具有多种飞行模式的无人飞行器的制作方法

本实用新型涉及飞行器领域，特别涉及一种具有多种飞行模式的无人飞行器。

背景技术：

一般旋翼无人机可在狭小空间内像直升机一样悬停飞行，垂直起降，并且可以根据工作要求精准定位，但是缺点是飞行模式单一，且在一般的飞行模式下续航能力明显不够。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提出一种具有多种飞行模式的无人飞行器，旨在解决现有旋翼无人机飞行模式单一，且在一般的飞行模式下续航能力不够的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的具有多种飞行模式的无人飞行器，包括：

本体，包括机身及在第一方向上连接于所述机身两侧的近侧固定翼；

多个旋翼组件，连接在所述本体上；

倾转机构，用以驱动至少一个所述旋翼组件倾转；以及

控制器，具有第一飞行模式及第二飞行模式：

在所述第一飞行模式，所述控制器用以控制多个所述旋翼组件直接以转动升力克服重力；

在所述第二飞行模式，所述控制器用以控制所述倾转机构倾转至少一个所述旋翼组件，以使所述近侧固定翼切割气流产生的升力承担部分或全部重力、所述本体沿第二方向运动；其中，所述第一方向、第二方向及上下方向两两垂直。

优选地，所述旋翼组件连接在所述近侧固定翼的远离所述机身的一端。

优选地，所述旋翼组件包括机臂，所述机臂的一端连接于所述近侧固定翼的远离所述机身的一端，且所述机臂的延伸方向与所述第二方向平行。

优选地，所述旋翼组件为四个，每个旋翼组件还包括旋翼及旋翼电机，所述各旋翼及各旋翼电机设置在各所述机臂的自由端。。

优选地，同一所述近侧固定翼上的所述机臂位于同一直线上。

优选地，所述本体还包括固定架，所述固定架设于所述近侧固定翼的远离所述机身一端的底部，每一所述近侧固定翼上的两个所述机臂固定在对应的所述固定架。

优选地，所述倾转机构设置在所述机臂上。

优选地，所述倾转机构连接于所述机臂的自由端。

优选地，所述本体还包括远侧固定翼，所述远侧固定翼沿所述第一方向延伸并连接于所述近侧固定翼远离所述机身的一端。

优选地，所述具有多种飞行模式的无人飞行器还包括旋桨组件，所述旋桨组件连接于所述机身的一端，所述旋桨组件用以驱动所述本体沿所述第二方向运动；

所述控制器还具有第三飞行模式和或第四飞行模式，其中，

在所述第三飞行模式，所述控制器用以控制多个所述旋翼组件直接以转动升力克服重力克服重力，并控制所述旋桨组件提供沿所述第二方向的动力；

在所述第四飞行模式，所述控制器用以控制所述旋桨组件提供沿所述第二方向的动力并控制所述倾转机构倾转至少一个所述旋翼组件，以使所述近侧固定翼切割气流产生的升力承担部分或全部重力。

本实用新型具有多种飞行模式的无人飞行器通过在旋翼无人机上设置倾转机构，倾转机构能够驱动至少一个旋翼组件相对机身倾转，使得该无人机飞行器至少具有两种飞行模式，在第一飞行模式下，本实用新型的无人机能够像直升机一般悬停及垂直起降，在第二飞行模式下，通过近侧固定翼产生的升力分担重力则能够提高飞行器的续航能力；通过倾转机构驱动至少一个旋翼组件相对机身倾转则可以灵活地在第一飞行模式与第二飞行模式之间切换，进而提升了本实用新型的无人机的适应性。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型具有多种飞行模式的无人飞行器在第一飞行模式下的结构示意图；

图2为图1中飞行器的侧视示意图；

图3为本实用新型具有多种飞行模式的无人飞行器在第二飞行模式下的结构示意图；

图4为图3中飞行器的旋翼组件倾转一角度的侧视示意图；

图5为图3中飞行器的旋翼组件倾转另一角度的侧视示意图；

图6为图5中飞行器安装远侧固定翼后的俯视结构示意图；

图7为本实用新型具有多种飞行模式的无人飞行器在第三飞行模式下，且安装远侧固定翼后的结构示意图；

图8为图7中飞行器另一角度的分解结构示意图；

图9为本实用新型具有多种飞行模式的无人飞行器在第四飞行模式下，且安装远侧固定翼后的结构示意图；

图10为图9中飞行器的分解结构示意图；

图11为本实用新型具有多种飞行模式的无人飞行器一实施例的模块示意图；

图12为本实用新型具有多种飞行模式的无人飞行器另一实施例的模块示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种具有多种飞行模式的无人飞行器。

在本实用新型实施例中，如图1至图5,图11及图12所示，该具有多种飞行模式的无人飞行器，包括：

本体1，包括机身11及在第一方向上连接于机身11两侧的近侧固定翼12；

多个旋翼组件2，连接在本体1上；

倾转机构3，用以驱动至少一个旋翼组件2倾转；以及

控制器100，具有第一飞行模式及第二飞行模式：

在所述第一飞行模式，控制器100用以控制多个旋翼组件2直接以转动升力克服重力；

在所述第二飞行模式，控制器100用以控制倾转机构3倾转至少一个旋翼组件2，以使近侧固定翼12切割气流产生的升力承担部分或全部重力、本体1沿第二方向运动；其中，所述第一方向、第二方向及上下方向两两垂直。

在本实施例中，近侧固定翼12可以与机身11一体设置，也可以与机身11可拆卸连接。旋翼组件2可以连接在机身11上，当然也可以设置在近侧固定翼12上。倾转机构3可以为一个也可以为多个，当倾转机构3为一个时，可以驱动每个旋翼22单独倾转，也可以驱动多个旋翼组件2一起倾转；当倾转机构3为多个时，可以每个倾转机构3驱动一个旋翼组件2倾转，也可以是多个倾转组件驱动一个旋翼组件2倾转或者一个倾转组件2对应驱动多个旋翼组件2倾转。可以理解的是，上下方向即为飞行器升降的上下方向，旋翼组件2的倾转为旋翼组件2的转轴与上下方向呈夹角的倾转。

可以理解的是，倾转机构3可以直接与机身11或近侧固定翼12枢接，此时，倾转机构3可以使用连杆机构，也可以使用齿轮及弧形齿条相结合的机构来驱动旋翼组件2进行倾转。倾转机构3也可以通过连接件固定在机身11或近侧固定翼12上，优选地，连接件连接倾转机构与旋翼组件，此时，可以通过驱动连接件倾转带动旋翼组件进行倾转；倾转机构3的动力源可以使用电动、气动、液压驱动等。倾转机构的结构以及动力驱动方式并不局限于此，只需倾转机构3能够驱动旋翼组件2倾转即可。

优选地，飞行器具有空速管，用于测量和采集飞行器在空中的飞行速度，具体的，控制器100为飞行控制中枢。

在第一飞行模式下，飞行控制中枢根据内部传感器采集到的GPS、加速度等数据来控制多个旋翼组件2。此时，旋翼组件2的转轴与上下方向平行，控制器100控制旋翼组件2启动旋转，旋翼组件2以转动升力克服全部重力，实现无人机垂直起飞模式，当飞行到所需高度时，可以实现悬停，也可以通过控制器100控制多个旋翼组件2实现动力差异输出，这样飞行器可以前后左右偏转以及水平旋转，当需要向前飞行时，先使得飞行器提供前倾角度，然后旋翼组件2同时加速，根据取得的GPS数据控制飞行器的前进速度，向后、左、右飞行同理，在此不再一一赘述，如此，飞行器在第一飞行模式下可以实现在狭小空间飞行、精准定位。

在第二飞行模式下，飞行控制中枢可以在通过现有传感器采集到的GPS、加速度等数据控制多个旋翼组件2并同时通过空速管采集到的数据控制倾转机构3作用。飞机需要向前飞行时，此时飞行控制中枢根据空速管采集到的数据控制倾转机构3驱动旋翼组件2倾转，可以理解的是，倾转机构3可以驱动一个旋翼组件2或多个旋翼组件2倾转，只需要各旋翼组件2之间能够维持机身11的平衡即可，根据倾转机构3驱动旋翼组件2的倾转角度不同，可以划分为以下两种情况。

具体的，当倾转机构3驱动旋翼组件2的转轴背离重力方向并同时向第二方向倾斜0°-45°时，倾转后的旋翼组件2能够提供一个向前运动的水平分力并同时提供一个向上的分力，如此，旋翼组件2向上的分力与近侧固定翼12切割气流产生的升力共同承担全部重力，飞行器向前飞行。同时控制器100控制旋翼组件2的动力输出以保证飞行器成水平姿态稳定飞行，并且同时保证飞行器在最小空气阻力的情况下飞行，飞行器可以通过控制旋翼组件2的倾转角度来控制加减速，如此，飞行器就变为了一款快速机动型旋翼22无人机。

当倾转机构3驱动旋翼组件2的转轴背离重力方向并同时向前进方向倾转0°-90°时，飞行器起飞降落阶段，旋翼组件2提供垂直起降的升力，在达到预设高度后，飞行控制中枢根据空速器采集到的数据控制倾转机构3驱动旋翼组件2背离重力方向并同时向前进方向倾转0-60°，这样倾转后的旋翼组件2会提供一个向前运动的分力，飞机开始向前飞行，同时控制器100通过控制旋翼组件2的动力输出保证飞机水平姿态稳定，达到需要的速度后，倾转机构3驱动旋翼组件2背离重力方向并同时向前进方向倾转90°，未倾转的旋翼组件2停止动力输出，此时飞机只需要倾转后的旋翼组件2提供动力输出，如此，飞机的升力全部由近侧固定翼12切割气流产生的升力提供。

可以理解的是，飞行器还具有舵面伺服器，控制器100通过控制舵面伺服器来控制舵面，进而控制飞行姿态。在这种情况下，飞行阻力小，巡航电机输出功率小，提高了旋翼22无人机的续航能力，且飞行动力足，可在更多的环境中使用。

倾转机构3的加入让旋翼22无人机具有了多种飞行模式，使得飞行器的适应性更佳，可以使用的环境更多，且具有较普通飞行模式续航能力更佳的飞行模式。

进一步地，旋翼组件2连接在近侧固定翼12的远离机身11的一端。旋翼组件2连接在近侧固定翼12远离机身11的一端，如此，可以使得旋翼组件2距离机身11的中心最远，从而使得飞行器在飞行的过程中更容易保持平衡，使得飞行过程更加稳定，同时使得近侧固定翼12切割气流产生的升力最大化。可以理解的是，旋翼组件2可以通过连接件连接在固定翼上，也可以直接连在固定翼上。

进一步地，旋翼组件2包括机臂21，机臂21的一端连接于近侧固定翼12的远离机身11的一端，且机臂21的延伸方向与所述第二方向平行。

在本实施例中，机臂21可以为杆或者为板状等，机臂21的一端可以固定或者可拆卸连接于近侧固定翼12的远离机身11的一端，可以理解的是，机臂21可以直接与近侧固定翼12相连，也可以通过连接件与近侧固定翼12相连。机臂21的延伸方向与所述第二方向平行，如此，机臂21沿第二方向的截面更小，使得飞行器在飞行过程中受到的阻力更小。为了减轻飞行器整体的重量和使得飞行器在飞行过程中所受的阻力更小，优选地，机臂21为为长杆状。

进一步地，旋翼组件2为四个，每个旋翼组件2还包括旋翼22及旋翼电机23，所述各旋翼22及各旋翼电机23设置在各机臂21的自由端。

在本实施例中，旋翼电机23为旋翼22的旋转提供动力，因为采用电动，使得飞行器整体的重量很轻，同时电动使得飞行器的噪音很小，旋翼22向下吹的气流无高温，比起传统的发动机飞行器更加环保。旋翼22、旋翼电机23、机臂21均为四个，如此，每个旋翼22对应一个旋翼电机23，便于旋翼22的控制，同时向旋翼22提供的动力更足。将各旋翼22及个各旋翼电机23设置在机臂21的自由端，使得旋翼22间接的连接在近侧固定翼12上，旋翼22离近侧固定翼12的距离更远，同时距离机身11更远，如此，可以使得近侧固定翼12切割气流产生的升力最大化，同时也使得整体的结构布局更加合理，使得飞行器在飞行过程中更加稳定。

进一步地，同一近侧固定翼12上的机臂21位于同一直线上。同一近侧固定翼12上的机臂21位于同一直线上可以使得近侧固定翼12同一侧的机臂21在第二方向上的截面积更小，进而使得飞行器在飞行过程中机臂21产生的阻力更小，且同一近侧固定翼12上的机臂21位于同一直线上可以使得机臂21的安装更加方便以及整体结构更加对称。

进一步地，本体1还包括固定架13，固定架13设于近侧固定翼12的远离机身11一端的底部，每一近侧固定翼12上的两个机臂21固定在对应的固定架13。

在本实施例中，通过固定架13将机臂21与机臂21，机臂21与近侧固定翼12相连，如此，只需使用一个固定架13即可连接两个机臂21，使得机臂21的安装更加方便和快捷，且一般而言，近侧固定翼12的翼面形状及精度要求高，所以使用安装在近侧固定翼12底部的固定架13固定机臂21更为符合设计原理。

进一步地，倾转机构3设置在机臂21上。倾转机构3设置在机臂21上，如此，使得倾转机构3距离旋翼组件2更近，便于控制旋翼组件2倾转。

进一步地，倾转机构3连接于机臂21的自由端。倾转机构3连接于机臂21的自由端，优选地，倾转机构3与旋翼组件2的旋翼22一起连接于机臂21的自由端，如此，倾转机构3倾转旋翼组件2更加方便和快速，使得飞行器控制旋翼组件2的旋转更加精确。

进一步地，请一并参照图6至图10，本体1还包括远侧固定翼14，远侧固定翼14沿所述第一方向延伸并连接于近侧固定翼12远离机身11的一端。

在本实施例中，远侧固定翼14与近侧固定翼12可拆卸连接，这种可拆卸连接可以使用本领域的现有技术来实现，如电连接，卡接连接，优选地，近侧固定翼12与远侧固定翼14通过滚珠连接。远侧固定翼14优选地为飞翼，在飞翼的自由端连接有翼尖小翼，使得飞行器的升力更大。可以理解的是，远侧固定翼14也可以为标准主翼，加长翼主翼等。近侧固定翼12与远侧固定翼14共同组成飞行器的固定翼，如此，能够使得固定翼的面积增加，从而使得飞行器所需的推力减小，进而得到较快的飞行速度和适中的续航时间，同时提高载重能力。

进一步地，所述具有多种飞行模式的无人飞行器还包括旋桨组件4，旋桨组件4连接于机身11的一端，旋桨组件4用以驱动本体1沿所述第二方向运动；控制器100还具有第三飞行模式和或第四飞行模式，其中，

在所述第三飞行模式，控制器100用以控制多个旋翼组件2直接以转动升力克服重力克服重力，并控制旋桨组件4提供沿所述第二方向的动力；

在所述第四飞行模式，控制器100用以控制旋桨组件4提供沿所述第二方向的动力并控制倾转机构3倾转至少一个旋翼组件2，以使近侧固定翼12切割气流产生的升力承担部分或全部重力。

在本实施例中，旋桨组件4可以与机身11固定连接或者可拆卸连接，当旋桨机构与机身11可拆卸连接时，可以采用本领域现有的技术来实现，如螺纹连接或者卡扣等。旋桨组件4连接于机身11的一端，具体的，旋桨组件4连接在机身11在第二方向上的一端，如此，使得旋桨结构提供驱动飞行器向前运动的动力，且使得结构更加平衡和稳定，可以理解的是，旋桨机构包括电机及旋桨，其中电机为旋桨提供动力。

在第三飞行模式下，飞机起飞降落阶段，由多个旋翼组件2提供垂直起降的全部升力，在达到预设高度后，控制器100开始控制旋桨组件4加速向前飞行，空速管不断采集数据给控制器100，达到需要的速度后，控制器100控制多个旋翼22动力停止运转，此时飞行器只需要旋桨组件4的电机输出，飞机的升力由近侧固定翼12提供，可以理解的是，飞行器还具有舵面伺服器，控制器100通过控制舵面伺服器来控制舵面，进而控制飞行姿态。这种飞行模式，巡航电机输出功率小，适合用于较长航时、较大航程的工作情况。

在第四飞行模式下，即在飞行模式二的基础上装上旋桨组件4，相当于与飞行模式三进行融合，具备了2套巡航动力备份，垂直起降转水平飞行阶段也多一套方案备份，控制器100可根据不同工作需求自由选择哪套巡航动力的输出，并且两套动力冗余备份，更加安全可靠。这种飞行模式也是一种全新的飞行模式；普通的固定翼无人机动力没有冗余备份，即使是大型客机、运输机也是通过前面多发动机分布来备份，单一发动机出现问题，虽然可以单发飞行，但是这样对控制要求高，飞行包线窄，并不是安全可靠的状态。

起飞降落阶段，多个旋翼22提供垂直起降的升力，在达到预设高度后，可按照第三飞行模式飞行，控制器100开始控制旋桨组件4的电机加速向前飞行，空速管不断采集数据给控制器100，达到需要的速度后，控制器100控制多个旋翼组件2的动力停止运转，此时飞机只需要旋桨组价的电机输出，飞机的升力由近侧固定翼12提供，飞控通过控制舵面伺服器来控制舵面，进而控制飞行姿态。

起飞降落阶段，多个旋翼22提供垂直起降的升力，在达到预设高度后，也可按照第二飞行模式飞行，飞行控制中枢根据空速器采集到的数据控制倾转机构3驱动旋翼组件2背离重力方向并同时向第二方向倾转0-60°，这样倾转后的旋翼组件2会提供一个向前运动的分力，飞机开始向前飞行，同时控制器100通过控制旋翼组件2的动力输出保证飞机水平姿态稳定，达到需要的速度后，倾转机构3驱动旋翼组件2背离重力方向并同时向第二方向倾转90°，未倾转的旋翼组件2停止动力输出，此时飞机只需要倾转后的旋翼组件2提供动力输出，如此，飞机的升力全部由近侧固定翼12切割气流产生的升力提供。可以理解的是，飞行器还具有舵面伺服器，控制器100通过控制舵面伺服器来控制舵面，进而控制飞行姿态。

控制器100可根据飞行需要选择一套或两套巡航动力输出，如长时间低功耗稳定飞行时，可选择旋桨组件4巡航动力输出，此时倾转机构3不驱动旋翼组件2倾转，仅由旋桨组件4提供前行动力，使得飞行器的飞行阻力小，续航时间长；如需要大高度爬升时可选择控制倾转机构3驱动旋翼组件2背离重力方向并同时向第二方向倾转90°，前行动力由倾转后的旋翼组件2输出，旋桨组件4动力停止输出，这样动力冗余度高，更加安全可靠，也可以两套巡航动力同时输出，这样使得飞行器的机动性更强，运行速度更快。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。