CN107031835B - 旋翼无人机变桨半径变桨距装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋翼无人机变桨半径变桨距装置，包括固定架和至少一组旋翼安装组件，旋翼安装组件包括回转轴、用于回转轴沿轴向直线运动的第一外套件和用于回转轴做旋转运动的第二外套件；变桨距装置还包括对应每一组旋翼安装组件设置一组并用于驱动对应回转轴做直线运动及旋转运动的驱动总成，整个装置最下方固定有旋翼回转的动力轴；相较于现有单一的通过改变桨距改变旋翼升角的方式，本发明可使得整个旋翼在短时间内最大改变升力，更加便于控制，同时驱动杆与升降架的配合结构，能更好的固定旋翼的桨距和升角，且体积更小，结构紧凑，所有零部件都在旋翼连接处，具有更好的市场推广性。

Description

旋翼无人机变桨半径变桨距装置

技术领域

本发明涉及旋翼无人机领域，特别涉及一种旋翼无人机变桨半径变桨距装置。

背景技术

现有技术中，具有悬停能力的飞行器有直升机和多旋翼无人机，相较于直升机，多旋翼无人机有起降方便、机械结构简单的特点。目前，市面上较多的多旋翼无人机采用的是固定桨距，由电机驱动产生升力的模式，由于电池的能量密度远远低于燃油，受到电池的限制，多以摄像为主，载重在几公斤以内，续航时间半小时左右，这类飞行器主要用于航拍，无法利用多旋翼机的特点发挥更大的作用。

随着技术发展的进步，为了解决上述飞行器桨距固定不可变的问题，有人设计了油动变桨距多旋翼无人机，其可解决飞行器载重小、续航时间低的问题，但是，这种多旋翼无人机的变桨距部分是采用连杆结构，不但结构复杂，而且设计加工困难，并且需要较大的安装空间，在控制上难以控制，精度不高，响应速度也相对较慢，灵活性大大降低。

且，本领域技术人员均知，变桨距无人机的飞行、转向是通过改变其中一个或几个旋翼的桨距实现的，具体来说根据旋翼升力公式：Y=0.25×D×S×W×n×p，通过改变旋翼的升角S，而改变了旋翼桨距，使得升力改变；而现有的连杆变桨距方式单一，获得的升力改变量小，无自锁能力，使得旋翼机无法完成较为复杂的飞行转向动作，且灵活性受到限制，改变的参量单一。

因此，需要对现有的旋翼无人机的变桨距装置进行改进，使其可变参量增加，从而改变升力的改变量，达到升力瞬时改变量大的要求，同时使其空间利用率高，响应快，精度高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种旋翼无人机变桨半径变桨距装置，其可变参量增加，从而改变升力的改变量，达到升力瞬时改变量大的要求，同时使其空间利用率高，响应快，精度高。

本发明的旋翼无人机变桨半径变桨距装置，包括固定架和至少一组旋翼安装组件，旋翼安装组件包括用于安装旋翼的回转轴、外套于回转轴用于回转轴沿轴向直线运动的第一外套件和外套于第一外套件设置用于回转轴做旋转运动的第二外套件，第二外套件与固定架连接；

还包括对应每一组旋翼安装组件设置一组并用于驱动对应回转轴做直线运动及旋转运动的驱动总成，驱动总成包括以可绕自身轴线转动的方式竖直设置的驱动杆和将驱动杆的旋转运动转换为自身直线运动的升降架，驱动总成还包括与回转轴配合用于驱动回转轴相对第二外套件旋转的旋转驱动机构和与运动件配合设置用于带动回转轴相对第一外套件沿自身轴向做直线运动的直线运动驱动机构，旋转驱动机构和直线运动驱动机构均由升降架的直线运动驱动工作。

进一步，旋转驱动机构包括提升杆和套杆，套杆以与回转轴轴线相垂直的方式固定设置，套杆上设置有条形孔，提升杆包括与升降架固定连接的固定部和与固定部相垂直并伸入条形孔内用于驱使套杆带动回转轴转动的驱动部。

进一步，直线运动驱动机构包括推杆和推套，推套以可使回转轴相对其转动并可向回转轴传递轴向力的方式与回转轴配合设置，推杆一端与推套铰接，另一端与升降架铰接。

进一步，固定架为框架结构，旋翼安装组件设置三组并在固定架上呈三角形分布。

进一步，升降架置于固定架内，固定架上设置有对升降架升降导向的导向机构，导向机构包括固定于固定架上设置的导柱和与升降架一体并外套导柱形成相对滑动配合的导套。

进一步，还包括安装底板、与安装底板底部固定连接的机壳和设置于机壳内用于为驱动杆提供的动力装置，驱动杆转动设置于安装底板上，安装底板与固定架底部固定连接。

进一步，还包括固定于机壳底部设置的过渡法兰和与过渡法兰传动连接并用于驱动变桨距装置整体旋转的动力轴。

进一步，第一外套件为直线轴承，第二外套件为旋转轴承；直线轴承与旋转轴承过盈配合。

进一步，推套为推力球轴承。

本发明的有益效果：本发明的旋翼无人机变桨半径变桨距装置，通过驱动总成可实现对多组旋翼的桨距和半径的同时改变，相较于现有单一的通过改变桨距改变旋翼升角的方式，本发明可使得整个旋翼在短时间内最大改变升力，更加便于控制，同时驱动杆与升降架的配合结构，能更好的固定旋翼的桨距和升角，且体积更小，结构紧凑，所有零部件都在旋翼连接处，具有更好的市场推广性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的结构示意图（轴侧图）；

图2为本发明的结构示意图（俯视图）；

图3为本发明的结构示意图（左视图）；

图4为本发明安装旋翼后的总结构轴测图；

图5为本发明的机构运动前后位置对比图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图（轴侧图），图2为本发明的结构示意图（俯视图），图3为本发明的结构示意图（左视图），图4为本发明安装旋翼后的总结构轴测图，图5为本发明的机构运动前后位置对比图,如图5中所示的前后移动距离为L，如图所示：本实施例的旋翼无人机变桨半径变桨距装置，包括固定架11和至少一组旋翼安装组件，旋翼安装组件包括用于安装旋翼20的回转轴8、外套于回转轴8用于回转轴阶梯8沿轴向直线运动的第一外套件9和外套于第一外套件9设置用于回转轴8做旋转运动的第二外套件10，第二外套件10与固定架11连接；其中，回转轴为回转阶梯轴，回转轴8一端形成运动驱动轴端，另一端形成用于安装旋翼20的U形臂，无人机装配时，旋翼通过螺栓安装在回转轴8的U形臂一端上，固定架上设置有轴承座，第二外套件10固定在轴承座上，回转轴8可相对第一外套件9做轴向上的直线运动，且回转轴8和第一外套件9可相对第二外套件10可做绕自身轴线的旋转运动；第一外套件9可为直线轴承或为内花键轴套，当为内花键轴套时，回转轴8与第一外套件9花键配合，可轴向移动，不可周向转动，第二外套件10为旋转轴承或其它可实现第一外套件9和回转轴8相对运动的部件；

还包括对应每一组旋翼安装组件设置一组并用于驱动对应回转轴8做直线运动及旋转运动的驱动总成，驱动总成包括以可绕自身轴线转动的方式竖直设置的驱动杆1和将驱动杆1的旋转运动转换为自身直线运动的升降架2，驱动总成还包括与回转轴8配合用于驱动回转轴8相对第二外套件旋转的旋转驱动机构和与运动件配合设置用于带动回转轴8相对第一外套件沿自身轴向做直线运动的直线运动驱动机构，旋转驱动机构和直线运动驱动机构均由升降架2的直线运动驱动工作；

如图所示，其中，驱动杆1为滚珠丝杠，升降架2位于下述的安装板上方，并位于固定架内部，丝杠自安装板中心设置的通孔内穿过与升降架2配合，本发明的适用于多旋翼无人机上，即设置有多个旋翼总成，每一旋翼总成内包括有一个变半径变浆距装置，每一回转轴8上安装有一旋翼2080，旋翼2080为国家标准旋翼，由四位数字表示，前两位数字表示直径，后两位数字表示桨距，单位是英寸， 20为旋翼直径，表示20英寸，80为桨距，表示8英寸，由于本实例是变桨距控制，故旋翼后两位数字表示的是初始桨距，可根据具体运行情况进行调节；当丝杠由动力驱动转动时，升降架2沿丝杆的轴向做上下移动，并同时带动回转轴8的旋转驱动机构和直线运动驱动机构工作，从而实现驱动回转轴8转动，以实现旋翼的变浆距；本发明的设计改变了锂电池旋翼飞行器的载重和续航问题，通过丝杠变桨距装置，使内燃机能够运用在旋翼飞行器上，另外，相比于传统连杆机构调节桨距，采用丝杠调节桨距精度更高，响应更快，同时滚珠丝杠具有自锁功能，能更好的固定旋翼的桨距和升角，且体积更小，结构紧凑，所有零部件都在旋翼连接处，具有更好的市场推广性。

本实施例中，旋转驱动机构包括提升杆3和套杆4，套杆4以与回转轴8轴线相垂直的方式固定设置，套杆4上设置有条形孔，提升杆3包括与升降架2固定连接的固定部和与固定部相垂直并伸入条形孔内用于驱使套杆4带动回转轴8转动的驱动部；如图所示，升降架2为环形结构，丝杠为滚珠丝杠，升降架2与丝杠为螺纹连接形成丝杠螺母副结构，升降架2的外部设置有与提升杆3的固定部固定连接的固定套，驱动部与固定部形成垂直结构，驱动部***条形孔内，当提升杆3随升降架2上下移动时，提升杆3的驱动部在条形孔内移动，从而实现使得套杆4带动回转转绕回转轴8的中心转动，进而实现旋翼的变桨距。

另外，提升杆3的驱动部末端还设置有限位片5，以限制回转轴8的回转角度，也就是限制整个机构行动的位置。

本实施例中，直线运动驱动机构包括推杆7和推套6，推套6以可使回转轴8相对其转动并可向回转轴8传递轴向力的方式与回转轴8配合设置，推杆7一端与推套6铰接，另一端与升降架2铰接；当回转轴8旋转时，回转轴8与推套6形成相对转动，即推套6不会影响回转轴8的转动，仅会在推套6受到轴向的载荷时向回转轴8传递轴向的分力，使回转轴8产生轴向的移动，当然，这些都是在控制回转轴8低速转动的基础上，回转轴8的旋转和直线运动不会形成干涉。

本实施例中，固定架为框架结构，旋翼安装组件设置三组并在固定架上呈三角形分布；即回转轴8设置三个，形成多旋翼机构。

本实施例中，升降架2置于固定架内，固定架上设置有对升降架2升降导向的导向机构，导向机构包括固定于固定架上设置的导柱13和与升降架2一体并外套导柱13形成相对滑动配合的导套12；导向机构除对升降架2上下移动的导向，还可防止升降架2转动，从而实现升降架2与丝杠的丝杠螺母副配合；在导柱13上做直线运动，保证了整个过程的稳定性。

本实施例中，还包括安装底板19、与安装底板19底部固定连接的机壳15和设置于机壳内用于为驱动杆1提供的动力装置，驱动杆1转动设置于安装底板上，安装底板与固定架底部通过连接杆14固定连接；其中，动力装置为舵机，；舵机的动力输出端与丝杠传动连接驱动丝杠旋转。

本实施例中，还包括固定于机壳15底部设置的过渡法兰17和与过渡法兰17传动连接并用于驱动变浆距装置整体旋转的动力轴18；过渡法兰通过螺柱或长螺钉16与安装底板连接。

本实施例中，第一外套件9为直线轴承，第二外套件10为旋转轴承；直线轴承与旋转轴承过盈配合；其中，直线轴承用于回转轴8直线运动，旋转轴承为法兰轴承，用于回转轴8旋转运动；当舵机接收信号旋转，带动滚珠丝杠旋转，带动升降架2做向上或向下的直线运动，从而使得回转轴8旋转，同时，带动推套6和推杆7运动，从而使得回转轴8同时做直线运动。

本实施例中，推套6为推力球轴承；推力球轴承承受单向轴向力，通过推杆7的推力改变了旋翼半径。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种旋翼无人机变桨半径变桨距装置，其特征在于：包括固定架和至少一组旋翼安装组件，所述旋翼安装组件包括用于安装旋翼的回转轴、外套于回转轴用于回转轴沿轴向直线运动的第一外套件和外套于第一外套件设置用于回转轴做旋转运动的第二外套件，所述第二外套件与固定架连接；

还包括对应每一组旋翼安装组件设置一组并用于驱动对应回转轴做直线运动及旋转运动的驱动总成，所述驱动总成包括以可绕自身轴线转动的方式竖直设置的驱动杆和将驱动杆的旋转运动转换为自身直线运动的升降架，所述驱动总成还包括与回转轴配合用于驱动回转轴相对第二外套件旋转的旋转驱动机构和与运动件配合设置用于带动回转轴相对第一外套件沿自身轴向做直线运动的直线运动驱动机构，所述旋转驱动机构和所述直线运动驱动机构均由所述升降架的直线运动驱动工作；

所述旋转驱动机构包括提升杆和套杆，所述套杆以与回转轴轴线相垂直的方式固定设置，所述套杆上设置有条形孔，所述提升杆包括与升降架固定连接的固定部和与固定部相垂直并伸入条形孔内用于驱使套杆带动回转轴转动的驱动部；

所述直线运动驱动机构包括推杆和推套，所述推套以可使回转轴相对其转动并可向回转轴传递轴向力的方式与回转轴配合设置，所述推杆一端与所述推套铰接，另一端与所述升降架铰接；

所述固定架为框架结构，所述旋翼安装组件设置三组并在所述固定架上呈等边三角形分布。

2.根据权利要求1所述的旋翼无人机变桨半径变桨距装置，其特征在于：所述升降架置于所述固定架内，所述固定架上设置有对升降架升降导向的导向机构，导向机构包括固定于固定架上设置的导柱和与升降架一体并外套导柱形成相对滑动配合的导套。

3.根据权利要求1所述的旋翼无人机变桨半径变桨距装置，其特征在于：还包括安装底板、与安装底板底部固定连接的机壳和设置于机壳内用于为驱动杆提供动力的装置，所述驱动杆转动设置于所述安装底板上，所述安装底板与所述固定架底部固定连接。

4.根据权利要求3所述的旋翼无人机变桨半径变桨距装置，其特征在于：还包括固定于机壳底部设置的过渡法兰和与过渡法兰传动连接并用于驱动变桨距装置整体旋转的动力轴。

5.根据权利要求1-4的任一权利要求所述的旋翼无人机变桨 半径变桨距装置，其特征在于：所述第一外套件为直线轴承，所述第二外套件为旋转轴承；所述直线轴承与所述旋转轴承过盈配合。

6.根据权利要求1所述的旋翼无人机变桨半径变桨距装置，其特征在于：所述推套为推力球轴承。

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