一种无人机旋翼结构以及无人机飞行器的制作方法

本实用新型涉及无人飞行器技术领域，特别涉及一种无人机旋翼结构以及无人机飞行器。

背景技术：

目前单旋翼无人机一般采用自动倾斜盘来实现无人机的转向，自动倾斜盘由上下两个部分组成，上盘随旋翼旋转，下盘不随旋翼转动，上盘通过轴承安装于下盘，上盘能够相对下盘旋转，下盘带动上盘倾斜运动，上盘通过连杆使旋翼叶片周期变距以实现直升机的转向。上述结构为实现下盘单方向往复倾斜，一般需要两个围绕下盘周向均布的推杆相互配合实现，要实现周向上的周期变距则要四个围绕下盘周向均布的推杆相互配合来实现，增加了结构及控制逻辑的复杂性。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的核心之一在于提供一种无人机旋翼结构，以达到简化旋翼调整结构及控制逻辑的目的。

本实用新型的另一核心在于提供一种基于上述无人机旋翼结构的无人机飞行器。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种无人机旋翼结构，包括：

十字盘连接组件，包括十字倾斜盘、关节轴承以及支架，所述关节轴承的外圈嵌装于所述支架，所述十字倾斜盘与所述关节轴承的内圈固连；

动力连杆组件，所述动力连杆组件输出端与所述十字倾斜盘可转动连接，用于驱动所述十字倾斜盘相对于所述支架摆动；

旋翼组件，包括主旋翼以及用于驱动所述主旋翼转动的驱动装置，所述驱动装置设置于所述十字倾斜盘。

优选地，所述支架的一侧设置有限位滑槽，所述十字倾斜盘一侧的限位杆与所述限位滑槽配合以限制所述十字倾斜盘的摆动幅度及摆动方向。

优选地，所述动力连杆组件包括第一舵机、第一摆臂以及连杆，所述第一舵机的输出端通过所述第一摆臂与所述连杆的第一端可转动连接，所述连杆的第二端与所述十字倾斜盘可转动连接。

优选地，所述第一摆臂与所述连杆之间通过第一球头螺钉连接，所述第一球头螺栓的球头端嵌装于所述连杆第一端的球形槽，所述第一球头螺栓的螺纹端与所述第一摆臂螺接；所述连杆与所述十字倾斜盘之间通过第二球头螺钉连接；所述第二球头螺栓的球头端嵌装于所述连杆第二端的球形槽，所述第二球头螺钉的螺纹端与所述十字倾斜盘螺接。

优选地，所述连杆为可伸缩结构。

优选地，所述关节轴承的外圈与所述支架间隙配合，且所述关节轴承的外圈通过多个周向均布并与所述支架螺接的调节紧固螺钉夹紧于所述支架。

一种无人机飞行器，包括：

机身；

如上任意一项所述的无人机旋翼结构，所述动力连杆组件的固定端以及所述十字盘连接组件的支架分别与所述机身连接。

优选地，还包括设置于所述机身的主旋翼反扭力抵消装置。

优选地，所述主旋翼反扭力抵消装置包括扰流板组件，所述扰流板组件包括：

一侧与所述机身可转动连接的扰流板；

第二舵机以及第二摆臂，所述第二摆臂的一端与所述第二舵机的输出端连接，所述第二摆臂的另一端与所述扰流板的另一侧可转动连接。

优选地，所述主旋翼反扭力抵消装置包括辅助旋翼组件，所述辅助旋翼组件包括第三舵机以及连接于所述第三舵机输出端的辅助旋翼，所述第三舵机设置于所述机身。

为实现上述目的，本实用新型提供的无人机旋翼结构，包括十字盘连接组件、动力连杆组件以及旋翼组件，其中，十字盘连接组件包括十字倾斜盘、关节轴承以及支架，关节轴承的外圈嵌装于支架，十字倾斜盘与关节轴承的内圈固连，关节轴承的滑动接触表面是外圈的内球面和内圈的外球面，运动时内圈可相对于外圈在任意角度旋转摆动，支架用于设置于无人机飞行器的机身；动力连杆组件的输出端与十字倾斜盘可转动连接，用于驱动十字倾斜盘相对于支架摆动，动力连杆组件的固定端连接于无人机飞行器；旋翼组件包括主旋翼以及驱动装置，驱动装置用于驱动主旋翼转动，驱动装置设置于十字倾斜盘；

上述无人机旋翼结构通过十字倾斜盘带动整个旋翼组件相对于无人机飞行器摆动，由于十字倾斜盘直接通过关节轴承设置于支架，则若要实现十字倾斜盘单方向的往复摆动仅需设置一个动力连杆组件即可，若要实现十字倾斜盘周向上连续的往复摆动仅需绕十字倾斜盘周向均布三个动力连杆组件即可，相对于现有技术，旋翼结构及控制逻辑均能够得到简化，有助于控制成本，降低故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的无人机旋翼结构的轴测图；

图2为本实用新型实施例提供的无人机旋翼结构的爆炸图；

图3为本实用新型实施例提供的无人机旋翼结构的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的无人机飞行器的轴测图；

图5为本实用新型实施例提供的扰流板组件的轴测图；

图6为本实用新型实施例提供的辅助旋翼组件的轴测图；

图7为本实用新型实施例提供的机身的轴测图；

图8为本实用新型实施例提供的机身的爆炸图；

图9为本实用新型实施例提供的机身与电池的装配图；

图10为本实用新型实施例提供的回转结构的轴测图；

图11为本实用新型实施例提供的Y向回转结构的轴测图；

图12为本实用新型实施例提供的Y向回转结构的剖视图；

图13为本实用新型实施例提供的X向回转结构的剖视图；

图14为本实用新型实施例提供的防护罩的轴测图。

图中：

10为旋翼组件；110为主旋翼；120为驱动装置；20为十字盘连接组件； 210为十字倾斜盘；211为伸出轴；212为限位杆；213为配合杆；220为关节轴承；230为支架；231为调节紧固螺钉；232/234为安装螺栓；233为安装盘； 235为限位滑槽；30为动力连杆组件；310为第一舵机；320为第一摆臂；330 为连杆；331为第二球头螺钉钉；332为第一球头螺；40为扰流板组件；410 为扰流板；420为第二摆臂；430为第二舵机；50为安装杆；60为辅助旋翼组件；610为第三舵机；620为辅助旋翼；70为机身；710为左壳体；720为右壳体；730为控制器；740为安装支架；750为电池；760为上安装夹板；770为下安装夹板；780为隔离柱；80为X向回转机构；810为环体；820为转动接头；821为第一环体连接部；822为X向轴承；823为第一轴承套筒； 824为X向轴承压盖；90为Y向回转机构；910为第二环体连接部；920为第二轴承套筒；930为Y向轴承；940为支撑垫层；100为防护罩；1010为连接杆；1020为连接件。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图3，图1为本实用新型实施例提供的无人机旋翼结构的轴测图，图2为本实用新型实施例提供的无人机旋翼结构的爆炸图，图3为本实用新型实施例提供的无人机旋翼结构的剖视图。

本实用新型实施例提供的一种无人机旋翼结构，包括十字盘连接组件20、动力连杆组件30以及旋翼组件10。

其中，十字盘连接组件20包括十字倾斜盘210、关节轴承220以及支架 230，关节轴承220的外圈嵌装于支架230，十字倾斜盘210与关节轴承220 的内圈固连，关节轴承220的滑动接触表面是外圈的内球面和内圈的外球面，运动时内圈可相对于外圈在任意角度旋转摆动，支架230用于设置于无人机飞行器的机身70；动力连杆组件30的输出端与十字倾斜盘210可转动连接，用于驱动十字倾斜盘210相对于支架230摆动，动力连杆组件30的固定端连接于无人机飞行器；旋翼组件10包括主旋翼110以及驱动装置120，驱动装置120用于驱动主旋翼110转动，驱动装置120设置于十字倾斜盘210。

与现有技术相比，本实用新型提供的无人机旋翼结构，通过十字倾斜盘 210带动整个旋翼组件10相对于无人机飞行器摆动，由于十字倾斜盘210直接通过关节轴承220设置于支架230，则若要实现十字倾斜盘210单方向的往复摆动仅需设置一个动力连杆组件30即可，若要实现十字倾斜盘210周向上连续的往复摆动仅需绕十字倾斜盘210周向均布三个动力连杆组件30即可，相对于现有技术，旋翼结构及控制逻辑均能够得到简化，有助于控制成本，降低故障率。

作为优选地，如图2和图3所示，支架230的一侧设置有限位滑槽235，十字倾斜盘210一侧的限位杆212与限位滑槽235配合以限制十字倾斜盘210 的摆动幅度及摆动方向，以使十字倾斜盘210的倾斜摆动更稳定可靠。

进一步地，十字倾斜盘210底部设置有具有螺纹孔的配合杆213，配合杆 213穿过关节轴承220的内圈与安装盘233通过安装螺栓234连接以从关节轴承220的内圈的两侧将关节轴承220的内圈夹紧，实现十字倾斜盘210与关节轴承220内圈的连接。

为便于与动力连杆组件30连接，十字倾斜盘210的侧边可形成向外伸出的伸出轴211，十字倾斜盘210通过伸出轴211与动力连杆组件30连接。

动力连杆组件30用于使十字倾斜盘210一侧边缘上升或者下降以实现十字倾斜盘210的倾斜，动力连杆组件30可包括活塞缸，或者直线电机，或者旋转电机与传动机构配合的结构，具体地，在本实用新型实施例中，采用无人机飞行器领域常用的重量轻、体积小的舵机与连杆330结构相配合的结构作为动力连杆组件30，如图2和图3所示，动力连杆组件30包括第一舵机 310、第一摆臂320以及连杆330，第一舵机310的输出端通过第一摆臂320 与连杆330的第一端可转动连接，连杆330的第二端与十字倾斜盘210可转动连接，在使用时，第一舵机310的输出端带动第一摆臂320上下摆动，连杆330随第一摆臂320的上下摆动而带动十字倾斜盘210一侧边缘升降。

可以理解的是，当连杆330随第一摆臂320运动时，连杆330与第一摆臂320之间的夹角以及连杆330与十字倾斜盘210之间的夹角也随之变化，为适应这种变化，在本实用新型实施例中，第一摆臂320与连杆330之间通过第一球头螺钉332连接，第一球头螺栓的球头端嵌装于连杆330第一端的球形槽，第一球头螺栓的螺纹端与第一摆臂320螺接；连杆330与十字倾斜盘210之间通过第二球头螺钉331连接；第二球头螺栓的球头端嵌装于连杆 330第二端的球形槽，第二球头螺钉331的螺纹端与十字倾斜盘210的伸出轴 211上的螺纹孔螺接。

进一步优化上述技术方案，连杆330为长度可以调整的可伸缩结构。

关节轴承220的外圈与支架230的轴承安装腔之间采用间隙配合，以便于将关节轴承220安装于支架230，在此情况下为避免关节轴承220脱离支架 230，可通过调节紧固螺钉231将关节轴承220紧固于支架230，即调节紧固螺钉231与支架230螺接，通过向支架230上安装有关节轴承220的轴承安装腔内旋入调节紧固螺钉231将关节轴承220压紧，同时为保证关节轴承220 与支架230的轴承安装腔同轴，调节紧固螺钉231应当设置多个并沿周向均布，通过调整各调节紧固螺钉231的旋入深度来达到使关节轴承220与支架 230的轴承安装腔同轴的目的。

作为优选地，为便于调节紧固螺钉231与关节轴承220的外圈配合，可在关节轴承220的外圈的外周面上开设环形限位槽，利用该环形限位槽与调节紧固螺钉231的端部卡接限位，使关节轴承220与支架230的连接更为稳固。

上述调节紧固螺钉231为无头螺钉，在装配完成后，无头螺钉完全旋入支架230中无外露，外观更加整洁。

基于上述无人机旋翼结构，本实用新型实施例还提供了一种无人机飞行器，请参阅图4，该无人机飞行器包括机身70以及上述实施例中的无人机旋翼结构，其中，机身70用于承载控制无人机飞行器飞行姿态及高度的控制器 730以及向用电器提供电能的电源；无人机旋翼结构的动力连杆组件30的固定端以及十字盘连接组件20的支架230分别与机身70连接，由于上述无人机飞行器采用了上述实施例中的无人机旋翼结构，因此，无人机飞行器的有益效果请参考上述实施例。

如图4所示的实施例中，无人机飞行器的无人机旋翼结构采用三个动力连杆组件30的结构，三个动力连杆组件30周向均布，形成对十字倾斜盘210 的三点支撑，从而在带动十字倾斜盘210周向上连续的往复摆动的同时，对十字倾斜盘210提供稳定支撑，保证其在摆动状态和静止状态的稳定。

可以理解的是，主旋翼110旋转时会产生旋转方向相反的反扭力，使得机身70向相反的方向旋转，为了抵消反扭力，需在机身70上安装主旋翼110 反扭力抵消装置，以在飞行过程中抵消主旋翼110旋转时产生的反扭力，使无人机飞行器的机身70保持稳定。

作为优选地，主旋翼110反扭力抵消装置包括扰流板组件40以及辅助旋翼组件60中的至少一个，即主旋翼110反扭力抵消装置可以包括扰流板组件 40以及辅助旋翼组件60中的一个，也可以同时包括扰流板组件40以及辅助旋翼组件60。

请参阅图5，在本实用新型实施例中，扰流板组件40包括扰流板410、第二舵机430以及第二摆臂420，其中，扰流板410的一侧与机身70可转动连接，可相对于机身70偏转；第二摆臂420为L形摆臂，其一端与第二舵机 430的输出端连接，另一端与扰流板410的另一侧可转动连接，在应用时，第二舵机430的输出端带动第二摆臂420摆动，第二摆臂420推动扰流板410 的另一侧相对于机身70摆动。

如图5所示，上述扰流板组件40通过安装杆50安装于机身70一侧。

更进一步地，上述第二摆臂420为分体式结构，包括摆臂主体以及撑杆，摆臂主体的第一端连接于第二舵机430的输出端，撑杆的两端分别与摆臂主体的第二端以及扰流板410可转动连接，以使扰流板410能够以更大的幅度摆动。

辅助旋翼组件60为主旋翼110反扭力抵消装置另一种实施方案，辅助旋翼组件60与目前直升机上使用的尾部旋翼作用相同，都是用于向机身70提供一个与主旋翼110作用在机身70上的反扭力方向相反的推力以使机身70 保持稳定，并通过控制辅助旋翼组件60提供的推力实现机身70原地转动，在本实用新型实施例中，如图6所示，辅助旋翼组件60包括第三舵机610以及辅助旋翼620，辅助旋翼620连接于第三舵机610的输出端，第三舵机610 设置于机身70。

作为优选地，辅助旋翼组件60通过安装杆50设置于机身70一侧。

具体至图4所示实施例，主旋翼110反扭力抵消装置同时包括扰流板组件40以及辅助旋翼组件60，安装杆50设置于机身70且其两端分别向机身 70两侧伸出，扰流板组件40以及辅助旋翼组件60分别安装于机身70两侧的安装杆50上。

为尽量减少机身70对旋翼气流的遮蔽、干扰，机身70竖直地布置在上述无人机旋翼结构的下方，且尽量减小横截面积，以让出旋翼的有效工作范围，具体地，请参阅图7和图8，在本实用新型实施例中，机身70包括左壳体710、右壳体720以及控制器730，左壳体710与右壳体720连接并围成腔体，控制器730设置于腔体中，控制器730用于控制无人机旋翼结构以及主旋翼110反扭力抵消装置按照预定指令动作。

作为一个优选地，可在十字倾斜盘210的伸出轴211上设置惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)，利用IMU实时检测十字倾斜盘210 的姿态，并将相关数据传递至控制器730，控制器730根据接收到的数据对十字倾斜盘210进行调整。

进一步优化上述技术方案，无人机飞行器还包括连接于机身70的外挂设备，无人机可通过外挂设备进行功能上的扩展，比如，可通过外挂摄像设备，进行航拍、测绘等作业，也可通过外挂电池750，增加续航时间，外挂设备可以直接安装于无人机机身70外，也可以通过安装支架230间接地安装于无人机机身70。

可以理解的是，外挂设备并不局限于上述的摄像设备以及电池750，外挂设备还可以为定位模块、云台或者其他设备。

如图9所示，该外挂设备为电池750，电池750上下两侧分别设置有上安装夹板760以及下安装夹板770，上安装夹板760与下安装夹板770的两侧通过隔离柱780连接将电池750夹紧，然后通过上安装夹板760与机身70底部连接。

为避免隔离柱780碰伤电池750，可在隔离柱780外周面上包裹弹性垫。

进一步地，外挂设备还包括气压计，为避免气压计受到旋翼气流的影响，应将气压计设置在无人机机身70远离旋翼的底部或电池750上，以保证气压计对空气压力检测的准确性。

为避免旋翼伤人，同时为无人机飞行器提供保护，如图4所示，在本实用新型实施例中，无人机飞行器还包括防护罩100以及回转机构，无人机飞行器通过回转机构设置于防护罩100内，防护罩100能够将无人机飞行器包裹其中，进行全方位的防护，能够抵挡各个方向上的碰撞，同时防护罩100 可通过回转机构相对于无人机飞行器转动以抵消碰撞带来的冲击，降低碰撞对无人机飞行器的影响，使其保持姿态的稳定，继续飞行，避免跌落、炸机等事故的发生。

作为优选地，回转机构包括Z向回转机构、X向回转机构80以及Y向回转机构90中的至少一个，上述Z向回转机构、X向回转机构80以及Y向回转机构90与本申请人在申请号201821028636.7中公开的回转结构基本类似，Z向回转机构的回转轴线为三维坐标系的Z轴，Z轴同时也是无人机的航向轴， X向回转机构80的回转轴线为三维坐标系的X轴，Y向回转机构90的回转轴线为三维坐标系的Y轴。

进一步优化上述技术方案，回转机构至少包括X向回转机构80以及Y 向回转机构90。

具体地，如图10所示，X向回转机构80包括可相对于防护罩100转动的回转环，该回转环包括环体810以及两个在环体810上间隔180°设置的转动接头820，该转动接头820一端与环体810连接，另一端与防护罩100连接，且连接接头的两端之间能够相对转动，转动接头820包括第一环体810连接部、防护罩连接部以及X向轴承822，第一环体810连接部与防护罩连接部通过X向轴承822转动连接。

如图13所示，为便于对X向轴承822进行固定，在本实用新型实施例中，防护罩连接部由两部分构成，包括第一轴承套筒823以及X向轴承压盖824，第一轴承套筒823内形成有台阶孔，X向轴承822装设于台阶孔的大端，X 向轴承压盖824的端面与第一轴承套筒823台阶孔内的台阶面将X向轴承822 的外圈夹紧，X向轴承822内圈上的螺杆从第一轴承套筒823台阶孔内伸出与第一环体810连接部螺接。

Y向回转机构90包括第二环体810连接部、第二轴承套筒920、回转杆以及Y向轴承930，第二轴承套筒920内形成有台阶孔，Y向轴承930装设于第二轴承套筒920的台阶孔的大端，回转杆的端部插入第二轴承套筒920 的台阶孔的大端将Y向轴承930的外圈压紧在台阶孔的台阶面上，Y向轴承 930的内圈上的螺杆从第二轴承套筒920内伸出与第二环体810连接部螺接。

进一步地，在本实用新型实施例中，回转杆与上述的用于安装主旋翼110 反扭力抵消装置的安装杆50为同一结构；当然，回转杆也可以与安装杆50 为不同的构件分别设置。

上述回转杆与第二轴承套筒920之间通过螺栓锁紧，为便于安装，螺栓与第二轴承套筒920上的安装孔为间隙配合，导致回转杆容易发生轴向窜动，为避免回转杆轴向窜动的发生，在本实用新型实施例中，回转杆的端部与Y 向轴承930之间设置有支撑垫层940。

防护罩100与本申请人在申请号201821028636.7中公开的防护罩100结构基本类似，具体地，防护罩100为由多个连接杆1010以及多个连接件1020 相互连接而成球形的网状结构。上述X向回转机构80的防护罩连接部的第一轴承套筒823与X向轴承压盖824之间形成用于与连接杆1010配合的插槽以使防护罩连接部与防护罩100连接。

受限于无人机重量和尺寸的要求，此专利中X向回转装置、Y向回转装置以及Z向回转装置使用的轴承均为微型滚珠轴承；如制作更大尺寸、更大重量的飞机时，可选用圆锥滚子轴承，成对使用，提高轴承的轴向受力能力。

进一步优化上述技术方案，在本实用新型实施例中，至少与回转机构配合连接的连接杆1010采用柔韧材料制成，比如PA材质，其余的连接杆1010 采用硬质材料制成。防护罩100上的连接杆1010采用软硬结合的方式，硬度好的连接杆1010，用于保证整个防护罩100的刚性，受力后变形小，充分实现对无人机的保护；在与回转机构配合连接的支撑点处，使用相对较软、具备一定变形能力、韧性好不易折断的连接杆1010，通过变形吸收部分冲击力，将冲击力尽可能多的释放，减少传递到中部飞机上的力，保证飞机姿态的稳定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。