应用于复杂空间特种作业的机翼杆可伸缩的四旋翼无人机

应用于复杂空间特种作业的机翼杆可伸缩的四旋翼无人机
1.技术领域：
2.本实用新型及一种应用于复杂空间特种作业的机翼杆可伸缩的四旋翼无人机
。
3.

背景技术：

4.四旋翼无人机一直是各种特种作业任务中常用的无人作业单位，例如打药消毒
、
勘测
、
物料投递等
。
然而，一些特大暴雨灾情
、
航班坠机
、
地震等险情，其灾后的事故现场情况十分复杂，类似这样事故区域的勘察
、
消毒和物料投递等工作如果由人工来完成的话，危险系数高，同时工作质量和工作效率也不能得到保障，因此必须借助无人装置
。
但目前市面上常见的四旋翼无人机的机身形状特别是机翼杆长度往往是固定的，这意味着大部分四旋翼无人机无法在作业中通过调整自身体积大小来适应空间变化
。
在一些空间情况比较复杂的区域，例如山地
、
树林
、
狭小建筑等空间区域，倘若无人机体积过大，便限制了无人机的工作范围，倘若无人机体积过小，便限制了无人机的工作效率和工作时长，无法同时兼顾
。
5.因此，综合以上考虑，研发一种能够应用于复杂空间特种作业的机翼杆可伸缩的四旋翼无人机，是十分必要的，本案由此而生
。
6.

技术实现要素：

7.本实用新型针对上述现有技术存在的问题，提供一种应用于复杂空间特种作业的机翼杆可伸缩的四旋翼无人机，设计合理，可通过机翼杆的伸缩来改变无人机的整体大小
。
8.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种应用于复杂空间特种作业的机翼杆可伸缩的四旋翼无人机，包括机身
、
设于机身上方四角的四个旋翼组件，所述机身的周侧设有与四个旋翼组件的位置相对应的四根可伸缩机翼杆，所述旋翼组件安装在位置相对应的可伸缩机翼杆的伸缩端上；所述机身上设有伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构驱动四根可伸缩机翼杆同步伸缩，以调节旋翼组件与机身之间的距离
。
9.进一步的，四根可伸缩机翼杆分别设置在机身的周侧四角处且分布于机身的两条对角线上，所述可伸缩机翼杆包括与机身固定连接的机翼滑杆孔道架，所述机翼滑杆孔道架的内部滑动穿设有机翼滑杆，所述旋翼组件安装在机翼滑杆远离机身的一端顶部
。
10.进一步的，所述伸缩驱动机构包括轴线沿竖向延伸的中心齿轮
、
设于中心齿轮下方并驱动中心齿轮转动的驱动电机，所述中心齿轮与两对上
、
下分布的伸缩齿条相啮合，两对伸缩齿条分布于机身的两条对角线上，每对伸缩齿条均包括相向设置且分布于中心齿轮两侧的两个伸缩齿条，每个伸缩齿条分别与一根可伸缩机翼杆的位置相对应，所述伸缩齿条与机翼滑杆固定连接，以带动机翼滑杆沿着机翼滑杆孔道滑动
。
11.进一步的，每个伸缩齿条均安装在一齿条安装架的内侧端，所述齿条安装架与机翼滑杆远离旋翼组件的一端固定连接，齿条安装架的外侧端中部设有滑动导座，所述滑动导座的内部安装有制动电磁铁，所述制动电磁铁的伸缩杆头部固定套设有橡胶帽，所述机身的内部设有与伸缩齿条相平行的制动长槽，所述制动长槽以利于制动电磁铁的伸缩杆伸入
。
12.进一步的，位于机身同一条对角线的两根可伸缩机翼杆中，两根可伸缩机翼杆的机翼滑杆孔道架之间固定有一对导向杆，所述导向杆与齿条安装架的位置相对应，所述齿
条安装架外侧端中部的滑动导座上开设有与导向杆滑动配合的滑动通孔
。
13.进一步的，所述机身包括上
、
下平行设置的顶部安装板和底部安装板，所述顶部安装板的底面和底部安装板的顶面均设有一对制动长槽，顶部安装板上的一对制动长槽和底部安装板上的一对制动长槽分别位于机身的两条对角线上；所述机翼滑杆孔道远离旋翼组件的一端位于顶部安装板与底部安装板之间，所述顶部安装板和底部安装板均与机翼滑杆孔道架固定连接；所述顶部安装板和底部安装板的中部均开设有安装孔，所述中心齿轮的齿轮轴上
、
下两端均通过轴承设置在安装孔内，所述顶部安装板的顶面固定有轴承端盖；所述驱动电机安装在底部安装板的底面
。
14.进一步的，所述机翼滑杆孔道架远离旋翼组件的一端外壁固定有v字型状的拼接头，所述拼接头的一侧边端面设有定位柱，拼接头的另一侧壁端面设有用于与定位柱插接配合的定位插槽，相邻两根可伸缩机翼杆的机翼滑杆孔道架之间通过定位柱与定位插槽进行拼接
。
15.进一步的，还包括设于机身下方的喷洒组件，所述喷洒组件包括可拆安装在机身底部一对脚架之间的储液桶；每根可伸缩机翼杆的下方均平行设有一根可伸缩导液管，所述可伸缩导液管的一端通过分流组件与储液桶相连接，可伸缩导液管的另一端与竖直安装在可伸缩机翼杆的伸缩端底部的喷液杆相连接
。
16.进一步的，所述分流组件包括具有四个输出口的导液腔，所述导液腔设置在储液桶顶部，所述储液桶的外壁安装有水泵，所述水泵的输入端通过进水管与储液桶的底部相连接，水泵的输出端通过出水管与导液腔的输出口相连接
。
17.进一步的，所述可伸缩导液管包括内导液管
、
滑动套设在内导液管外侧且相连通的外导液管，所述外导液管与分流组件相连接，所述内导液管位于外导液管内部的一端外壁设置有橡胶活塞，内导液管伸出外导液管的一端与喷液杆上的输入口相连接
。
18.与现有技术相比，本实用新型具有以下效果：本实用新型结构设计合理，通过在旋翼组件与机身之间设置可伸缩机翼杆，可根据作业空间情况，通过可伸缩机翼杆的伸缩实现对整体无人机的大小进行调节，具有良好的空间适应能力，可应用于复杂空间的特种作业
。
19.附图说明：
20.图1是本实用新型实施例的立体构造示意图；
21.图2是本实用新型实施例的仰视构造示意图；
22.图3是本实用新型实施例中处于最大翼展和最小翼展时的俯视造示意图；
23.图4是本实用新型实施例中可伸缩机翼杆与机身的连接构造示意图；
24.图5是本实用新型实施例中伸缩驱动机构的构造示意图；
25.图6是本实用新型实施例中机翼滑杆孔道架的立体构造示意图；
26.图7是本实用新型实施例中机翼滑杆孔道架的俯视剖面构造示意图；
27.图8是本实用新型实施例中机翼滑杆孔道架的主视剖面构造示意图；
28.图9是本实用新型实施例中机翼滑杆的立体构造示意图；
29.图
10
是本实用新型实施例中齿条安装板的立体构造示意图；
30.图
11
是本实用新型实施例中顶部安装板的立体构造示意图；
31.图
12
是本实用新型实施例中顶部安装板的仰视构造示意图；
32.图
13
是本实用新型实施例中中心齿轮与驱动电机的连接构造示意图；
33.图
14
是本实用新型实施例中挂载喷洒组件后的立体构造示意图；
34.图
15
是本实用新型实施例中喷洒组件的立体构造示意图；
35.图
16
是本实用新型实施例中可伸缩导液杆的立体构造示意图；
36.图
17
是本实用新型实施例中可伸缩导液杆的主视剖面构造示意图；
37.图
18
是本实用新型实施例中储液桶的立体构造示意图；
38.图
19
是本实用新型实施例中导液腔的立体构造示意图
。
39.图中：
40.1-扇叶；
2-扇叶保护罩；
3-超声雷达；
4-扇叶电机；
5-机翼滑杆；
6-机翼滑杆孔道架；
7-控制面板；
8-顶部安装板；
9-摄像头；
10-驱动电机；
11-支撑脚架；
12-电池；
13-底部安装板；
14-轴承端盖；
15-中心齿轮；
16-伸缩齿条；
17-齿条安装架；
18-制动电磁铁；
19-滑动导座；
20-轴承；
21-轴承套筒；
22-喷液杆；
23-可伸缩导液管；
2301-内导液管；
2302-外导液管；
24-导液杆固定爪；
241-上连接套；
242-下连接套；
25-水泵；
26-储液桶；
27-导液腔；
271-输入口；
272-输出口；
28-储液桶固定爪；
29-导液软管；
30-导向杆；
31-旋翼组件；
32-可伸缩机翼杆；
33-机身；
34-燕尾型滑槽；
35-燕尾型滑动凸条；
36-制动长槽；
38-安装孔；
39-拼接头；
40-定位柱；
41-定位插槽；
42-喷洒组件；
43-滑动通孔
。
41.具体实施方式
:
42.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明
。
43.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语
“ꢀ
纵向”、
“ꢀ
横向”、
“ꢀ
上”、
“ꢀ
下”、
“ꢀ
前”、
“ꢀ
后”、
“ꢀ
左”、
“ꢀ
右”、
“ꢀ
竖直”、
“ꢀ
水平”、
“ꢀ
顶”、
“ꢀ
底”、
“ꢀ
内”、
“ꢀ
外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位
、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制
。
44.如图1～
19
所示，本实用新型一种应用于复杂空间特种作业的机翼杆可伸缩的四旋翼无人机，包括机身
33、
设于机身
33
上方四角的四个旋翼组件
31
，四个旋翼组件
31
分布于机身
33
的两条对角线上，即：每两个旋翼组件位于对角线的两端，相邻两个旋翼组件的扇叶互为镜像（这部分结构与现有的四旋翼无人机的结构相同）
。
所述机身
33
的周侧设有与四个旋翼组件
31
的位置相对应的四根可伸缩机翼杆
32
，所述旋翼组件
31
安装在位置相对应的可伸缩机翼杆
32
的伸缩端上，可伸缩机翼杆沿着旋翼组件与机身之间进行伸缩；所述机身
33
上设有伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构驱动四根可伸缩机翼杆
32
同步伸缩，可伸缩机翼杆伸缩时实现调节旋翼组件与机身之间的距离
。
通过在旋翼组件与机身之间设置可伸缩机翼杆，可根据作业空间情况，通过可伸缩机翼杆的伸缩实现对整体无人机的大小进行调节，具有良好的空间适应能力，可应用于复杂空间的特种作业
。
45.本实施例中，如图4所示，四根可伸缩机翼杆
32
分别设置在机身
33
的周侧四角处，四根可伸缩机翼杆分布于机身的两条对角线上，相邻的可伸缩机翼杆的机翼滑杆形状互为镜像
。
46.本实施例中，每根可伸缩机翼杆
32
均包括与机身固定连接的机翼滑杆孔道架6，所述机翼滑杆孔道架6的内部滑动穿设有机翼滑杆5，所述旋翼组件
31
安装在机翼滑杆5远离机身
33
的一端顶部；伸缩驱动机构与机翼滑杆相连接，伸缩驱动机构驱动机翼滑杆沿着机
翼滑杆孔道架移动，实现伸缩
。
47.本实施例中，如图
6-9
所示，所述机翼滑杆孔道架6呈管状，且截面呈矩形状，机翼滑杆孔道架6的内腔四周侧面均设有燕尾型滑槽
34
；所述机翼滑杆5的截面呈矩形状，机翼滑杆的四周侧面均设有燕尾型滑动凸条
35
，所述燕尾型滑动凸条与燕尾型滑槽滑动配合，起固定和导向作用
。
48.本实施例中，如图5所示，所述伸缩驱动机构包括轴线沿竖向延伸的中心齿轮
15、
设于中心齿轮
15
下方并驱动中心齿轮转动的驱动电机
10
，所述中心齿轮
15
与两对上
、
下分布的伸缩齿条
16
相啮合，两对伸缩齿条
16
分布于机身
33
的两条对角线上且与四根可伸缩机翼杆
32
的位置相对应，每对伸缩齿条
16
均包括相向设置且分布于中心齿轮两侧的两个伸缩齿条
16
，每个伸缩齿条
16
分别与一根可伸缩机翼杆
32
的位置相对应，所述伸缩齿条
16
与机翼滑杆5固定连接，中心齿轮
15
转动时会带动伸缩齿条
16
移动，伸缩齿条移动时会带动机翼滑杆沿着机翼滑杆孔道架滑动，以此实现伸缩
。
由于中心齿轮一次性与四个伸缩齿条相啮合，中心齿轮转动时可带动四个伸缩齿条同步移动，以此实现带动四根可伸缩机翼杆同步伸缩
。
49.本实施例中，四个旋翼组件
31
分为两对，每个对角互为一对，以平衡在旋翼组件旋转时产生的旋转扭矩
。
每个旋翼组件均包括扇叶
1、
旋翼电机
4、
扇叶保护罩2，旋翼电机4竖直安装在机翼滑杆5顶部，扇叶1和旋翼电机4通过卡扣连接，扇叶保护罩2对扇叶1和旋翼电机4起保护作用
。
50.本实施例中，如图5所示，每个伸缩齿条
16
均固定安装在一齿条安装架
17
的内侧端，所述齿条安装架
17
与机翼滑杆5远离旋翼组件
31
的一端固定连接，齿条安装架
17
的外侧端中部设有卧式u型状的滑动导座
19
，如图
10
所示，所述滑动导座
19
的内部安装有制动电磁铁
18
，所述制动电磁铁
18
的伸缩杆头部固定套设有橡胶帽，所述机身
33
的内部设有与伸缩齿条
16
相平行的制动长槽
36
，所述制动长槽
36
以利于制动电磁铁的伸缩杆伸入
。
常态下，制动电磁铁的伸缩杆伸入制动长槽内，由橡胶帽和制动长槽之间的摩擦力实现机翼滑杆5位置的固定
。
当机翼杆长度需要发生变化时，四个制动电磁铁改变状态，制动电磁铁的伸缩杆收缩立杆制动长槽，此时可伸缩机翼杆可进行伸缩
。
当可伸缩机翼杆伸缩导合适长度后，制动电磁铁的伸缩杆伸入制动长槽内，实现制动，此时可伸缩机翼杆无法进行伸缩
。
51.为了避免四个方向上的伸缩齿条和齿条安装板
17
在同时移动的过程中发生干涉，故将内部伸缩驱动机构分成上下两层，每个对角占一层，因此机翼滑杆5分为两对，每个对角互为一对，相邻两机翼滑杆5形状互为镜像，以实现机翼杆同步无干涉伸缩运动
。
机身尺寸大致变化范围如图3所示
。
52.本实施例中，如图5所示，位于机身
33
同一条对角线的两根可伸缩机翼杆中，两根可伸缩机翼杆
32
的机翼滑杆孔道架6之间固定有一对导向杆
30
，所述导向杆
30
与齿条安装架
17
的位置相对应，所述齿条安装架
17
外侧端中部的滑动导座
19
上开设有与导向杆
30
滑动配合的滑动通孔
43。
通过设置滑动导座与导向杆，可对齿条安装座板的移动起到导向作用，以及防止齿条安装板侧倾弯曲
。
53.本实施例中，所述机身
33
包括上
、
下平行设置的顶部安装板8和底部安装板
13
，所述顶部安装板8的底面和底部安装板
13
的顶面均设有一对制动长槽
36
，顶部安装板8上的一对制动长槽和底部安装板上的一对制动长槽分别位于机身的两条对角线上，如图
11、12
所
示
。
54.本实施例中，所述机翼滑杆孔道架6远离旋翼组件
31
的一端位于顶部安装板8与底部安装板
13
之间，所述顶部安装板8和底部安装板
13
均通过紧固件与机翼滑杆孔道架固定连接
。
55.本实施例中，所述顶部安装板8和底部安装板
13
的中部均开设有安装孔
38
，所述中心齿轮
16
的齿轮轴上
、
下两端均通过轴承
20
设置在安装孔
38
内，所述顶部安装板的顶面固定有轴承端盖；所述驱动电机安装在底部安装板的底面
。
56.优选的，驱动电机采用步进电机
。
57.本实施例中，所述机翼滑杆孔道架6远离旋翼组件
31
的一端外壁固定有v字型状的拼接头
39
，所述拼接头
39
的一侧边端面设有定位柱
40
，拼接头
39
的另一侧壁端面设有用于与定位柱
40
插接配合的定位插槽
41
，当四根可伸缩机翼杆的伸缩杆设置在顶部安装板与底部安装板之间时，相邻两根可伸缩机翼杆的机翼滑杆孔道架之间通过定位柱与定位插槽进行拼接，以提高结构的整体性
。
58.本实施例中，机身
33
的底部设有一对可拆卸的支撑脚架
11
，当需要进行空间勘查作业或者物料投递作业时，可直接在脚架
11
上挂载所需物品，挂载时保证物品稳固即可
。
脚架
11
和底部安装板
13
通过紧固件进行固连
。
机身的底部固定有供电电池
。
例如：在进行高精度勘测作业时，用户可根据自身需要，在支撑脚架上挂载特种摄像头和雷达装置；在进行物料投递作业时，可以在脚架上加装自制载物框或载物网进行物料投递
。
59.本实施例中，如图
14、15
所示，当需要进行消毒打药作业时，还包括设于机身
33
下方的喷洒组件
42
，所述喷洒组件
42
包括可拆安装在机身
33
底部一对支撑脚架
11
之间的储液桶
26
；每根可伸缩机翼杆
32
的下方均平行设有一根可伸缩导液管
23
，所述可伸缩导液管
23
的一端通过分流组件与储液桶
26
相连接，可伸缩导液管
23
的另一端与竖直安装在可伸缩机翼杆
31
的伸缩端底部的喷液杆
22
相连接
。
工作时，储液桶内的消毒液通过分流组件输送至各根可伸缩导液管，再进入喷液杆进行喷液，可伸缩导液管可与可伸缩机翼杆的伸缩相适配
。
60.本实施例中，如图
19
所示，所述分流组件包括具有四个输出口的导液腔
27
，所述导液腔
27
设置在储液桶
26
顶部，所述储液桶
27
的外壁安装有水泵
25
，所述水泵
25
的输入端通过进水管与储液桶
26
的底部相连接，水泵
25
的输出端通过出水管与导液腔
27
的输入口
271
相连接
。
工作时，水泵通过进水管将储液桶内的消毒液抽出，再输送至导液腔，通过导液腔的四个输出口
272
一次性为四根喷液杆输送消毒液
。
优选的，进水管和出水管均采用导液软管
。
61.本实施例中，如图
16、17
所示，所述可伸缩导液管
23
采用类似注射器的结构，其具体包括内导液管
2301、
滑动套设在内导液管
2301
外侧的外导液管
2302
，内导液管与外导液管相连通，所述外导液管与导液腔的输出口相连接，所述内导液管位于外导液管内部的一端外壁设置有橡胶活塞，橡胶活塞对内导液管的外壁与外导液管的内壁之间进行密封，内导液管伸出外导液管的一端与喷液杆上的输入口相连接，以便将消毒液输送至喷液杆
。
进一步的，内导液管的橡胶活塞与外导液管的开口处设有密封胶圈，以便能够在伸缩的同时保证液体不泄露
。
通过设置可伸缩导液管与可伸缩机翼杆相适配，有效避免打药消毒作业时，机翼杆伸缩功能与喷洒功能发生冲突，在机翼杆伸缩的同时，通过水泵控制导液通路压
力，让可伸缩导液管与机翼杆同步伸缩，既不漏液，又能保证输液管道不会发生弯折
、
扭转和拉扯现象
。
62.本实施例中，如图
18
所示，所述储液桶
26
的顶部设有带密封盖的加液口，储液桶内设有液面高度传感器和压力传感器，液面高度传感器用于检测储液桶内部的液位高度，压力传感器用于检测压力信息
。
63.本实施例中，储液桶的左
、
右侧壁设有储液桶固定爪
28
，储液桶固定爪
28
通过紧固件固定在支撑脚架
11
的横梁上
。
64.本实施例中，为了提高结构的稳定性，所述可伸缩机翼杆
31
的机翼滑杆孔道架6与外导液杆
2302
之间设有若干个导液杆固定爪
24
，导液杆固定爪
24
包括上连接套
241
和下连接套
242
，上连接套固定套设在机翼滑杆孔道架外侧，下连接套固定套设在外导液杆的外侧
。
65.另一实施例中，还包括有控制面板7（内置飞控系统和带程序的单片机）
、
超声雷达3以及摄像头9，控制面板7通过紧固件安装在顶部安装板8的顶面，每个旋翼组件
31
上均设有超声雷达3，摄像头9安装支撑脚架
11
上
。
当可伸缩机翼杆需要工作时，控制面板7中的药液监测程序会根据目前液面高度传感器和压力传感器实时传送的液面高度信息和压力信息，通过水泵
25
小幅调节导液通路的液压，使可伸缩导液杆
23
能够随机翼滑杆5的移动进行同步移动
。
机翼滑杆固定时，若需要进行打药消毒作业，水泵
25
则会随时加压待命，控制面板7中的喷洒程序通过控制水泵
25
加压幅度和喷液杆
22
底部的阀门决定是否进行喷洒
。
66.本实施例中，采用齿轮
、
齿条结构实现机翼杆可伸缩，并与可伸缩导液管相组合，伸缩功能通过步进电机和电磁铁做到无级调节和固定，实现四个机翼杆同步
、
稳定伸缩
。
而目前绝大部分的旋翼无人机均是采用固定翼的，不方便对机翼进行伸缩，一些旋翼无人机的机翼伸缩也是用弹簧
、
皮带或者平面四杆机构设计的，不能够做到四个机翼线性同步稳定伸缩，且不好在工作过程中做到无级调节和固定
。
67.本实用新型的优点在于：
68.（1）可根据作业空间情况，通过可伸缩机翼杆实现对无人机整体大小的无级调节和固定，具有极强的空间适应能力；
69.（2）为实现打药消毒功能特别设计了喷洒组件，能保障机可伸缩机翼杆正常工作的同时不影响后续的喷洒作业；
70.（3）一机多用，既能挂载喷洒系统进行打药消毒作业，又能挂载航拍勘测装置进行空间勘查作业，还能进行物料投递作业等；
71.（4）自带摄像头
、
超声雷达和机翼保护罩，工作安全性有保障；
72.（5）工作质量可靠，工作效率高，大大节约人力成本；
73.（6）在实现以上功能的同时，能够做到结构轻便，制造成本低，易于维护
。
74.本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接
(
例如使用螺栓或螺钉连接
)
，也可以理解为：不可拆卸的固定连接
(
例如铆接
、
焊接
)
，当然，互相固定连接也可以为一体式结构
(
例如使用铸造工艺一体成形制造出来
) 所取代
(
明显无法采用一体成形工艺除外
)。
75.另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似
、
类似或接近的状态或形状
。
76.本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件
。
77.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中
。