一种可自动回收的四旋翼飞行器

1.本发明涉及四旋翼飞行器领域，特别涉及一种可自动回收的四旋翼飞行器。


背景技术：

2.四旋翼飞行器又称为四旋翼无人机，由于其具有结构简单，便于操作等突出的特点，在类型众多的无人机中占据着重要的地位。
3.现有的四旋翼无人机如公开号为cn109305350a的中国专利中公开的一种四旋翼无人机包括旋翼机构、由顶盖、底板和矩型壳构成的中控壳、通过两个对称分布的固定板安装在顶盖下表面的固定环、安装在顶盖下表面的伺服电机、通过轴承安装在固定环内圆面的第一转筒、外筒面上对称安装有两个导块的第二转筒、弹簧、调节杆、导键、内筒面对称开有两个键槽的固定筒、外圆面上周向均匀开有四个切口的调节环、连接板，其中矩型壳的四面上均开有贯通的矩型槽；伺服电机位于两个固定板之间；伺服电机的电机轴与第一转筒的外筒底面相固连；第一转筒的内筒面上对称开有两个导槽；第二转筒通过滑动配合的方式安装在第一转筒中；弹簧的一端安装在第二转筒的外筒底面上，另一端安装在第一转筒的内筒底面上；两个导块通过滑动配合的方式分别安装在两个导槽中；第二转筒的内筒面上具有内螺纹；调节杆的一端处的外圆面上具有一段外螺纹，另一端处的外圆面上对称安装有两个导键；两个导键通过滑动配合的方式分别安装在固定筒的两个键槽中；调节杆具有导键的一端滑动于固定筒中；调节杆上的外螺纹与第二转筒上的内螺纹相螺纹配合；调节环固定安装在调节杆上，且调节环位于调节杆上的外螺纹与导键之间；四个连接板的一端均通过销分别安装在调节环的四个切口中。
4.又如公开号为cn112441222a的中国专利公开的可翻转式四旋翼无人机，主要由机体、可翻转装置和动力模块组成，可翻转装置安装在机体上并与动力模块相连，动力模块包括：螺旋桨、无刷电机、电子调速器；螺旋桨安装在无刷电机的转轴上，无刷电机的底部与可翻转装置的连接块相连；可翻转装置包括连接块、舵机、轴承；连接块右端的平面与舵机转轴通过轴承连接，连接块的底座与无刷电机相连，连接块下部突出部分用于和无刷电机平衡，舵机的转动通过连接块带动无刷电机绕其转轴转动；机体主要包括：中心云台、机臂，四个机臂上分别搭载着舵机与电子调速器，并使无刷电机与可翻转装置对称分布。
5.上述专利供开的四旋翼无人机均存在起飞需要人工展开机翼、起飞速度慢且占地面积较大，回收时速度慢且机翼易损伤的问题。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种可自动回收的四旋翼飞行器。
7.一种可自动回收的四旋翼飞行器，包括机壳和四个机翼，所述机壳为长筒状结构仅一端设有端壁、侧壁上设有供机翼展开、辅助机翼折叠的避让孔；所述机壳内部设有用于固定各机翼的固定件，所述固定件的一端与机壳的端壁固定，所述机翼通过连接件固定在固定件上，相邻的机翼之间相隔90
°
；
8.所述机翼包括机臂、螺旋桨和固定在连接件上的舵机，所述机臂一端与连接件转动连接，另一端固定有螺旋桨；所述舵机包括能朝着两个相反的方向运动的蜗杆，所述蜗杆的运动驱动机臂转动；
9.所述机壳内还设有用于驱动四旋翼飞行器起飞、辅助四旋翼飞行器降落的涵道电机，所述涵道电机靠近机壳未设有端壁的一端设置，所述涵道电机与固定件之间设有电池组，所述电池组的两端分别与固定件和涵道电机固定。
10.具体的，由于机壳为长筒状，则整个四旋翼飞行器为长筒状，而机壳内未设有端壁的一端设有涵道电机，因此将四旋翼飞行器安装在设有进气装置的发射筒内，启动涵道电机即可完成四旋翼飞行器的发射过程，将四旋翼飞行器发射出去之后再启动舵机，舵机的蜗杆正转驱动机翼展开，无刷电机再驱动折叠式桨叶的转动后关闭涵道电机，则可通过控制折叠式桨叶的转速控制四旋翼飞行器的运动；当四旋翼飞行器完成数据收集工作之后，通过控制折叠式桨叶的转动控制四旋翼飞行器到回收地的上方，此时关闭无刷电机，舵机的蜗杆反转将机翼折叠，启动涵道电机，通过控制涵道电机的转速，使四旋翼飞行器缓慢下降，直至四旋翼飞行器被回收后关闭涵道电机；完成四旋翼飞行器的自动回收过程。
11.在机翼折叠的过程中，蜗杆的反转带动机臂收纳于机壳内，由于关闭了无刷电机，在惯性的作用下折叠式桨叶会渐渐减慢转动速度，当机臂折叠在机壳内部之后，折叠式桨叶会与避让孔的孔壁发生干涉，避让孔的孔壁施加的力使折叠式桨叶完成折叠。
12.此外，由于四旋翼飞行器整体为长筒状，因此发射所需的占地很小，适用于海上基地等工作占地狭小的场景。
13.优选的，所述固定件包括固定块和四根固定杆，各所述固定杆的一端均与端壁固定，各所述固定杆的另一端均与固定块固定，所述固定块与端壁平行；每个所述连接件与两根固定杆固定。
14.具体的，四旋翼飞行器有四个均布的机翼，此种结构便于机翼的固定。
15.优选的，所述连接件包括连接块和四根连接杆，所述四根连接杆的一端与固定杆垂直固定另一端与连接块可拆卸连接，所述连接块位于固定件外围；
16.所述四根连接杆中的两根固定在一根固定杆上、另两根固定在相邻的另一固定杆上；所述连接块上设有用于活动连接机翼的连接缺口。
17.优选的，还包括与连接缺口转动连接的转动件，所述机翼的机臂固定在转动件上，所述蜗杆与转动件活动固定；所述活动件的两端分别活动固定在连接缺口相对的侧壁上。
18.优选的，所述转动件转动的角度为0-90
°
。
19.具体的，转动件的转动角度为0-90
°
，即机臂的展开角度为0-90
°
，因此当四旋翼飞行器在工作的过程中，如若遇到了障碍物，则可调整机臂的展开角度对臂展进行调节，便于四旋翼飞行器避开障碍物。
20.优选的，所述舵机与连接块可拆卸连接，且所述舵机设于连接块靠近固定件的一侧。
21.具体的，此种结构一方面使得整个四旋翼飞行器的结构更加紧凑，有利于进一步缩小四旋翼飞行器的体积，另一方面可以防止舵机与机臂发生干涉对机臂展开的顺利度造成负面的影响。
22.优选的，所述螺旋桨包括折叠式桨叶，用于驱动折叠式桨叶的无刷电机以及电机
座，所述电机座与机臂固定，所述无刷电机固定在电机座上。
23.具体的，无刷电机具有体积小、功率大，耗能少，工作稳定且寿命长等突出的优点，因此利用无刷电机驱动折叠式桨叶的转动是合适的。
24.优选的，还包括控制器，所述控制器与涵道电机、舵机、无刷电机无线连接。
25.优选的，还包括用于收集气象信息的气象站，所述气象站固定在端壁外侧。
26.具体的，此种结构下，四旋翼飞行器用于收集气象信息，特别是能收集剖面气象数据。
27.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
28.将四旋翼飞行器整体设为长筒状，且在一端设置涵道电机，涵道电机一方面可将四旋翼飞行器发射出去，以使四旋翼飞行器迅速接近目的地，另一方面可以实现机翼在空中折叠之后四旋翼飞行器依旧能缓慢降落，最大程度的防止了四旋翼飞行器在回收过程中受损；同时在舵机的驱动下，机翼可以实现在空中自动展开和折叠的过程，结合涵道电机的结构，最大程度的防止了机翼在回收过程中受损；此外，现有技术中四方状的四旋翼飞行器的臂展为本方案提供的四旋翼飞行器的臂展4-5倍，本方案提供的四旋翼飞行器更适用于海上基地等占地面积小的场地。
附图说明
29.图1为发明公开的可自动回收的四旋翼飞行器的机翼未展开的示意图；
30.图2为发明公开的可自动回收的四旋翼飞行器的机翼未展开且无机壳的示意图；
31.图3为发明公开的可自动回收的四旋翼飞行器的机翼展开的示意图；
32.图4为发明公开的可自动回收的四旋翼飞行器的机翼展开且无机壳的示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
34.如图1、3所示，可自动回收的四旋翼飞行器，包括机壳10和四个机翼20，机壳10为长筒状结构仅一端设有端壁、侧壁上设有供机翼20展开、辅助机翼20折叠的避让孔11；
35.如图2、4所示，机壳10内部设有用于固定各机翼20的固定件，固定件的一端与机壳10的端壁固定，机翼20通过连接件固定在固定件上，相邻的机翼20之间相隔90
°
；
36.机翼20包括机臂21、螺旋桨和固定在连接件上的舵机23，机臂21一端与连接件转动连接，另一端固定有螺旋桨；舵机23包括能朝着两个相反的方向运动的蜗杆，蜗杆的运动驱动机臂21转动；
37.机壳10内还设有用于驱动四旋翼飞行器起飞、辅助四旋翼飞行器降落的涵道电机50，涵道电机50靠近机壳10未设有端壁的一端设置，涵道电机50与固定件之间设有电池组60，电池组60的两端分别与固定件和涵道电机50固定。
38.固定件包括固定块32和四根固定杆31，各固定杆31的一端均与端壁固定，各固定杆31的另一端均与固定块32固定，固定块32与端壁平行；每个连接件与两根固定杆31固定。
39.连接件包括连接块42和四根连接杆41，四根连接杆41的一端与固定杆31垂直固定另一端与连接块42可拆卸连接，连接块42位于固定件外围；
40.四根连接杆41中的两根固定在一根固定杆31上、另两根固定在相邻的另一固定杆
31上；连接块42上设有用于活动连接机翼20的连接缺口43。
41.还包括与连接缺口43转动连接的转动件70，机翼20的机臂21固定在转动件70上，蜗杆与转动件70活动固定；活动件72的两端分别活动固定在连接缺口43相对的侧壁上。
42.转动件70转动的角度为0-90
°
。
43.转动件70的转动角度为0-90
°
，即机臂21的展开角度为0-90
°
，因此当四旋翼飞行器在工作的过程中，如若遇到了障碍物，则可调整机臂21的展开角度对臂展进行调节，便于四旋翼飞行器避开障碍物。
44.舵机23与连接块42可拆卸连接，且舵机23设于连接块42靠近固定件的一侧。
45.此种结构一方面使得整个四旋翼飞行器的结构更加紧凑，有利于进一步缩小四旋翼飞行器的体积，另一方面可以防止舵机23与机臂21发生干涉对机臂21展开的顺利度造成负面的影响。
46.螺旋桨包括折叠式桨叶24，用于驱动折叠式桨叶24的无刷电机25以及电机座26，电机座26与机臂21固定，无刷电机25固定在电机座26上。
47.无刷电机25具有体积小、功率大，耗能少，工作稳定且寿命长等突出的优点，因此利用无刷电机25驱动折叠式桨叶24的转动是合适的。
48.还包括控制器，控制器与涵道电机50、舵机23、无刷电机25无线连接。
49.还包括用于收集气象信息的气象站80，气象站80固定在端壁外侧。
50.此种结构下，四旋翼飞行器用于收集气象信息，特别是能收集剖面气象数据。
51.具体使用时，由于机壳10为长筒状，则整个四旋翼飞行器为长筒状，而机壳10内未设有端壁的一端设有涵道电机50，因此将四旋翼飞行器安装在设有进气装置的发射筒内，启动涵道电机50即可完成四旋翼飞行器的发射过程，将四旋翼飞行器发射出去之后再启动舵机23，舵机23的蜗杆正转驱动机翼20展开，无刷电机25再驱动折叠式桨叶24的转动后关闭涵道电机50，则可通过控制折叠式桨叶24的转速控制四旋翼飞行器的运动；当四旋翼飞行器完成数据收集工作之后，通过控制折叠式桨叶24的转动控制四旋翼飞行器到回收地的上方，此时关闭无刷电机25，舵机23的蜗杆反转将机翼20折叠，启动涵道电机50，通过控制涵道电机50的转速，使四旋翼飞行器缓慢下降，直至四旋翼飞行器被回收后关闭涵道电机50；完成四旋翼飞行器的自动回收过程。
52.在机翼20折叠的过程中，蜗杆的反转带动机臂21收纳于机壳10内，由于关闭了无刷电机25，在惯性的作用下折叠式桨叶24会渐渐减慢转动速度，当机臂21折叠在机壳10内部之后，折叠式桨叶24会与避让孔11的孔壁发生干涉，避让孔11的孔壁施加的力使折叠式桨叶24完成折叠。
53.此外，由于四旋翼飞行器整体为长筒状，因此发射所需的占地很小，适用于海上基地等工作占地狭小的场景。

技术特征：
1.一种可自动回收的四旋翼飞行器，包括机壳和四个机翼，其特征在于，所述机壳为长筒状结构仅一端设有端壁、侧壁上设有供机翼展开、辅助机翼折叠的避让孔；所述机壳内部设有用于固定各机翼的固定件，所述固定件的一端与机壳的端壁固定，所述机翼通过连接件固定在固定件上，相邻的机翼之间相隔90
°
；所述机翼包括机臂、螺旋桨和固定在连接件上的舵机，所述机臂一端与连接件转动连接，另一端固定有螺旋桨；所述舵机包括能朝着两个相反的方向运动的蜗杆，所述蜗杆的运动驱动机臂转动；所述机壳内还设有用于驱动四旋翼飞行器起飞、辅助四旋翼飞行器降落的涵道电机，所述涵道电机靠近机壳未设有端壁的一端设置，所述涵道电机与固定件之间设有电池组，所述电池组的两端分别与固定件和涵道电机固定。2.根据权利要求1所述的可自动回收的四旋翼飞行器，其特征在于，所述固定件包括固定块和四根固定杆，各所述固定杆的一端均与端壁固定，各所述固定杆的另一端均与固定块固定，所述固定块与端壁平行；每个所述连接件与两根固定杆固定。3.根据权利要求2所述的可自动回收的四旋翼飞行器，其特征在于，所述连接件包括连接块和四根连接杆，所述四根连接杆的一端与固定杆垂直固定另一端与连接块可拆卸连接，所述连接块位于固定件外围；所述四根连接杆中的两根固定在一根固定杆上、另两根固定在相邻的另一固定杆上；所述连接块上设有用于活动连接机翼的连接缺口。4.根据权利要求3所述的可自动回收的四旋翼飞行器，其特征在于，还包括与连接缺口转动连接的转动件，所述机翼的机臂固定在转动件上，所述蜗杆与转动件活动固定；所述活动件的两端分别活动固定在连接缺口相对的侧壁上。5.根据权利要求4所述的可自动回收的四旋翼飞行器，其特征在于，所述转动件转动的角度为0-90
°
。6.根据权利要求4所述的可自动回收的四旋翼飞行器，其特征在于，所述舵机与连接块可拆卸连接，且所述舵机设于连接块靠近固定件的一侧。7.根据权利要求1所述的可自动回收的四旋翼飞行器，其特征在于，所述螺旋桨包括折叠式桨叶，用于驱动折叠式桨叶的无刷电机以及电机座，所述电机座与机臂固定，所述无刷电机固定在电机座上。8.根据权利要求7所述的可自动回收的四旋翼飞行器，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与涵道电机、舵机、无刷电机无线连接。9.根据权利要求1所述的可自动回收的四旋翼飞行器，其特征在于，还包括用于收集气象信息的气象站，所述气象站固定在端壁外侧。

技术总结
本发明公开了一种可自动回收的四旋翼飞行器，包括机壳和四个机翼，机壳为长筒状结构仅一端设有端壁、侧壁上设有供机翼展开、辅助机翼折叠的避让孔；机壳内部设有用于固定各机翼的固定件，固定件的一端与机壳的端壁固定，机翼通过连接件固定在固定件上，相邻的机翼之间相隔90


技术研发人员：黄豪彩 丁维涛 孙秀军 魏丹妮
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/5/24