CN207791154U - 垂直起降飞行装置及固定翼无人机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种垂直起降飞行装置和固定翼无人机。所述垂直起降飞行装置包括机臂以及对称地设置于所述机翼的两端的第一旋翼动力机构和第二旋翼动力机构；所述机臂内设置有控制机构、电源机构和连接线，所述控制机构与所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构均耦合连接，所述电源机构与所述第一旋翼动力机构、所述第二旋翼动力机构和所述控制机构均电连接；所述连接线的一端与所述控制机构电信连接，所述连接线的另一端位于所述机臂外且设置有插头。所述固定翼无人机的机翼上设置有所述垂直起降飞行装置。本申请的垂直起降飞行装置及无人机，具有较高的效率，且能够适应各种形状和重量的适于运输的物品，且组装简便，成本低廉。

Description

垂直起降飞行装置及固定翼无人机

技术领域

本申请涉及一种飞行装置及无人机，特别是一种能垂直起降的垂直起降飞行装置及固定翼无人机。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。在民用的无人机中，最常见的有固定翼无人机和多旋翼无人机。

固定翼无人机，是指机翼外端后掠角可随速度自动或手动调整的机翼固定的一类无人机。

然而，固定翼无人机对于起降场地的要求较高。当起降场地良好时，固定翼无人机具有很高的效率。当起降场地条件稍有不足时，固定翼无人机就无法进行作业。

而传统的复合式垂直起降固定翼无人机，在飞行过程中，其垂直起降部件会成为负重，并产生阻力，导致复合式垂直起降固定翼无人机的作业效率降低，飞行航程不得不缩短，即便是在良好的场地条件下，其效率仍然较低。

多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机。其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力。通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。

由于多旋翼无人机受自身形状的限制，所以其目前能够运输的物品的形状和重量也都受到很大的限制。如果需要运输的物品的形状和重量不符合现用的多旋翼无人机，还需要再重新设计和生产能够使用的多旋翼无人机，费时费力，而且成本非常高。

实用新型内容

为了解决目前的无人机效率低下且无法适应各种形状的运输物品的问题，本申请提出了一种垂直起降飞行装置及固定翼无人机，具有较高的效率，且能够适应各种形状和重量的适于运输的物品，且组装简便，成本低廉。

本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：一种垂直起降飞行装置，其包括机臂、第一旋翼动力机构和第二旋翼动力机构，所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构对称地设置于所述机臂的两端；所述机臂内设置有控制机构、电源机构和连接线，所述控制机构与所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构均耦合连接，所述电源机构与所述第一旋翼动力机构、所述第二旋翼动力机构和所述控制机构均电连接；所述连接线的一端与所述控制机构电信连接，所述连接线的另一端位于所述机臂外，且所述连接线的另一端设置有插头。

如上所述的垂直起降飞行装置，其中，所述第一旋翼动力机构的旋转轴线和所述第二旋翼动力机构的旋转轴线均竖直向上。

如上所述的垂直起降飞行装置，其中，所述第一旋翼动力机构的结构和所述第二旋翼动力机构的结构相同。

如上所述的垂直起降飞行装置，其中，所述第一旋翼动力机构包括相互电连接的第一无刷电机和第一旋翼桨叶，所述第二旋翼动力机构包括相互电连接的第二无刷电机和第二旋翼桨叶；所述第一无刷电机和所述第二无刷电机均与所述电源机构电连接。

如上所述的垂直起降飞行装置，其中，所述第一旋翼动力机构还包括第一电子调速器，所述第一电子调速器的一端与所述第一无刷电机电连接，所述第一电子调速器的另一端与所述控制机构电连接；所述第二旋翼动力机构还包括第二电子调速器，所述第二电子调速器的一端与所述第二无刷电机电连接，所述第二电子调速器的另一端与所述控制机构电连接；所述电源机构通过所述第一电子调速器与所述第一无刷电机电连接，所述电源机构通过所述第二电子调速器与所述第二无刷电机电连接。

如上所述的垂直起降飞行装置，其中，所述电源机构包括第一电源和第二电源，所述第一电源通过所述第一电子调速器与所述第一无刷电机电连接，所述第二电源通过所述第二电子调速器与所述第二无刷电机电连接；所述第一电源和/或所述第二电源与所述控制机构电连接。

如上所述的垂直起降飞行装置，其中，所述控制机构包括控制单元，所述控制单元包括控制芯片、陀螺仪、加速度计、气压计、罗盘和电源管理子单元，所述控制芯片与所述陀螺仪、所述加速度计、所述气压计、所述罗盘和所述电源管理子单元均耦合连接，所述控制单元电信连接有数字传输模块和信号接收器。

如上所述的垂直起降飞行装置，其中，所述控制机构还包括GPS单元，所述GPS 单元与所述控制芯片耦合连接。

如上所述的垂直起降飞行装置，其中，所述机臂上设置有至少两个防脱螺母。

本申请还提出一种固定翼无人机，其包括机身，所述机身的一侧设置有第一机翼，所述机身的另一侧设置有与所述第一机翼相对称的第二机翼，所述第一机翼和所述第二机翼上均设置有至少一个如上所述的垂直起降飞行装置，所述第一机翼上的垂直起降飞行装置与所述第二机翼上的垂直起降飞行装置对称设置，所述第一机翼上的垂直起降飞行装置的连接线与对应的所述第二机翼上的垂直起降飞行装置的连接线相对接，多个所述垂直起降飞行装置的机臂的中心线均平行于所述机身的中心线。

本申请的垂直起降飞行装置和固定翼无人机，通过将所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构对称地组装于所述机臂的两端，由所述控制机构控制所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构，使所述垂直起降飞行装置能够垂直起降及飞行。由此，所述垂直起降飞行装置成为完全独立的模块化的飞行件套件，其起降及飞行不再受限于起降场地是否良好，而且具有较高的效率；能够通过连接件将所述垂直起降飞行装置装载于各种形状和重量的、适于运输的待运输物品上，例如通过锁链、透明胶带，所述垂直起降飞行装置即可带动该待运输物品垂直起降及飞行，组装极为简便；如果待运输物品重量较大，可以在一个待运输物品上装载多个所述垂直起降飞行装置，通过所述连接线的插头，将相邻的两个所述机臂相对接，对接后的两个所述垂直起降飞行装置之间可以进行通讯，从而实现共同飞行，因此使用本申请的垂直起降飞行装置，不需要根据待运输物品的形状和重量重新设计和生产无人机，能有效降低成本，可以作为各种规格重量货物快递运输装置，非常适用于进行快递，适合在市场上大面积推广应用。

附图说明

图1是本申请的垂直起降飞行装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、机臂，11、连接线，21、第一无刷电机，22、第一旋翼桨叶，23、第一电子调速器，31、第二无刷电机，32、第二旋翼桨叶，33、第二电子调速器，41、所述第一电源，42、第二电源，5、控制单元，6、数字传输模块，7、信号接收器，8、GPS 单元。

具体实施方式

为了对本申请的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本申请的具体实施方式。

以下各实施例的说明是参考图式，用以说明本实用新型可用以实施的特定实施例。本实用新型所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本实用新型，而非用以限制本实用新型。

如图1所示，本申请提供了一种垂直起降飞行装置，其包括机臂1、第一旋翼动力机构和第二旋翼动力机构，所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构对称地设置于所述机臂1的两端；所述机臂1内设置有控制机构、电源机构和连接线11，所述控制机构与所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构均耦合连接，所述电源机构与所述第一旋翼动力机构、所述第二旋翼动力机构和所述控制机构均电连接；所述连接线11的一端与所述控制机构电信连接，所述连接线11的另一端位于所述机臂1外，且所述连接线11的另一端设置有插头。

本申请的垂直起降飞行装置，通过将所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构对称地组装于所述机臂1的两端，由所述控制机构控制所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构，使所述垂直起降飞行装置能够垂直起降及飞行。由此，所述垂直起降飞行装置成为完全独立的模块化的飞行件套件，其起降及飞行不再受限于起降场地是否良好，而且具有较高的效率；能够通过连接件将所述垂直起降飞行装置装载于各种形状和重量的、适于运输的待运输物品上，例如通过锁链、透明胶带，所述垂直起降飞行装置即可带动该待运输物品垂直起降及飞行，组装极为简便；如果待运输物品重量较大，可以在一个待运输物品上装载多个所述垂直起降飞行装置，通过所述连接线11的插头，将相邻的两个所述机臂1相对接，对接后的两个所述垂直起降飞行装置之间可以进行通讯，从而实现共同飞行，因此使用本申请的垂直起降飞行装置，不需要根据待运输物品的形状和重量重新设计和生产无人机，能有效降低成本，可以作为各种规格重量货物快递运输装置，非常适用于进行快递，适合在市场上大面积推广应用。

所述机臂1可以采用长直状结构，以便于将待运输物品固定于本申请的垂直起降飞行装置。例如快递物品，普遍采用盒子或者箱子进行封装，将盒状或者箱状的快递组装在所述机臂1的长直状结构上极为简便。即便是其他形状的物品，与长直状结构的所述机臂1进行组装也是极为简便的。再者，所述垂直起降飞行装置的飞行不受限于起降场地，具有较高的效率，成本低廉，因此所述垂直起降飞行装置对于携带待运输物品、特别是携带快递，是极为有效且便利的。另外，也可以选择在所述机臂1 上设置至少两个防脱螺母(图中未示出)，通过所述防脱螺母，所述垂直起降飞行装置与能够设置螺栓的待运输物品固定连接。最后，为了便于相邻的两个所述垂直起降飞行装置之间的连接，所述连接线11可选用可伸缩连接线，例如可收放线缆长度的束线器，在将多个所述垂直起降飞行装置与待运输物品相固定时，便不需要受限于所述连接线11的长度而不方便固定所述垂直起降飞行装置。

在一个优选的实施方式中，所述第一旋翼动力机构的旋转轴线和所述第二旋翼动力机构的旋转轴线均竖直向上，使所述第一旋翼动力单元和所述第二旋翼动力单元首先具有机翼的功能，从而能更好地产生向上的力，以带动所述机臂1垂直起飞。

可行的是，所述第一旋翼动力机构的结构和所述第二旋翼动力机构的结构相同。例如可以是，所述第一旋翼动力机构包括相互电连接的第一无刷电机21和第一旋翼桨叶22，所述第二旋翼动力机构包括相互电连接的第二无刷电机31和第二旋翼桨叶 32；所述第一无刷电机21和所述第二无刷电机31均与所述电源机构电连接。所述垂直起降飞行装置的起飞升力主要依靠所述第一无刷电机21带动所述第一旋翼桨叶22 以及所述第二无刷电机31带动所述第二旋翼桨叶32来产生，当起飞升力大于所述垂直起降飞行装置及待运输物品的重力时，所述垂直起降飞行装置带动该待运输物品上升；当起飞升力等于所述垂直起降飞行装置及待运输物品的重力时，所述垂直起降飞行装置带动该待运输物品在空中悬停；当起飞升力小于所述垂直起降飞行装置及待运输物品的重力时，所述垂直起降飞行装置带动该待运输物品下降高度。

具体的，所述第一旋翼动力机构还包括第一电子调速器23，所述第一电子调速器23的一端与所述第一无刷电机21电连接，所述第一电子调速器23的另一端与所述控制机构电连接；所述第二旋翼动力机构还包括第二电子调速器33，所述第二电子调速器33的一端与所述第二无刷电机31电连接，所述第二电子调速器33的另一端与所述控制机构电连接；所述电源机构通过所述第一电子调速器23与所述第一无刷电机21电连接，所述电源机构通过所述第二电子调速器33与所述第二无刷电机 31电连接。所述第一电子调速器23和所述第二电子调速器33均能够将所述控制机构的控制信号，转变为电流信号，分别用于控制所述第一无刷电机21的转速和所述第二无刷电机31的转速。因为所述第一无刷电机21的电流和所述第二无刷电机31 的电流是很大的，通常所述第一无刷电机21或者所述第二无刷电机31在正常工作时，平均有3A左右的电流，通过设置所述第一电子调速器23和所述第二电子调速器33，使所述控制机构不需要承受如此大的电流，且使所述控制机构能够更便利地驱动所述第一无刷电机21和所述第二无刷电机31。同时，所述第一电子调速器23和所述第二电子调速器33在本申请的垂直起降飞行装置中也充当了电压变化器的作用，将所述电源机构的电压变为适合给所述控制机构供电的电压，然后供电给所述控制机构。

本申请的垂直起降飞行装置中所提及的所述电源机构，可以为设置于所述机臂1内的一块电源，例如高性能的锂电池组或者适于应用的高性能电池。也可以如图1 所示，所述电源机构包括第一电源41和第二电源42，所述第一电源41通过所述第一电子调速器23与所述第一无刷电机21电连接，所述第二电源42通过所述第二电子调速器33与所述第二无刷电机31电连接；所述第一电源41和/或所述第二电源 42与所述控制机构电连接。即所述控制机构可以仅与所述第一电源41电连接，也可以仅与所述第二电源42电连接，或者所述控制机构同时与所述第一电源41和所述第二电源42电连接，以便于所述第一电源41和所述第二电源42分别给所述第一电子调速器23和所述第二电子调速器33供电。其中，所述第一电源41可以是高性能的锂电池组或者适于应用的高性能电池，所述第二电源42也可以是高性能的锂电池组或者适于应用的高性能电池。所述第一电源41与所述第二电源42可以选用相同的电池，也可以选用不同的电池。

在如图1所示的具体实施方式中，所述控制机构包括控制单元5，所述控制单元 5包括控制芯片、陀螺仪、加速度计、气压计、罗盘和电源管理子单元，所述控制芯片与所述陀螺仪、所述加速度计、所述气压计、所述罗盘和所述电源管理子单元均耦合连接，所述控制单元5电信连接有数字传输模块6和信号接收器7。所述控制机构还包括GPS单元8，所述GPS单元8与所述控制芯片耦合连接。

本申请还提供了一种固定翼无人机，其包括机身，所述机身的一侧设置有第一机翼，所述机身的另一侧设置有与所述第一机翼相对称的第二机翼，所述第一机翼和所述第二机翼上均设置有至少一个如上所述的垂直起降飞行装置，所述第一机翼上的垂直起降飞行装置与所述第二机翼上的垂直起降飞行装置对称设置，所述第一机翼上的垂直起降飞行装置的连接线与对应的所述第二机翼上的垂直起降飞行装置的连接线相对接，多个所述垂直起降飞行装置的机臂1的中心线均平行于所述机身的中心线。

本申请的固定翼无人机，通过将所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构对称地组装于所述机臂1的两端，由所述控制机构控制所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构，使所述垂直起降飞行装置能够垂直起降及飞行。由此，所述垂直起降飞行装置成为完全独立的模块化的飞行件套件，其起降及飞行不再受限于起降场地是否良好，而且具有较高的效率；能够通过连接件将所述垂直起降飞行装置装载于各种形状和重量的、适于运输的待运输物品上，例如通过锁链、透明胶带，所述垂直起降飞行装置即可带动该待运输物品垂直起降及飞行，组装极为简便；如果待运输物品重量较大，可以在一个待运输物品上装载多个所述垂直起降飞行装置，通过所述连接线11的插头，将相邻的两个所述机臂1相对接，对接后的两个所述垂直起降飞行装置之间可以进行通讯，从而实现共同飞行，因此使用本申请的垂直起降飞行装置，不需要根据待运输物品的形状和重量重新设计和生产无人机，能有效降低成本，可以作为各种规格重量货物快递运输装置，非常适用于进行快递，适合在市场上大面积推广应用。

所述固定翼无人机的起飞和降落与前述中所述垂直起降飞行装置的起飞和降落基本相同，在此不再赘述。当所述固定翼无人机起飞到合适位置时，由前述可知，当所述固定翼无人机的起飞升力等于整个所述固定翼无人机及携带物品的重力时，所述固定翼无人机在所述垂直起降飞行装置的作用下能够实现在空中悬停，此时，所述控制机构中的所述控制芯片会接收到所述控制单元5中其他部件的信号反馈，从而通过所述电子调速器，控制所有的无刷电机停止，用以减小阻力；此时，所述固定翼无人机需要向前飞行，增高所述垂直起降飞行装置的后方的无刷电机的转速，降低所述垂直起降飞行装置的前方的无刷电机的转速，从而产生向前飞行的力，使所述固定翼无人机向前飞行；当所述固定翼无人机需要改变航向时，若无刷电机的转向与航向改变的方向相同，增加该无刷电机的转速，反之亦然，从而利用无刷电机的转速差进行转向操作。这里的无刷电机，是指上文中提及的所述垂直起降飞行装置中的所述第一无刷电机21和所述第二无刷电机31。若所述固定翼无人机出现了故障，所述控制机构会根据所述控制单元5和所述GPS单元8的信号反馈，及时启动，从而充当降落伞的作用，以使所述固定翼无人机能够平稳落地。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种垂直起降飞行装置，其特征在于，所述垂直起降飞行装置包括机臂、第一旋翼动力机构和第二旋翼动力机构，所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构对称地设置于所述机臂的两端；所述机臂内设置有控制机构、电源机构和连接线，所述控制机构与所述第一旋翼动力机构和所述第二旋翼动力机构均耦合连接，所述电源机构与所述第一旋翼动力机构、所述第二旋翼动力机构和所述控制机构均电连接；所述连接线的一端与所述控制机构电信连接，所述连接线的另一端位于所述机臂外，且所述连接线的另一端设置有插头。

2.根据权利要求1所述的垂直起降飞行装置，其特征在于，所述第一旋翼动力机构的旋转轴线和所述第二旋翼动力机构的旋转轴线均竖直向上。

3.根据权利要求1或2所述的垂直起降飞行装置，其特征在于，所述第一旋翼动力机构的结构和所述第二旋翼动力机构的结构相同。

4.根据权利要求3所述的垂直起降飞行装置，其特征在于，所述第一旋翼动力机构包括相互电连接的第一无刷电机和第一旋翼桨叶，所述第二旋翼动力机构包括相互电连接的第二无刷电机和第二旋翼桨叶；所述第一无刷电机和所述第二无刷电机均与所述电源机构电连接。

5.根据权利要求4所述的垂直起降飞行装置，其特征在于，所述第一旋翼动力机构还包括第一电子调速器，所述第一电子调速器的一端与所述第一无刷电机电连接，所述第一电子调速器的另一端与所述控制机构电连接；所述第二旋翼动力机构还包括第二电子调速器，所述第二电子调速器的一端与所述第二无刷电机电连接，所述第二电子调速器的另一端与所述控制机构电连接；所述电源机构通过所述第一电子调速器与所述第一无刷电机电连接，所述电源机构通过所述第二电子调速器与所述第二无刷电机电连接。

6.根据权利要求5所述的垂直起降飞行装置，其特征在于，所述电源机构包括第一电源和第二电源，所述第一电源通过所述第一电子调速器与所述第一无刷电机电连接，所述第二电源通过所述第二电子调速器与所述第二无刷电机电连接；所述第一电源和/或所述第二电源与所述控制机构电连接。

7.根据权利要求5所述的垂直起降飞行装置，其特征在于，所述控制机构包括控制单元，所述控制单元包括控制芯片、陀螺仪、加速度计、气压计、罗盘和电源管理子单元，所述控制芯片与所述陀螺仪、所述加速度计、所述气压计、所述罗盘和所述电源管理子单元均耦合连接，所述控制单元电信连接有数字传输模块和信号接收器。

8.根据权利要求7所述的垂直起降飞行装置，其特征在于，所述控制机构还包括GPS单元，所述GPS单元与所述控制芯片耦合连接。

9.根据权利要求1所述的垂直起降飞行装置，其特征在于，所述机臂上设置有至少两个防脱螺母。

10.一种固定翼无人机，其特征在于，所述固定翼无人机包括机身，所述机身的一侧设置有第一机翼，所述机身的另一侧设置有与所述第一机翼相对称的第二机翼，所述第一机翼和所述第二机翼上均设置有至少一个如权利要求1-9中任一项所述的垂直起降飞行装置，所述第一机翼上的垂直起降飞行装置与所述第二机翼上的垂直起降飞行装置对称设置，所述第一机翼上的垂直起降飞行装置的连接线与对应的所述第二机翼上的垂直起降飞行装置的连接线相对接，多个所述垂直起降飞行装置的机臂的中心线均平行于所述机身的中心线。