可翻转式四旋翼无人机的制作方法

[0001]
本发明涉及一种可翻转式四旋翼无人机。


背景技术：

[0002]
四旋翼无人机是一种具有四个螺旋桨的无人飞行器，这种无人机根据传感状态通过飞控板输出4路pwm波来控制电子调速器，进而控制无刷电机转动状态，达到飞行目的。由于四旋翼无人机体积小、使用方便，近年来已经广泛应用于军事、摄影、运输、医疗救助、侦查、监测等领域。
[0003]
然而，大多数四旋翼无人机目前的结构不能应用于某些特定的领域，不能实现双面扫描、单翼失灵后迅速恢复飞行等功能，导致其在执行摄影、侦查等任务时可能无法满足使用者的要求，为弥补以上不足，设计一种可翻转式四旋翼无人机，其在机体翻转之后可自行调整无刷电机转轴的方向，保证飞行器在翻转状态下正常飞行；且当无人机某一机翼失灵时，其可通过一对对角螺旋桨略倾斜角度以保证其动量矩平衡，使其能继续正常飞行，这一创新性设计使无人机可靠性提高，使其能在复杂环境中稳定飞行，大幅度增强无人机的实用价值。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可翻转式的无人机，该装置通过加装可翻转模块，使无人机既能正向飞行，也可在空中翻转后飞行，能大幅度提升其机动性。
[0005]
本发明的技术方案是：一种可翻转式四旋翼无人机，主要由机体、可翻转装置和动力模块组成，可翻转装置安装在机体上并与动力模块相连。动力模块包括：螺旋桨、无刷电机、电子调速器；螺旋桨安装在无刷电机的转轴上，无刷电机的底部与可翻转装置的连接块相连。可翻转装置包括连接块、舵机、轴承；连接块右端的平面与舵机转轴通过轴承连接，连接块的底座与无刷电机相连，连接块下部突出部分用于和无刷电机平衡，舵机的转动通过连接块带动无刷电机绕其转轴转动。机体主要包括：中心云台、机臂；四个机臂上分别搭载着舵机与电子调速器，并使无刷电机与可翻转装置对称分布。
[0006]
其中，所述可翻转装置的连接块有螺丝孔，将无刷电机通过螺丝固定在连接块的上端，连接块末端连接防撞网，防撞网呈扇形，其大小比螺旋桨略大，连接块的右端有一圆形平面，圆形平面上安装有一轴承，轴承外圈与机臂刚性连接，轴承内圈与舵机相连，舵机负责可翻转装置的翻转，机臂负责承重。
[0007]
所述机体中的中心云台与机臂紧密连接，机体的中心云台四周有全保护，用以保证中心云台内部其他元件正常工作。
[0008]
具体工作方式是：当无人机正向飞行时，中心云台给四个舵机发出信号，舵机保持无刷电机和螺旋桨垂直于机体平面向上，且保持不动，同时中心云台给四个电子调速器也发出信号，四个螺旋桨同时开始旋转，产生向上的升力，由于对角螺旋桨旋转方向一致，而
相邻旋转方向不同，产生的扭矩也互相抵消，当产生的升力大于重力时，无人机垂直上升，当产生的升力小于重力时，无人机垂直下降，当升力与无人机重力相等时，无人机悬停。
[0009]
当无人机偏航时，可采用两种方式，第一种是普通无人机的偏航方式，第二种是可翻转式无人机特有的方式，中心云台给一对对角舵机发出信号，使两个舵机向相反方向有一个小角度的偏转，使无人机有一个偏航的力矩，当完成偏航时，中心云台再给舵机发出信号，使舵机垂直机体平面向上。
[0010]
可以将无人机翻转后再飞，首先中心云台给一侧两个螺旋桨发出信号，使这两个螺旋桨相同幅度地增大转速，中心云台给另一侧两个螺旋桨发出不同信号，使这两个螺旋桨相同幅度的减小转速，确保四个螺旋桨产生的扭矩可以相互抵消，增大螺旋桨转速那一侧高度升高，减小螺旋桨转速那一侧高度降低，无人机开始横滚，根据中心云台中的加速度传感器读取到的z轴加速度来判断无人机在旋转过程中的状态，无人机旋转即将达到180度时，z轴的加速度达到某一阈值，此时中心云台给四个舵机发出信号，舵机转动，带动连接块转动，继而带动轴承的内圈转动，轴承外圈保持不动，与连接块相连的防撞网和无刷电机转动，根据传感器的参数，在保证飞行器正常飞行下，舵机缓慢转动，最终状态相比于起始状态旋转180度，在舵机完成旋转后，保持舵机不动，无刷电机与螺旋桨都垂直于机体平面向上保持不动，中心云台根据传感器的数值来获得无人机此时的状态，根据此时的状态调整四个螺旋桨的转速，使机体逐渐水平，待机体稳定后中心云台改变给四个螺旋桨的信号，使四个螺旋桨的转速保持相同，无人机翻转前的下隔板翻转后朝向上方，翻转前的上隔板翻转后朝向下方，无人机完成翻转的动作。
[0011]
无人机翻转后原来中心云台朝上的一面变为朝向下方，可获得更广阔的操作范围，且无人机机体内部各元件均固定牢固，不会因为无人机的上下翻转而影响其正常工作。无人机的螺旋桨将要与障碍物相撞时，位于其下方的防撞网会先与障碍物接触，保护了螺旋桨和障碍物，防撞网可随可翻转装置翻转，翻转后也可保护螺旋桨和障碍物。
[0012]
当无人机在飞行过程中，如果其中一个螺旋桨失灵，中心云台根据传感器的数据判断出无法正常工作的无刷电机，再给失灵螺旋桨的对角螺旋桨对应的电子调速器发出信号，使其停转，同时给正常工作的一对对角无刷电机对应的电子调速器发出信号，使无刷电机增大转速，保持向上的升力等于重力，同时中心云台给这一对无刷电机对应的舵机发出信号，使两个舵机向向反方向做一个小角度的偏转，从而抵消了由于螺旋桨旋转产生的扭矩，这样可以有效防止其中一螺旋桨失灵导致的的无人机坠毁。
[0013]
本发明的有益效果是：本发明相比于大多数的四旋翼无人机，加装了可翻转装置，可在机体翻转之后自行调整螺旋桨方向，保证飞行器正常飞行，且可在无人机其中一个螺旋桨失灵后继续稳定飞行，使无人机可靠性提高，能够执行更加复杂的任务，增强了无人机的机动性能，大幅增强无人机的实用价值。
附图说明
[0014]
图1为可翻转式四旋翼无人机翻转前的立体图。
[0015]
图2为图1所示无人机中的动力系统与可翻转装置的俯视图。
[0016]
图3为图2所示动力系统与可翻转装置的仰视图。
[0017]
图4为可翻转式四旋翼无人机翻转后的立体图。
[0018]
图5为图1所示无人机中舵机与机臂的组装示意图。
[0019]
图6为图1所示无人机中连接块与轴承的组装示意图。
具体实施方式
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下面结合附图本发明的具体结构作进一步说明。
[0021]
图中，1-螺旋桨，2-左隔板，3-上隔板，4-后隔板，5-机臂，6-右隔板，7-前隔板，8-可翻转装置，9-无刷电机，10-防撞网，11-连接块，12-轴承，13-圆柱头螺丝，14-下隔板，15-舵机。
[0022]
当无人机正向飞行时，中心云台给四个舵机15发出信号，舵机15保持无刷电机9和螺旋桨1垂直于机体平面向上，且保持不动，同时中心云台给四个电子调速器也发出信号，四个螺旋桨1同时开始旋转，产生向上的升力，由于对角螺旋桨1旋转方向一致，而相邻螺旋桨1旋转方向不同，产生的扭矩也互相抵消，当产生的升力大于重力时，无人机垂直上升，当产生的升力小于重力时，无人机垂直下降，当升力与无人机重力相等时，无人机悬停。
[0023]
当无人机偏航时，可采用两种方式，第一种是普通无人机的偏航方式，第二种是可翻转式无人机特有的方式，中心云台给一对对角舵机15发出信号，使两个舵机15向相反方向有一个小角度的偏转，使无人机有一个偏航的力矩，当完成偏航时，中心云台再给舵机15发出信号，使舵机15垂直机体平面向上。
[0024]
可以将无人机翻转后再飞，首先中心云台给一侧两个螺旋桨发出信号，使这两个螺旋桨相同幅度的增大转速，中心云台给另一侧两个螺旋桨发出不同信号，使这两个螺旋桨相同幅度的减小转速，确保四个螺旋桨1产生的扭矩可以相互抵消，增大螺旋桨转速那一侧高度升高，减小螺旋桨转速那一侧高度降低，无人机开始旋转，根据中心云台中的加速度传感器读取到的z轴加速度来判断无人机旋转过程中的状态，无人机旋转即将达到180度时，z轴的加速度到达某一数值，中心云台给四个舵机15发出信号，舵机15转动，带动连接块11转动，继而带动轴承12的内圈转动，轴承12的外圈保持不动，与连接块相连的防撞网10与无刷电机9转动，根据传感器的参数，在保证飞行器正常飞行下，舵机15缓慢转动，最终状态相比于起始状态旋转180度，在舵机15完成旋转后，保持舵机15不动，无刷电机9与螺旋桨1都垂直于机体向上保持不动，中心云台根据传感器的数值来获得无人机此时的状态，根据此时的状态调整四个螺旋桨1的转速，使机体逐渐水平，待机体稳定后，中心云台改变给四个螺旋桨1的信号，使四个螺旋桨1的转速保持相同，无人机翻转前的下隔板翻转后朝向上方，翻转前的上隔板翻转后朝向下方，无人机完成翻转。
[0025]
无人机将原来中心云台朝上的一面变为朝向下方，可获得更广阔的操作范围，且无人机机体内部各元件均固定牢固，不会因为无人机的上下翻转而影响其正常工作。无人机的螺旋桨1将要与障碍物相撞时，位于其下方的防撞网10会先与障碍物接触，保护了螺旋桨1和障碍物，防撞网可随可翻转装置8翻转，翻转后也可保护螺旋桨1和障碍物。
[0026]
当无人机在飞行过程中，如果其中一个螺旋桨1失灵，中心云台根据传感器的数据判断出无法正常工作的无刷电机9，再给失灵螺旋桨的对角螺旋桨对应的电子调速器发出信号，使其停转，同时给正常工作的一对对角无刷电机9对应的电子调速器发出信号，使无刷电机9增大转速，保持向上的升力等于重力，同时中心云台给这一对无刷电机9对应的舵机15发出信号，使两个舵机15向向反方向做一个小角度的偏转，从而抵消了由于螺旋桨1旋
转产生的扭矩，这样可以有效防止其中一螺旋桨1失灵导致的的无人机坠毁。
[0027]
本发明实现了四旋翼无人机的翻转，增强了四旋翼无人机的机动性能，使无人机可执行任务的复杂程度大大提高，通过向普通四旋翼无人机加装可翻转装置，使无人机可以翻转后飞行，且可在无人机其中一个螺旋桨失灵后继续稳定飞行，大大提高了其实用价值。