Einige Inhalte dieser Anwendung sind momentan nicht verfügbar.
Wenn diese Situation weiterhin besteht, kontaktieren Sie uns bitte unterFeedback&Kontakt
1. (WO2019047429) MULTI-ROTOR UNMANNED AERIAL VEHICLE-BASED DUCT PROPULSION SYSTEM
Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066  

权利要求书

1   2   3  

附图

1   2   3   4   5  

说明书

发明名称 : 一种基于多旋翼无人机的涵道推进系统

技术领域

[0001]
本发明属于无人机技术领域,具体涉及一种基于多旋翼无人机的涵道推进系统。

背景技术

[0002]
现有的四旋翼(或多旋翼)飞行器采用四个(或多个)旋翼作为飞行的直接动力源。以四旋翼无人机为例,旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向,四个旋翼处于同一高度平面,且四个旋翼的结构和半径都相同,四个电机对称地安装在飞行器的支架端,支架中间的空间安放飞行控制计算机和外部设备。
[0003]
上述飞行器采用小型无刷电机以及旋翼(螺旋桨)进行驱动,而目前用于多旋翼无人机的小型无刷电机拉力最大为800g-2000g/轴且造价昂贵,多用于工业级多旋翼无人机。而目前消费级无人机的拉力仅为350g-400g/轴,由于拉力较低,导致带载能力不足,且因为螺旋桨固有的气动问题,直径固定的螺旋桨在提供较大推力时,螺旋桨转速提高,但螺旋桨效率也会下降。即无人机在搭载较重载荷时,因为螺旋桨要提供较大推力,螺旋桨转速提高,螺旋桨效率下降,导致无人机在携带较重载荷时飞行时间和飞行距离明显缩短。由于消费级无人机自身搭载的小型无刷电机动力有限,使其载重效率低,不能完成携带较重载荷任务。
[0004]
即现有的消费级四旋翼(多旋翼)因成本和设计问题,在携带过重任务载荷的情况下无人机飞行时间和飞行半径明显缩短以及其不能携带超过自身推力的任务载荷。
[0005]
螺旋桨有效功率与发动机输出功率之比,叫螺旋桨效率
[0006]
为了解决无人机在携带较重载荷时飞行时间和飞行距离明显缩短的问题,现有技术方案有以下两种:
[0007]
(1)专利名称:一种倾转双涵道无人机(申请号:20160382189.4)
[0008]
该专利是一种倾转双涵道无人机,结构包括:中央翼以及中央翼内部的飞行控制设备、航电设备、电气设备、涵道倾转操纵机构;航电设备、电气设备、涵道倾转操纵机构分别与飞行控制设备相连。
[0009]
此涵道无人机以涵道作为无人机整体的动力系统,涵道控制系统与供电系统 均置于无人机飞控内部,并与无人整体连接,设计成本与制造成本偏高,且不便于维修和更换。
[0010]
(2)专利名称:一种电动式涵道旋翼无人机(申请号:201610872892)
[0011]
该专利是一种电动式涵道旋翼无人机,它涉及一种无人机。该专利中多个第一塑料圆环和多个第二塑料圆环同轴设置且交替连接形成涵道本体,多个轴向支架设在涵道本体上,每个轴向支架的顶部与上支撑架相连接,螺旋桨、导流片用支架和舵机用支架从上至下依次套装在电机的输出轴上,多个导流片设在导流片用支架上,每个导流片的两端分别与导流片用支架和涵道本体的内壁可拆卸连接,多个舵片设在舵机用支架上,每个舵片的两端分别与舵机用支架和涵道本体的内壁可拆卸连接。
[0012]
该专利将控制系统与动力系统置于涵道内部,将涵道风扇作为整个机体的外部结构,涵道的与无人机为一个整体,设计难度较大,技术难度高,设计成本与制造成本偏高,且不便于维修和更换涵道。
[0013]
上述两种代表性现有技术缺点是:都在传统的多旋翼无人机的基础上做了较大的改动,重新设计一款新型涵道式无人机。且要加装复杂的涵道控制系统和航电设备,使设计成本与制造成本偏高,且不便于维修和更换涵道和其他配套设备。
[0014]
本发明要解决的技术问题为:现有的涵道式推进系统不能适用于市场上的消费级多旋翼无人机。
[0015]
发明内容
[0016]
本发明为了提高多旋翼飞行器的装载能力,在传统多旋翼飞行器下加装一个独立的涵道升力模块,利用在同样功率下涵道风扇较同样直径的孤立螺旋桨会产生更大的推力的特点,将涵道风扇以及其电源和控制系统集成在一个涵道升力模块中,做为消费级多旋翼无人机的外附件,可以提供额外升力,增大无人机的飞行时间和飞行距离,使现有的消费级多旋翼飞行器能装载更重的任务载荷执行任务。
[0017]
一种基于多旋翼无人机的涵道推进系统,包括多旋翼无人机10、云台接口Ⅰ20、涵道升力模块30和云台接口Ⅱ40。涵道升力模块30与多旋翼无人机10为相互独立的模块。
[0018]
多旋翼无人机10与云台接口Ⅰ20通过刚性连接,云台接口Ⅰ20的下部与涵 道升力模块30通过刚性连接;云台接口Ⅱ40的上部与涵道升力模块30通过刚性连接,云台接口Ⅱ40的下部设有预留接口,预留接口能够与所搭载的云台或其他设备连接。
[0019]
所述涵道升力模块30由电池3010、电源开关3020、左涵道风扇3030、右涵道风扇3040、左电子调速器3050、右电子调速器3060、电调伺服器3070、遥控信号接收机3080和模式控制器3090组成。
[0020]
所述电池3010为左涵道风扇3030、右涵道风扇3040、左电子调速器3050、右电子调速器3060、电调伺服器3070、遥控信号接收机3080和模式控制器3090提供电力。
[0021]
所述电源开关3020为单刀单掷开关,用以控制电池3010的开断。
[0022]
所述左涵道风扇3030和右涵道风扇3040为一对正反桨涵道风扇并设置在多旋翼无人机10的两侧,左涵道风扇3030和右涵道风扇3040为涵道升力模块30提供推力。
[0023]
所述左电子调速器3050与左涵道风扇3030连接,右电子调速器3060与右涵道风扇3040连接,左电子调速器3050和右电子调速器3060通过电调伺服器3070或遥控信号接收机3080调节左涵道风扇3030与右涵道风扇3040的转速,进而调节推力。
[0024]
所述电调伺服器3070具有档位调节功能,电调伺服器3070分别和电子调速器3050、右电子调速器3060连接,通过电调伺服器3070控制左电子调速器3050及右电子调速器3060,进而控制左涵道风扇3030及右涵道风扇3040的转速。
[0025]
遥控信号接收机3080均与左电子调速器3050及右电子调速器3060连接,遥控信号接收机3080接收多旋翼无人机10的外部涵道遥控器发送的无线电信号,并将无线电信号发送至左电子调速器3050及右电子调速器3060,进而控制左涵道风扇3030及右涵道风扇3040的转速。
[0026]
所述模式控制器3090为单刀双掷开关,用以控制电调伺服器3070和所述遥控信号接收机3080的开闭。
[0027]
刚性连接为螺丝连接、榫卯连接或滑轨连接。
[0028]
多旋翼无人机10的控制起飞流程如下:
[0029]
当多旋翼无人机10未加装涵道升力模块30时,多旋翼无人机10起飞流程 如下:首先接通多旋翼无人机10电源后,通过无人机遥控器解锁多旋翼无人机10,通过无人机遥控器向多旋翼无人机10发送起飞指令,多旋翼无人机10螺旋桨转速加快,提供升力,多旋翼无人机10起飞。
[0030]
当需要增加载重时,给多旋翼无人机10加装涵道升力模块30,涵道升力模块30的规格根据不同载重而变化。此时起飞流程如下:
[0031]
步骤1:无人机飞手接通多旋翼无人机10电源。
[0032]
步骤2:无人机飞手打开连通涵道升力模块30的电源开关3020,使涵道升力模块30处于开启状态。
[0033]
步骤3:无人机飞手利用模式选择器3090选择涵道升力模块30的相关模式,如开关向上为手动模式,开关向下为遥控模式。
[0034]
步骤4A-1:如果选择手动模式的情况下,无人机飞手手动调节电调伺服器3070上的档位,使涵道升力模块30根据所选档位产生升力。
[0035]
步骤4A-2:无人机飞手通过无人机遥控器解锁多旋翼无人机10,无人机飞手控制无人机遥控器向多旋翼无人机10发送起飞指令,多旋翼无人机10接收起飞指令启动螺旋桨,此时多旋翼无人机10在所述涵道升力模块30和自身螺旋桨提供的升力的共同作用下起飞。
[0036]
步骤4B-1::如果选择遥控模式的情况下,无人机飞手打开外部涵道遥控器向所述涵道升力模块30发送指令,涵道升力模块30接收外部涵道遥控器的指令产生升力。
[0037]
步骤4B-2:无人机飞手通过无人机遥控器解锁多旋翼无人机10,以控制无人机遥控器向多旋翼无人机10发送起飞指令,多旋翼无人机10启动螺旋桨,此时多旋翼无人机10无人机在所述涵道升力模块30和自身螺旋桨提供的升力的共同作用下起飞。
[0038]
本发明使用了通用的云台接口,可以与市面上在售的多种型号的消费级多旋翼无人机进行刚性机械结合,并且可以根据不同载重需求搭载不同涵道或电池以提高最大升力,不需要加装复杂的涵道控制系统,有很大的改装潜力和设计余量,比重新设计一款涵道无人机节省了很大成本。

附图说明

[0039]
图1一种基于涵道推进模块的无人机结构图。
[0040]
图2涵道升力模块的结构示意图。
[0041]
图3一种基于涵道推进模块的无人机俯视图。
[0042]
图4未加装涵道升力模块时,无人机起飞操作流程示意图。
[0043]
图5加装涵道升力模块时,无人机起飞操作流程示意图。

具体实施方式

[0044]
如图1-5所示,一种基于多旋翼无人机的涵道推进系统,包括多旋翼无人机10、云台接口Ⅰ20、涵道升力模块30和云台接口Ⅱ40。
[0045]
多旋翼无人机10与云台接口Ⅰ20通过刚性连接,云台接口Ⅰ20的下部与涵道升力模块30通过刚性连接;云台接口Ⅱ40的上部与涵道升力模块30通过刚性连接,云台接口Ⅱ40的下部设有预留接口,预留接口能够与所搭载的云台或其他设备连接。
[0046]
所述涵道升力模块30由电池3010、电源开关3020、左涵道风扇3030、右涵道风扇3040、左电子调速器3050、右电子调速器3060、电调伺服器3070、遥控信号接收机3080和模式控制器3090组成。
[0047]
所述电池3010为左涵道风扇3030、右涵道风扇3040、左电子调速器3050、右电子调速器3060、电调伺服器3070、遥控信号接收机3080和模式控制器3090提供电力。
[0048]
所述电源开关3020为单刀单掷开关,用以控制电池3010的开断。
[0049]
所述左涵道风扇3030和右涵道风扇3040为一对正反桨涵道风扇并设置在多旋翼无人机10的两侧,左涵道风扇3030和右涵道风扇3040为涵道升力模块30提供推力。
[0050]
所述左电子调速器3050与左涵道风扇3030连接,右电子调速器3060与右涵道风扇3040连接,左电子调速器3050和右电子调速器3060通过电调伺服器3070或遥控信号接收机3080调节左涵道风扇3030与右涵道风扇3040的转速,进而调节推力。
[0051]
所述电调伺服器3070具有档位调节功能,电调伺服器3070分别和电子调速器3050、右电子调速器3060连接,通过电调伺服器3070控制左电子调速器3050及右电子调速器3060,进而控制左涵道风扇3030及右涵道风扇3040的转速。
[0052]
遥控信号接收机3080均与左电子调速器3050及右电子调速器3060连接,遥控信号接收机3080接收多旋翼无人机10的外部涵道遥控器发送的无线电信号,并将无线电信号发送至左电子调速器3050及右电子调速器3060,进而控制左涵道风扇3030及右涵道风扇3040的转速。
[0053]
所述模式控制器3090为单刀双掷开关,用以控制电调伺服器3070和所述遥控信号接收机3080的开闭。
[0054]
刚性连接为螺丝连接、榫卯连接或滑轨连接。
[0055]
实施例的控制说明如下:
[0056]
当多旋翼无人机10未加装涵道升力模块30时,多旋翼无人机10起飞流程如下:首先接通多旋翼无人机10电源后,通过无人机遥控器解锁多旋翼无人机10,通过无人机遥控器向多旋翼无人机10发送起飞指令,多旋翼无人机10螺旋桨转速加快,提供升力,多旋翼无人机10起飞。
[0057]
当需要增加载重时,给多旋翼无人机10加装涵道升力模块30,涵道升力模块30的规格根据不同载重而变化。此时起飞流程如下:
[0058]
步骤1:无人机飞手接通多旋翼无人机10电源。
[0059]
步骤2:无人机飞手打开连通涵道升力模块30的电源开关3020,使涵道升力模块30处于开启状态。
[0060]
步骤3:无人机飞手利用模式选择器3090选择涵道升力模块30的相关模式,如开关向上为手动模式,开关向下为遥控模式。
[0061]
步骤4A-1:如果选择手动模式的情况下,无人机飞手手动调节电调伺服器3070上的档位,使涵道升力模块30根据所选档位产生升力。
[0062]
步骤4A-2:无人机飞手通过无人机遥控器解锁多旋翼无人机10,无人机飞手控制无人机遥控器向多旋翼无人机10发送起飞指令,多旋翼无人机10接收起飞指令启动螺旋桨,此时多旋翼无人机10在所述涵道升力模块30和自身螺旋桨提供的升力的共同作用下起飞。
[0063]
步骤4B-1::如果选择遥控模式的情况下,无人机飞手打开外部涵道遥控器向所述涵道升力模块30发送指令,涵道升力模块30接收外部涵道遥控器的指令产生升力。
[0064]
步骤4B-2:无人机飞手通过无人机遥控器解锁多旋翼无人机10,以控制无 人机遥控器向多旋翼无人机10发送起飞指令,多旋翼无人机10启动螺旋桨,此时多旋翼无人机10无人机在所述涵道升力模块30和自身螺旋桨提供的升力的共同作用下起飞。
[0065]
多旋翼无人机10由动力系统、航电控制系统、云台接口和无人机遥控器构成。
[0066]
涵道升力模块30的种类和规格可以根据不同载重需求变化,如在搭载1千克级别载重时,可以选择一对单个推力为900g的50毫米涵道作为涵道升力模块30的动力来源。如在搭载5千克级别载重时,可以选择一对单个推力为3.5公斤的90毫米涵道作为涵道升力模块30的动力来源。且同一涵道升力模块可以提供不同大小的推力。

权利要求书

[权利要求 1]
一种基于多旋翼无人机的涵道推进系统,其特征在于:该系统包括多旋翼无人机(10)、云台接口Ⅰ(20)、涵道升力模块(30)和云台接口Ⅱ(40);涵道升力模块(30)与多旋翼无人机(10)为相互独立的模块; 多旋翼无人机(10)与云台接口Ⅰ(20)通过刚性连接,云台接口Ⅰ(20)的下部与涵道升力模块(30)通过刚性连接;云台接口Ⅱ(40)的上部与涵道升力模块(30)通过刚性连接,云台接口Ⅱ(40)的下部设有预留接口,预留接口能够与所搭载的云台连接; 所述涵道升力模块(30)由电池(3010)、电源开关(3020)、左涵道风扇(3030)、右涵道风扇(3040)、左电子调速器(3050)、右电子调速器(3060)、电调伺服器(3070)、遥控信号接收机(3080)和模式控制器(3090)组成; 所述电池(3010)为左涵道风扇(3030)、右涵道风扇(3040)、左电子调速器(3050)、右电子调速器(3060)、电调伺服器(3070)、遥控信号接收机(3080)和模式控制器(3090)提供电力; 所述电源开关(3020)为单刀单掷开关,用以控制电池(3010)的开断; 所述左涵道风扇(3030)和右涵道风扇(3040)为一对正反桨涵道风扇并设置在多旋翼无人机(10)的两侧,左涵道风扇(3030)和右涵道风扇(3040)为涵道升力模块(30)提供推力; 所述左电子调速器(3050)与左涵道风扇(3030)连接,右电子调速器(3060)与右涵道风扇(3040)连接,左电子调速器(3050)和右电子调速器(3060)通过电调伺服器(3070)或遥控信号接收机(3080)调节左涵道风扇(3030)与右涵道风扇(3040)的转速,进而调节推力; 所述电调伺服器(3070)具有档位调节功能,电调伺服器(3070)分别和电子调速器3050、右电子调速器(3060)连接,通过电调伺服器(3070)控制左电子调速器(3050)及右电子调速器(3060),进而控制左涵道风扇(3030)及右涵道风扇(3040)的转速; 遥控信号接收机(3080)均与左电子调速器(3050)及右电子调速器(3060)连接,遥控信号接收机(3080)接收多旋翼无人机(10)的外部涵道遥控器发送的无线电信号,并将无线电信号发送至左电子调速器(3050)及右电子调速器(3060),进而控制左涵道风扇(3030)及右涵道风扇(3040)的转速; 所述模式控制器(3090)为单刀双掷开关,用以控制电调伺服器(3070)和所述遥控信号接收机(3080)的开闭。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的涵道推进系统,其特征在于:刚性连接为螺丝连接、榫卯连接或滑轨连接。
[权利要求 3]
根据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的涵道推进系统,其特征在于:多旋翼无人机(10)的控制起飞流程如下: 当多旋翼无人机(10)未加装涵道升力模块(30)时,多旋翼无人机(10)起飞流程如下:首先接通多旋翼无人机(10)电源后,通过无人机遥控器解锁多旋翼无人机(10),通过无人机遥控器向多旋翼无人机(10)发送起飞指令,多旋翼无人机(10)螺旋桨转速加快,提供升力,多旋翼无人机(10)起飞; 当需要增加载重时,给多旋翼无人机(10)加装涵道升力模块(30),涵道升力模块(30)的规格根据不同载重而变化;此时起飞流程如下: 步骤1:无人机飞手接通多旋翼无人机(10)电源; 步骤2:无人机飞手打开连通涵道升力模块(30)的电源开关(3020),使涵道升力模块(30)处于开启状态; 步骤3:无人机飞手利用模式选择器3090选择涵道升力模块(30)的相关模式,如开关向上为手动模式,开关向下为遥控模式; 步骤4A-1:如果选择手动模式的情况下,无人机飞手手动调节电调伺服器(3070)上的档位,使涵道升力模块(30)根据所选档位产生升力; 步骤4A-2:无人机飞手通过无人机遥控器解锁多旋翼无人机(10),无人机飞手控制无人机遥控器向多旋翼无人机(10)发送起飞指令,多旋翼无人机(10)接收起飞指令启动螺旋桨,此时多旋翼无人机(10)在所述涵道升力模块(30)和自身螺旋桨提供的升力的共同作用下起飞; 步骤4B-1::如果选择遥控模式的情况下,无人机飞手打开外部涵道遥控器向所述涵道升力模块(30)发送指令,涵道升力模块(30)接收外部涵道遥控器的指令产生升力; 步骤4B-2:无人机飞手通过无人机遥控器解锁多旋翼无人机(10),以控制无人机遥控器向多旋翼无人机(10)发送起飞指令,多旋翼无人机(10)启动螺旋桨,此时多旋翼无人机(10)无人机在所述涵道升力模块(30)和自身螺旋桨 提供的升力的共同作用下起飞。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]  
[ 图 5]