多自由度的旋翼系统、防止缠线的旋翼系统及无人机技术方案

本发明专利技术涉及一种多自由度的旋翼系统，它包括螺旋桨和旋转驱动装置、安装支架、第一舵机、第二舵机和机臂，第一舵机通过安装支架与旋转驱动装置相连，并用于驱动旋转驱动装置绕X方向转动；第二舵机通过机臂与第一舵机相连，并用于驱动第一舵机绕Y方向转动；其中，X方向和Y方向相互成垂直设置，Y方向为机臂的长度方向。故本发明专利技术增加了螺旋桨绕X方向转动和绕Y方向转动的自由度，自由度多，机动性更好。本发明专利技术还涉及一种防止缠线的旋翼系统，以解决现有技术中的容易缠线的技术问题。本发明专利技术还涉及一种无人机，以解决现有技术中的机动性差且续航能力不足的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
多自由度的旋翼系统、防止缠线的旋翼系统及无人机
本专利技术涉及飞行器
，尤其是涉及一种多自由度的旋翼系统、防止缠线的旋翼系统及无人机。
技术介绍
现如今，无人机中应用最广泛的是四旋翼构型无人机，它利用电机驱动螺旋桨带动飞行器飞行，利用各螺旋桨的转速差来实现前飞，倒飞，左右转弯等各种飞行姿态。飞行器下方一般挂载各种功能设备，如摄像机，热感应器等，设备需与云台连接，以实现各角度全方位的监控视野。它在运动时通过同时增减电机的转速来调节升力大小，从而可以在竖直方向上运动，若想可以在水平方向上运动，则必须通过倾斜机身来获得水平方向上的力，从而推动机体前进。显然，这样的前进运动方式是低效率的。整个机体模型中可控参量小于运动自由度，因而是欠驱动的的设想翼机。故现有的无人机要在飞行时要调整位置时必须要调整姿态，例如必须侧倾机身才能实现前进、后退或转向动作，因而降低了其可操纵性和灵敏性；且它运动姿态的改变依靠螺旋桨的转速差来实现，使得无人机的机动性一般，改变航向的响应时间慢，续航能力不足，且挂载的设备必须借助云台才能实现全方位的监控视野；另外此种无人机在进行平飞时，需要依靠机身倾斜来产生前进方向上的水平分力，因而势必会产生在飞行方向上的机身投影面积，当飞行速度增大或有其他气流扰动干扰时，会增大机身阻力，使得能量消耗较大，续航能力不足。且现有无人机的旋翼系统，只具有螺旋桨绕自身轴线方向旋转的自由度，自由度少。另外，电线容易缠绕在螺旋桨上，影响螺旋桨的转动，甚至造成无人机坠落。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多自由度的旋翼系统，以解决现有技术中的自由度少的技术问题。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种多自由度的旋翼系统，包括螺旋桨和用于驱动所述螺旋桨绕自身轴线方向旋转的旋转驱动装置，还包括安装支架、第一舵机、第二舵机和机臂，所述第一舵机通过所述安装支架与所述旋转驱动装置相连，并用于驱动所述旋转驱动装置绕X方向转动；所述第二舵机通过所述机臂与所述第一舵机相连，并用于驱动所述第一舵机绕Y方向转动；其中，所述X方向和所述Y方向相互成垂直设置，所述Y方向为所述机臂的长度方向。其中,旋转驱动装置包括但不限于电机。本专利技术通过设置第一舵机带动安装支架旋转，从而驱动旋转驱动装置即螺旋桨绕X方向转动；再通过设置第二舵机带动机臂旋转，从而驱动第一舵机绕Y方向转动，即可令螺旋桨绕Y方向转动。故本专利技术增加了螺旋桨绕X方向转动和绕Y方向转动的自由度，自由度多，机动性更好。作为优选，所述机臂为管型，且通过连接件与所述第一舵机固接，所述连接件包括相互连接的U形支架和管夹，所述的第一舵机夹设在所述U形支架开口两端部之间，所述管夹套设在所述机臂外。机臂为管型，即其内为中空设置，减轻了本专利技术的重量，提高本专利技术的机动性和续航能力。机臂包括但不限于碳纤长管。连接件由U形支架和管夹组成，结构精简且稳固性好。其中，U形支架开口两端部之间的对称轴线与管夹的轴线成重合设置，使得本专利技术在未开启第一舵机即沿X方向的倾斜角度为0°时，保证第一舵机、旋转驱动装置和螺旋桨的平稳设置；也减小了第一舵机、旋转驱动装置和螺旋桨的重力对本专利技术停止转动后姿态保持平稳的影响。其中，机臂可为伸缩设置，或折叠设置，减小本专利技术在不使用状态时其所占空间，方便收纳。作为优选，所述安装支架为U形，且所述的第一舵机通过第一舵机圆盘夹设在所述安装支架开口两端部之间，所述安装支架开口两端部与所述U形支架开口两端部成平行或者垂直设置。第一舵机圆盘的设置，不仅用于传递第一舵机的摆幅，还可以利用其自身的厚度令安装支架开口两端部与U形支架开口两端部成平行或者垂直设置，即均不在同一平面上，从而使得安装支架的旋转角度不受U形支架影响，从而令本专利技术结构更为精简，机动性更好。作为优选，所述U形支架开口两端部上设有第二限位块，所述第二限位块在所述安装支架旋转后能与所述安装支架相抵。第二限位块的设置，用于限制安装支架的旋转角度即螺旋桨绕X方向的旋转角度。则本专利技术在利用舵机的自锁性实现制动的基础上，再加上一道机械防护措施。需要指出的是，螺旋桨绕X方向的旋转角度范围在，可以避免螺旋桨打到机臂，影响本专利技术应用在无人机上时的飞行平稳度，造成无人机坠落的事故。其中，U形支架开口端部的厚度和第二限位块的厚度之和大于或等于第一舵机圆盘的厚度和安装支架开口端部的厚度之和，且第二限位块超过U形支架两端的长度可以为不同设置。本专利技术的目的还在于提供一种防止缠线的旋翼系统，以解决现有技术中的容易缠线的技术问题。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种防止缠线的旋翼系统，包括上述的多自由度的旋翼系统，还包括电滑环、轴承和用于安装所述轴承的轴承座，所述的第二舵机上固定有第二舵机圆盘，所述第二舵机圆盘上固接有扭转传递件，所述扭转传递件与所述轴承的内圈相抵，所述扭转传递件上设有内孔，所述的内孔内穿设有连接管，所述的连接管在穿过所述轴承后与所述机臂固定，所述电滑环套设在所述连接管外，其中，所述电滑环的旋转端子与所述连接管固接，所述电滑环上的静止端子上凸设有连接板，所述轴承座的上方设有朝向所述电滑环凸起的连接柱，所述连接板与所述连接柱固接。由于上述的多自由度的旋翼系统具有上述的技术效果，具有该旋翼系统的防止缠线的旋翼系统也具有相同的技术效果。实际应用中，由于机臂一端传动连接第二舵机，另一端连接第一舵机、旋转驱动装置和螺旋桨，故当第二舵机带动机臂旋转时，容易造成电线缠绕、打结等状况，甚至由于螺旋桨还会由第一舵机控制倾斜，造成电线缠绕螺旋桨或阻碍螺旋桨绕自身轴线方向旋转，影响本专利技术的机动性，故本专利技术通过设置电滑环和轴承，来解决这一问题，使得本专利技术的机动性更好。作为优选，所述扭转传递件的外壁上设有凸块，所述轴承支座上设有第一限位块，所述第一限位块能在所述扭转传递件旋转后与所述凸块相抵合。由于扭转传递件用于传递扭矩，故可利用第一限位块限制扭转传递件的旋转角度，达到限制机臂即限制螺旋桨绕Y方向的旋转角度的效果。本专利技术通过第一限位块和凸块的配合，实现螺旋桨绕Y方向的旋转角度限位在±90°之间，则本专利技术在利用舵机的自锁性实现制动的基础上，加上一道机械防护措施。其中，凸块可以是沿周向设置的长条形，增加其稳固性。作为优选，所述轴承座上设有轴承挡圈与所述轴承的外圈相抵，所述连接管上设有能与所述轴承内圈相抵合的凸缘，且所述凸缘与所述轴承挡圈位于所述轴承一侧，所述扭转传递件位于所述轴承的另一侧。本专利技术轴承挡圈、凸缘和扭转传递件的设置，可以使得轴承充分发挥并长期保持其应有的性能，提高其精度和使用寿命。本专利技术的目的还在于提供一种无人机，以解决现有技术中的机动性差且续航能力不足的技术问题。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种无人机，包括机架和旋翼系统，该旋翼系统为上述的多自由度的旋翼系统。由于上述的多自由度的旋翼系统具有上述的技术效果，具有该旋翼系统的无人机也具有相同的技术效果。故本专利技术可以通过改变螺旋桨倾斜的角度，即改变螺旋升面，实现无人机的前进、后退或转向动作。例如：本专利技术若要进行竖直方向上的运动，将各个旋翼均竖直向上即可，若要进行水平飞行，则可以将旋翼向所要飞行的方向适度倾转即可，而无须先倾转整个机体再飞行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多自由度的旋翼系统，包括螺旋桨和用于驱动所述螺旋桨绕自身轴线方向旋转的旋转驱动装置，其特征在于：还包括安装支架、第一舵机、第二舵机和机臂，所述第一舵机通过所述安装支架与所述旋转驱动装置相连，并用于驱动所述旋转驱动装置绕X方向转动；所述第二舵机通过所述机臂与所述第一舵机相连，并用于驱动所述第一舵机绕Y方向转动；其中，所述X方向和所述Y方向相互成垂直设置，所述Y方向为所述机臂的长度方向。

【技术特征摘要】
1.一种多自由度的旋翼系统，包括螺旋桨和用于驱动所述螺旋桨绕自身轴线方向旋转的旋转驱动装置，其特征在于：还包括安装支架、第一舵机、第二舵机和机臂，所述第一舵机通过所述安装支架与所述旋转驱动装置相连，并用于驱动所述旋转驱动装置绕X方向转动；所述第二舵机通过所述机臂与所述第一舵机相连，并用于驱动所述第一舵机绕Y方向转动；其中，所述X方向和所述Y方向相互成垂直设置，所述Y方向为所述机臂的长度方向。2.根据权利要求1所述的多自由度的旋翼系统，其特征在于：所述机臂为管型，且通过连接件与所述第一舵机固接，所述连接件包括相互连接的U形支架和管夹，所述的第一舵机夹设在所述U形支架开口两端部之间，所述管夹套设在所述机臂外。3.根据权利要求2所述的多自由度的旋翼系统，其特征在于：所述安装支架为U形，且所述的第一舵机通过第一舵机圆盘夹设在所述安装支架开口两端部之间，所述安装支架开口两端部与所述U形支架开口两端部成平行或者垂直设置。4.根据权利要求3所述的多自由度的旋翼系统，其特征在于：所述U形支架开口两端部上设有第二限位块，所述第二限位块在所述安装支架旋转后能与所述安装支架相抵。5.一种防止缠线的旋翼系统，包括权利要求1至4任一项所述的多自由度的旋翼系统，其特征在于：还包括电滑环、轴承和用于安装所述轴承的轴承座，所述的第二舵机上固定有第二舵机圆盘，所述第二舵机圆盘上固接有扭转传递件，所述扭转传递件与所述轴承的内圈相抵，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，朱张赈，李平，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33