一种旋翼控制机构和双旋翼无人机制造技术

本发明专利技术公开了一种旋翼控制机构和双旋翼无人机，旋翼控制机构包括旋翼横梁、旋翼外梁、电机和X轴传动减速装置，应用该机构的无人机设有装配旋翼控制机构的轴承、电机和Y轴传动减速装置，无人机可配置多套旋翼控制机构，通过旋翼控制机构中的电机和相应的传动减速装置可控制旋翼绕两根轴旋转。本发明专利技术直接将旋翼固定安装于电机上，同时通过控制旋翼绕着两个轴旋转及调整旋翼转速达到旋翼控制目,整个控制机构简单。本发明专利技术公开的一种采用本发明专利技术旋翼控制机构的双旋翼无人机，包括一套旋翼控制机构、机身、旋翼三个组件，机身包括机身主体和两个机臂，两个机臂和机身主体成“U”型结构，这种无人机便携性好、稳定性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人机领域，尤其涉及一种体积小，便于携带，安全性高的旋翼控制机构以及双旋翼无人机。
技术介绍
单旋翼直升机有一个大旋翼和一个小尾桨，大旋翼提供直升机的升力及做各种动作的推力，尾桨用于航向控制。共轴双旋翼直升机有两副完全相同的旋翼，一上一下安装在同一根旋翼轴上，两副旋翼的旋转方向相反，它们的反扭矩互相抵消，因此不需要尾桨，相比单旋翼直升机，结构紧凑，尺寸只有单旋翼直升机的60%左右；另外，由于不需要尾桨来抵消旋翼的扭矩，其能源效率也要比单旋翼直升机高出10%以上。不过，由于有两副旋翼，共轴双旋翼直升机操控旋翼的倾斜盘很复杂。共轴双旋翼直升机是消费级无人机的一个重要类别，不过目前其市场地位已远不如多旋翼机，主要原因有：1.操控旋翼的倾斜盘机构太复杂；2.整个直升机的结构从上到下有两副旋翼及处于旋翼正下方的机身，结构很不规则，消费级无人机为了简化倾斜盘设计，通常还留有一个小尾桨，不便于随身携带；3.对于非专业的普通消费者，可操控性差，当意外失去平衡时，容易撞上障碍物或掉落，稳定性低。4.高速旋转的旋翼没有围栏，容易打到障碍物，另外消费级无人机通常飞的低，旋翼容易伤到人，不够安全。
技术实现思路
针对上述技术中存在的不足之处，本专利技术提出一种旋翼控制机构和双旋翼无人机，体积小，方便携带，且运行过程中稳定性强，安全性高。针对直升机倾斜盘过于复杂的问题，本专利技术提出了一种新型的旋翼控制机构设计方法，其基本思想是：取消倾斜盘，旋翼固定安装于电机的旋翼轴上，旋翼的桨叶角固定，设计一个具有两个旋转轴的机构，将旋翼和电机的子系统安装到这个机构中，该机构可控制旋翼绕着两个旋转轴倾转，达到操控旋翼的目的。基于上述设计思想，可设计出一种新型旋翼控制机构，其基本结构为:整个旋翼控制机构的核心机构旋翼控制机构沿着X轴和Y轴旋转；在X轴轴线上设置有一根旋翼横梁，在旋翼横梁上设有一个或两个电机座，电机座内安装电机，若有两个电机座，两个电机正反安装，即两个电机的轴一个朝上一个朝下，电机的轴上安装旋翼；旋翼横梁的两端设有X轴的两个轴头机构，称为X轴头机构；旋翼外梁上有两个与旋翼横梁上的X轴头机构相匹配的轴承，称为X轴承，其中一个X轴承处设有一个步进电机，称为X轴电机，和相应的传动减速装置，称为X轴传动减速装置，通过旋翼横梁的X轴头机构和旋翼外梁的X轴承可将旋翼横梁及装配其上的子系统装配入旋翼外梁中，所述X轴电机通过X轴传动减速装置与旋翼横梁上的一个X轴头机构连接；旋翼外梁上沿着Y轴轴线上设置有两个轴头机构，称为Y轴头机构。应用所述旋翼控制机构的无人机机身上设置两个与旋翼外梁的两个Y轴头机构相匹配的轴承，称为Y轴承，其中一个轴承处设一个步进电机，称为Y轴电机，和相应的传动减速装置，称为Y轴传动减速装置，通过旋翼外梁的Y轴头机构和机身的Y轴承可将旋翼外梁及装配在旋翼外梁上的子系统装配入机身，所述Y轴电机通过Y轴传动减速装置与旋翼横梁上的一个Y轴头机构连接。无人机通过X轴电机和Y轴电机即可控制旋翼绕着X轴和Y轴旋转，无人机可以配置多套旋翼控制机构，只需简单地控制各套旋翼控制机构的X轴电机和Y轴电机使各副旋翼作适当的倾转，同时调整各旋翼的转速，即可敏捷地操控无人机做出各种飞行动作。本专利技术的旋翼控制机构消除了传统直升机复杂的倾斜盘，整个控制机构简单。另外，该旋翼控制机构原理上可设计为支持旋翼绕着X轴和Y轴作360旋转，因此当无人机受外力意外翻转时，都可以迅速让旋翼旋转至水平位置使旋翼的推力垂直向上，避免坠落。对于大型直升机，旋翼直径长达几米以上，本专利技术的旋翼控制机构可能太大太重，不太适用。不过，对于消费级无人机，旋翼直径通常仅二、三十厘米以内，本专利技术的旋翼控制机构完全没有问题。为了减轻整个旋翼控制机构的重量，还可以按三种方法简化：旋翼外梁只设一个X轴承，旋翼横梁只设一个X轴头机构，其优点是降低了旋翼外梁和旋翼横梁的机构复杂性；旋翼外梁只设一个Y轴头机构，其优点是降低了旋翼外梁的机构复杂性，无人机机身也只需设置一个Y轴承，可简化机身设计；旋翼外梁只设一个X轴承和一个Y轴头机构，旋翼横梁只设一个X轴头机构。其优点降低了旋翼外梁和旋翼横梁的机构复杂性，无人机机身也只需设置一个Y轴承，可简化机身设计及尺寸。消费级无人机通常飞的很低，周围障碍物多，为旋翼提供一个防护机制是较好的设计。本专利技术提出的旋翼控制机构可以进一步加入旋翼防护机制。带旋翼防护机制的旋翼控制机构其基本结构为：在旋翼控制机构的旋翼横梁上增加一个旋翼防护框，旋翼防护框的上下两面均覆盖一个网状盖板，旋翼防护框和两个网状盖板构成一个防护围栏，将旋翼包裹其中。增加旋翼防护机制不改变旋翼控制机构的工作机理。由于网状盖板对气流有一定的负面影响，并且增加重量，对于防护要求不需要那么高的应用，可以不装配网状盖板。本专利技术的旋翼控制机构的设计注意点：原理上旋翼控制机构旋转时的X轴和Y轴不是平行的就可达到控制旋翼的目的，不过X轴和Y轴的中心线垂直相交是优选设计；整个旋翼控制机构的重心尽量与X-Y轴中心线交点重合是优选设计；旋翼的旋转轴中心线通过X-Y轴中心线交点，或者对于双旋翼的无人机，两副旋翼的旋转轴对称分布于X-Y轴中心线交点的两侧是优选设计。这些优选设计可减小X轴电机和Y轴电机的负载。旋翼外梁和机身的尺寸能使旋翼绕着X轴和Y轴作360度旋转是优选设计。这样当无人机处于任何倾斜位置都可以操控旋翼使其推力垂直向上，避免坠落。基于本专利技术提出的新型旋翼控制机构，本专利技术提出了一种带旋翼防护、便携、稳定的消费级双旋翼无人机，其总体结构由一套旋翼控制机构、两副旋翼和机身三个组件组成。新型无人机的旋翼控制机构具有旋翼防护机制，其基本结构为：整个机构的核心是旋翼控制机构可以沿着X轴和Y轴旋转，X轴和Y轴的中心线垂直相交；沿着X轴轴线上设置有一根旋翼横梁，在旋翼横梁上安装一个旋翼保护框，旋翼保护框的上下两面均覆盖一个网状盖板，保护框和两个网状盖板构成一个防护围栏，将旋翼包裹在其中；在旋翼横梁上设有两个电机座，每个电机座安装了一个电机，两个电机正反安装，即电机轴一个朝上一个朝下，电机的轴上安装旋翼，两副旋翼的转向相反；旋翼横梁的两端设有X轴的两个轴头机构；旋翼控制机构的最外面是一个框状的旋翼外梁；旋翼外梁与X轴的两个交点处设有两个轴承，称为X轴承，它们与旋翼横梁上的两个X轴头机构相匹配，其中一个X轴承处设有一个步进电机，称为X轴电机，和相应传动减速装置，称为X轴传动减速装置，通过旋翼横梁的X轴头机构和旋翼外梁的X轴承可将旋翼横梁及装配其上的子系统装配入旋翼外梁中，X轴电机通过X轴传动减速机构与旋翼横梁的一个X轴头机构连接，旋翼外梁尺寸足够大，X轴电机可控制旋翼横梁及装配在旋翼横梁上的子系统绕着X轴作360度旋转；旋翼外梁在Y轴轴线方向设置有两个轴头机构，成为Y轴头机构。无人机的机身采用“U”型结构，由两个机臂和机身主体两部分组成。机臂上设有两个轴承，称为Y轴承，它们与旋翼外梁的两个Y轴头机构相匹配，其中一个Y轴承处设一个步进电机，称为Y轴电机，所述Y轴承处还设置有相应传动减速装置，称为Y轴传动减速装置，通过旋翼外梁的两个Y轴头机构及机臂的两个Y轴承可将旋翼外梁及装配其上的子系统装配入机身；Y轴电机通过Y轴传动减速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋翼控制机构，其特征在于，旋翼控制机构在空间上绕着一个X轴和一个Y轴旋转，所述X轴的轴线上设置有一根旋翼横梁，在旋翼横梁上设有一个或两个电机座，电机座内安装电机，当有两个电机座时，两个电机的轴一个朝上一个朝下安装，电机的轴上安装旋翼；旋翼横梁的端部设有两个X轴头机构；旋翼外梁上设有两个与旋翼横梁上的X轴头机构相匹配的X轴承，其中一个X轴承处设有一个X轴电机和X轴传动减速装置,所述X轴电机为步进电机，通过旋翼横梁的X轴头机构和旋翼外梁的X轴承将旋翼横梁及装配其上的子系统装配入旋翼外梁中，所述X轴传动减速装置将X轴电机和旋翼横梁上的其中一个X轴头机构连接，所述X轴电机控制旋翼横梁及安装在旋翼横梁上的子系统绕着旋翼横梁所在的X轴旋转；所述旋翼外梁上还设有两个Y轴头机构,所述Y轴头机构位于Y轴轴线上，所述Y轴头机构与无人机机身上的Y轴承连接，所述Y轴头机构通过设置在无人机机身上的Y轴传动减速装置与无人机机身上的一个Y轴电机连接，所述Y轴电机为步进电机，所述Y轴电机控制所述旋翼外梁及装配在旋翼外梁上的子系统绕着Y轴头机构所在的Y轴旋转。

【技术特征摘要】
2016.11.11 CN 20161101610091.一种旋翼控制机构，其特征在于，旋翼控制机构在空间上绕着一个X轴和一个Y轴旋转，所述X轴的轴线上设置有一根旋翼横梁，在旋翼横梁上设有一个或两个电机座，电机座内安装电机，当有两个电机座时，两个电机的轴一个朝上一个朝下安装，电机的轴上安装旋翼；旋翼横梁的端部设有两个X轴头机构；旋翼外梁上设有两个与旋翼横梁上的X轴头机构相匹配的X轴承，其中一个X轴承处设有一个X轴电机和X轴传动减速装置,所述X轴电机为步进电机，通过旋翼横梁的X轴头机构和旋翼外梁的X轴承将旋翼横梁及装配其上的子系统装配入旋翼外梁中，所述X轴传动减速装置将X轴电机和旋翼横梁上的其中一个X轴头机构连接，所述X轴电机控制旋翼横梁及安装在旋翼横梁上的子系统绕着旋翼横梁所在的X轴旋转；所述旋翼外梁上还设有两个Y轴头机构,所述Y轴头机构位于Y轴轴线上，所述Y轴头机构与无人机机身上的Y轴承连接，所述Y轴头机构通过设置在无人机机身上的Y轴传动减速装置与无人机机身上的一个Y轴电机连接，所述Y轴电机为步进电机，所述Y轴电机控制所述旋翼外梁及装配在旋翼外梁上的子系统绕着Y轴头机构所在的Y轴旋转。2.根据权利要求1所述的一种旋翼控制机构，其特征在于，所述旋翼外梁有多种简化结构，包括：所述旋翼控制机构的旋翼外梁只设一个X轴承，旋翼横梁只设一个X轴头机构；或者所述旋翼控制机构的旋翼外梁只设有一个Y轴头机构；或者所述旋翼控制机构的旋翼外梁只设一个X轴承和一个Y轴头机构，旋翼横梁只设一个X轴头机构。3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种旋翼控制机构，其特征在于，所述旋翼横梁上设有一个旋翼防护框，所述旋翼防护框的上下两面均覆盖一个网状盖板，所述旋翼防护框和两个网状盖板围合成一个防护围栏，将旋翼包裹其中。4.一种双旋翼无人机，其特征在于，包括一套旋翼控制机构、两副旋翼和机身，所述旋翼控制机构在空间上绕着一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超峰，
申请(专利权)人：杨超峰，
类型：发明
国别省市：广东;44