一种可自主收放机臂的四旋翼无人机及机臂收放方法与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种可自主收放机臂的四旋翼无人机及机臂收放方法。


背景技术：

2.无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备，地面对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输，随着无人机技术的发展和普及，无人机已经逐渐应用至各个行业，四旋翼无人机是无人机中一种带有四个机臂的称呼。
3.传统四旋翼无人机大多为固定式机臂，或机臂设计成可手动折叠或拆卸以便于收纳和运输，无法在飞行过程中实现自主收放，而随着无人机应用范围逐渐广泛，固定式已经不满足于实际需求，而传统针对臂杆的收放通常是采用减速电机、蜗杆和齿轮等，在应用到无人机时无疑会增加无人机的机体重量，不适用于追求灵活轻便的小型四旋翼无人机上。


技术实现要素：

4.基于背景技术的技术问题，本发明提出了一种可自主收放机臂的四旋翼无人机及机臂收放方法。
5.本发明提出的一种可自主收放机臂的四旋翼无人机，包括无人机主体，所述无人机主体的四角位置均设置有机臂，且机臂的一端固定有叶轮机构，其特征在于，所述无人机主体上设置有四个同步轮、两个连接带和一个驱动轮，且驱动轮带动两个连接带转动，两个连接带带动四个同步轮向着同一圆周方向转动，连接带内壁之间与机臂对应的位置设置有限位机构。
6.优选地，所述无人机主体顶部的四角位置均固定有固定座，且固定座的顶部和底部内壁之间通过扭簧转动连接有同步轮，机臂固定于同步轮的外壁，所述无人机主体顶部外壁的中间位置转动连接有驱动轮，且驱动轮的底端传动连接有驱动电机，驱动轮的外壁转动套接有两个连接带，连接带的两端分别与处于对角线位置的同步轮外壁之间转动连接，连接带转动时四个机臂向着同一圆周方向转动，四个机臂远离无人机主体的一侧分别向着两端和两侧外壁延伸，连接带采用同步带或钢丝绳。
7.优选地，所述驱动轮和同步轮均设置成圆柱状结构，且驱动轮和同步轮圆周外壁的顶部和底部均开设有环状结构的齿槽，连接带的内壁与齿槽的内壁相适配，两个连接带分别与顶部和底部位置的齿槽相对应，机臂固定于同步轮外壁的顶部位置。
8.优选地，所述限位机构设置有两个限位块和一个移动块，且限位块和移动块分别位于连接带的两侧内壁，限位块和移动块的底部外壁均与无人机主体的顶部滑动连接，移动块位于两个限位块之间的位置，限位块远离移动块的一侧外壁开设有安装槽，安装槽的内壁固定有磁块，移动块与磁块之间磁性吸附。
9.优选地，所述移动块与对应连接带之间的固定位置一端设置成固定点，移动块远
离固定点的端部开设有多个连接槽，且连接槽的内壁滑动连接有抵块，抵块的一端外壁与连接槽的内壁之间连接有弹性件，抵块远离弹性件的一端设置成向外拱起的弧形结构，连接槽与底块对应的位置开设有向内凹陷呈弧形结构的抵槽，抵块与磁块之间磁性吸附。
10.优选地，所述限位块靠近移动块的一侧外壁开设有与移动块相适配的豁口，且豁口一端内壁的内侧位置开设有与移动块对应边角位置相适配的接触槽，豁口一端内壁的外侧位置设置有拱起呈弧形结构域的开口部，抵槽设置于接触槽和开口部之间的位置，开口部与移动块之间设置有间隙。
11.优选地，所述机臂设置成两侧穿透的架体结构，且机臂的中间设置有两侧开口的空腔，叶轮机构与无人机主体之间的线路布置于机臂壳体的内壁和外壁上，空腔内设置有多个缓冲机构，缓冲结构设置有通过轴承转动连接于空腔底部和顶部内壁之间的定位块，定位块的圆周外壁固定有环形阵列分布的辅助叶，辅助叶的顶部和底部外壁分别与空腔的顶部和底部内壁之间留有间隙，辅助叶的宽度向着远离定位块的一侧逐渐减小。
12.优选地，所述机臂底部内壁位于相邻两个定位块之间位置的一侧固定有挡块，且机臂收起动作设置为向着靠近挡块的一侧旋转，挡块设置成中间位置向着靠近定位块一侧拱起的弧形结构。
13.优选地，所述机臂底部内壁位于相邻两个定位块之间位置的一侧固定有分流块，且机臂展开动作设置为向着靠近分流块的一侧旋转，分流块的截面设置成v型结构，分流块的中间位置向着远离定位块的一侧弯折。
14.一种可自主收放机臂的四旋翼无人机的机臂收放方法，采用上述的一种可自主收放机臂的四旋翼无人机，包括以下步骤：
15.s1：正常使用时，通过转动驱动轮带动连接带，使四个机臂均处于伸开状态，此时连接同步轮的扭簧处于正常状态，连接带与机臂对应位置的限位机构处于限位状态；
16.s2：在使用无人机穿越不同大小的空间时，远程启动驱动电机转动驱动轮，利用两个连接带使四个同步轮克服扭簧阻力，四个机臂向着同一圆周方向转动且均向着无人机主体的壳体外壁靠近，限位机构脱离初始状态，而调节机臂与无人机主体的距离，以调整无人机整体的宽度范围来适应不同大小空间；
17.s3：穿越过空间后，反向转动驱动轮而使机臂和限位机构复位，同步轮位置的扭簧恢复至正常状态。
18.本发明中的有益效果为：
19.1、本发明实施例中，利用驱动轮和两个连接带同时转动四个同步轮，以同时实现四个机臂的收放作业，机臂同步收起时可以减小无人机横向宽度，使无人机可以穿越门窗、窄缝等狭小空间，获得更强的复杂环境适应能力，且利用连接带的连接可避免延长机臂长度也避免增加过多的蜗杆连接结构而增加机体的重量，使可自主收放机臂的无人机整体更加轻便，并且利用同步轮连接处的扭簧设置以及限位机构的配合限位来保证正常状态下机臂的稳定性，而避免过多依赖连接带和同步轮来保持稳定，从而保证设备长久有效的使用。
20.2、本发明实施例中，机臂收放至最大限度时，移动块正好分别与两个限位块之间贴合，从而利用限位块上的磁块与移动块之间吸附，从而提高移动块与对应位置限位块之间的稳定性，配合扭簧结构进一步提高对应位置机臂的稳定性，以利用移动块和限位块构成的限位机构来避免机臂仅依赖连接带和同步轮进行固定，延长设备有效飞行使用以及延
长使用寿命，并且通过磁块和移动块隔层的设置可避免直接接触吸附导致吸力过大，避免因为吸力过大再收放启动时对连接带和驱动轮的损伤过大。
21.3、本发明实施例中，通过机臂中间位置中空的设计，在保证机臂强度的同时避免机臂过重，且利用空腔内多个转动的定位块以及辅助叶的设置，而对使用过程中周围冲撞气流进行缓冲，配合扭簧和限位机构而增强机臂在使用过程中的稳定性，且增强机臂的使用前强度，并且辅助叶远离定位块的一侧呈尖锥状，便于在机臂收放启动时破开风压，以减少驱动轮和连接带的强度受损。
22.4、本发明实施例中，在机臂展开进行正常飞行时，利用分流块的v型凹面以及分流块的弧面，增加与机臂收起旋转方向相反的气流阻力，而利用分流块的v型凸面将顺着旋转方向的气流分散而缓冲，从而避免机臂因为直接受到风吹向收起方向一侧旋转或晃动，进一步增强实际使用飞行过程中机臂以及无人机整体的稳定性。
附图说明
23.图1为本发明提出的整体结构示意图；
24.图2为本发明提出的俯视结构示意图；
25.图3为本发明提出的限位机构结构示意图；
26.图4为本发明提出的限位块结构示意图；
27.图5为本发明提出的机臂结构示意图；
28.图6为本发明提出的缓冲机构结构示意图。
29.图中：1无人机主体、2机臂、3叶轮机构、4固定座、5同步轮、501齿槽、6驱动轮、7连接带、8限位块、9移动块、10磁块、11连接槽、12抵块、13弹性件、14豁口、1401接触槽、1402抵槽、1403开口部、15定位块、16辅助叶、17挡块、18分流块。
具体实施方式
30.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
31.实施例1
32.参照图1
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图4，一种可自主收放机臂的四旋翼无人机，包括无人机主体1，无人机主体1的四角位置均设置有机臂2，且机臂2的一端固定有叶轮机构3，无人机主体1上设置有四个同步轮5、两个连接带7和一个驱动轮6，且驱动轮6带动两个连接带7转动，两个连接带7带动四个同步轮5向着同一圆周方向转动，连接带7内壁之间与机臂2对应的位置设置有限位机构。
33.本发明中，无人机主体1顶部的四角位置均固定有固定座4，且固定座4的顶部和底部内壁之间通过扭簧转动连接有同步轮5，机臂2固定于同步轮5的外壁，无人机主体1顶部外壁的中间位置转动连接有驱动轮6，且驱动轮6的底端传动连接有驱动电机，驱动轮6的外壁转动套接有两个连接带7，连接带7的两端分别与处于对角线位置的同步轮5外壁之间转动连接，连接带7转动时四个机臂2向着同一圆周方向转动，四个机臂2远离无人机主体1的一侧分别向着两端和两侧外壁延伸，连接带7采用同步带或钢丝绳；
34.从而利用驱动轮6和两个连接带7同时转动四个同步轮5，以同时实现四个机臂2的
收放作业，机臂2同步收起时可以减小无人机横向宽度，使无人机可以穿越门窗、窄缝等狭小空间，获得更强的复杂环境适应能力，且利用连接带7的连接可避免延长机臂2长度也避免增加过多的蜗杆连接结构而增加机体的重量，使可自主收放机臂2的无人机整体更加轻便，并且利用同步轮5连接处的扭簧设置以及限位机构的配合限位来保证正常状态下机臂2的稳定性，而避免过多依赖连接带7和同步轮5来保持稳定，从而保证设备长久有效的使用。
35.本发明中，驱动轮6和同步轮5均设置成圆柱状结构，且驱动轮6和同步轮5圆周外壁的顶部和底部均开设有环状结构的齿槽501，连接带7的内壁与齿槽501的内壁相适配，两个连接带7分别与顶部和底部位置的齿槽501相对应，机臂2固定于同步轮5外壁的顶部位置，而利用连接带7内壁与驱动轮6和同步轮5相适配的齿槽，使连接带7随着驱动轮6转动，并通过转动的连接带7带动同步轮5转动。
36.本发明中，限位机构设置有两个限位块8和一个移动块9，且限位块8和移动块9分别位于连接带7的两侧内壁，限位块8和移动块9的底部外壁均与无人机主体1的顶部滑动连接，移动块9位于两个限位块8之间的位置，限位块8远离移动块9的一侧外壁开设有安装槽，安装槽的内壁固定有磁块10，移动块9与磁块10之间磁性吸附；
37.机臂2收放至最大限度时，移动块9正好分别与两个限位块8之间贴合，从而利用限位块8上的磁块10与移动块9之间吸附，从而提高移动块9与对应位置限位块8之间的稳定性，配合扭簧结构进一步提高对应位置机臂2的稳定性，以利用移动块9和限位块8构成的限位机构来避免机臂2仅依赖连接带7和同步轮5进行固定，延长设备有效飞行使用以及延长使用寿命，并且通过磁块10和移动块9隔层的设置可避免直接接触吸附导致吸力过大，避免因为吸力过大再收放启动时对连接带7和驱动轮6的损伤过大。
38.本发明中，移动块9远离固定点的端部开设有多个连接槽11，且连接槽11的内壁滑动连接有抵块12，抵块12的一端外壁与连接槽11的内壁之间连接有弹性件13，抵块12远离弹性件13的一端设置成向外拱起的弧形结构，连接槽11与底块12对应的位置开设有向内凹陷呈弧形结构的抵槽1402。
39.本发明中，限位块8靠近移动块9的一侧外壁开设有与移动块9相适配的豁口14，且豁口14一端内壁的内侧位置开设有与移动块9对应边角位置相适配的接触槽1401，豁口14一端内壁的外侧位置设置有拱起呈弧形结构域的开口部1403，抵槽1402设置于接触槽1401和开口部1403之间的位置，开口部1403与移动块9之间设置有间隙；
40.在机臂2收放至最大限度时，抵块12利用弹性件13的弹力正好伸至对应位置的抵槽1402内，而利用开口部1403的拱起结构避免机臂2因为风力而带动连接带7转动使抵块12滑出，以配合磁块10和扭簧提高机臂2实际飞行使用过程中的稳定性。
41.实施例2
42.实施例2包括实施例1的所有结构和方法，参照图1
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图6，一种可自主收放机臂的四旋翼无人机，还包括有，机臂2设置成两侧穿透的架体结构，且机臂2的中间设置有两侧开口的空腔，叶轮机构3与无人机主体1之间的线路布置于机臂2壳体的内壁和外壁上，空腔内设置有多个缓冲机构，缓冲结构设置有通过轴承转动连接于空腔底部和顶部内壁之间的定位块15，定位块15的圆周外壁固定有环形阵列分布的辅助叶16，辅助叶16的顶部和底部外壁分别与空腔的顶部和底部内壁之间留有间隙，辅助叶16的宽度向着远离定位块15的一侧逐渐减小；
43.通过中间位置中空的设计，在保证机臂2强度的同时避免机臂2过重，且利用空腔内多个转动的定位块15以及辅助叶16的设置，而对使用过程中周围冲撞气流进行缓冲，配合扭簧和限位机构而增强机臂2在使用过程中的稳定性，且增强机臂2的使用前强度，并且辅助叶16远离定位块15的一侧呈尖锥状，便于在机臂2收放启动时破开风压，以减少驱动轮6和连接带7的强度受损。
44.本发明中，机臂2底部内壁位于相邻两个定位块15之间位置的一侧固定有挡块17，且机臂2收起动作设置为向着靠近挡块17的一侧旋转，挡块17设置成中间位置向着靠近定位块15一侧拱起的弧形结构；
45.机臂2底部内壁位于相邻两个定位块15之间位置的一侧固定有分流块18，且机臂2展开动作设置为向着靠近分流块18的一侧旋转，分流块18的截面设置成v型结构，分流块18的中间位置向着远离定位块15的一侧弯折；
46.在机臂2展开进行正常飞行时，利用分流块18的v型凹面以及分流块18的弧面，增加与机臂2收起旋转方向相反的气流阻力，而利用分流块18的v型凸面将顺着旋转方向的气流分散而缓冲，从而避免机臂2因为直接受到风吹向收起方向一侧旋转或晃动，进一步增强实际使用飞行过程中机臂2以及无人机整体的稳定性。
47.实施例3
48.实施例3包括实施例1的所有结构，参照图1
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图4，一种可自主收放机臂的四旋翼无人机的机臂收放方法，采用上述的一种可自主收放机臂的四旋翼无人机，包括以下步骤：
49.s1：正常使用时，通过转动驱动轮6带动连接带7，使四个机臂2均处于伸开状态，此时连接同步轮5的扭簧处于正常状态，连接带7与机臂2对应位置的限位机构处于限位状态；
50.s2：在使用无人机穿越门窗等相较于正常飞行状态狭小的空间时，远程启动驱动电机转动驱动轮6，利用两个连接带7使四个同步轮5克服扭簧阻力，四个机臂2向着同一圆周方向转动且均向着无人机主体1的壳体外壁靠近，限位机构脱离初始状态，而调节机臂2与无人机主体1的距离，以缩小无人机整体的宽度来穿越狭小空间；
51.s3：穿越过狭小空间后，反向转动驱动轮6而使机臂2和限位机构复位，同步轮5位置的扭簧恢复至正常状态。
52.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。