一种便携式模块化无人机平台的制作方法

本发明属于无人机平台设计领域，特别是一种便携式模块化无人机平台。

背景技术：

随着近几年微电子技术及传统信息、控制等领域的不断发展，传统无人机领域得到了飞速发展，无人机正由传统的高空、大型、快速向着低空、小型、低速的方向发展。并由于其独特的作业高度，有效的填补了传统低空空域工作单位的空白。

但就目前便携式无人机构型，旋翼构型的便携式无人机尺寸微小，载荷低，抗风性能弱，近几年虽有共轴筒型双旋翼的无人机被设计出来，类似的有便携式小型筒式共轴反桨三叶片旋翼式无人机(专利号cn111332462a)，但其控制机构为单上旋翼周期变距控制，该控制方式由于只有一组旋翼为无人机主体提供俯仰及滚转控制力矩，其飞行性能受到一定限制。并且其无人机主体重心偏下，其周期变距的控制旋翼所产生控制力矩将进一步被削弱，其在抗风性能及最大水平飞行速度上都会受到部分制约。同时目前单兵无人机的构型较为单一，仅有纯旋翼构型或固定翼构型，整体泛用性较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种便携式模块化无人机平台，以实现便携式模块化无人机在共轴反桨旋翼机与尾座式垂直起降固定翼飞机之间实现转化。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种便携式模块化无人机平台，包括共轴双旋翼控制部分、固定翼模块部分；所述共轴双旋翼控制部分固定在固定翼模块部分前端；

所述共轴双旋翼控制部分包括上桨叶周期变距控制机构、控制舵机机构、下桨叶周期变距控制机构、封装壳体；所述上桨叶周期变距控制机构、控制舵机机构、下桨叶周期变距控制机构均设置在封装壳体内；

所述上桨叶周期变距控制机构与下桨叶周期变距控制机构结构相同，呈90度交错布置，且对称布置在控制舵机机构的上下两端；

所述桨叶周期变距控制机构与下桨叶周期变距控制机构均包括空心轴电机、电机座、桨毂、桨叶轴、十字盘、变距拉杆、桨叶挥舞限动件；所述电机座固定在中心支撑管上，空心轴电机定子固定在电机座上，中心支撑管通过轴承穿过桨叶轴，桨叶轴与空心轴电机转子固连，空心轴电机转子旋转将带动桨叶轴旋转；所述桨毂位于空心轴电机下端；所述桨毂套在桨叶轴上，且与桨叶轴之间通过两个螺杆连接，螺杆轴线垂直于桨叶轴轴线；螺杆与桨毂通过轴承连接，使得桨毂可绕螺杆轴线旋转，用于执行桨叶周期变距动作；所述桨叶挥舞限动件与桨毂通过转轴连接，可沿转轴向下摆动，无法向上摆动；所述桨叶与桨叶挥舞限动件固连；

所述十字盘通过鱼眼轴承与中心支撑管连接；所述十字盘与桨毂之间通过一对变距拉杆连接，变距拉杆用于传递十字盘对桨毂周期变距控制；

所述控制舵机机构包括俯仰控制舵机、滚转控制舵机及舵机座；所述舵机座与中心支撑管固连；所述俯仰控制舵机、滚转控制舵机均与舵机座固连；所述俯仰控制舵机、滚转控制舵机输出轴上均连接有摇臂，摇臂上连接有舵机拉杆；俯仰控制舵机上的摇臂通过舵机拉杆连接十字盘俯仰控制杆，滚转控制舵机上的摇臂通过舵机拉杆连接十字盘的滚转控制杆。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)通过使用上下双旋翼变距结构，且使用上下斜盘90度错位联动设计，及上下十字盘的联动设计，使舵机数量减少到2，同时相较传统的双旋翼的单旋翼周期变距的控制特点，其飞行控制效率将大大提高。

(2)通过独特的固定翼模块设计，使该飞行器在特定需求下，安装固定翼模块，使无人机平台将从共轴双桨旋翼飞行器转变为尾座式垂直起降固定翼飞行器，将大大提高本无人机平台在巡航状态下的滞空时间、飞行速度、载荷重量等性能。

(3)固定翼模块不设置控制舵面，控制将依旧使用旋翼转速及周期变距实现控制需求。且不设置电气设备将提高本模块的可靠性，并降低该模块的重量。

附图说明

图1为便携式模块化无人机平台尾座式固定翼模式示意图。

图2为旋翼模块控制部分机械结构示意图。

图3为上桨毂与上桨叶轴连接剖面示意图。

图4为上桨叶挥舞限动件局部示意图图。

图5为旋翼模式桨叶收纳示意图。

图6为旋翼模式桨叶展开示意图。

图7为旋翼控制模块防尘壳整体示意图。

图8为固定翼模块示意图。

1-上桨叶轴2-上变距拉杆3-俯仰控制舵机4-下十字盘5-下桨毂6-下桨叶挥舞限动件7-下空心轴电机8-下电机座9-中心支撑管10-下桨叶轴11-下变距拉杆12-舵机拉杆13-滚转控制舵机14-舵机座15-上十字盘16-上桨叶挥舞限动件17-上桨毂18-上空心轴电机19-上电机座20-桨叶防尘盖21-舵机防尘盖22-下电机防尘盖23-下桨叶24-上桨叶25-上电机防尘盖26-顶部防尘盖27-固定翼模块主机翼28-固定翼模块连接件29-翼尖小翼30-倒v尾翼31-尾翼连接件32-轴承33-螺栓

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1-图6，本发明的一种便携式模块化无人机平台，包括共轴双旋翼控制部分i、固定翼模块部分ii；

所述共轴双旋翼控制部分i包括上桨叶周期变距控制机构、控制舵机机构、下桨叶周期变距控制机构、封装壳体

所述上桨叶周期变距控制机构与下桨叶周期变距控制机构结构相同，呈90度交错布置，且对称布置在控制舵机机构的上下两端；

所述上桨叶周期变距控制机构包括上空心轴电机18、上电机座19、上桨毂17、上桨叶轴1、上十字盘15、上变距拉杆2、上桨叶挥舞限动件16；

所述中心支撑管9穿过上桨叶轴1，所述上桨叶轴1为空心轴，上桨叶轴1内上下端分别设有轴承，中心支撑管9通过轴承支撑在上桨叶轴1内；所述上电机座19与中心支撑管9固连，上空心轴电机18的定子与上电机座19固连，上空心轴电机18转子与上桨叶轴1上端固连；电机转子旋转将带动上桨叶轴1旋转，为上桨叶24传递旋转动力。所述上桨毂17位于上空心轴电机18下端；结合图2-1，所述上桨毂17套在上桨叶轴1上，且与上桨叶轴1之间通过螺栓33连接，螺栓轴线垂直于上桨叶轴1轴线；螺栓33与上桨毂17通过轴承32连接，使得上桨毂17可绕螺栓轴线旋转，用于执行桨叶周期变距动作。所述上桨叶挥舞限动件16与上桨毂17通过转轴连接，可沿转轴向下摆动；结合图2-2，所述上桨叶挥舞限动件16上端设有限位凸台16-1，使得上桨叶挥舞限动件16无法相对上桨毂17向上摆动。所述上桨叶24与上桨叶挥舞限动件16固连，结合图2-3，上桨叶24可以通过上桨叶挥舞限动件16完成向下旋转折叠工作，便于实际收纳作业。结合图2-4，当桨叶旋转时，由于离心作用的影响，桨叶会自动甩开至正常工作状态的水平位置。

所述上十字盘15通过鱼眼ge系列轴承与中心支撑管9连接；所述上十字盘15位于上桨叶轴1下端；上桨叶轴1内下端的轴承内圈支撑在鱼眼ge系列轴承上；所述上十字盘15与上桨毂17之间通过一对上变距拉杆2连接，上变距拉杆2用于传递上十字盘15对上桨毂17周期变距控制。

所述下桨叶周期变距控制机构包括下空心轴电机7、下电机座8、下桨毂5、下桨叶轴10、下十字盘4、下变距拉杆2、下桨叶挥舞限动件6。下桨叶周期变距控制机构与上桨叶周期变距控制机构结构及工作方式同理。

所述控制舵机机构包括俯仰控制舵机3、滚转控制舵机13及舵机座14；所述舵机座14通过螺栓与中心支撑管9固连；所述俯仰控制舵机3、滚转控制舵机13均与舵机座14固连；所述俯仰控制舵机3、滚转控制舵机13输出轴上均连接有摇臂，摇臂上连接有舵机拉杆12；俯仰控制舵机3上的摇臂分别通过舵机拉杆12连接上十字盘15和下十字盘4的俯仰控制杆，滚转控制舵机13上的摇臂分别通过舵机拉杆12连接上十字盘15和下十字盘4的滚转控制杆。

当俯仰控制舵机3工作时，舵机摇臂将通过舵机拉杆12带动上十字盘15及下十字盘4向指定方向倾斜。并通过上变距拉杆2将上十字盘15的倾斜量传递给上桨毂17，使得上桨毂17转到相应位置时，对上桨叶24完成周期变距工作。滚转控制舵机及下桨叶23周期变距工作与之同理。通过相关舵机对上下十字盘的周期变距控制，从而达到对飞行器整体旋翼模式下的俯仰及滚转姿态的操作控制。而偏航控制将由上下空心轴电机差速实现对飞行器整体旋翼模式下的偏航控制。飞行器高度将由上下空心轴电机的整体转速控制实现控制。

所述封装壳体包括桨叶防尘盖20、舵机防尘盖21、下电机防尘盖22、上电机防尘盖25、顶部防尘盖26；

结合图7，所述桨叶防尘盖20分别于上桨叶轴1和下桨叶轴10固连，桨叶防尘盖20将随桨叶轴一起转动，舵机防尘盖21与舵机座14固连，上电机防尘盖25与上电机座19固连，下电机防尘盖22同理；顶部防尘盖22与上电机座19及上电机防尘盖25进行固连。防尘盖的设置保证飞行器本体可在恶劣天气下的飞行需求。

所述固定翼模块部分ii包括固定翼模块主机翼27、固定翼模块连接件28、翼尖小翼29、倒v尾翼30、尾翼连接件31；

结合图8，所述固定翼模块连接件28固定在尾翼连接件31前部下端，用于固定翼模块部分ii与共轴双旋翼控制部分i之间的固连，可根据重心情况进行调节。所述固定翼模块主机翼27固定在尾翼连接件31前部上端，为飞行器整体提供固定翼模式下水平飞行时竖直方向的升力及安定作用。固定翼模块主机翼27两侧固定有翼尖小翼29，尾翼连接件31后端下侧固定有倒v尾翼30；翼尖小翼29及倒v尾翼30为飞行器整体提供安定面作用，提供高飞行器的固定翼模式下飞行的稳定性。

当安装固定翼模块部分ii后，本飞行器将由共轴双旋翼飞行器变为尾座式垂直起降固定翼飞行器。当其为尾座式垂直起降模式时，其控制方式与共轴双旋翼模式下相同。当变为固定翼飞行模式时，其滚转方向控制将由上下空心轴电机差速实现。俯仰方向控制，仍由俯仰控制舵机3执行，带动桨叶完成相关周期变距实现。偏航方向控制，将由滚转控制舵机13执行，带动桨叶完成相关周期变距实现。飞行速度油门将由上下空心轴电机整体转速的变化实现。

在狭窄复杂空域环境下，使用共轴双旋翼模式进行飞行作业，实现悬停、低空、低速、外形紧凑的任务要求。在开放空旷空域，安装固定翼模块，使飞行模式变为尾座式固定翼飞行模式，即起飞降落时，飞行器整体竖直悬停降落，巡航模式时，整体水平呈固定翼飞行模式。实现高速、高空、高载荷、长航时的任务要求。可根据使用人对实际任务需求进行选择调整具体飞行模式。