[0028] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0029] 如图1、2和3所示,一种带有可调避震的路空两用飞行器,包括机体、变形支臂、控制器和无线模块。所述控制器采用型号为arduino2560的微控制板。控制器和无线模块均安装在机体1内。六根变形支臂的内端均安装在机体1的边缘处,且沿着机体1的周向均布。
[0030] 如图1、4和5所示,所述变形支臂2包括内臂3、内臂驱动组件4、中臂组件5、中臂驱动组件6、外臂7、外臂驱动组件8和陆空两用动力组件9。内臂3与机体1的边缘处构成第一转动副。中臂组件5包括第一中臂支架5‑1与第二中臂支架5‑2。第一中臂支架5‑1的内端与内臂3的外端构成第二转动副;第二中臂支架5‑2的内端与第一中臂支架5‑1的外端构成第三转动副。外臂7包括第一外臂支架7‑1与第二外臂支架7‑2。第一外臂支架7‑1的内端与第二中臂支架5‑2的外端构成第四转动副。第一外臂支架7‑1与第二外臂支架7‑2构成滑动方向平行于第四转动副公共轴线的滑动副。第一转动副的公共轴线竖直设置(平行于机体的竖直中心轴线)。第二转动副的公共轴线与第一转动副的公共轴线垂直相交。第三转动副的公共轴线与第二转动副的公共轴线垂直相交。第四转动副的公共轴线与第三转动副的公共轴线垂直相交。陆空两用动力组件9安装在外臂7的外端,用于在底面上作为轮子和在天空中作为螺旋桨。
[0031] 内臂驱动组件4包括第一电机4‑1。第一电机4‑1固定在机体1的边缘处,输出轴与内臂3固定,驱动内臂3绕第一转动副转动。
[0032] 中臂驱动组件6包括翻转驱动组件6‑1和旋转驱动组件6‑2。翻转驱动组件6‑1包括第二电机6‑1‑1。第二电机6‑1‑1固定在内臂4的外端,输出轴与第一中臂支架5‑1固定,驱动第一中臂支架5‑1绕第二转动副转动。旋转驱动组件6‑2包括第三电机6‑2‑1。第三电机6‑2‑1固定在第一中臂支架5‑1的外端,输出轴与中臂外端6固定,驱动第二中臂支架5‑2绕第三转动副转动。
[0033] 外臂驱动组件8包括外臂旋转驱动组件8‑1和外臂伸缩驱动组件8‑2。外臂旋转驱动组件8‑1包括第四电机8‑1‑1。第四电机8‑1‑1固定在第二中臂支架5‑2的外端,输出轴与第一外臂支架7‑1的内端固定,用于驱动外臂7绕第四转动副转动。外臂伸缩驱动组件8‑2包括伸缩驱动组件、伸缩锁止组件和减震组件。伸缩驱动组件包括第五电机8‑2‑1、伸缩架8‑2‑2、凸轮8‑2‑3和滑移轴承。
[0034] 第一外臂支架7‑1的两个内侧面上均开设有滑槽。伸缩架8‑2‑2的两端通过连接杆和滑移轴承与伸缩架8‑2‑2上的滑槽构成滑动副。伸缩架8‑2‑2的主体呈矩形框状;凸轮8‑2‑3支承在第一外臂支架7‑1上,且位于伸缩架8‑2‑2内。凸轮8‑2‑3的工作轮廓呈莱洛三角形。伸缩架8‑2‑2在滑动方向上的两个侧面均与凸轮8‑2‑3接触。伸缩架8‑2‑2的上下两侧在任何情况下均不与凸轮8‑2‑3接触,避免限制凸轮8‑2‑3的运动。由于莱洛三角形的特点,凸轮8‑2‑3在任意位置时均能保证接触到伸缩架8‑2‑2的两侧边缘,从而在不使用弹簧的情况下,随着凸轮的转动实现伸缩架8‑2‑2前后往复滑动,且不会出现空档。第五电机8‑2‑1固定在第一外臂支架7‑1的内侧,输出轴与凸轮8‑2‑3固定,驱动凸轮8‑2‑3转动。
[0035] 减震组件包括弹簧挡板8‑2‑5和缓震弹簧8‑2‑6。弹簧挡板8‑2‑5固定在伸缩架8‑2‑2的外侧。外臂支架7‑2的内端固定有锁止板8‑2‑7。多根缓震弹簧8‑2‑6的一端均与锁止板8‑2‑7固定,另一端均与弹簧挡板8‑2‑5固定。伸缩锁止组件包括第六电机、锁止条8‑2‑4和旋压块8‑2‑8。锁止条8‑2‑4的一端与伸缩架8‑2‑2的外侧铰接。锁止板8‑2‑7的下侧边缘开设有锁止槽。锁止条8‑2‑4朝向锁止槽的侧面(即上侧面)上开设有依次排列的多个锁止齿。旋压块8‑2‑8通过轴承支承在第一外臂支架7‑1上。旋压块8‑2‑8抵住锁止条8‑2‑4锁止槽所在一侧的背面。第六电机固定在第一外臂支架7‑1的外端,输出轴与旋压块8‑2‑8的一端固定,驱动旋压块8‑2‑8转动。通过转动旋压块8‑2‑8能够带动锁止条8‑2‑4抵住锁止板8‑
2‑7上的锁止槽,从而实现伸缩架8‑2‑2与外臂支架7‑2的锁止固定。减震组件用于在本发明处于地面行驶状态时起到减震悬架的作用,此时伸缩锁止组件解除伸缩架8‑2‑2与外臂支架7‑2之间的锁定。在本发明处于飞行状态时,伸缩锁止组件将伸缩架8‑2‑2与外臂支架7‑2之间锁定,从而保证本发明在飞行中的稳定。
[0036] 作为一种可选的技术方案,锁止条8‑2‑4与伸缩架8‑2‑2之间设置有扭簧。该扭簧为锁止条8‑2‑4提供远离锁止槽的弹力,从而保证锁止条8‑2‑4不会在行驶中抖动,造成意外锁止的情况。
[0037] 外臂伸缩组件具有两个工作状态:第一个工作状态下,第五电机8‑2‑1和第六电机停止工作,第二外臂支架7‑2受外力,在第一外臂支架7‑1的滑槽内自由滑动,该状态用于恶劣环境下,保证行走时的平稳;第二个工作状态下,旋压块8‑2‑8转动,锁止条8‑2‑4突起处与第二外臂支架7‑2的开口接触固定,从而使第一外臂支架7‑1和伸缩架8‑2‑2连接在一起,通过伸缩架8‑2‑2滑动,能够相对于外臂内侧支架7‑1移动,该工作状态改变无人机重心,用于在爬坡时使用。
[0038] 如图6所示,陆空两用动力组件9包括底座13、主轴14、主轴驱动组件10、飞行组件11和车轮12。主轴14支承在底座13上;主轴14的轴线与第四转动副的公共轴线垂直。主轴14由主轴驱动组件10驱动。主轴驱动组件10包括主轴动力电机10‑1和主轴传动齿轮10‑2。主轴动力电机10‑1固定在底座13上;两个主轴传动齿轮10‑2与主轴动力电机10‑1的输出轴、主轴14分别固定。两个主轴传动齿轮10‑2啮合。
[0039] 飞行组件11安装在主轴14的外端,包括桨叶安装块11‑1、旋翼转向电机11‑2、旋翼动力电机11‑3、第一转向锥齿11‑4、第二转向锥齿11‑5和螺旋桨11‑6。桨叶安装块11‑1与主轴14的外端转动连接。第一转向锥齿11‑4、第二转向锥齿11‑5与主轴14的顶端、桨叶安装块11‑1分别固定;.第一转向锥齿11‑4与第二转向锥齿11‑5啮合。旋翼转向电机11‑2固定在桨叶安装块11‑1,且输出轴与第二转向锥齿11‑5固定。旋翼动力电机11‑3固定在桨叶安装块
11‑1的外端,且输出轴与螺旋桨11‑6固定,用于驱动螺旋桨11‑6转动提供飞行所需的升力。
车轮12固定在主轴14上,且位于底座13与飞行组件11之间。车轮12的直径大于螺旋桨11‑6的直径,从而避免螺旋桨11‑6对车轮的行驶造成影响。
[0040] 该带有可调避震的路空两用飞行器具有两种工作模式,分别为包括飞行模式和行走模式。将六根变形支臂沿着机架的周向依次定义为左前支臂、左中支臂、左后支臂、右前支臂、右中支臂和右后支臂。
[0041] 如图1所示,带有可调避震的路空两用飞行器在飞行模式下,各个变形支臂内的第三电机同步转动,驱动外臂翻转至水平状态,使得各螺旋桨的轴线均与第一转动副平行设置,支撑杆立于地面。外臂锁止条上抬,使得第二外臂支架相对第一外臂支架被固定。之后,六个旋翼动力电机转动,在支撑杆辅助下,完成变形与飞行。
[0042] 如图2所示,带有可调避震的路空两用飞行器在行走模式下,左前支臂、左后支臂、右前支臂、右后支臂内的第一电机转动,使得四根变形支臂的第二转动副的轴线均平行于行进方向。同时,第六电机转动,旋压块转动,使得外臂锁止条上抬,第二外臂支架相对于外臂的伸缩架固定。最后,各主轴动力电机转动,主轴传动齿轮啮合,使得带有可调避震的路空两用飞行器在地面上行驶。
[0043] 该带有可调避震的路空两用飞行器的运行方法,包括飞行模式下的运行方法、行走模式下的运行方法。
[0044] 飞行模式下的运行方法具体如下:
[0045] 步骤一、带有可调避震的路空两用飞行器切换至飞行模式,各个变形支臂内的第三电机同步转动,驱动外臂翻转至水平状态,使得各螺旋桨的轴线均与第一转动副平行设置,支撑杆立于地面。外臂锁止条上抬,使得第二外臂支架相对外臂的伸缩架固定。之后,六个旋翼动力电机转动,使得无人机起飞。
[0046] 步骤二、当带有可调避震的路空两用飞行器在空中需要穿过一个通道(例如树枝与树枝之间的间隙)时,带有可调避震的路空两用飞行器进行折叠,以避免在穿过时发生碰撞;飞行折叠过程如下。
[0047] 六根变形支臂内第三电机转动,驱动各第二中臂支架相对于第一中臂支架转动90°,使得各第四转动副的轴线均与第一转动副的轴线平行;同时,六根变形支臂内各旋翼转向电机转动,驱动各螺旋桨转动90°,螺旋桨的轴线与第一转动副的轴线平行。此时,各变形支臂均呈L形,带有可调避震的路空两用飞行器的宽度(垂直行进方向的尺寸)减小,使得带有可调避震的路空两用飞行器能够穿过更小的空隙。
[0048] 步骤三、飞行伸缩后的带有可调避震的路空两用飞行器穿过通道;之后,带有可调避震的路空两用飞行器恢复到步骤一中的状态继续飞行;
[0049] 行走模式下的运行方法具体如下:
[0050] 步骤一、带有可调避震的路空两用飞行器在地面上切换至行走模式。首先,左前支臂、左后支臂、右前支臂、右后支臂内的第一电机转动,使得四根变形支臂的第二转动副的轴线均平行于行进方向。同时,第六电机转动,旋压块转动,使得外臂锁止条上抬,使得第二外臂支架相对于外臂的伸缩架固定。
[0051] 步骤二、当带有可调避震的路空两用飞行器在地面需要穿过一个障碍物较多、路面情况复杂的区域时,带有可调避震的路空两用飞行器进行改变外臂状态,以避免在穿过时发生翻倒;过程如下:
[0052] 各第六电机转动,旋压块转动,使得外臂锁止条下放。因此,各外臂在可以受外力的大小变化时,在滑槽内受缓震弹簧支承下自由活动,使得带有可调避震的路空两用飞行器能够穿过更加崎岖的区域。
[0053] 步骤三、当在地面上行进的过程中遇到坡道时,带有可调避震的路空两用飞行器进行降低重心、改变重心和增加动力,以避免在穿过时发生翻倒;过程如下:
[0054] 首先,降低重心,在步骤一状态下,左前支臂、左后支臂、右前支臂和右后支臂中的第三电机转动,第二中臂支架相对于第一中臂支架,以向外扩展方向旋转30度。之后,左中支臂和右中支臂内的第二电机转动,中臂相对内臂向前进方向旋转30度,使得左前支臂、右前支臂、左中支臂和右中支臂中的第四转动副平行。带有可调避震的路空两用飞行器的高度降低,使得带有可调避震的路空两用飞行器能够降低重心。
[0055] 其次,改变重心,左前支臂、左中支臂、右前支臂和右中支臂内的第五电机转动,凸轮拉动第二外臂支架相对于第一外臂支架收缩。左后支臂和右后支臂保持不变,使得带有可调避震的路空两用飞行器能够改变重心。
[0056] 最后,增加动力,左前支臂、左中支臂、右前支臂和右中支臂内的各旋翼转向电机转动,驱动各螺旋桨转动90°,螺旋桨的轴线与第四转动副的轴线平行,四个旋翼动力电机转动,使得带有可调避震的路空两用飞行器能够增加动力。