CN110525643A - 一种垂直起降无人机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种垂直起降无人机及其制造方法。该垂直起降无人机包括：至少两个机翼、支撑架、第一驱动部件、第二驱动部件、第三驱动部件、第四驱动部件、第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨和第四螺旋桨；所述支撑架在所述两个机翼之间，与所述两个机翼固定连接；所述第一螺旋桨安装在所述第一驱动部件上，沿第一方向倾斜第一角度；所述第二螺旋桨安装在所述第二驱动部件上，沿第二方向倾斜第二角度；所述第三螺旋桨安装在所述第三驱动部件上，沿第三方向倾斜第三角度；所述第四螺旋桨安装在所述第四驱动部件上，沿第四方向倾斜第四角度，达到使垂直起降无人机在不同场景下都能顺利地进行垂直起飞的效果。

Description

一种垂直起降无人机及其制造方法

技术领域

本发明实施例涉及无人机技术领域，尤其涉及一种垂直起降无人机及其制造方法。

背景技术

随着垂直起降无人机的迅速发展，如何顺利地控制垂直起降无人机进行垂直起降也越来越重要。

目前的垂直起降无人机，一般采用控制电机高速旋转产生的反扭力矩，进行航向控制力矩调节。例如螺旋桨顺时针旋转时，产生逆时针的反扭力矩。通过调节螺旋桨的转速，产生不同的航向控制力矩，以实现无人机地顺利起降。

然而，目前的航向控制力矩都是通过控制电机的转速产生，而利用电机反扭力矩产生的航向力矩有限，在一些风力较大的地区，无人机在抗风情况需要较大的航向控制力矩，现有的垂直起降无人机不能满足不同场景下都能顺利垂直起飞。

发明内容

本发明实施例提供一种垂直起降无人机及其制造方法，以实现使垂直起降无人机在不同场景下都能顺利地进行垂直起飞的效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种垂直起降无人机，包括：

至少两个机翼、支撑架、第一驱动部件、第二驱动部件、第三驱动部件、第四驱动部件、第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨和第四螺旋桨；

所述支撑架在所述两个机翼之间，与所述两个机翼固定连接；

所述第一螺旋桨安装在所述第一驱动部件上，沿第一方向倾斜第一角度；

所述第二螺旋桨安装在所述第二驱动部件上，沿第二方向倾斜第二角度；

所述第三螺旋桨安装在所述第三驱动部件上，沿第三方向倾斜第三角度；

所述第四螺旋桨安装在所述第四驱动部件上，沿第四方向倾斜第四角度。

可选的，所述螺旋桨的旋转平面与所述驱动部件的驱动杆垂直，所述第一驱动部件沿所述第一方向倾斜第一角度，所述第二驱动部件沿所述第二方向倾斜第二角度，所述第三驱动部件沿所述第三方向倾斜第三角度，所述第四驱动部件沿所述第四方向倾斜第四角度。

可选的，所述第一驱动部件与所述支撑架的轴线的第一距离和所述第二驱动部件与所述支撑架的轴线的第二距离一致，所述第三驱动部件与所述支撑架的轴线的第三距离和所述第四驱动部件与所述支撑架的轴线的第四距离一致。

可选的，所述第一角度和所述第二角度大小不相同，所述第三角度和所述第四角度大小不相同。

可选的，相邻的螺旋桨的旋向相反。

可选的，所述驱动部件为电机。

可选的，所述角度的范围为0°-45°。

可选的，所述第一方向、第二方向、第三方向和第四方向为垂直起降无人机的对称轴和垂直于所述对称轴的垂直轴之间的方向。

第二方面，本发明实施例提供了一种垂直起降无人机的制造方法，包括：

基于第一预设规则确定无人机第一螺旋桨倾斜的第一角度和无人机第二螺旋桨倾斜的第二角度；

基于第二预设规则确定无人机第三螺旋桨倾斜的第三角度和无人机第四螺旋桨倾斜的第四角度；

根据所述第一角度、第二角度、第三角度和第四角度制造垂直起降无人机的模具；

通过所述模具制造所述垂直起降无人机。

可选的，所述基于第一预设规则确定第一角度和第二角度或基于第二预设规则确定第三角度和第四角度，包括：

建立水平面坐标系，所述水平面坐标系包括用于定义所述第一方向、第二方向、第三方向和第四方向的X轴和Y轴；

确定第一螺旋桨的第一悬停拉力、第一螺旋桨的第一悬停扭矩、第二螺旋桨的第二悬停拉力和第二螺旋桨的第二悬停扭矩，或第三螺旋桨的第三悬停拉力、第三螺旋桨的第三悬停扭矩、第四螺旋桨的第四悬停拉力和第四螺旋桨的第四悬停扭矩；

确定所述第一螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第一重心距离和所述第二螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第二重心距离，或所述第三螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第三重心距离和所述第四螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第四重心距离；

根据所述第一悬停拉力、第二悬停拉力、第一悬停扭矩、第二悬停扭矩、第一重心距离和第二重心距离确定所述第一角度和第二角度，或根据所述第三悬停拉力、第四悬停拉力、第三悬停扭矩、第四悬停扭矩、第三重心距离和第四重心距离确定所述第三角度和第四角度。

本发明实施例通过至少两个机翼、支撑架、第一驱动部件、第二驱动部件、第三驱动部件、第四驱动部件、第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨和第四螺旋桨；所述支撑架在所述两个机翼之间，与所述两个机翼固定连接；所述第一螺旋桨安装在所述第一驱动部件上，沿第一方向倾斜第一角度；所述第二螺旋桨安装在所述第二驱动部件上，沿第二方向倾斜第二角度；所述第三螺旋桨安装在所述第三驱动部件上，沿第三方向倾斜第三角度；所述第四螺旋桨安装在所述第四驱动部件上，沿第四方向倾斜第四角度，解决了只通过电机转速产生的航向控制力矩有限，导致无人机不能满足不同场景下都能顺利垂直起飞的问题，实现了垂直起降无人机在不同场景下都能顺利地进行垂直起飞的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种垂直起降无人机的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种垂直起降无人机的后视图；

图3是本发明实施例一提供的一种垂直起降无人机的右视图；

图4是本发明实施例二提供的一种垂直起降无人机的制造方法。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

此外，术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种方向、动作、步骤或元件等，但这些方向、动作、步骤或元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个方向、动作、步骤或元件与另一个方向、动作、步骤或元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一驱动部件为第二驱动部件，且类似地，可将第二驱动部件称为第一驱动部件。第一驱动部件和第二驱动部件两者都是驱动部件，但其不是同一驱动部件。术语“第一”、“第二”等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”、“批量”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种垂直起降无人机的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的垂直起降无人机包括至少两个机翼100、支撑架200、第一驱动部件310、第二驱动部件320、第三驱动部件330、第四驱动部件340、第一螺旋桨410、第二螺旋桨420、第三螺旋桨430和第四螺旋桨440。其中：

所述支撑架200在所述两个机翼100之间，与所述两个机翼100固定连接；

所述第一螺旋桨410安装在所述第一驱动部件310上，沿第一方向倾斜第一角度；

所述第二螺旋桨420安装在所述第二驱动部件320上，沿第二方向倾斜第二角度；所述第三螺旋桨430安装在所述第三驱动部件330上，沿第三方向倾斜第三角度；所述第四螺旋桨440安装在所述第四驱动部件340上，沿第四方向倾斜第四角度。

具体的，机翼100是垂直起降无人机的重要组成部分，最主要的作用是在巡航飞行时产生升力。机翼100与支撑架200固定连接，在垂直起降无人机进行巡航飞行时，通过机翼100产生的升力和螺旋桨产生的推力，使得无人机能在空中实现长距离的巡航飞行。可选的，机翼100的数量可以大于两个，也可以是两个，此处不作限制。优选的，机翼100的数量为2个，布置在支撑架200的左右两侧。

驱动部件是指驱动螺旋桨进行旋转，以提供动力来克服重力，实现将无人机垂直上升的部件。在本实施例中，优选的，驱动部件为电机。具体的，驱动部件布置在支撑架200的两侧。优选的，驱动部件在支撑架200的两侧对称布置，即所述第一驱动部件310与所述支撑架200的轴线的第一距离和所述第二驱动部件320与所述支撑架200的轴线的第二距离一致，所述第三驱动部件330与所述支撑架200的轴线的第三距离和所述第四驱动部件340与所述支撑架200的轴线的第四距离一致。

螺旋桨是指安装在驱动部件上，通过驱动部件带动旋转产生动力，以克服重力使无人机垂直上升。一般的，每个驱动部件上只安装一个螺旋桨。在本实施例中，共有四个驱动部件，分别为第一驱动部件310、第二驱动部件320、第三驱动部件330和第四驱动部件340。对应的，螺旋桨的数量也是四个，分别为第一螺旋桨410、第二螺旋桨420、第三螺旋桨430和第四螺旋桨440。具体的，第一螺旋桨410沿第一方向倾斜第一角度，第二螺旋桨420沿第二方向倾斜第二角度，第三螺旋桨430沿第三方向倾斜第三角度，第四螺旋桨440沿第四方向倾斜第四角度。

可选的，相邻的螺旋桨的旋向相反。如果第一螺旋桨410的旋向为顺时针，则第二螺旋桨420和第四螺旋桨440的旋向为逆时针，第三螺旋桨430的旋向为顺时针；如果第一螺旋桨410的旋向为逆时针，则第二螺旋桨420和第四螺旋桨440的旋向为顺时针，第三螺旋桨430的旋向为逆时针。

其中，螺旋桨倾斜一定角度，可以是驱动部件垂直于地面，而螺旋桨倾斜地安装在驱动部件中；也可以是螺旋桨的旋转平面与驱动部件的驱动末端垂直，而驱动部件与地面倾斜一定角度，此处不作限制。优选的，螺旋桨的旋转平面与驱动部件的驱动末端垂直，而驱动部件与地面倾斜一定角度，具体的，所述螺旋桨的旋转平面与所述驱动部件的驱动杆垂直，所述第一驱动部件310沿所述第一方向倾斜第一角度，所述第二驱动部件320沿所述第二方向倾斜第二角度，所述第三驱动部件330沿所述第三方向倾斜第三角度，所述第四驱动部件340沿所述第四方向倾斜第四角度。

第一角度、第二角度、第三角度和第四角度的大小可以相同，也可以不相同，可以根据需要设置。可选的，所述第一角度和所述第二角度大小不相同，所述第三角度和所述第四角度大小不相同。优选的，第一角度、第二角度、第三角度和第四角度对于不同的无人机有着不同的最佳角度关系，通过最佳角度关系可以得到最大的航向控制力矩。在此最大的航向控制力矩范围内，可以适当根据需求，改变螺旋桨倾斜的角度大小。倾斜的角度不是越大越好，角度越大，螺旋桨在垂直于地面的方向的分力越小，越不利于无人机的起飞，因此根据需要设置角度的大小即可。可选的，角度的范围为0°-45°。

其中，第一方向、第二方向、第三方向和第四方向为空间中的任一方向。优选的，所述第一方向、第二方向、第三方向和第四方向为垂直起降无人机的对称轴和垂直于所述对称轴的垂直轴之间的方向。同时参考图2和图3，图2是一种垂直起降无人机的后视图。在图2中，可以清楚看到，螺旋桨沿无人机的对称轴倾斜一定角度。在图2中，螺旋桨往右倾斜，但本实施例不仅限制于螺旋桨往右倾斜，螺旋桨还可以往左倾斜，此处不作限制。图3是一种垂直起降无人机的右视图。在图3中，可以清楚看到，螺旋桨沿与对称轴垂直的垂直轴倾斜一定角度。在图3中，螺旋桨往左倾斜，但本实施例不仅限制于往左倾斜，还可以往右倾斜，此处不作限制。其中，螺旋桨倾斜的角度，通过图2和图3以不同的视图进行说明，即第一角度、第二角度、第三角度和第四角度都是图2和图3中倾斜的角度的合角度。在本实施例中，不同的螺旋桨可以往不同的方向倾斜不同的角度，以达到使航向控制力矩最大的效果。

其中，一般的，为了达到更好的结构特性和气动特性，无人机的前螺旋桨和后螺旋桨需要独立设计，而前桨和后桨的不一致引起了俯仰、滚转、航向耦合等问题，降低了飞行稳定性。通过本实施例提供的垂直期间无人机的倾斜角，还能抑制螺旋桨不一致引起的俯仰、滚转、航向耦合等问题，增强了飞机飞行的稳定性。

本发明实施例的技术方案，通过将第一螺旋桨沿第一方向倾斜第一角度，第二螺旋桨沿第二方向倾斜第二角度，第三螺旋桨沿第三方向倾斜第三角度，第四螺旋桨沿第四方向倾斜第四角度，可以根据需要增加的航向控制力矩调整螺旋桨的倾斜角度，以使垂直起降无人机在不同场景下都能顺利地进行垂直起飞。

实施例二

图4是本发明实施例二提供的一种垂直起降无人机的制造方法的流程示意图。本实施例适用于对垂直起降无人机进行制造的场景。

如图4所示，本发明实施例二提供的垂直起降无人机的制造方法包括：

S510、基于第一预设规则确定无人机第一螺旋桨倾斜的第一角度和无人机第二螺旋桨倾斜的第二角度。

其中，第一预设规则是指确定第一角度和第二角度的规则。具体的，在本实施例中，第一预设规则为计算第一角度和第二角度的算法。

S520、基于第二预设规则确定无人机第三螺旋桨倾斜的第三角度和无人机第四螺旋桨倾斜的第四角度。

其中，第二预设规则是指确定第三角度和第四角度的规则。具体的，在本实施例中，第二预设规则为计算第三角度和第四角度的算法。

S530、根据所述第一角度、第二角度、第三角度和第四角度制造垂直起降无人机的模具。

其中，模具是指在产品的生产制造过程中使用的工具。通过模具可以生产出对应的产品。

S540、通过所述模具制造所述垂直起降无人机。

可选的，步骤S510或步骤S520具体包括：

建立水平面坐标系，所述水平面坐标系包括用于定义所述第一方向、第二方向、第三方向和第四方向的X轴和Y轴；

确定第一螺旋桨的第一悬停拉力、第一螺旋桨的第一悬停扭矩、第二螺旋桨的第二悬停拉力和第二螺旋桨的第二悬停扭矩，或第三螺旋桨的第三悬停拉力、第三螺旋桨的第三悬停扭矩、第四螺旋桨的第四悬停拉力和第四螺旋桨的第四悬停扭矩；

确定所述第一螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第一重心距离和所述第二螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第二重心距离或所述第三螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第三重心距离和所述第四螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第四重心距离；

根据所述第一悬停拉力、第二悬停拉力、第一悬停扭矩、第二悬停扭矩、第一重心距离和第二重心距离确定所述第一角度和第二角度或根据所述第三悬停拉力、第四悬停拉力、第三悬停扭矩、第四悬停扭矩、第三重心距离和第四重心距离确定所述第三角度和第四角度。

优选的，X轴为与垂直起降无人机的对称轴垂直的垂直轴，Y轴为垂直起降无人机的对称轴。以计算第一角度和第二角度为例，假设第一螺旋桨在Y方向的倾斜角为θLuy，第一螺旋桨在X方向的倾斜角为θLux；第二螺旋桨在X方向的倾斜角为θLdx，第二螺旋桨在-Y方向的倾斜角为θLdy。第一悬停拉力大小为FLu，第二悬停拉力大小为FLd，则第一螺旋桨的水平分量为FLun，第二螺旋桨的水平分量为FLdn，第一螺旋桨的悬停扭矩为Mu，第二螺旋桨的悬停扭矩为Md则螺旋桨的拉力和倾斜角满足如下条件：

FLu·Luy＝FLd·Ldy

令Lux＝0.3m，Luy＝0.2m，Ldx＝0.2m，Ldy＝0.3555m，FLu＝16N，FLd＝9N，Mu＝0.26Nm，Md＝0.14Nm，则θLuy≈1.5°，θLux≈1°，θLdy＝2.7780°，θLdx＝4.9296°。

此时螺旋桨最大倾斜角小于5°，螺旋桨拉力损失小于4％[1-cos(5°)]。

在本实施例中，通过螺旋桨拉力的倾斜，在损失部分拉力的情况下，可增强航向控制力矩，在螺旋桨特性不一致时，使飞机前后飞行和左右飞行的力为零，垂直起降无人机的合力垂直地面，以实现垂直起飞和下降，不影响飞机的运动控制。

其中，一般的，为了达到更好的结构特性和气动特性，无人机的前螺旋桨和后螺旋桨需要独立设计，而前桨和后桨的不一致引起了俯仰、滚转、航向耦合等问题，降低了飞行稳定性。通过本实施例提供的垂直期间无人机的倾斜角，还能抑制螺旋桨不一致引起的俯仰、滚转、航向耦合等问题，增强了飞机飞行的稳定性。

本发明实施例的技术方案，通过基于第一预设规则确定无人机第一螺旋桨倾斜的第一角度和无人机第二螺旋桨倾斜的第二角度；基于第二预设规则确定无人机第三螺旋桨倾斜的第三角度和无人机第四螺旋桨倾斜的第四角度；根据所述第一角度、第二角度、第三角度和第四角度制造垂直起降无人机的模具；通过所述模具制造所述垂直起降无人机，达到针对不同场景的需求制造不同的垂直起降无人机的技术效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种垂直起降无人机，其特征在于，包括：

至少两个机翼、支撑架、第一驱动部件、第二驱动部件、第三驱动部件、第四驱动部件、第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨和第四螺旋桨；

所述支撑架在所述两个机翼之间，与所述两个机翼固定连接；

所述第一螺旋桨安装在所述第一驱动部件上，沿第一方向倾斜第一角度；

所述第二螺旋桨安装在所述第二驱动部件上，沿第二方向倾斜第二角度；

所述第三螺旋桨安装在所述第三驱动部件上，沿第三方向倾斜第三角度；

所述第四螺旋桨安装在所述第四驱动部件上，沿第四方向倾斜第四角度。

2.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述螺旋桨的旋转平面与所述驱动部件的驱动杆垂直，所述第一驱动部件沿所述第一方向倾斜第一角度，所述第二驱动部件沿所述第二方向倾斜第二角度，所述第三驱动部件沿所述第三方向倾斜第三角度，所述第四驱动部件沿所述第四方向倾斜第四角度。

3.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述第一驱动部件与所述支撑架的轴线的第一距离和所述第二驱动部件与所述支撑架的轴线的第二距离一致，所述第三驱动部件与所述支撑架的轴线的第三距离和所述第四驱动部件与所述支撑架的轴线的第四距离一致。

4.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述第一角度和所述第二角度大小不相同，所述第三角度和所述第四角度大小不相同。

5.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，相邻的螺旋桨的旋向相反。

6.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述驱动部件为电机。

7.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述角度的范围为0°-45°。

8.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述第一方向、第二方向、第三方向和第四方向为垂直起降无人机的对称轴和垂直于所述对称轴的垂直轴之间的方向。

9.一种垂直起降无人机的制造方法，其特征在于，包括：

基于第一预设规则确定无人机第一螺旋桨倾斜的第一角度和无人机第二螺旋桨倾斜的第二角度；

基于第二预设规则确定无人机第三螺旋桨倾斜的第三角度和无人机第四螺旋桨倾斜的第四角度；

根据所述第一角度、第二角度、第三角度和第四角度制造垂直起降无人机的模具；

通过所述模具制造所述垂直起降无人机。

10.如权利要求9所述的垂直起降无人机的制造方法，其特征在于，所述基于第一预设规则确定第一角度和第二角度或基于第二预设规则确定第三角度和第四角度，包括：

建立水平面坐标系，所述水平面坐标系包括用于定义所述第一方向、第二方向、第三方向和第四方向的X轴和Y轴；

确定第一螺旋桨的第一悬停拉力、第一螺旋桨的第一悬停扭矩、第二螺旋桨的第二悬停拉力和第二螺旋桨的第二悬停扭矩，或第三螺旋桨的第三悬停拉力、第三螺旋桨的第三悬停扭矩、第四螺旋桨的第四悬停拉力和第四螺旋桨的第四悬停扭矩；

确定所述第一螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第一重心距离和所述第二螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第二重心距离，或所述第三螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第三重心距离和所述第四螺旋桨与所述垂直起降无人机的中心的第四重心距离；

根据所述第一悬停拉力、第二悬停拉力、第一悬停扭矩、第二悬停扭矩、第一重心距离和第二重心距离确定所述第一角度和第二角度，或根据所述第三悬停拉力、第四悬停拉力、第三悬停扭矩、第四悬停扭矩、第三重心距离和第四重心距离确定所述第三角度和第四角度。