一种倾转装置及倾转旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种倾转装置及倾转旋翼飞行器。

背景技术

倾转旋翼飞行器是一种兼具垂直起降和固定翼模态飞行的新型飞行器。倾转装置是实现该类飞行器在固定翼模态和垂直起降模态之间转换的装置。

常见的倾转装置主要有以下几种驱动方式：舵机或电机直驱、舵机或电机带动平行连杆驱动。固定翼模态下的倾转位置会产生不平衡力矩，反向传递给驱动装置，不论是直驱还是带动连杆驱动，驱动装置的舵机或电机都需要持续性修正，以保持倾转角度，而且，反向作用的不平衡力矩始终作用在驱动装置(主要是作用在舵机或电机)上，极易造成驱动装置(主要是作用在舵机或电机)的损坏。亟需一种可以自锁的驱动装置，在模态切换过程中可自由切换，切换完成后可锁定倾转角度。

发明内容

为此，本发明提供一种倾转装置及倾转旋翼飞行器，以解决上述的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面，提供了一种倾转装置，其包括：

舵机；

套设固定于所述舵机的输出轴的轮盘，所述轮盘的周侧设有两个凸耳；

位于所述舵机与所述轮盘之间的摩擦器，所述摩擦器包括依次套设于输出轴的弹簧、第一摩擦块和第二摩擦块，所述第一摩擦块和所述第二摩擦块的接触面呈齿牙形，所述弹簧的一侧固定于舵机的外壳，所述弹簧的另一端与所述第一摩擦块固定，所述第二摩擦块固定于轮盘；

用于固定旋翼电机的第一电机座；

固定于第一电机座的连臂；

两根缓冲连杆，一根所述缓冲连杆的两端分别与某一所述凸耳、所述连臂的一端铰接，另一根所述缓冲连杆的两端分别与另一所述凸耳、所述连臂的另一端铰接，两根所述缓冲连杆不交叉。

进一步地，所述舵机的左右侧对称设置一个所述轮盘和两根所述缓冲连杆，所述第一电机座的左右侧对称设置一根所述连臂。

进一步地，两个所述凸耳相对所述轮盘的中心对称设置。

进一步地，所述倾转装置还包括固定板，所述固定板的一端与所述舵机固定，所述连臂可转动地固定于所述固定板的另一端。

本发明的第二方面，提供了另一种倾转装置，其包括：

倾转电机；

固定于所述倾转电机的电机轴端部的丝杠；

旋合于所述丝杠的螺母；

与所述螺母固定连接的推拉连杆；

固定于所述推拉连杆的远离所述螺母的一端的齿条；

与所述齿条相啮合的齿轮；

用于固定旋翼电机的第二电机座，所述第二电机座随所述齿轮同轴、同步转动。

进一步地，所述第二电机座呈龙门框状，所述齿轮固定于所述第二电机座的座腿内侧。

进一步地，所述推拉连杆、齿条和齿轮均设有两个，两个所述推拉连杆相对所述丝杠对称设置，两个所述齿条相对所述丝杠对称设置，两个所述齿轮分别固定于所述第二电机座的两个座腿内侧。

进一步地，所述倾转电机为步进电机或伺服电机。

本发明的第三方面，提供了一种倾转旋翼飞行器，其包括本发明的第一方面或本发明的第二方面所述的倾转装置。

本发明具有如下优点：

第一方面，摩擦器提供的摩擦力提高了轮盘旋转时的阻力，当主动进行倾角调节时，舵机输出的动力克服摩擦力后使轮盘旋转，进而通过缓冲连杆和连臂使旋翼电机的倾角发生变化，当倾角调节完成后，舵机不再输出动力或主动修正，此时的摩擦力抵消掉不平衡力矩，将轮盘锁死，不平衡力矩不会作用在舵机上，而且舵机不需要持续主动修正倾角，降低了多级的损坏风险，提高了舵机及倾转装置的使用寿命，同时由于杠杆作用，可以使舵机的输出力矩放大。

第二方面，丝杠在倾转电机的带动下进行正传或者反转，使螺母、推拉连杆、齿条在沿着平行于丝杠长度的方向上前进或后退，齿轮与齿条啮合，从而使齿轮发生转动，进而使第二电机座发生摆动，最终使固定在第二电机座的旋翼电机的倾角得以调节；由于采用的丝杠和螺母，只能丝杠转动带动螺母前进或后退，而螺母的前进或后退趋势不会导致丝杠有转动趋势，因此具有锁定功能；不平衡力矩作用在第二电机座上向倾转电机传递的过程中，在自锁功能的作用下，力传递至螺母处则停止传递，有效保持旋翼电机的倾转角度，而且在自锁功能下，第二电机座不会发生被动摆动，因此不需要进行修正；降低了倾转电机的损坏风险，提高倾转电机及倾转装置的使用寿命。

第三方面，由于采用了第一方面或第二方面的倾转装置，因此具有倾转装置使用寿命长的特点，进而提高了倾转旋翼飞行器的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的一种倾转装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的倾转装置的摩擦器的结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的另一种倾转装置的立体结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的倾转装置的局部结构示意图。

图中：

101-舵机，102-轮盘，103-摩擦器，104-连臂，105-缓冲连杆，106-输出轴，107-凸耳，108-弹簧，109-第一摩擦块，110-第二摩擦块，111-第一法兰盘，112-第二法兰盘，113-固定板，114-第一电机座；

201-倾转电机，202-丝杠，203-螺母，204-推拉连杆，205-齿条，206-齿轮，207-第二电机座，208-底座，209-立板，210-电机轴，211-横杆，212-纵杆，213-转轴，214-座腿，215-横梁；

300-旋翼电机。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图1和2所示，实施例1提供了一种倾转装置，其至少包括一个舵机101、一个轮盘102、若干摩擦器103、第一电机座114、一根连臂104和两根缓冲连杆105。

舵机101采用现有无人机常用的舵机101，左侧或右侧设有一根输出轴106。

轮盘102套设固定在舵机101的输出轴106上，轮盘102可随输出轴106同步转动。轮盘102的周侧设有两个凸耳107。一般情况下，两个凸耳107相对轮盘102中心对称。

摩擦器103设置在舵机101的外壳与轮盘102之间。摩擦器包括依次套设于输出轴的弹簧108、第一摩擦块109和第二摩擦块110，弹簧108为压缩状态，第一摩擦块109和第二摩擦块110的接触面呈齿牙形。可选的，弹簧108的一侧与舵机101的外壳固定，另一端与第一摩擦块109固定，第二摩擦块110与轮盘102相固定。当轮盘102转动时，使第一摩擦块109和第二摩擦块110相对转动，在齿牙形结合面的作用下，第一摩擦块109被迫压缩弹簧108，而弹簧108的弹力反作用在齿牙形结合面上，在第一摩擦块109和第二摩擦块110的接触面之间形成较大的摩擦力，同时具有弹力的分力，从而降低转盘102的转动趋势。弹簧108可通过第一法兰盘111与舵机101的外壳相固定，同样的，第二摩擦块110可通过第二法兰盘112与轮盘102相固定。

连臂104固定在第一电机座114的侧部，旋翼电机300固定在第一电机座114上；一般的，第一电机座114与连臂104的中段固定。

一根缓冲连杆105的两端分别与某一凸耳107、连臂104的一端铰接，另一根缓冲连杆105的两端分别与另一凸耳107、连臂104的另一端铰接；需要说明的是，两根缓冲连杆105不交叉。

本实施例提供的倾转装置，摩擦器103提供的摩擦力提高了轮盘102旋转时的阻力，当主动进行倾角调节时，舵机101输出的动力克服摩擦力后使轮盘102旋转，进而通过缓冲连杆105、连臂104和第一电机座114使旋翼电机300的倾角发生变化，当倾角调节完成后，舵机101不再输出动力或主动修正，此时的摩擦力抵消掉不平衡力矩，将轮盘102锁死，不平衡力矩不会作用在舵机101上，而且舵机101不需要持续主动修正倾角，降低了多级的损坏风险，提高了舵机101及倾转装置的使用寿命，同时由于杠杆作用，可以使舵机的输出力矩放大。

在本实施例的一个优选方案中，舵机101的左右侧对称设置一个轮盘102和两根缓冲连杆105，第一电机座114的左右侧对称设置一根连臂104；具体的，舵机101的左右侧均设有输出轴106，两根输出轴106同步转动，在两个输出轴106上各套设固定一个轮盘102，每个轮盘102与舵机101的壳体之间均设有摩擦器103，旋翼电机300固定在第一电机座114，第一电机座114左右各固定有一根连臂104，每根连臂104各通过和两根缓冲连杆105与同一侧的轮盘102的凸耳107相连。

由于舵机101的左右侧对称设置一个轮盘102，且每个轮盘102与舵机101的壳体之间均设有摩擦器103，从而提高了摩擦器103的数量，有效提高摩擦力，能更好地抵抗不平衡力矩；而且旋翼电机300固定在第一电机座114，第一电机座114左右各固定有一根连臂104，左侧的连臂104通过左侧的两根缓冲连杆105与左侧轮盘102的两个凸耳107相连，右侧的连臂104通过右侧的两根缓冲连杆105与右侧轮盘102的两个凸耳107相连，提高了旋翼电机300的稳定性。

在本实施例的一个优选方案中，倾转装置还包括固定板113，固定板113的后端与舵机101固定，连臂104可转动地固定于固定板113的前端，例如连臂104通过轴接的形式与固定板113固定；如此，能够使旋翼电机300与本实施例的倾转装置更加稳定的连接，而且通过设置固定板113，使本实施例的倾转装置的稳定性更高。一般情况下，固定板113设置两个，分别位于舵机101的左右侧，进一步提高稳定性；需要指出的是，固定板113并非必须设置两个，也可以在舵机101的左侧或右侧仅设置一块，如在附图1中就仅在舵机101的左侧设有一块固定板113。

实施例2

如图3和4所示，实施例2提供了另一种倾转装置，其至少包括倾转电机201、丝杠202、螺母203、推拉连杆204、齿条205、齿轮206和第二电机座207。为了更好地说明本实施例的倾转装置，还增设了一块具有立板209的底座208，在实际安装过程中，无人机或飞行器上非必须设有底座208，本实施例的倾转装置可安装在无人机或飞行器的某固定结构上。

倾转电机201固定在底座208上，倾转电机201的前方有一根电机轴210。倾转电机201可选用步进电机或伺服电机。

丝杠202固定在电机轴210的前端，丝杠202与电机轴210同轴设置且同步转动。其中，丝杠202与底座208之间留有间距，避免影响丝杠202的转动。

螺母203旋合在丝杠202的中段。

推拉连杆204的一端与螺母203固定；例如，推拉连杆204可以由一根垂直于丝杠202的横杆211和一根与丝杠202平行的纵杆212组成，横杆211的一端与螺母203焊接，横杆211的另一端与纵杆212的后端焊接。

齿条205与推拉连杆204的另一端固定；例如，齿条205与纵杆212的前端固定；齿条205位于底座208表面并可在底座208表面滑动，需要说明的是，齿条205并非必须直接与底座208表面接触，也可通过其他结构间接与底座208表面接触；齿条205位于立板209的朝向丝杠202的一侧。

底座208的立板209穿设有一根转轴213，转轴213的两端从立板209的左右侧露出。齿轮206套设固定在转轴213的朝向丝杠202的一侧，且齿轮206与齿条205相啮合，转轴213可随齿轮206同步转动。

第二电机座207呈龙门框状，第二电机座207的座腿214套设在转轴213的远离丝杠202的一侧，第二电机座207可随转轴213同步转动。当齿轮206在齿条205的带动下转动时，第二电机座207随齿轮206同轴、同步转动。

旋翼电机固定在第二电机座207的横梁215上。

本实施例提供的倾转装置，丝杠202在倾转电机201的带动下进行正传或者反转，使螺母203、推拉连杆204、齿条205在沿着平行于丝杠202长度的方向上前进或后退，齿轮206与齿条205啮合，从而使齿轮206发生转动，进而使第二电机座207发生摆动，最终使固定在第二电机座207的旋翼电机的倾角得以调节；由于采用的丝杠202和螺母203，只能丝杠202转动带动螺母203前进或后退，而螺母203的前进或后退趋势不会导致丝杠202有转动趋势，因此具有锁定功能；不平衡力矩作用在第二电机座207上向倾转电机201传递的过程中，在自锁功能的作用下，力传递至螺母203处则停止传递，有效保持旋翼电机的倾转角度，第二电机座207不会发生被动摆动，因此不需要进行修正；降低了倾转电机201的损坏风险，提高倾转电机201及倾转装置的使用寿命。

在一个变形的实施方案中，齿轮206固定于第二电机座207的座腿214内侧，此时，座腿214可以位于立板209的朝向丝杠202的一侧。

在本实施例的一个优选方案中，推拉连杆204、齿条205和齿轮206均设有两个，两个推拉连杆204相对丝杠202对称设置，两个齿条205相对丝杠202对称设置，两个齿轮206分别固定于第二电机座207的两个座腿214内侧。对称结构的设计，提高了齿条205与齿轮206啮合的稳定性，同时提高了第二电机座207旋转的稳定性。

实施例3

实施例3提供了一种倾转旋翼飞行器，其包括实施例1或实施例2提供的倾转装置。

本实施例提供的倾转旋翼飞行器，由于采用了第一方面或第二方面的倾转装置，因此具有倾转装置使用寿命长的特点，进而提高了倾转旋翼飞行器的使用寿命和飞行稳定性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。