一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机

本发明涉及无人机的，尤其涉及一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机。

背景技术：

1、矢量旋翼无人机是一种有独特构型的飞行器。它含有两个或更多的旋翼，这些旋翼可以在飞行的过程中改变其控制角度，使无人机能够实现垂直起降，悬停，以及水平飞行。矢量旋翼无人机不同于常规的旋翼无人机，它在移动的过程中可以不用改变无人机机身的姿态，通过倾转旋翼来实现水平方向上的位移，并可以单独控制飞行器的位置和姿态。

2、在现有的技术中矢量旋翼无人机控制旋翼的倾转电机过多，大多数常常是每个旋翼都有一个或两电机单独控制，这样会造成电机利用率下降以及飞行器不必要的增重。也有尝试用特殊传动结构去减少倾转电机的数量，但旋翼倾转的范围会受结构的限制从而不能实现大角度的倾转。机械传动机构的增加也会使倾转机构精度下降。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，本发明能够精确完成旋翼的倾转控制，进而获得更快的响应速度，提高了无人机飞行的机动性。

2、为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，包括机身单元、旋翼机臂单元、旋翼单元和倾转支架单元，旋翼机臂单元有两个，分别设置在机身单元的前端和后端，且旋翼机臂单元左端和右端均伸出至机身单元的左右两侧之外，每个旋翼机臂单元均包括外置旋翼机臂、内置旋翼机臂、第二倾转电机以及传动装置，两个旋翼机臂单元共用一个第一倾转电机，外置旋翼机臂为中空臂，内置旋翼机臂同轴置于外置旋翼机臂内腔中，外置旋翼机臂和内置旋翼机臂之间通过轴承可转动连接，第一倾转电机通过传动装置同时与两个旋翼机臂单元的外置旋翼机臂传动连接，第一倾转电机能带动外置旋翼机臂转动，第二倾转电机安装在外置旋翼机臂上，第二倾转电机与内置旋翼机臂传动连接，第二倾转电机能带动内置旋翼机臂转动，倾转支架单元包括前后倾转支架和左右倾转支架，左右倾转支架可转动地安装在前后倾转支架上，前后倾转支架与外置旋翼机臂固定连接，左右倾转支架与内置旋翼机臂传动配合，旋翼单元安装在左右倾转支架上，外置旋翼机臂能带动倾转支架单元前后转动，内置旋翼机臂能带动左右倾转支架左右转动，旋翼单元用于为无人机结构提供升力。

4、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

5、上述的机身单元内安装有控制器、电源、定位模块和信号传输模块，控制器分别与第一倾转电机、第二倾转电机和旋翼单元连接，并控制第一倾转电机、第二倾转电机和旋翼单元的运作，电源分别与控制器、定位模块、信号传输模块、第一倾转电机、第二倾转电机和旋翼单元连接并为之供电，定位模块用于定位无人机结构位置，定位模块和控制器分别与信号传输模块连接，定位模块和控制器能通过信号传输模块向外界发送信息或接收信息。

6、上述的机身单元由机身上板、机身下板、侧板合围而成。

7、上述的传动装置有两个，每个传动装置均包括主动轮、从动轮和传动带，第一倾转电机固定安装在机身单元内，主动轮的轮轴与第一倾转电机的电机轴传动连接，从动轮同轴固定安装在外置旋翼机臂上，传动带绕在主动轮和从动轮上，第一倾转电机能同时带动两个传动装置的主动轮转动。

8、上述的倾转支架单元还包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，第一锥齿轮的轮轴与内置旋翼机臂端部固定连接，第二锥齿轮的轮轴与左右倾转支架固定连接，第一锥齿轮和第二锥齿轮咬合配合，第一锥齿轮的轮轴与第二锥齿轮的轮轴相互垂直。

9、上述的旋翼单元包括旋翼电机和旋翼，旋翼电机固定在左右倾转支架上，旋翼电机的电机轴与旋翼传动连接。

10、上述的机身单元包括起落架，起落架固定在机身下板下侧面。

11、上述的起落架包括架主体和减震块，减震块固定在架主体下端，架主体与机身下板固定连接。

12、上述的内置旋翼机臂带动左右倾转支架左右转动的角度为-40°至40°。

13、上述的外置旋翼机臂包括左右分离的两段，这两段之间通过结构件相互连接，第二倾转电机固定在结构件上，第二倾转电机与两段外置旋翼机臂之间露出的内置旋翼机臂部分传动配合。

14、本发明具有以下优点：

15、本发明使用了三个电机控制无人机飞行姿势，其中两个第二倾转电机控制四个旋翼左右方向的同步倾转(以无人机头部为前方，无人机尾部为后方)，一个第一倾转电机控制四个旋翼前后方向的同步倾转，这使得电机的利用率高，一个电机可以控制两个或四个旋翼电机的倾转，减轻了无人机的重量以及降低了无人机的能耗。

16、相比于传统四旋翼，本发明在飞行的过程中可以靠倾转旋翼实现水平方向上的位移，而不是通过控制姿态实现水平位移，无人机的飞行稳定性和机动性要更加优越。

17、本发明的传动方案为同步带传动和锥齿轮传动，同步带和锥齿轮能保证很高的传动精度，能去除因机械传动带来的间隙和误差。同时为了减少因传动机构多带来的累计误差，本发明只采用了一级的传动，不同电机分别连接锥齿轮和同步带然后驱动倾转机构。能够更精确的完成倾转任务并且响应迅速。

18、本发明矢量无人机旋翼机臂单元分别设置在机身单元的前端和后端，采用“工字型”布局，在无人机单独的姿态控制中每个电机都可以发挥功能，相比于“十字型”布局电机的利用效率大大提高，同时无人机的倾转角度前后方向上没有限制，在左右方向上范围为-40°到40°。可以良好的实现矢量无人机的倾转性能，保证飞无人机的高机动性。

技术特征：

1.一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，其特征是：包括机身单元(1)、旋翼机臂单元(2)、旋翼单元(3)和倾转支架单元(4)，所述的旋翼机臂单元(2)有两个，分别设置在机身单元(1)的前端和后端，且旋翼机臂单元(2)左端和右端均伸出至机身单元(1)的左右两侧之外，每个所述的旋翼机臂单元(2)均包括外置旋翼机臂(21)、内置旋翼机臂(22)、第二倾转电机(24)以及传动装置(25)，两个旋翼机臂单元(2)共用一个第一倾转电机(23)，所述的外置旋翼机臂(21)为中空臂，内置旋翼机臂(22)同轴置于外置旋翼机臂(21)内腔中，所述的外置旋翼机臂(21)和内置旋翼机臂(22)之间通过轴承可转动连接，所述的第一倾转电机(23)通过传动装置(25)同时与两个旋翼机臂单元(2)的外置旋翼机臂(21)传动连接，所述的第一倾转电机(23)能带动外置旋翼机臂(21)转动，所述的第二倾转电机(24)安装在外置旋翼机臂(21)上，第二倾转电机(24)与内置旋翼机臂(22)传动连接，所述的第二倾转电机(24)能带动内置旋翼机臂(22)转动，所述的倾转支架单元(4)包括前后倾转支架(41)和左右倾转支架(42)，所述的左右倾转支架(42)可转动地安装在前后倾转支架(41)上，所述的前后倾转支架(41)与外置旋翼机臂(21)固定连接，所述的左右倾转支架(42)与内置旋翼机臂(22)传动配合，所述的旋翼单元(3)安装在左右倾转支架(42)上，所述的外置旋翼机臂(21)能带动倾转支架单元(4)前后转动，内置旋翼机臂(22)能带动左右倾转支架(42)左右转动，所述的旋翼单元(3)用于为无人机结构提供升力。

2.根据权利要求1所述的一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，其特征是：所述的机身单元(1)内安装有控制器、电源、定位模块和信号传输模块，所述的控制器分别与第一倾转电机(23)、第二倾转电机(24)和旋翼单元(3)连接，并控制第一倾转电机(23)、第二倾转电机(24)和旋翼单元(3)的运作，所述的电源分别与控制器、定位模块、信号传输模块、第一倾转电机(23)、第二倾转电机(24)和旋翼单元(3)连接并为之供电，所述的定位模块用于定位无人机结构位置，定位模块和控制器分别与信号传输模块连接，所述的定位模块和控制器能通过信号传输模块向外界发送信息或接收信息。

3.根据权利要求1所述的一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，其特征是：所述的机身单元(1)由机身上板(11)、机身下板(12)、侧板(13)合围而成。

4.根据权利要求1所述的一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，其特征是：所述的传动装置(25)有两个，每个传动装置(25)均包括主动轮(25a)、从动轮(25b)和传动带(25c)，第一倾转电机(23)固定安装在机身单元(1)内，所述的主动轮(25a)的轮轴与第一倾转电机(23)的电机轴传动连接，所述的从动轮(25b)同轴固定安装在外置旋翼机臂(21)上，所述的传动带(25c)绕在主动轮(25a)和从动轮(25b)上，所述的第一倾转电机(23)能同时带动两个传动装置(25)的主动轮(25a)转动。

5.根据权利要求4所述的一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，其特征是：所述的倾转支架单元(4)还包括第一锥齿轮(43)和第二锥齿轮(44)，所述的第一锥齿轮(43)的轮轴与内置旋翼机臂(22)端部固定连接，第二锥齿轮(44)的轮轴与左右倾转支架(42)固定连接，所述的第一锥齿轮(43)和第二锥齿轮(44)咬合配合，所述的第一锥齿轮(43)的轮轴与第二锥齿轮(44)的轮轴相互垂直。

6.根据权利要求1所述的一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，其特征是：所述的旋翼单元(3)包括旋翼电机(31)和旋翼(32)，所述的旋翼电机(31)固定在左右倾转支架(42)上，所述的旋翼电机(31)的电机轴与旋翼(32)传动连接。

7.根据权利要求3所述的一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，其特征是：所述的机身单元(1)包括起落架(14)，所述的起落架(14)固定在机身下板(12)下侧面。

8.根据权利要求3所述的一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，其特征是：所述的起落架(14)包括架主体和减震块，所述的减震块固定在架主体下端，架主体与机身下板(12)固定连接。

9.根据权利要求3所述的一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，其特征是：所述的内置旋翼机臂(22)带动左右倾转支架(42)左右转动的角度为-40°至40°。

10.根据权利要求1所述的一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，其特征是：所述的外置旋翼机臂(21)包括左右分离的两段，这两段之间通过结构件(26)相互连接，所述的第二倾转电机(24)固定在结构件(26)上，第二倾转电机(24)与两段外置旋翼机臂(21)之间露出的内置旋翼机臂(22)部分传动配合。

技术总结本发明公开了一种含三倾转电机的全驱动矢量四旋翼无人机，包括机身单元、旋翼机臂单元、旋翼单元和倾转支架单元，旋翼机臂单元包括外置旋翼机臂、内置旋翼机臂、第二倾转电机以及传动装置，两个旋翼机臂单元共用一个第一倾转电机，倾转支架单元包括前后倾转支架和左右倾转支架，左右倾转支架与内置旋翼机臂传动配合，旋翼单元安装在左右倾转支架上，外置旋翼机臂能带动倾转支架单元前后转动，内置旋翼机臂能带动左右倾转支架左右转动，旋翼单元用于为无人机结构提供升力。本发明能够精确完成旋翼的倾转控制，进而获得更快的响应速度，提高了无人机飞行的机动性。技术研发人员：尹辉,罗一龙,陈天翔,王宁宁,张哲硕受保护的技术使用者：湖南大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16