一種雙面可飛行的多旋翼機及其運行方法與流程

2023-12-01 10:12:26 3

本發明涉及定位技術領域，尤其涉及一種雙面可飛行的多旋翼機及其運行方法。

背景技術：

目前，市面上的旋翼機以固定翼為主，旋翼對稱分布在機體周圍，旋翼處於同一高度平面，且旋翼的結構和半徑都相同，常見有三旋翼、四旋翼、六旋翼等。電機對稱的安裝在飛行器的旋翼固定臂末端，固定臂首端連接處的空間安放飛行控制計算機和外部設備。其動力是依靠由電機驅動的旋翼的轉動提供。旋翼機的旋翼一般與電機共軸安裝在旋翼固定臂上，此固定臂一般固定於機身。多旋翼飛行器在飛行中有時會因控制不當、接觸障礙物等原因墜落，由於旋翼固定臂不可旋轉，故當飛行器正面著地(機身平面翻轉180度)時無法自行起飛，這會為飛行器的使用帶來不便，並可能造成一定的損失。

中國發明專利，公開號：104691737A，公開日：2015年6月10日，公開了一種多旋翼飛行器支撐臂組件、機架以及飛行器，支撐臂組件包括機身連接件、支撐臂、電機安裝座，支撐臂一端通過機身連接件與機身連接，另一端固定安裝有電機安裝座，支撐臂兩端為口字截面梁結構，中段為翼型截面梁結構，機身連接件包括機身固定件、支撐臂固定件以及卡鉤。機身固定件與機身固連，其上設有用於和所述的卡鉤過盈配合的銷軸，支撐臂固定件與所述的支撐臂固連，和機身固定件鉸接，其上設有限位片。該支撐臂能夠有效減小多旋翼飛行器飛行過程中旋翼下洗流帶來的升力損失，提高飛行器的航時與航程以及負載能力，機身連接件使得多旋翼飛行器支撐臂能夠簡單迅速地進行摺疊，有效減小多旋翼飛行器的體積，提高多旋翼飛行器的便攜性。其不足之處在於，飛行器僅支持在落地後靜止的情況下的固定臂的旋轉，在飛行時不能完成。

技術實現要素：

1.發明要解決的技術問題

針對現有技術的飛行器正面著地時無法自行起飛的問題，本發明提供了一種雙面可飛行的多旋翼機。它通過改變旋翼提供的力的方向從而可以達到飛行器翻面後仍可以正常起飛的目的。

2.技術方案

為解決上述問題，本發明提供的技術方案為：

一種雙面可飛行的多旋翼機，包括機身、傳動機構和旋翼機構，還包括飛行控制裝置和旋翼固定臂，其中，機身中心設有飛行控制裝置，機身中心通過傳動機構與旋翼固定臂首端相連，旋翼固定臂末端與旋翼機構連接。

優選地，所述的旋翼機構包括旋翼保護架，旋翼保護架與旋翼固定臂末端相連。

優選地，所述的旋翼保護架包括支撐杆和弧形環，支撐杆的首端與所述旋翼固定臂的末端相連接，支撐杆的尾端與所述的弧形環的內表面相連接，同一旋翼保護架內的支撐杆呈對稱結構。

優選地，旋翼機構由電機驅動，電機安裝在旋翼固定臂的末端，電機的輸出軸與旋翼機構的旋翼連接，飛行控制裝置驅動電機轉動。

優選地，機身上安裝有起落支架，所述的起落支架包括上起落支架和下起落支架，上起落支架安裝於機身頂部，下起落支架安裝於機身底部。

優選地，起落支架由三根均勻排布的彈性杆構成，每根彈性杆位於相鄰的兩個旋翼保護架外輪廓的中間位置外側。

優選地，所述的飛行控制裝置包括單片機、GPS、陀螺儀和藍牙模塊，GPS、陀螺儀和藍牙模塊均與單片機相連，單片機與傳動機構連接。

優選地，機身中心通過傳動機構與旋翼固定臂首端相連，所述的傳動機構包括舵機、連動杆、固定架和旋轉軸，舵機與連動杆一端連接，連動杆另一端與旋轉軸連接，所述固定架與機身的底盤固定連接，旋轉軸與旋翼固定臂首端相連。

一種雙面可飛行的多旋翼機的運行方法，包括以下步驟：

A、打開以上所述的一種雙面可飛行的多旋翼機；

B、飛行控制裝置的單片機通過陀螺儀的信號判斷所述的多旋翼機所處的狀態，單片機通過傳動機構調整旋翼固定臂；

C、飛行控制裝置驅動旋翼機構的電機轉動，所述的多旋翼機起飛；

D、所述的多旋翼機落地後，起落支架為所述的多旋翼機提供支撐。

優選地，步驟B中，飛行控制裝置的單片機通過陀螺儀的信號判斷所述的多旋翼機反面朝上時，飛行控制裝置控制傳動機構驅動旋翼固定臂旋轉180度，使之正面朝上。

3.有益效果

採用本發明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：

(1)本發明的一種雙面可飛行的多旋翼機，機身上安裝有起落支架，所述的起落支架包括上起落支架和下起落支架，上起落支架安裝於機身頂部，下起落支架安裝於機身底部，當飛行器反面落地時，安裝於底部的起落支架可以提供支撐；當飛行器正面落地時，安裝於頂部的起落支架可以提供支撐，同時能夠保護機身和旋翼不受落地時的撞擊所帶來的損傷；

(2)本發明的一種雙面可飛行的多旋翼機，起落支架由三根均勻排布的彈性杆構成，每根彈性杆位於相鄰的兩個旋翼保護架外輪廓的中間位置外側，上起落支架的每根彈性杆位於相鄰的兩個旋翼保護架外輪廓的中間位置上方，下起落支架的每根彈性杆位於相鄰的兩個旋翼保護架外輪廓的中間位置下方，為了保證降落時的穩定，每根彈性杆與垂直方向有大約30度的夾角，從俯視的角度看，每個彈性杆的位置分別處於兩個旋翼保護架外輪廓的中間，這樣在旋翼保護架需要隨旋翼固定臂旋轉時，彈性杆不會阻擋到其轉動；

(3)本發明的一種雙面可飛行的多旋翼機，當飛行控制裝置的單片機通過陀螺儀的信號判斷多旋翼機構反面朝上時，飛行控制裝置的單片機驅動傳動機構的舵機運動，舵機運動拉動連動杆，使連動杆位置發生變化，從而使旋轉軸旋轉，旋轉軸與旋翼固定臂首端相連，即可使旋翼固定臂完成繞軸旋轉，旋翼固定臂末端連接旋翼機構，即可實現對旋翼機構的正反面調整，在反面朝上的情況也可以完成起飛；

(4)本發明的一種雙面可飛行的多旋翼機的運行方法，飛行控制裝置實現對旋翼機構和傳動機構的控制和驅動，實現自動控制多旋翼機的目的。

附圖說明

圖1為本發明正面朝上時的示意圖；

圖2為本發明反面朝上時的示意圖；

圖3為本發明的傳動機構結構示意圖；

圖4為本發明的傳動機構側視圖。

示意圖中的標號說明：

1、旋翼保護架；2、上起落支架；3、下起落支架；4、旋翼固定臂；5、旋翼；6、旋翼機構。

具體實施方式

為進一步了解本發明的內容，結合附圖及實施例對本發明作詳細描述。

實施例1

本實施例的一種雙面可飛行的多旋翼機，包括機身、傳動機構和旋翼機構6，還包括飛行控制裝置和旋翼固定臂4，其中，機身中心設有飛行控制裝置，機身中心通過傳動機構與旋翼固定臂4首端相連，旋翼固定臂4末端與旋翼機構6連接。

旋翼固定臂4的轉動只能為0度或者180度，主要用於飛行器在正、反面落地時均可起飛的狀況。

如圖1和2所示，本實施例中的旋翼機構6共3個，3個旋翼機構6均勻分布在機身周圍，旋翼機構6包括旋翼保護架1，旋翼保護架1與旋翼固定臂4相連。所述的旋翼保護架1包括支撐杆和弧形環，支撐杆的首端與所述旋翼固定臂4的末端相連接，支撐杆的尾端與所述的弧形環的內表面相連接，同一旋翼保護架1內的支撐杆呈對稱結構。

旋翼機構6由電機驅動，用以為飛行器提供動力，電機安裝在旋翼固定臂4的末端，電機的輸出軸與旋翼機構6的旋翼5連接，飛行控制裝置驅動電機轉動，電機轉動，帶動旋翼5旋轉，多旋翼機起飛。

飛行控制裝置內的單片機輸出控制信號驅動電機正轉和反轉，從而控制多旋翼機起飛。

機身上安裝有起落支架，所述的起落支架包括上起落支架2和下起落支架3，上起落支架2安裝於機身頂部，下起落支架3安裝於機身底部。

起落支架由三根均勻排布的彈性杆構成，每根彈性杆位於相鄰的兩個旋翼保護架1外輪廓的中間位置外側，如圖1所示，上起落支架2的每根彈性杆位於相鄰的兩個旋翼保護架1外輪廓的中間位置上方，下起落支架3的每根彈性杆位於相鄰的兩個旋翼保護架1外輪廓的中間位置下方。

所述的飛行控制裝置包括單片機、GPS、陀螺儀和藍牙模塊，GPS、陀螺儀和藍牙模塊均與單片機相連，單片機與傳動機構連接。GPS用於多旋翼機定位、高度、飛行方向及速度等測量；陀螺儀以本地方式快捷測量機身朝向和運動方向，可判定多旋翼機正/反面朝上；藍牙模塊與單片機連接，可在必要時用於多旋翼機與操作者控制裝置之間的通信。

飛行控制裝置的單片機與傳動機構的舵機71連接，通過驅動舵機71運動，控制旋翼固定臂4的旋轉0或180度，旋翼固定臂4末端連接旋翼機構6，從而實現對旋翼機構6的落地時的正反面朝向的調整。

機身中心通過傳動機構與旋翼固定臂4首端相連，所述的傳動機構包括舵機71、連動杆72、固定架73和旋轉軸74，舵機71與連動杆72一端連接，連動杆72另一端與旋轉軸74連接，所述固定架73與機身的下表面底盤固定連接，旋轉軸74與旋翼固定臂4首端相連。

如圖3和4所示，此傳動機構(暫稱連接件)用以連接機身與旋翼固定臂4，舵機71與連動杆72相連，連動杆72與旋轉軸74相連。舵機71運動拉動連動杆72，使連動杆72位置發生變化，從而使旋轉軸74旋轉，固定架3用於將連接件與機身固定，旋轉軸74與旋翼固定臂4首端相連。

如圖3為連接件的側視圖，其固定於底盤上，並且旋轉軸74與旋翼固定臂4相連，可以將該底盤看做機身內部的下表面。舵71轉動，由連動杆72帶動旋轉軸74旋轉，即可使旋翼固定臂4完成繞軸旋轉。

一種雙面可飛行的多旋翼機的運行方法，其特徵在於，包括以下步驟：

A、打開以上所述的一種雙面可飛行的多旋翼機；

B、飛行控制裝置的單片機通過陀螺儀的信號判斷所述的多旋翼機所處的狀態，單片機通過傳動機構調整旋翼固定臂4；

飛行控制裝置的單片機通過陀螺儀的信號判斷所述的多旋翼機反面朝上時，飛行控制裝置控制傳動機構驅動旋翼固定臂4旋轉180度，使之正面朝上。

即，當飛行控制裝置的單片機通過陀螺儀的信號判斷多旋翼機構6正面朝上時，飛行控制裝置不需要控制傳動機構驅動旋翼固定臂4旋轉，當飛行控制裝置的單片機通過陀螺儀的信號判斷多旋翼機構6反面朝上時，飛行控制裝置的單片機驅動傳動機構的舵機71運動，舵機71運動拉動連動杆72，使連動杆72位置發生變化，從而使旋轉軸74旋轉，旋轉軸74與旋翼固定臂4首端相連，即可使旋翼固定臂4完成繞軸旋轉，旋翼固定臂4末端連接旋翼機構6，即可實現對旋翼機構6的正反面調整。

C、飛行控制裝置驅動旋翼機構6的電機轉動，所述的多旋翼機起飛；

電機正轉時，旋翼提供垂直於旋翼旋轉平面向下的作用力，即提供升力使其上升，電機反轉時與以上情況相反。但是，本發明中飛行器電機不進行反轉，其一因為這樣設計起來控制電路會比較複雜；其二，當電機正轉速度較低時，空中的飛行器就會開始高速下落，所以沒有設計電機反轉使其下落速度增大的必要。

D、所述的多旋翼機落地後，起落支架為所述的多旋翼機提供支撐。

實施例2

本實施例的一種雙面可飛行的多旋翼機及其運行方法，與實施例1類似，不同之處在於，為了保證降落時的穩定，每根彈性杆與垂直方向有大約30度的夾角，從俯視的角度看，每個彈性杆的位置分別處於兩個旋翼保護架外輪廓的中間，這樣在旋翼保護架1需要隨旋翼固定臂4旋轉時，彈性杆不會阻擋到其轉動。

所述起落支架分兩組，一組安裝於飛行器機身中間的頂部，一組安裝於飛行器機身中間的底部。所述起落支架用於在飛行器落地時提供支撐和防護。且當飛行器反面落地時，安裝於底部的起落支架可以提供支撐；當飛行器正面落地時，安裝於頂部的起落支架可以提供支撐。並且所述起落支架也提供了足夠的空間讓旋翼5進行翻轉。

在圖1中，當飛行器落地後正面朝上，即安裝於機身底部的起落支架提供支撐時，要使飛行器起飛，則飛行控制裝置直接驅動電機轉動即可。

在圖2中，當飛行器落地後反面朝上，即安裝於機身頂部的起落支架提供支撐時，要使飛行器起飛，則飛行控制裝置需要控制傳動機構驅動旋翼固定臂4旋轉180度，使之正面朝下，此時驅動電機轉動即可。

實施例3

本實施例的一種雙面可飛行的多旋翼機及其運行方法，與實施例1類似，考慮到旋翼5與地面呈較小夾角的情況(當夾角過大時，例如>30度時，飛行器降落後難以保持穩定，可能會發生傾倒)。當此種情況出現時，相當於飛行器起飛時，未處於一個穩定的狀態，飛行控制器(即飛行控制裝置)的作用就在於，當飛行器狀態不穩定時，迅速調節使其穩定。所以對於這種情況，可以看做起飛後的瞬間飛行器的飛行狀態是不穩定的，此時只需飛行控制裝置來調節即可，在實際的使用中並沒有大的影響。對於繞軸旋轉，如果旋翼5所在平面的正面與豎直向上的方向呈較小夾角，可以判定不需要進行選擇，如果旋翼5所在平面的正面與豎直向上的方向所呈角度接近於180度，則說明此時飛行器的正面朝下，旋翼固定臂4需要旋轉180度。

以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構並不局限於此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬於本發明的保護範圍。