发明的垂直起降的无人机的具体实施方式的结构示意图。图2为本发明的垂直起降的无人机的具体实施方式的侧视图。
如图1-图2所示，垂直起降的无人机具有机身100、驱动单元、电池单元和控制单元，所述驱动单元包括第一驱动机构和第二驱动机构，所述第二驱动机构为两个且分布于机身100的两侧；所述第一驱动机构和第二驱动机构呈三点式分布。
其中，所述第一驱动机构包括推力发动机以及设于机身100两侧的机翼110内的油箱，所述推力发动机为矢量发动机。所述的矢量发动机（Thrust vector control engine，简称：TVC Engine）是尾喷管的喷口可以向不同方向偏转以产生不同方向的推力的一种发动机。
所述第一驱动机构设于第二驱动机构的后方，并且，第二驱动机构、电池单元和第一驱动机构前后依次分布于机身100上。由此，整个无人机的结构紧凑，体积小，便于加工制造以及降低成本。
电池单元用于对整个无人机进行供电。
控制单元用于控制第一驱动机构和第二驱动机构。
图3为图1-图2中的第二驱动机构呈展开状态的结构示意图。图4为图1-图2中的第二驱动机构呈收拢状态的结构示意图。
如图3-图4所示，所述第二驱动机构包括螺旋桨210、连杆220和推动结构；所述机身100的两侧设有凹槽120，无人机平飞时，所述螺旋桨210与连杆220收缩于凹槽120内。
所述螺旋桨210用于在无人机起降时转动，螺旋桨210的转轴竖向分布，所述螺旋桨210为二叶的螺旋桨210；由此，在无人机平飞时，二叶的螺旋桨210可以沿机身100方向放置于凹槽120内，有助于降低无人机的飞行阻力。
连杆220一端与螺旋桨210的转轴连接，另一端与机身100通过第一铰接件230连接。由此，连杆220沿着第一铰接件230转动即可带动螺旋桨210收拢和展开。
推动结构用于推动连杆220沿第一铰接件230转动。所述推动结构包括电动推杆240和异形杆250；电动推杆240具有可伸出和收回的执行器241；异形杆250两端分别通过第二铰接件260与执行器241和连杆220连接，异形杆250呈L形。由此，通过设置异形杆250，可以适应连杆220旋转时导致的异形杆250与连杆220的接触点的位置变化。
上述的无人机的驱动方法包括以下步骤：
（1）起飞阶段：控制螺旋桨210伸出至机身100外并转动，控制推力发动机的尾喷管的气流方向与地面垂直；
无人机准备起飞时，控制单元控制执行器241伸出，使得连杆220旋转带动螺旋桨210向机身100侧面伸出；同时，控制单元控制矢量发动机的尾喷管向下旋转，使气流方向与地面垂直；控制单元控制螺旋桨210与矢量发动机同时工作，形成两前一后的三点式动力布局，螺旋桨210产生的升力和发动机喷出气流产生的升力共同作用，使无人机克服重力作用，实现垂直起飞。
（2）平飞阶段：控制螺旋桨210停止转动并收回至机身100内，控制推力发动机的尾喷管的气流方向与地面平行；
无人机垂直上升至一定高度，需要转入平飞状态时，控制单元控制矢量发动机的尾喷管向上旋转，使气流方向与地面平行，在此过程中螺旋桨210正常转动，为无人机提供升力；当发动机尾喷管旋转完成后，控制单元控制螺旋桨210停止转动以及执行器241收回，连杆220旋转带动螺旋桨210缩回机身100侧面的凹槽120内；此后，无人机仅由矢量发动机产生的推力驱动，实现平飞。
（3）降落阶段：控制螺旋桨210伸出至机身100外并转动，控制推力发动机的尾喷管的气流方向与地面垂直；
当无人机需要由平飞状态转入垂直降落状态时，控制单元控制执行器241伸出，使得连杆220旋转带动螺旋桨210向机身100侧面伸出，然后伸出的螺旋桨210开始转动产生升力；同时，控制单元控制矢量发动机的尾喷管向下旋转，使气流方向与地面垂直；控制单元控制螺旋桨210与矢量发动机提供的升力大小，使无人机在速度较低的情况下缓慢下降，实现垂直降落；降落后，控制单元控制矢量发动机关闭，同时，控制螺旋桨210缩回机身100侧面的凹槽120内。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种桨叶加热组件及其生产方法