带有可伸缩旋翼的无人机及其控制系统

文档序号:672048 发布日期:2021-04-30 浏览:20次 >En<

阅读说明:本技术 带有可伸缩旋翼的无人机及其控制系统 (Unmanned aerial vehicle with scalable rotor and control system thereof ) 是由 张海钟 臧小漪 乔波 孟凡皓 邢乐君 靳能皓 田瑜 周正 胡随馨 陈飞 于 2021-01-22 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种带有可伸缩旋翼的无人机及其控制系统,该无人机包括:主体部;和多个旋翼,其分别通过连接部件设置于主体部,其中,所述多个旋翼中的每个旋翼的翼片均具有可伸缩部。(The invention provides an unmanned aerial vehicle with a telescopic rotor wing and a control system thereof, wherein the unmanned aerial vehicle comprises: a main body portion; and a plurality of rotors provided to the main body portion through connection members, respectively, wherein the wing pieces of each of the plurality of rotors have a stretchable portion.)

带有可伸缩旋翼的无人机及其控制系统

技术领域

本发明涉及一种无人机技术领域,具体地,涉及一种带有可伸缩旋翼的无人机及其控制系统。

背景技术

随着科技的进步和发展,无人机在军用和民用领域都占据了重要的地位。在军事方面,无人机可以起到侦察监视、损伤评估、电子战等作用;而且,无人机也可以在航拍、环境监测等民用领域成为一大助力。在目前的研究中发现,无人机的飞行速度仍不够理想,续航能力也有不足。因此,在现有的条件下,加强无人机的飞行速度和提高其在空中的待机时间成为了进一步提高无人机使用成功率的关键。

现有的无人机一般利用旋翼实现爬升、降低和悬停,力的相对性意味着旋翼推动空气时,空气也会反向推动旋翼,旋翼旋转地越快,升力就越大,反之亦然。而目前的无人机的旋翼多为水平放置,当无人机需要水平向移动时,对应旋翼的角速度需要降低。虽然来自该旋翼的推力缺失会使无人机改变方向,但此时向上的力与向下的力不相等,因此无人机会下降;除此之外,水平放置的旋翼使得无人机整体在水平方向上的移动需要克服更多的阻力,从而会对无人机的飞行速度有所限制,也拉低了其续航能力。

鉴于此,飞行速度不快和续航时间不足是制约无人机发展的重要因素。我国目前的无人机最强续航平均仅在30分钟左右,速度大约在100km/h上下,距离使用需求还有一定的差距。

发明内容

针对上述情况而提出了本发明,并且本发明的目的是提供一种带有可伸缩旋翼的无人机及其控制系统,其能够提高无人机的飞行速度和续航能力。

具体地,本发明的无人机的旋翼的翼片设置有可伸缩部,使得可以根据需求展开或收缩翼片,从而在翼片收缩状态下,减小旋翼整体的体积,节约空间并减小阻力;在翼片展开状态下,增大功力,提高能量转换率,从而可以提高无人机的续航能力和飞行速度。

此外,本发明的无人机采用流线型的整体结构并且具有机翼,因此可以利用机翼产生的压强差减小飞行阻力,增大抬升力,提高续航能力。而且进一步地,机翼具有可伸缩的副翼,可以根据需要展开或收起副翼,减小起飞时的阻力,增大悬浮时的悬浮力,从而减小无人机整体的能量损耗,提高续航能力。并且本发明的无人机的整体结构能够增大无人机整体的储存燃料或电力的空间,从而提高续航能力。

根据本发明的一方面,提供一种无人机包括:主体部;和多个旋翼,所述多个旋翼分别通过连接部件设置于所述主体部,其中,所述多个旋翼中的每个旋翼的翼片均具有可伸缩部。

进一步地,所述主体部包括:躯干部;尾翼,该尾翼设置在所述躯干部的尾部;和机翼,该机翼设置在所述躯干部的两侧;其中,所述多个旋翼分别设置于所述躯干部的头部、所述机翼和所述尾翼。

进一步地,所述机翼在在机翼主体的远离所述躯干部的末端处设置有能够展开和收起的副翼。

进一步地,所述副翼可伸缩地设置在所述机翼主体的内部。

进一步地,所述副翼通过副翼连接件与所述机翼的所述机翼主体连接,并且所述副翼能够以所述副翼连接件为中心相对于所述机翼主体转动,以在竖立位置和与所述机翼主体连续的连续位置之间转动。

进一步地,所述多个旋翼分别与对应的旋翼驱动部同轴固定,并且经由所述旋翼驱动部的驱动部外壳与所述连接部件的一端相对固定地连接;并且所述连接部件的另一端以可枢转的方式连接至所述主体部,以使得与所述连接部件的所述一端相连的所述旋翼驱动部和所述旋翼能够整体转动。

进一步地,所述连接部件能够在第一位置与第二位置之间枢转,并且其中,当所述无人机垂直升降时,所述连接部件枢转至所述第一位置,使得所述旋翼在水平面内转动;并且当所述无人机水平移动时,所述连接部件枢转至所述第二位置,使得所述旋翼在与所述无人机的前后方向垂直的竖直面内转动。

本发明的另一方面提供了一种无人机控制系统,包括:前文一个方面中所述的无人机;控制器;和旋翼伸缩致动器,所述控制器控制所述旋翼伸缩致动器致动,以使所述旋翼的所述翼片的所述可伸缩部伸展或收缩。

进一步地,所述无人机控制系统还可以包括:副翼伸缩致动器,所述控制器控制所述副翼伸缩致动器致动,以使所述副翼展开或收起。

进一步地,所述无人机控制系统还可以包括:旋翼转向致动器,所述控制器控制所述旋翼转动致动器致动,以使所述连接部件绕着所述另一端枢转,从而改变所述旋翼的在其内转动的转动平面。

以下结合本发明的附图及优选实施方式对本发明的技术方案做进一步详细地描述,本发明的有益效果将进一步明确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,但其说明仅用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。

图1是根据本发明一优选实施例的无人机的在升降过程中的整体构造的示意性俯视图;

图2是根据本发明一优选实施例的无人机的在升降过程中的整体构造的示意性侧视图;

图3是根据本发明一优选实施例的无人机的旋翼在展开状态下的结构示意图;

图4是根据本发明一优选实施例的无人机的在水平移动过程中的整体构造的示意性侧视图;

图5是根据本发明一优选实施例的无人机的在水平移动过程中的整体构造的示意性前视图;

图6是根据本发明一优选实施例的无人机的变形例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分优选实施例,而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-6描述本发明的无人机的实施例。

图1是根据本发明一优选实施例的无人机的在升降过程中的整体构造的示意性俯视图。图2是根据本发明一优选实施例的无人机的在升降过程中的整体构造的示意性侧视图。图3是根据本发明一优选实施例的无人机的旋翼在展开状态下的结构示意图。图4是根据本发明一优选实施例的无人机的在水平移动过程中的整体构造的示意性侧视图。图5是根据本发明一优选实施例的无人机的在水平移动过程中的整体构造的示意性前视图。图6是根据本发明一优选实施例的无人机的变形例的示意图。

为了便于说明,下文中将无人机的升降方向称为上下方向,无人机前进和后退的方向称为前后方向,无人机的左右方向称为左右方向,上述三个方向互相正交。

另外需要说明的是,附图中的图示仅用于示出本发明的无人机的基本构造,其具体比例可能与实际情况略有不同,并且不意在对发明的无人机的尺寸等方面进行限制。

如图1所示,根据本发明的无人机1包括:主体部,其具有躯干部20、机翼21和尾翼22;以及多个旋翼(在本实施例中为4个)11、12、13和14。

下面将详细描述无人机1的各个部分的构造。

躯干部20整体形成为流线型,在躯干部的左右两侧设置分别设置有机翼21。机翼21的上侧形状较凸,下侧形状较平坦,从而产生压力差以减小飞行阻力,进而产生向上的抬升力,以提高飞机在上升过程中的抬升力。

尾翼22设置在躯干部20的前后方向上的后侧,即,无人机的尾部处。

其中,优选地,尾翼22可以形成为图1和2所示的框架形状。其分别具有两侧板部221和横梁部222。其中,两侧板部221形成为从躯干部20向左右两侧延伸,并且形成为大致三角形的板状形状(或者梯形形状),并且在延伸预定长度后,在前后方向上延伸为矩形板状(参见图1和2),从而在两侧板部221之间形成空间S。横梁部222形成为在两侧板部221的前后方向上的后端处跨设在两侧板部221之间。优选的,横梁部222在上下方向上设置在如下位置处:使得如后文描述的通过连接部件34连接至横梁部222的旋翼14位于与其它旋翼11、12和13基本相同的高度位置处。

尾翼22的形状不限于此,并且两侧板部221可以形成为例如向两侧延伸的三角形板状的形状等,并且不受特征限制,只要其能够向两侧延伸,使得在横梁部222跨设于其间的情况下,在两侧板部221之间形成空间S即可。

多个旋翼11、12、13和14分别设置在无人机的主体部上,具体地,躯干部20后方向上的前部(即,无人机的头部)、机翼21的远离躯干部20的端部附近的位置以及尾翼22的横梁部222的大致中央处。

如图3所示,多个旋翼11、12、13和14中的每个旋翼的翼片31均在翼片的末端处具有可伸缩部32。该可伸缩部32能够从翼片31的伸出或者缩回。

具体地,例如,可伸缩部32可以设置在翼片31的内部,并且从翼片31的内部伸出并且缩回至翼片31的内部。或者,可伸缩部32可以设置在翼片31的上表面或下表面上,并且能够通过滑动而从所述上表面或下表面伸出并缩回。此处不对可伸缩部32设置在翼片31上的方式进行特殊限制,只要能够实现可伸缩部32相对于翼片31的伸缩即可。

当无人机起飞或者需要加大动力时,可伸缩部32可以从翼片31伸出以处于翼片展开状态;当无人机悬浮在空中或者需要减小动力时,可伸缩部32可以从翼片31缩回以处于翼片收缩状态。从而在翼片收缩状态下,减小旋翼整体的体积,节约空间并减小阻力;在翼片展开状态下,增大功力,提高能量转换率,从而可以提高无人机的续航能力和飞行速度。

作为一个实例,在缩回可收缩部32的情况下,如果希望补偿动力减小所带来的影响,可以相对提高旋翼的转速以补偿缩短的叶片长度。

下文以旋翼11为例,描述旋翼设置在无人机上的具体结构。

具体地,如图2所示(为了便于图示,省略了位于纸面内侧的右侧旋翼,以便于进行图示和观察,右侧旋翼的基本构造与左侧旋翼基本相同),旋翼11(12、13和14)的翼片通过驱动轴与驱动机构16(例如,发动机)同轴连接并固定,并且驱动机构16的外壳通过连接部件31(32、33和34)连接至躯干部20的前部。其中,驱动机构16的外壳与连接部件31相对固定地连接,并且连接部件31与主体部(躯干部20)可枢转的连接,即连接部件31能够以与躯干部连接的端部为中心枢转,以在第一位置与第二位置之间枢转,所述第一位置是使得旋翼11在水平面内转动的水平位置(参见图2),所述第二位置是使旋翼11在与无人机的前后方向垂直的竖直面内转动的竖直位置(参见图4)。

例如,当无人机起飞时,连接部件31、32、33和34枢转至第一位置,使得多个旋翼11、12、13和14在水平面内转动。优选地,多个旋翼11、12、13和14的各自的旋转平面位于相同高度,即,多个旋翼11、12、13和14在同一水平面内转动。

当无人机已经升降至预定高度转而需要进行水平方向上的移动时,连接部件31、32、33和34枢转至第二位置,使得多个旋翼11、12、13和14在与无人机的前后方向垂直的竖直平面内转动。

与旋翼11类似地,旋翼12和13设置在机翼21上,并且能够从水平面内转动转变为与无人机的前后方向垂直的竖直平面内转动。

当旋翼11、12和13转动至在竖直平面内转动时,由于驱动机构16的壳体此时在前后方向上延伸(参见图4),为了防止驱动机构可能与躯干部20或者机翼21干涉,可以在躯干部20和机翼21的与驱动机构16对置的位置处设置凹槽,以容纳驱动机构16的壳体。

当旋翼14转动至在竖直平面内转动时,由于在两侧板部221之间形成的大的空间S,旋翼14能够在该空间S内转动,而不与尾翼进行任何干涉。

需要指出的是,尾翼22不限于前文描述的构造,并且两侧板部的形状也不受特别限制,只要能够形成足够大的空间S以使得旋翼14正在竖直平面内转动时不与尾翼22干涉即可。

通过这样的连接部件的可枢转的设置,能够实现旋翼的转动平面的变化,以能够从水平面内转动变为竖直平面内转动,从而为无人机的水平面内的移动(前后左右移动)提供了充足的动力,提高飞行速度进而提高续航能力。

进一步优选地,本发明的实施例的无人机的机翼21具有副翼211。

具体地,副翼211可以形成为例如图5所示地通过副翼连接件连接至机翼21,并且副翼211能够绕着副翼连接件转动,以在与机翼21连续的连续位置(参见图5中的实线所示的位置)与向上竖立的竖立位置(参见图5中的虚线所示的位置)之间转动。

需要指出的是,在图5中,鉴于前视图中无人机尾部基本都被遮挡,省略了无人机尾部的图示,即,未示出尾翼22和旋翼14。

此外,副翼211不限于上文描述的通过副翼连接件连接至机翼21,作为另一个实例,副翼211可以收缩于机翼21的内部,并且根据需要从机翼21内部伸出或者从伸出状态缩回至机翼21内部。

根据本发明的实施例的无人机,可以根据需要展开或收起副翼,起飞时收起副翼以减小起飞时的阻力,悬浮时展开副翼以增大悬浮时的悬浮力,从而减小无人机整体的能量损耗,提高续航能力。

此外,本发明的无人机的整体结构由于采用传统的流线型结构,所以能够增大无人机整体的储存燃料或电力的空间,从而提高续航能力。

以上仅描述了本发明的一个优选实施例,作为变形例,参见图6所示,其与前文描述的实施例的区别之处仅在于无人机可以具有传统构造的尾翼的形状,如图6所示,具有左右侧尾翼22’,以及竖直尾翼23,并且将旋翼14设置在竖直尾翼23上。

在该情况下,位于竖直尾翼23上的旋翼14则可以固定设置在竖直尾翼23上而不需要相对于竖直尾翼转动。这是因为,旋翼14如果转动可能产生与竖直尾翼的干涉。

因此,当无人机进行垂直升降时,旋翼14转动以产生垂直升降力;当无人机水平移动时,旋翼14停止驱动,并且收起旋翼14的可收缩部,以尽可能减小阻力。

以上描述了本发明的无人机的具体构造的实施例以及变形例,本发明的另一个实施例还提供了一种无人机控制系统。

该无人机控制系统用于控制前文描述的无人机。

具体地,该无人机控制系统包括控制器、旋翼伸缩致动器、旋翼转向致动器和副翼伸缩致动器。

具体地,控制器控制旋翼伸缩致动器致动,以使旋翼的翼片的可伸缩部伸展或收缩。控制器控制旋翼转动致动器致动,以使连接部件绕着该连接部件与无人机主体部连接的端部枢转,从而改变旋翼在其内转动的转动平面。控制器控制副翼伸缩致动器致动,以使副翼展开或收起。

以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。

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