CN111003173B - 高机动性无旋翼式无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高机动性无旋翼式无人机，包括机架、电池、控制器和动力***；动力***有多套，并对称设于机架的两相对侧；动力***包括电机、风柱、轴承、圆环和橡胶套；圆环为空心结构，圆环内壁设有一圈开口槽；橡胶套套设于圆环外壁，橡胶套上设有多个通孔；风柱内设有相配合的马达和叶片；风柱与圆环内部连通；风柱嵌设在轴承内且与电机连接。本发明相比现有固定翼无人机而言，本发明的无人机可垂直升降，可直接在悬停状态下转向，前进和后退可快速转换，转向灵活，机动性更强；相比现有多旋翼无人机而言，水平飞行速度更快，无旋翼叶轮，抗撞击能力更强，可只需要两套动力***，无旋翼后重量更轻，续航力提升。

Description

高机动性无旋翼式无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及高机动性无旋翼式无人机。

背景技术

现有无人机通常包括固定翼无人机和多旋翼无人机两种，固定翼无人机优点是飞行速度快，缺点是无法垂直起降，转向半径大，需要较平坦的地面提供起飞条件；多旋翼无人机的优点是可垂直起降，竖直升空速度快，缺点是起降不稳时旋翼易受到撞击损坏，水平飞行速度慢，机动性差。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有无人机无法同时满足高机动性，垂直起降，快速转向等优点的问题，提供一种可垂直起降，水平飞行速度快，转向灵活，不易受撞击损坏的高机动性无旋翼式无人机。

为实现上述目的，本发明所设计的高机动性无旋翼式无人机，包括机架、电池、控制器和动力***；

所述电池和控制器设于机架上并与动力***电连接；

所述动力***有多套，并对称设于所述机架的两相对侧；所述动力***包括电机、风柱、轴承、圆环和橡胶套；

所述圆环为空心结构并处于机架外，圆环上端和下端分别朝背对方向凸起为圆弧面，所述圆环靠近上端或下端的内壁设有一圈与圆环同轴心的开口槽；所述开口槽的槽口宽为1～2mm；所述圆环外壁设有与其内部连通的安装口；

所述橡胶套套设于所述圆环外壁，所述橡胶套厚度大于圆环厚度，且橡胶套上设有多个与圆环平行轴心的通孔；

所述风柱内设有相配合的马达和叶片；风柱侧壁或一端设有进风口，风柱另一端穿过所述橡胶套与圆环外壁安装口连接，且风柱该另一端设有与圆环内部连通的出风口；

所述电机和轴承同轴设置，所述电机与轴承分别与机架连接，所述风柱嵌设在轴承内且风柱与电机的转动轴连接。

进一步，所述橡胶套上的通孔沿橡胶套周向均匀布置。

进一步，所述圆环上端圆弧面的弧长长于圆弧下端圆弧面的弧长；所述开口槽距离所述圆环上端的距离小于开口槽距离所述圆环下端的距离。

进一步，所述开口槽位于所述圆环内壁与圆环上端圆弧面相接处；所述开口槽靠近圆环上端的一侧设有与上端圆弧面外切的外边沿；所述开口槽靠近圆环下端的一侧设有与上端圆弧面内切的内边沿；所述外边沿与内边沿之间的间隙为1mm。

进一步，所述动力***有两套；所述控制器与每套动力***内的电机和马达单独连接。

进一步，所述橡胶套的高度高于所述圆环的高度。

进一步，所述风柱与电机的转动轴通过法兰盘连接。

进一步，所述机架下端设有云台或拍摄装置。

本发明的有益效果是：相比现有固定翼无人机而言，本发明的无人机可垂直升降，可直接在悬停状态下转向，前进和后退可快速转换，转向灵活，机动性更强；相比现有多旋翼无人机而言，水平飞行速度更快，无旋翼叶轮，抗撞击能力更强，可只需要两套动力***，无旋翼后重量更轻，续航力提升。

附图说明

图1是本发明高机动性无旋翼式无人机的俯视结构示意图。

图2是图1中去掉橡胶套后的结构示意图。

图3是图2中A-A剖视结构示意图。

图4是图3的局部放大结构示意图。

图5是图2中一套动力***转动一定角度后的结构示意图。

图6为图1中橡胶套的立体结构示意图。

图中，机架1、电池2、控制器3、电机4、风柱5、轴承6、圆环7、橡胶套8、通孔9、马达10、叶片11、进风口12、出风口13、法兰盘14、外边沿15、内边沿16、开口槽17。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1～6所示的高机动性无旋翼式无人机，包括机架1、电池2、控制器3和动力***；

电池2和控制器3设于机架1上并与动力***电连接；

动力***有多套，并对称设于机架1的两相对侧；动力***包括电机4、风柱5、轴承6、圆环7和橡胶套8；

圆环7为空心结构并处于机架1外，圆环7上端和下端分别朝背对方向凸起为圆弧面，圆环7靠近上端或下端的内壁设有一圈与圆环7同轴心的开口槽17；开口槽17的槽口宽为1～2mm；圆环7外壁设有与其内部连通的安装口；

橡胶套8套设于圆环7外壁，橡胶套8厚度大于圆环7厚度，且橡胶套8上设有多个与圆环7平行轴心的通孔9；通孔9沿橡胶套8周向均匀布置；

风柱5内设有相配合的马达10和叶片11；风柱5侧壁或一端设有进风口12，风柱5另一端穿过橡胶套8与圆环7外壁安装口连接，且风柱5该另一端设有与圆环7内部连通的出风口13；

电机4和轴承6同轴设置，电机4与轴承6分别与机架1连接，风柱5嵌设在轴承6内且风柱5与电机4的转动轴通过法兰盘14连接。

如图4所示，圆环7上端圆弧面的弧长长于圆弧下端圆弧面的弧长；开口槽17距离圆环7上端的距离小于开口槽17距离圆环7下端的距离。开口槽17位于圆环7内壁与圆环7上端圆弧面相接处；开口槽17靠近圆环7上端的一侧设有与上端圆弧面外切的外边沿15；开口槽17靠近圆环7下端的一侧设有与上端圆弧面内切的内边沿16；外边沿15与内边沿16之间的间隙为1mm。

本实施例中，动力***有两套；控制器3与每套动力***内的电机4和马达10单独连接。通过控制器3控制不同动力***内的电机4或马达10的转速/通断电，实现整个无人机的飞行控制。

为了更好的保护圆环7，避免其受到撞击，橡胶套8的高度高于圆环7的高度。

为了实现不同功能，机架1下端设有云台或拍摄装置，拍摄装置可以是摄像机也可以是照相机，当然，云台上还可设置其他设备，比如机械爪。

如图4所示，图中箭头所示方向为气流方向，本实施例的马达10转动，带动叶片11转动，空气从风柱5的进风口12进入，并从风柱5的出风口13吹出至圆环7内，由于圆环7上设有槽口宽度为1～2mm的开口槽17，因此在白努利效应的作用下，从圆环7上端或下端(本实施例中图4所示为下端)吹出的风量是吸入空气的15～18倍，为无人机提供很大的推力，实现无人机的垂直上升和快速飞行。本实施例为了表述方便，规定圆环7内空气吹出的方向为平行于圆环7轴心从圆环7上端朝下端的方向。

另外，橡胶套8不仅起到保护圆环7的作用，其上设置的多个通孔9也可进一步增大风量，提高稳定性。由于圆环7处空气负压作用，圆环7外周的空气被吸入圆环7的环中并从圆环7下端吹出，但这种负压吸引的空气不够稳定，流通方向不够顺畅，尤其是靠近圆环7内壁的空气从圆环7下端吹出时会产生一定的乱流，影响飞行稳定；而橡胶套8上设有多个与圆环7平行轴心布置的通孔9，在通孔9的引流作用下，边缘气流通过通孔9后平行于圆环7轴心吹出朝圆环7下端吹出，并限定圆环7内壁区域的乱流，提升飞行稳定。

当需要改变飞行方向时，只需要通过控制器3控制相应动力***内的电机4和马达10即可；通过电机4转动可改变圆环7的方向，从而改变气流吹出的方向；如图5所示，左侧的圆环7改变方向后，无人机飞行方向将改变。另外，通过调节马达10转动速率，也可实现方向的改变，比如，当无人机正快速向前飞行时，此时圆环7应该是处于垂直状态，若降低右侧动力***内马达10转速，则在左侧动力***的推动作用下，无人机右转，反之亦然，当转动到需要的方位后，使左右两侧的动力***的马达10转速相同即可朝该方位飞行。当控制器3同时控制电机4和马达10时，无人机机动性将更强，可快速完成前进、后退、升空、下降、转弯、翻转等动作。这种高机动性是现有多旋翼无人机和固定翼无人机无法实现的。

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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”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。

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，除非另有明确的限定。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。

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 (8)

1.一种高机动性无旋翼式无人机，其特征在于：包括机架(1)、电池(2)、控制器(3)和动力***；

所述电池(2)和控制器(3)设于机架(1)上并与动力***电连接；

所述动力***有多套，并对称设于所述机架(1)的两相对侧；所述动力***包括电机(4)、风柱(5)、轴承(6)、圆环(7)和橡胶套(8)；

所述圆环(7)为空心结构并处于机架(1)外，圆环(7)上端和下端分别朝背对方向凸起为圆弧面，所述圆环(7)靠近上端或下端的内壁设有一圈与圆环(7)同轴心的开口槽(17)；所述开口槽(17)的槽口宽为1～2mm；所述圆环(7)外壁设有与其内部连通的安装口；

所述橡胶套(8)套设于所述圆环(7)外壁，所述橡胶套(8)厚度大于圆环(7)厚度，且橡胶套(8)上设有多个与圆环(7)平行轴心的通孔(9)；

所述风柱(5)内设有相配合的马达(10)和叶片(11)；风柱(5)侧壁或一端设有进风口(12)，风柱(5)另一端穿过所述橡胶套(8)与圆环(7)外壁安装口连接，且风柱(5)该另一端设有与圆环(7)内部连通的出风口(13)；

所述电机(4)和轴承(6)同轴设置，所述电机(4)与轴承(6)分别与机架(1)连接，所述风柱(5)嵌设在轴承(6)内且风柱(5)与电机(4)的转动轴连接。

2.根据权利要求1所述的高机动性无旋翼式无人机，其特征在于：所述橡胶套(8)上的通孔(9)沿橡胶套(8)周向均匀布置。

3.根据权利要求1所述的高机动性无旋翼式无人机，其特征在于：所述圆环(7)上端圆弧面的弧长长于圆弧下端圆弧面的弧长；所述开口槽(17)距离所述圆环(7)上端的距离小于开口槽(17)距离所述圆环(7)下端的距离。

4.根据权利要求3所述的高机动性无旋翼式无人机，其特征在于：所述开口槽(17)位于所述圆环(7)内壁与圆环(7)上端圆弧面相接处；所述开口槽(17)靠近圆环(7)上端的一侧设有与上端圆弧面外切的外边沿(15)；所述开口槽(17)靠近圆环(7)下端的一侧设有与上端圆弧面内切的内边沿(16)；所述外边沿(15)与内边沿(16)之间的间隙为1mm。

5.根据权利要求1所述的高机动性无旋翼式无人机，其特征在于：所述动力***有两套；所述控制器(3)与每套动力***内的电机(4)和马达(10)单独连接。

6.根据权利要求1所述的高机动性无旋翼式无人机，其特征在于：所述橡胶套(8)的高度高于所述圆环(7)的高度。

7.根据权利要求1所述的高机动性无旋翼式无人机，其特征在于：所述风柱(5)与电机(4)的转动轴通过法兰盘(14)连接。

8.根据权利要求1所述的高机动性无旋翼式无人机，其特征在于：所述机架(1)下端设有云台或拍摄装置。

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