CN110435887A - 一种飞行器的倾转结构及垂直起降飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器的倾转结构及垂直起降飞行器，属于飞行器技术领域。所述飞行器的倾转结构包括壳体、倾转臂、丝杆组件、连杆及驱动装置；所述倾转臂可上下倾转地枢接在壳体上；丝杆组件包括螺杆及丝杆螺母，所述连杆的两端分别铰接在倾转臂和丝杆螺母上；所述驱动装置连接螺杆的驱动端，用于驱动螺杆旋转。本发明的驱动装置带动螺杆旋转，进而带动丝杆螺母来回滑动，再推动连杆，使倾转臂上下倾转，从而实现本发明垂直起降的功能；本发明通过丝杆螺母传递动力，使整个倾转机构结构细长、紧凑，兼具气动阻力小、可靠性高、使用寿命长的优点。本发明还提供了一种垂直起降飞行器。

Description

一种飞行器的倾转结构及垂直起降飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种飞行器的倾转结构及垂直起降飞行器。

背景技术

垂直起降飞行器兼具旋翼飞行器和固定翼飞行器的特点，起飞降落不需要很大的场地，水平状态巡航时大大提高了飞行器的使用效率。

现有的垂直起降飞行器主要分为复合翼垂直起降飞行器、倾转旋翼垂直起降飞行器。复合翼垂直起降飞行器同时采用一套固定翼动力***和一套旋翼动力***，固定翼动力***用于固定翼巡航状态飞行，旋翼动力***用于垂直起降状态飞行。倾转旋翼垂直起降飞行器采用一套可兼容垂直起降状态飞行和固定翼巡航飞行状态飞行的可倾转动力***。前者飞行器死重大，气动效率低，后者死重小，气动效率高。

然而，现有的倾转旋翼垂直起降飞行器倾转机构大多采用航模舵机驱动，气动阻力大，可靠性差，使用寿命低。

有鉴于此，急需一种新的技术方案来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种飞行器的倾转结构，其采用丝杆组件配合连杆的方式来实现倾转臂的倾转，以解决现有技术中采用舵机带来的风阻问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

飞行器的倾转结构，其包括壳体、倾转臂、丝杆组件、连杆及驱动装置；

所述倾转臂可上下倾转地枢接在壳体上；

所述丝杆组件包括螺杆及丝杆螺母，所述螺杆安装在壳体内，并沿壳体的纵向延伸；所述丝杆螺母套设于螺杆上，并可沿着螺杆长度方向来回滑动；

所述连杆的两端分别铰接在倾转臂和丝杆螺母上；

所述驱动装置连接螺杆的驱动端，用于驱动螺杆旋转。

作为进一步的改进，所述飞行器的倾转结构还包括安装在倾转臂上的角度传感器，所述角度传感器用于测量倾转臂的倾转角度。

作为进一步的改进，所述飞行器的倾转结构还包括控制电路板，所述驱动装置和角度传感器均与控制电路板相连。

作为进一步的改进，所述壳体开设有滑槽，所述丝杆螺母的底部可来回滑动地装设于滑槽内。

作为进一步的改进，所述丝杆组件还包括一滑动块，滑动块固定套装在丝杆螺母上，并随着丝杆螺母一起运动，所述滑动块具有与所述滑槽相匹配的横截面。

作为进一步的改进，所述丝杆螺母的顶部凸出于所述滑槽而形成第一连接部，所述倾转座面向驱动装置的一侧向下凸设形成有第二连接部，所述连杆的两端通过枢轴而分别铰接在第一连接部和第二连接部上。

作为进一步的改进，所述倾转臂包括倾转座，所述倾转座包括两个倒三角形的安装板，两个安装板枢接在壳体上，且两个安装板的枢轴垂直于壳体的长度方向。

作为进一步的改进，所述驱动装置为驱动电机，驱动电机的转轴通过联轴器与螺杆的驱动端相连。

作为进一步的改进，所述壳体包括第一壳体及第二壳体，所述第一壳体及第二壳体轴端固定连接，且第一壳体的横截面小于第二壳体的横截面；所述驱动装置安装在第二壳体内，所述螺杆安装在第一壳体内，且螺杆的驱动端伸入所述第二壳体内，并与驱动装置的转轴相连接。

本发明的目的之二在于提供一种垂直起降飞行器，其包括上述飞行器的倾转结构。

相比于现有技术，本发明带来如下有益效果：

本发明的驱动装置带动螺杆旋转，进而带动丝杆螺母来回滑动，再推动连杆，使倾转臂上下倾转，从而实现本发明垂直起降的功能；本发明通过丝杆螺母传递动力，使整个倾转机构结构细长、紧凑，兼具气动阻力小、可靠性高、使用寿命长的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明一较佳实施例的飞行器的倾转结构的主视图；

图2示出了本发明一较佳实施例的飞行器的倾转结构的第一种状态的示意图；

图3示出了本发明一较佳实施例的飞行器的倾转结构的第二种状态的示意图；

图4示出了图3所示的A-A向的剖面图；

图5示出了本发明一较佳实施例的飞行器的倾转结构处于垂直位置时的控制原理示意图；

图6示出了本发明一较佳实施例的飞行器的倾转结构处于水平位置时的控制原理示意图。

主要元件符号说明：

1-壳体；11-第一壳体；12-第二壳体；121-隔板；13-滑槽；2-倾转臂；21-倾转座；211-第二连接部；22-动力电机；23-安装板；3-连杆；41-螺杆；42-丝杆螺母；421-第一连接部；43-轴承；44-滑动块；5-驱动电机；6-联轴器；7-角度传感器；8-控制电路板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

请参阅图1至图3，本发明一较佳实施例揭示了一种飞行器的倾转结构，其包括壳体1、倾转臂2、丝杆组件、连杆3及驱动装置。正常工作状态，壳体1处于水平位置，以下描述以图2的方位作为参照，纸面朝左为飞行器前方，纸面朝右为飞行器后方。

请参阅图1、图4及图5，在其中一个实施例中，所述壳体1为圆柱形管状，壳体1整体呈细长的条形。具体的，壳体1为两段式结构，其包括第一壳体11及第二壳体12，且第一壳体11的横截面小于第二壳体12的横截面，所述第一壳体11及第二壳体12轴端固定连接，从而组合成本发明的壳体1。所述丝杆组件安装在第一壳体11内，所述驱动装置为一驱动电机5，用于为丝杆组件提供旋转的动力，驱动电机5安装在第二壳体12内。

需要说明的是，本发明的壳体1的横截面不限定为本实施例的圆柱形，也可以是方形或其它几何形状。所述第一壳体11的横截面也可以设为与第二壳体12的横截面相同。壳体1的结构不限定为分段式结构，也可以是一段式结构。所述驱动装置还可以是其它具有转轴的动力装置。

请参阅图1、图4及图5，具体在本实施例中，所述丝杆组件包括螺杆41及丝杆螺母42，所述螺杆41安装在壳体1内，并沿壳体1的纵向延伸；具体的，螺杆41的两端分别通过一轴承43而安装在上述第一壳体11内；其中，螺杆41与驱动电机5连接的一端定义为驱动端，驱动端向第二壳体12内延伸，并与所述驱动电机5的转轴相连接。所述丝杆螺母42套设于螺杆41上，并可沿着螺杆41长度方向来回滑动。

更具体的，所述第一壳体11的顶壁开口，该开口与第一壳体11内部空间形成一滑槽13，所述丝杆螺母42来回滑动于该滑槽13内。值得一提的是，丝杆螺母42的外形轮廓与滑槽13的横截面相匹配，用以确保丝杆螺母42滑动更加稳定，避免出现晃动现象。

请参阅图1及图4，作为进一步的改进，所述丝杆组件还包括一滑动块44，滑动块44固定套装在丝杆螺母42上，并随着丝杆螺母42一起运动。该滑动块44具有与所述滑槽13相匹配的横截面，用于确保丝杆螺母42在滑槽13内平稳的滑动。

请参阅图5及图6，作为一种优选方案，所述螺杆41的长度做如下设置：当丝杆螺母42滑动至螺杆41最右端时，所述倾转臂2刚好处于与壳体1长度方向相垂直的位置；当丝杆螺母42滑动至倾转臂2的枢轴位置时，即丝杆螺母42的中垂线与倾转臂2的枢轴中心重合的位置，所述倾转臂2刚好处于与壳体1长度方向一致的位置，即水平位置。

请参阅图4、图5及图6，作为进一步的改进，所述驱动电机5的转轴通过联轴器6与螺杆41的驱动端相连。具体的，所述螺杆41的驱动端设有防滑平面，该驱动端插置于联轴器6前端的插孔内，插孔形状与螺杆41的驱动端相匹配；驱动电机5的转轴侧壁开设有定位凹坑，所述联轴器6的后端壁开设有通孔，驱动电机5的转轴插置于联轴器6后端的插孔内后，再用销钉穿过通孔而抵于定位凹坑内，从而达到防止驱动电机5的转轴相对联轴器6打滑的目的。至此，实现螺杆41、联轴器6和驱动电机5的转轴三者的同步连接。

此种用联轴器6连接驱动电机5和螺杆41的方式，相比于二者直接连接更加容易实现。当然，本发明对此并不限定。

请参阅图4，作为进一步的改进，所述第二壳体12内设有一隔板121，隔板121的中心开设有一穿孔(图中未标识)，所述隔板121将第二壳体12内部空间划分为前腔和后腔，驱动电机5从右向左装入第二壳体12，驱动电机5的主体收纳于所述后腔，驱动电机5的转轴穿过穿孔而伸入前腔内，驱动电机5的左端面通过螺栓固定在隔板121上。所述联轴器6在前腔内将螺杆41的驱动端与驱动电机5的转轴实现连接。

在其它一些实施例中，驱动电机5与螺杆41之间还可以设置减速齿轮组，以使倾转动作更加平稳。

所述倾转臂2可上下倾转地枢接在壳体1上。具体在本实施例中，所述倾转臂2包括倾转座21及动力电机22，所述倾转座21包括两个倒三角形的安装板23，两个安装板23横跨在壳体1上，安装板23的底端部枢接在壳体1上，具体是枢接在上述第一壳体11的左端部。两个安装板23的枢轴垂直于壳体1的长度方向，所述动力电机22安装在倾转座21的顶部，至此，所述倾转臂2可绕着枢轴实现上下倾转：当飞行器需要垂直起飞或降落时，倾转臂2顺时针倾转至与壳体1长度方向相垂直的位置；当飞行器需要前进时，倾转臂2逆时针倾转至与壳体1长度方向一致的位置。

所述连杆3的两端分别铰接在倾转臂2和丝杆螺母42上。具体在本实施例中，所述丝杆螺母42的顶部凸出于所述滑槽13而形成第一连接部421，所述倾转座21面向驱动电机5的一侧向下凸设形成有第二连接部211，所述第一连接部421与第二连接部211均为U型板结构，所述连杆3的两端通过枢轴而分别铰接在第一连接部421和第二连接部211上，从而实现三者之间的铰接，在主动件丝杆螺母42的带动下，可带动倾转臂2实现上下倾转的目的。

作为进一步的改进，所述飞行器的倾转结构还包括安装在倾转臂2上的角度传感器7，具体的，所述角度传感器7安装在倾转臂2的枢轴上，该角度传感器7随着枢轴同步转动，用于测量倾转臂2的倾转角度。

作为进一步的改进，所述飞行器的倾转结构还包括控制电路板8，所述驱动电机5和角度传感器7均与控制电路板8相连。

请参阅图5及图6，需要说明的是，所述驱动电机5和角度传感器7均与控制电路板8相连，可以是通过有线的方式进行连接，也可以是通过无线的方式进行连接，或是两种连接方式的混合，本发明对此不做限定。

本发明工作原理如下：

(1)当飞行器需要垂直起飞或降落时，角度传感器7侦测倾转臂2的当前位置，所述控制电路板8判断倾转臂2是否位于目标位置(即垂直位置)，如果不是位于目标位置，则所述控制电路板8对驱动电机5发送动作指令，使其正转，进而带动螺杆41旋转，丝杆螺母42在螺杆41的带动下向右滑动，进而通过连杆3带动倾转臂2向上倾转，当倾转臂2转动到与壳体1长度方向垂直时，角度传感器7反馈侦测信息至控制电路板8，控制电路板8再发送停止转动的指令给驱动电机5，使倾转臂2保持定位。

如果角度传感器7测得倾转臂2的当前位置是目标位置(即垂直位置)时，则无需启动驱动电机5做倾转动作。

(2)当飞行器需要前进时，角度传感器7侦测倾转臂2的当前位置，所述控制电路板8判断倾转臂2是否位于目标位置(即水平位置)，如果不是位于目标位置，则所述控制电路板8对驱动电机5发送动作指令，使其反转，进而带动螺杆41旋转，丝杆螺母42在螺杆41的带动下向左滑动，进而通过连杆3带动倾转臂2向下倾转，当倾转臂2转动到与壳体1长度方向一致时，角度传感器7反馈此时的侦测信息至控制电路板8，控制电路板8再发送停止转动的指令给驱动电机5，使倾转臂2保持定位。

如果角度传感器7测得倾转臂2的当前位置是目标位置(即水平位置)时，则无需启动驱动电机5做倾转动作。

需要说明的是，所述角度传感器7在整个倾转过程中，实时反馈侦测的角度值给控制电路板8，用于作为驱动电机5持续提供动力的信号。飞行器在飞行过程中由于振动等因素，倾转臂存在偏离预定角度的情况，由于角度传感器7实时监测角度值，并反馈给控制电路板8，以此对倾转臂的角度进行微调，可确保倾转臂始终保持在预定角度。

综上所述，本发明的驱动电机5带动螺杆41旋转，进而带动丝杆螺母42来回滑动，再推动连杆3，使倾转臂2上下倾转，从而实现本发明垂直起降的功能；本发明通过丝杆螺母42传递动力，使整个倾转机构结构细长、紧凑，兼具气动阻力小、可靠性高、使用寿命长的优点。

实施例二

本实施例提供一种垂直起降飞行器，其包括螺旋桨及实施例一的飞行器的倾转结构。

在一些实施例中，所述螺旋桨安装在动力电机22的转轴上。

垂直起降飞行器的其它结构及连接关系为现有技术，本实施例不再赘述。

需要说明的是，所述垂直起降飞行器可以是具备垂直起降功能的无人机或其它飞行器。

可以理解的是，在本实施例的垂直起降飞行器中，所述倾转结构最少安装一个，且倾转结构可安装在飞行器的任意位置。在飞行器的垂直起降过程中，此倾转结构配合动力电机22共同作用来为飞行器提供上升的动力；在飞行器水平飞行过程中，此倾转结构提供水平动力。当然，也可以安装多个，安装多个所述倾转结构时，可视情况全部启动或部分启动。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种飞行器的倾转结构，其特征在于：包括壳体、倾转臂、丝杆组件、连杆及驱动装置；

所述倾转臂可上下倾转地枢接在壳体上；

所述丝杆组件包括螺杆及丝杆螺母，所述螺杆安装在壳体内，并沿壳体的纵向延伸；所述丝杆螺母套设于螺杆上，并可沿着螺杆长度方向来回滑动；

所述连杆的两端分别铰接在倾转臂和丝杆螺母上；

所述驱动装置连接所述螺杆的驱动端，用于驱动螺杆旋转。

2.如权利要求1所述的飞行器的倾转结构，其特征在于：还包括安装在倾转臂上的角度传感器，所述角度传感器用于测量倾转臂的倾转角度。

3.如权利要求2所述的飞行器的倾转结构，其特征在于：还包括控制电路板，所述驱动装置和角度传感器均与控制电路板相连。

4.如权利要求1所述的飞行器的倾转结构，其特征在于：所述壳体开设有滑槽，所述丝杆螺母的底部可来回滑动地装设于滑槽内。

5.如权利要求4所述的飞行器的倾转结构，其特征在于：所述丝杆组件还包括一滑动块，滑动块固定套装在丝杆螺母上，并随着丝杆螺母一起运动，所述滑动块具有与所述滑槽相匹配的横截面。

6.如权利要求4所述的飞行器的倾转结构，其特征在于：所述丝杆螺母的顶部凸出于所述滑槽而形成第一连接部，所述倾转臂面向驱动装置的一侧向下凸设形成有第二连接部，所述连杆的两端通过枢轴而分别铰接在第一连接部和第二连接部上。

7.如权利要求1所述的飞行器的倾转结构，其特征在于：所述倾转臂包括倾转座，所述倾转座包括两个倒三角形的安装板，两个安装板枢接在壳体上，且两个安装板的枢轴垂直于壳体的长度方向。

8.如权利要求1所述的飞行器的倾转结构，其特征在于：所述驱动装置为驱动电机，驱动电机的转轴通过联轴器与螺杆的驱动端相连。

9.如权利要求1所述的飞行器的倾转结构，其特征在于：所述壳体包括第一壳体及第二壳体，所述第一壳体及第二壳体轴端固定连接，且第一壳体的横截面小于第二壳体的横截面；所述驱动装置安装在第二壳体内，所述螺杆安装在第一壳体内，且螺杆的驱动端伸入所述第二壳体内，并与驱动装置的转轴相连接。

10.一种垂直起降飞行器，包括如权利要求1-9任一项所述的飞行器的倾转结构。