两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的制作方法

本发明涉及可动翼飞行器和飞行机器人领域，特别是一种两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机。

背景技术：

飞行器飞行方式有固定翼、旋翼和扑翼三种飞行类型，旋翼和扑翼都属于可动翼。

扑翼飞行是自然界飞行生物采用的飞行方式，主要利用双翅的上下扑动同时产生升力和推力，其主要特点是将举升、悬停和推进功能基于一体，同时具有很强的机动性和灵活性，更适合于执行绕过障碍物等的飞行。对于小尺寸和低速飞行状态的飞行器，属于低雷诺数下飞行，扑翼产生的非定常升力比固定翼的定常升力大得多；从推力方面来看，扑翼推进效率比螺旋桨推进效率高。目前扑翼飞行器研究主要集中在模拟大自然中飞行生物的飞行姿态设计各种扑翼机构。但这些扑翼机构的共同问题是总体气动效率偏低，甚至低于同尺度的固定翼微型飞行器。扑翼飞行器总体效率低下的主要原因是目前研究中大多是简单的仿造鸟类或昆虫翅膀的外形和扑动运动，却很难实现飞行生物扑翼上下扑动过程中利用翼翅自身姿态和结构的改变减小空气阻力并产生非定常气动力，由此产生的气动效率较低问题严重制约了扑翼式飞行器的普及应用。

旋翼飞行是以旋翼(包括螺旋桨)的拉力提供飞行器的升力，飞行器的前进拉力来源于旋翼矢量的小角度偏转所产生的水平分量。目前发展迅速的多旋翼小型飞行器的姿态控制和水平运动是靠多旋翼的差动拉力来实现的。旋翼飞行器的特点是具有垂直起降和空中悬停功能，并具有在比较小的区域中飞行的能力。但由于旋翼飞行器的旋翼相对于其旋翼中心轴是不动的，因此前进阻力较大，所以能量消耗大，气动效率偏低，大功率长航时飞行较为困难。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种非常显著的减小扑翼型和旋翼型飞行器飞行阻力大、提升气动效率、方便实现垂直起降、平飞推力较大、飞行灵活性和机动性较好的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机，以解决现有技术中存在的上述问题。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机，其特征在于包括旋转框架、叶片、拉环、推杆、滚轮、凸轮、旋转轴、减速器、电动机、机身框架和固定翼，旋转框架上有中心孔、直梁和推杆孔，直梁的方向与中心孔的轴线平行，直梁上开有叶片安装孔，推杆孔在中心孔周向均匀分布，叶片安装孔的轴线与中心孔的轴线正交，推杆孔的轴线与中心孔的轴线平行，叶片上有叶片迎风面、叶片转轴和叶片背风面，拉环上有叶片转轴孔和长圆孔，推杆上有推杆圆柱、榫头圆柱和滚轮安装孔，榫头圆柱的轴线与推杆圆柱的轴线正交，滚轮安装孔的轴线与推杆圆柱的轴线正交，滚轮上有同轴的滚轮圆柱和滚轮安装轴，凸轮上有凸轮圆柱面，凸轮圆柱面上开有绕凸轮圆柱面一周的连通的凸轮曲线槽，凸轮曲线槽由工作工况直槽、待机工况直槽、第一螺旋槽和第二螺旋槽组成，工作工况直槽的两侧面为平面且都与凸轮圆柱面的轴线垂直，待机工况直槽的两侧面为平面且都与凸轮圆柱面的轴线垂直，工作工况直槽的一端与待机工况直槽的一端通过第一螺旋槽连通，工作工况直槽的另一端与待机工况直槽的另一端通过第二螺旋槽连通，机身框架两侧对称的设置有两个竖直方向的旋转轴，机身框架前后对称的设置有两个水平的旋转轴，机身框架四周对称的安装固定有四个凸轮，四个凸轮圆柱面分别与四个旋转轴同轴，四个旋转轴分别安装在四个减速器的输出轴上，四个电动机的输出轴分别安装在四个减速器输入孔内，减速器、和电动机都安装固定在机身框架上，四个旋转框架通过中心孔分别套装在四个旋转轴上，滚轮圆柱插装在凸轮曲线槽内且可在凸轮曲线槽内滑动，滚轮安装轴插装固定在滚轮安装孔内，榫头圆柱插装在长圆孔内且可滑动，推杆圆柱插装在推杆孔内且满足滑动配合，叶片转轴插装固定在叶片转轴孔内，叶片转轴插装在叶片安装孔内且可转动，工作工况直槽的两侧面之间的距离与滚轮圆柱的直径相等，待机工况直槽的两侧面之间的距离与滚轮圆柱的直径相等，第一螺旋槽的两侧面和第二螺旋槽的两侧面均为螺旋曲面，凸轮是一个对称的立体，凸轮的对称面为工作基准面F，凸轮圆柱面的轴线在工作基准面F内，工作工况直槽关于工作基准面F对称，凸轮圆柱面轴线为水平的两个凸轮的工作基准面为水平面，凸轮圆柱面轴线为竖直方向的两个凸轮的工作基准面F都为铅垂面且平行，旋转框架上有外加强曲梁和内加强曲梁，直梁、外加强曲梁和内加强曲梁都采用空心结构且采用工程塑料、碳素纤维等轻质材料。

本发明的工作原理是：当电动机启动后，经过减速器减速后带动旋转轴、旋转框架、叶片、拉环、推杆和滚轮连续转动，当滚轮在待机工况直槽内滑动时，推杆在旋转轴轴线方向不能运动，叶片上的叶片迎风面与旋转方向平行，即与相对气流方向平行，叶片上受到的气体阻力最小，此时为待机工况，当滚轮转动到第二螺旋槽内时，推杆在与旋转轴同步旋转的同时相对于旋转轴轴线方向开始正向移动，榫头圆柱的轴向运动使得拉环发生正向转动，从而带动叶片转轴正向转动，当滚轮转动到工作工况直槽内时，推杆相对于旋转轴轴线方向不再运动，叶片转轴刚好正向转动九十度，叶片迎风面与气流方向垂直，若工作工况直槽的工作基准面初始状态为水平面，则气流直接作用在叶片迎风面上使叶片获得最大的升力，而基本不产生推力，若工作工况直槽的工作基准面初始状态为铅垂面，则气流直接作用在叶片迎风面上使叶片获得最大的水平力，而基本不产生升力，此时为工作工况；当滚轮转动到第一螺旋槽内时，推杆在与旋转轴同步旋转的同时相对于旋转轴轴线方向开始反向移动，榫头圆柱使拉环发生反向转动，从而带动叶片转轴反向转动，当滚轮转动到待机工况直槽内时，叶片转轴反向转动九十度，叶片迎风面又回到与气流方向平行，回到待机状态。当两个卧式轮式动翼电动机转速相同，并且两个立式轮式动翼电动机不工作时，即可实现垂直起降功能，若两个卧式轮式动翼产生的升力与整机重量和阻力相等时，则可实现空中悬停；当两个立式轮式动翼电机转速相同时，左右两侧的轮式动翼产生的推力一样，因此飞行器前飞，并且两侧轮式动翼产生的力矩大小相等、方向相反，因此飞行器整体力矩是平衡的，气体布局很合理，当两个电机转速不相同时，左右两侧的轮式动翼产生的推力不一样，则飞行器可以实现拐弯功能。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1.本发明所述的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机，通过将轮式动翼中叶片设置为连续旋转，保持了旋翼连续旋转的优点，克服了扑翼需要往复运动的弱点。

2.本发明所述的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机，通过凸轮控制连续旋转的叶片相对于气流还可转动，使叶片在工作状态时以最大面积迎风运动获得最大气动力，而在待机状态时与气流方向平行从而阻力大大降低，达到提高气动效率的目的，其气动效率远高于现有扑翼和旋翼飞行器，可为飞行器提供较大的推力。

3.本发明所述的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机，可转叶片在工作状态与待机状态之间的切换是在凸轮控制下自动完成的，不需要复杂机械式机构和电子控制系统，结构简单且可靠性较好。

4.本发明所述的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机，两个卧式轮式动翼控制升力大小，两个立式轮式动翼控制推力，能方便实现垂直起降、空中悬停、快速拐弯，因此该类型无人机的灵活性和机动性较好，可广泛应用于低雷诺数飞行的各类小型飞行器和无人机中。

5.本发明所述的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机，结构简单，加工工艺性好，生产成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的整体结构示意图。

图2是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机只安装一个卧式轮式动翼和一个立式轮式动翼时的详细结构示意图。

图3是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的轮式动翼待机状态详细结构示意图。

图4是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的轮式动翼待机状态向工作状态切换过程中的详细结构示意图。

图5是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的轮式动翼工作状态详细结构示意图。

图6是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的旋转框架的结构示意图。

图7是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的叶片的结构示意图。

图8是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的拉环轮的结构示意图

图9是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的推杆的结构示意图。

图10是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的滚轮的结构示意图。

图11是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的凸轮的结构示意图。

图12是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的凸轮剖切后的结构示意图。

图13是本发明实施例1的两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的凸轮剖切后的端面投影图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明作进一步描述，但不以任何方式限制本发明。

实施例1：

结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12和图13，采用两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的高压电线巡检无人机。包括旋转框架1、叶片2、拉环3、推杆4、滚轮5、凸轮6、旋转轴7、减速器8、电动机9和机身框架10，旋转框架1上有中心孔101、直梁102和推杆孔104，直梁102的方向与中心孔101的轴线平行，中心孔101周向均匀分布的直梁102数量为3个，直梁102上开有叶片安装孔103，直梁102上均匀分布的叶片安装孔103的数量为4个，推杆孔104在中心孔101周向均匀分布，推杆孔104的数量与直梁102的数量相同，叶片安装孔103的轴线与中心孔101的轴线正交，推杆孔104的轴线与中心孔101的轴线平行，叶片2上有叶片迎风面201、叶片转轴202和叶片背风面203，拉环3上有叶片转轴孔301和长圆孔302，推杆4上有推杆圆柱401、榫头圆柱402和滚轮安装孔403，榫头圆柱402的轴线与推杆圆柱401的轴线正交，滚轮安装孔403的轴线与推杆圆柱401的轴线正交，滚轮5上有同轴的滚轮圆柱501和滚轮安装轴502，凸轮6上有凸轮圆柱面601，凸轮圆柱面601上开有绕凸轮圆柱面601一周的连通的凸轮曲线槽602，凸轮曲线槽602由工作工况直槽603、待机工况直槽604、第一螺旋槽605和第二螺旋槽606组成，工作工况直槽603的两侧面为平面且都与凸轮圆柱面601的轴线垂直，待机工况直槽604的两侧面为平面且都与凸轮圆柱面601的轴线垂直，工作工况直槽603的一端与待机工况直槽604的一端通过第一螺旋槽605连通，工作工况直槽603的另一端与待机工况直槽604的另一端通过第二螺旋槽606连通，机身框架10四周对称的设置有四个水平的旋转轴7，机身框架10两侧对称的设置有两个竖直方向的旋转轴7，机身框架10前后对称的设置有两个水平的旋转轴7，机身框架10四周对称的安装固定有四个凸轮6，四个凸轮圆柱面601与四个旋转轴7同轴，四个旋转轴7分别安装在四个减速器8的输出轴上，四个电动机9的输出轴分别安装在四个减速器8输入孔内，减速器8、电动机9和固定翼11都安装固定在机身框架10上，四个旋转框架1通过中心孔101分别套装在四个旋转轴7上，滚轮圆柱501插装在凸轮曲线槽602内且可在凸轮曲线槽602内滑动，滚轮安装轴502插装固定在滚轮安装孔403内，榫头圆柱402插装在长圆孔302内且可滑动，推杆圆柱401插装在推杆孔104内且满足滑动配合，叶片转轴202插装固定在叶片转轴孔301内，叶片转轴202插装在叶片安装孔103内且可转动，工作工况直槽603的两侧面之间的距离与滚轮圆柱501的直径相等，待机工况直槽604的两侧面之间的距离与滚轮圆柱501的直径相等，第一螺旋槽605的两侧面和第二螺旋槽606的两侧面均为螺旋曲面，凸轮6是一个对称的立体，凸轮6的对称面为工作基准面F，凸轮圆柱面601的轴线在工作基准面F内，工作工况直槽603关于工作基准面F对称，凸轮圆柱面601轴线为水平的两个凸轮6的工作基准面F为水平面，凸轮圆柱面601轴线为竖直方向的两个凸轮6的工作基准面F都为铅垂面且平行，旋转框架1上有外加强曲梁105和内加强曲梁106，直梁102、外加强曲梁105和内加强曲梁106都采用空心结构且采用碳素纤维材料。高压电线巡检无人机采用本发明两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机后，由于轮式动翼阻力小、气动效率高，并且灵活性机动性较好，因而能快速避障完成各项难度较大的检测和拍照工作，相对于旋翼无人机，在相同的工作载荷时，一次飞行时间增加20％，实现了较长航时工作。

实施例2：

本实施例2提供一种高层灭火专用无人机，其结构同实施例1，不同的是：中心孔101周向均匀分布的直梁102数量为2个，直梁102上均匀分布的叶片安装孔103的数量为5个，直梁102、外加强曲梁105和内加强曲梁106都采用工程塑料。采用两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的高层灭火专用无人机。包括旋转框架1、叶片2、拉环3、推杆4、滚轮5、凸轮6、旋转轴7、减速器8、电动机9和机身框架10，旋转框架1上有中心孔101、直梁102和推杆孔104，直梁102的方向与中心孔101的轴线平行，中心孔101周向均匀分布的直梁102数量为2个，直梁102上开有叶片安装孔103，直梁102上均匀分布的叶片安装孔103的数量为5个，推杆孔104在中心孔101周向均匀分布，推杆孔104的数量与直梁102的数量相同，叶片安装孔103的轴线与中心孔101的轴线正交，推杆孔104的轴线与中心孔101的轴线平行，叶片2上有叶片迎风面201、叶片转轴202和叶片背风面203，拉环3上有叶片转轴孔301和长圆孔302，推杆4上有推杆圆柱401、榫头圆柱402和滚轮安装孔403，榫头圆柱402的轴线与推杆圆柱401的轴线正交，滚轮安装孔403的轴线与推杆圆柱401的轴线正交，滚轮5上有同轴的滚轮圆柱501和滚轮安装轴502，凸轮6上有凸轮圆柱面601，凸轮圆柱面601上开有绕凸轮圆柱面601一周的连通的凸轮曲线槽602内，凸轮曲线槽602由工作工况直槽603、待机工况直槽604、第一螺旋槽605和第二螺旋槽606组成，工作工况直槽603的两侧面为平面且都与凸轮圆柱面601的轴线垂直，待机工况直槽604的两侧面为平面且都与凸轮圆柱面601的轴线垂直，工作工况直槽603的一端与待机工况直槽604的一端通过第一螺旋槽605连通，工作工况直槽603的另一端与待机工况直槽604的另一端通过第二螺旋槽606连通，机身框架10四周对称的设置有四个水平的旋转轴7，机身框架10两侧对称的设置有两个竖直方向的旋转轴7，机身框架10前后对称的设置有两个水平的旋转轴7，机身框架10四周对称的安装固定有四个凸轮6，四个凸轮圆柱面601分别与四个旋转轴7同轴，四个旋转轴7分别安装在四个减速器8的输出轴上，四个电动机9的输出轴分别安装在四个减速器8输入孔内，减速器8、电动机9和固定翼11都安装固定在机身框架10上，四个旋转框架1通过中心孔101分别套装在四个旋转轴7上，滚轮圆柱501插装在凸轮曲线槽602且可在凸轮曲线槽602内滑动，滚轮安装轴502插装固定在滚轮安装孔403内，榫头圆柱402插装在长圆孔302内且可滑动，推杆圆柱401插装在推杆孔104内且满足滑动配合，叶片转轴202插装固定在叶片转轴孔301内，叶片转轴202插装在叶片安装孔103内且可转动，工作工况直槽603的两侧面之间的距离与滚轮圆柱501的直径相等，待机工况直槽604的两侧面之间的距离与滚轮圆柱501的直径相等，第一螺旋槽605的两侧面和第二螺旋槽606的两侧面均为螺旋曲面，凸轮6是一个对称的立体，凸轮6的对称面为工作基准面F，凸轮圆柱面601的轴线在工作基准面F内，工作工况直槽603关于工作基准面F对称，凸轮圆柱面601轴线为水平的两个凸轮6的工作基准面F为水平面，凸轮圆柱面601轴线为竖直方向的两个凸轮6的工作基准面F都为铅垂面且平行，旋转框架1上有外加强曲梁105和内加强曲梁106，直梁102、外加强曲梁105和内加强曲梁106都采用空心结构且采用工程塑料。高层灭火专用无人机采用本发明两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机后，由于轮式动翼工作行程推力大、阻力小、气动效率高，且灵活性机动性非常好，能快速响应高层的紧急情况，快速飞行到高层和狭小空间失火点，并且具有空中悬停功能，能悬停在起火点进行准确的持续灭火。

实施例3：

本实施例3提供一种农业植保无人机，其结构同实施例1，不同的是：中心孔101周向均匀分布的直梁102数量为4个，直梁102上均匀分布的叶片安装孔103的数量为6个，直梁102、外加强曲梁105和内加强曲梁106都采用工程塑料。采用两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机的农业植保无人机。包括旋转框架1、叶片2、拉环3、推杆4、滚轮5、凸轮6、旋转轴7、减速器8、电动机9和机身框架10，旋转框架1上有中心孔101、直梁102和推杆孔104，直梁102的方向与中心孔101的轴线平行，中心孔101周向均匀分布的直梁102数量为4个，直梁102上开有叶片安装孔103，直梁102上均匀分布的叶片安装孔103的数量为6个，推杆孔104在中心孔101周向均匀分布，推杆孔104的数量与直梁102的数量相同，叶片安装孔103的轴线与中心孔101的轴线正交，推杆孔104的轴线与中心孔101的轴线平行，叶片2上有叶片迎风面201、叶片转轴202和叶片背风面203，拉环3上有叶片转轴孔301和长圆孔302，推杆4上有推杆圆柱401、榫头圆柱402和滚轮安装孔403，榫头圆柱402的轴线与推杆圆柱401的轴线正交，滚轮安装孔403的轴线与推杆圆柱401的轴线正交，滚轮5上有同轴的滚轮圆柱501和滚轮安装轴502，凸轮6上有凸轮圆柱面601，凸轮圆柱面601上开有绕凸轮圆柱面601一周的连通的凸轮曲线槽602内，凸轮曲线槽602由工作工况直槽603、待机工况直槽604、第一螺旋槽605和第二螺旋槽606组成，工作工况直槽603的两侧面为平面且都与凸轮圆柱面601的轴线垂直，待机工况直槽604的两侧面为平面且都与凸轮圆柱面601的轴线垂直，工作工况直槽603的一端与待机工况直槽604的一端通过第一螺旋槽605连通，工作工况直槽603的另一端与待机工况直槽604的另一端通过第二螺旋槽606连通，机身框架10四周对称的设置有四个水平的旋转轴7，机身框架10两侧对称的设置有两个竖直方向的旋转轴7，机身框架10前后对称的设置有两个水平的旋转轴7，机身框架10四周对称的安装固定有四个凸轮6，四个凸轮圆柱面601分别与四个旋转轴7同轴，四个旋转轴7分别安装在四个减速器8的输出轴上，四个电动机9的输出轴分别安装在四个减速器8输入孔内，减速器8、电动机9和固定翼11都安装固定在机身框架10上，四个旋转框架1通过中心孔101分别套装在四个旋转轴7上，滚轮圆柱501插装在凸轮曲线槽602且可在凸轮曲线槽602内滑动，滚轮安装轴502插装固定在滚轮安装孔403内，榫头圆柱402插装在长圆孔302内且可滑动，推杆圆柱401插装在推杆孔104内且满足滑动配合，叶片转轴202插装固定在叶片转轴孔301内，叶片转轴202插装在叶片安装孔103内且可转动，工作工况直槽603的两侧面之间的距离与滚轮圆柱501的直径相等，待机工况直槽604的两侧面之间的距离与滚轮圆柱501的直径相等，第一螺旋槽605的两侧面和第二螺旋槽606的两侧面均为螺旋曲面，凸轮6是一个对称的立体，凸轮6的对称面为工作基准面F，凸轮圆柱面601的轴线在工作基准面F内，工作工况直槽603关于工作基准面F对称，凸轮圆柱面601轴线为水平的两个凸轮6的工作基准面F为水平面，凸轮圆柱面601轴线为竖直方向的两个凸轮6的工作基准面F都为铅垂面且平行，旋转框架1上有外加强曲梁105和内加强曲梁106，直梁102、外加强曲梁105和内加强曲梁106都采用空心结构且采用工程塑料。农业植保无人机采用本发明两卧式两立式叶片可转四轮式动翼无人机后，由于轮式动翼工作行程推力大、阻力小、气动效率高，且灵活性机动性非常好，相对于旋翼无人机，在相同的工作载荷时，一次飞行时间增加20％，实现了较长航时工作。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。