本發(fā)明涉及機械、力學(xué)、無人機等，具體是指可實現(xiàn)同步變構(gòu)的單自由度變體無人機驅(qū)動機構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、從萊特兄弟制造出人類第一架無人機開始，到現(xiàn)在各國已經(jīng)設(shè)計出了應(yīng)對各種任務(wù)需求的無人機，然而當(dāng)前的固定翼無人機無法滿足日益復(fù)雜的飛行環(huán)境和多任務(wù)需求。傳統(tǒng)飛行器通常是針對某種特定的飛行狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計，在該飛行狀態(tài)下能表現(xiàn)出較好的性能，而在其他飛行狀態(tài)下性能則有所下降。隨著飛行器設(shè)計研究經(jīng)驗的不斷積累和其他學(xué)科技術(shù)的進(jìn)步，為克服傳統(tǒng)飛行器這種單任務(wù)模式的缺點，科學(xué)家們提出了變體飛行器的概念。

2、變體飛行器是將新型智能材料、變體驅(qū)動機構(gòu)、傳感器綜合應(yīng)用到飛行器上，通過柔順、平滑、自主地改變飛行器的局部或整體外形來改善其氣動特性，以出色的性能適應(yīng)不同的飛行條件、更高效地完成各種飛行任務(wù)，是一種具有飛行自適應(yīng)能力的新概念飛行器。變體飛行器在飛行過程中通過外形的改變，可以有效改善飛行器的飛行性能、擴展飛行包線并提高飛行效率。

3、可折疊式變體無人機在機翼展開時可進(jìn)行巡航偵察，機翼折疊后可高速擊殺相比于傳統(tǒng)的固定外形設(shè)計,能夠滿足多任務(wù)需求，具有廣泛的適用性。折疊式變體無人機是未來飛行器滿足多任務(wù)需求的必然選擇。開展可折疊式變體飛行器相關(guān)技術(shù)研究，能夠為開發(fā)空天資源與維護(hù)國家安全提供重要支撐。

4、可折疊式變體無人機在設(shè)計過程中的一大難點是：強對稱約束下的超低維變體驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計，目前nasa的8電機驅(qū)動方案，使用八個電機驅(qū)動八個鉸鏈，無法保證變體無人機的折疊過程高度一致。當(dāng)兩側(cè)折疊角度不同時，無人機就會發(fā)生滾轉(zhuǎn)，造成嚴(yán)重的飛行事故。本發(fā)明通過電機和絲杠結(jié)合，只用一個電機就能完成機翼的展開和折疊，解決了超低維、強約束特性的變體驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計，滿足了變形對稱性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對以上問題，提出了一種可實現(xiàn)同步變構(gòu)的單自由度變體無人機驅(qū)動機構(gòu)，通過電機和絲杠配合的方式，僅通過一個動力源就實現(xiàn)了折疊式變體無人機折疊和展開，簡化了機構(gòu)的復(fù)雜性，實現(xiàn)了兩側(cè)機翼的展開和折疊，同時保證了折疊過程高度同步，確保兩側(cè)折疊角度相同，解決了折疊式變體無人機因兩側(cè)機翼折疊過程不一致發(fā)生滾轉(zhuǎn)的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：用于驅(qū)動變體無人機在折疊狀態(tài)與展開狀態(tài)之間進(jìn)行切換，所述變體無人機包括機身、一對內(nèi)翼、一對外翼以及骨架；

3、所述骨架包括碳板6、碳管7以及固定器5，所述碳管7分為內(nèi)碳管71和外碳管72，所述固定器5分為內(nèi)固定器51和外固定器52；

4、所述機身固定安裝在一對平行設(shè)置的碳板6上，每個碳板6的兩端轉(zhuǎn)動連接兩個內(nèi)固定器51，所述內(nèi)固定器51上固定安裝內(nèi)碳管71，所述內(nèi)碳管71遠(yuǎn)離機身的一端轉(zhuǎn)動連接外固定器52，所述外固定器52上固定安裝有外碳管72；所述碳板6、內(nèi)碳管71、外碳管72均沿變體無人機的寬度方向設(shè)置；所述內(nèi)翼固定安裝在內(nèi)碳管71上，所述外翼可拆卸的安裝在外碳管72上；

5、所述驅(qū)動機構(gòu)包括一個單自由度驅(qū)動單元1、一對主梁2、一對外梁3以及兩對傳動軸4，所述單自由度驅(qū)動單元1的首尾兩端均固定安裝在兩個碳板6的中心位置，并且沿?zé)o人機機身長度方向設(shè)置，一對主梁2之間通過主梁連接件固定相連，并且該主梁連接件與單自由度驅(qū)動單元1的輸出相連，通過單自由度驅(qū)動單元1驅(qū)動一對主梁2同步的前后往復(fù)運動；

6、所述傳動軸4分為內(nèi)傳動軸41和外傳動軸42，所述內(nèi)傳動軸41的兩端固定連接所述內(nèi)固定器51，所述外傳動軸42的兩端固定連接所述外固定器52，使得內(nèi)傳動軸41與內(nèi)碳管71同步轉(zhuǎn)動，外傳動軸42與外碳管72同步轉(zhuǎn)動；所述主梁2遠(yuǎn)離主梁連接件的一端套裝在內(nèi)傳動軸41上，所述外梁3的兩端分別套裝在內(nèi)傳動軸41以及外傳動軸42上，所述單自由度驅(qū)動單元1啟動后，所述內(nèi)傳動軸41和外傳動軸42同步反向旋轉(zhuǎn)。

7、進(jìn)一步的，所述單自由度驅(qū)動單元1包括絲杠、絲母、電機以及絲杠安裝座，所述絲杠安裝座的首尾兩端均固定安裝在兩個碳板6的中心位置，所述電機的殼體固定安裝在絲杠安裝座上，并且電機的輸出軸固定連接絲杠的一端，所述絲杠的另一端轉(zhuǎn)動連接在絲杠安裝座上，所述絲母套裝在絲杠上，并且與其螺紋連接，所述主梁連接件固定連接所述絲母。

8、進(jìn)一步的，所述內(nèi)傳動軸71的表面開設(shè)有至少一道第一螺旋狀凹槽，所述第一螺旋狀凹槽中可滑動的容置有第一滑塊，所述第一滑塊固定安裝在套設(shè)在內(nèi)傳動軸71上的內(nèi)套筒81中，所述主梁2的端頭套裝在所述內(nèi)套筒81上，并且與內(nèi)套筒81固定相連，所述外梁3的端頭則直接套裝在內(nèi)傳動軸71上，并且抵住內(nèi)套筒81的兩側(cè)端面，與所述內(nèi)套筒81保持同步的軸向往復(fù)運動；從而在主梁2直線運動的過程中帶動內(nèi)傳動軸71旋轉(zhuǎn)，并帶動外梁3同步直線運動。

9、進(jìn)一步的，所述外傳動軸72的表面開設(shè)有至少一道第二螺旋狀凹槽，所述第二螺旋狀凹槽與第一螺旋狀凹槽的旋向相反，所述第二螺旋狀凹槽中可滑動的容置有第二滑塊，所述第二滑塊固定安裝在套設(shè)在外傳動軸72上的外套筒82中，所述外梁3的端頭套裝在所述外套筒82上，并且與外套筒82固定相連；從而在外梁3直線運動的過程中帶動外傳動軸72旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)內(nèi)傳動軸41和外傳動軸42同步反向旋轉(zhuǎn)。最終即可在內(nèi)翼的向上折疊過程的過程中，使得外翼向上平動。

10、進(jìn)一步的，所述外碳管72貫穿在所述外翼中，并且貫穿位置二者間隙配合，在所述外碳管72的端頭位置還固定安裝有貼合于內(nèi)翼的內(nèi)端面的安裝板，所述內(nèi)翼的內(nèi)端面上固定安裝有貫穿所述安裝板的卡固軸91，所述安裝板的表面上滑動連接有垂直于卡固軸91設(shè)置的插板92，所述卡固軸91的表面上設(shè)有環(huán)形插槽，所述插板92上則開設(shè)有于環(huán)形插槽適配的插接開口。

11、本發(fā)明有如下有益效果：

12、一、通過單自由度驅(qū)動單元、梁單元、傳動軸相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了超低維強約束下的變體驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計，僅通過一個動力源和絲杠相配合的方式就實現(xiàn)了折疊式變體無人機折疊和展開，簡化了機構(gòu)的復(fù)雜性，實現(xiàn)了兩側(cè)機翼的展開和折疊，同時保證了折疊過程高度同步，確保兩側(cè)折疊角度相同，解決了折疊式變體無人機因兩側(cè)機翼折疊過程不一致發(fā)生滾轉(zhuǎn)的問題。

13、二、在綜合考慮結(jié)構(gòu)承載能力的前提下，結(jié)構(gòu)主梁和外梁均采用鏤空設(shè)計，最大化減輕結(jié)構(gòu)自重。

14、三、本案特別考慮到外翼需要承載氣動載荷，當(dāng)外翼在承載氣動載荷的同時再疊加變體時扭矩時，外翼本體及連接位置易損壞，據(jù)此，本案優(yōu)化了外翼的連接結(jié)構(gòu)，將固定連接改進(jìn)為嵌套碳管后的卡扣連接，起到了保護(hù)外翼的作用。

15、四、與現(xiàn)有的變體驅(qū)動機構(gòu)相比，本發(fā)明提出的可實現(xiàn)同步變構(gòu)的單自由度變體無人機驅(qū)動機構(gòu)，首先具有先進(jìn)的原理，能夠完成無人機的折疊和展開任務(wù)；其次該結(jié)構(gòu)便于加工，現(xiàn)有的加工工藝和裝配均可以實現(xiàn)批量制造；最后，通過鉸鏈結(jié)構(gòu)的單自由度屬性，在保證結(jié)構(gòu)強度的同時，能較好地維持機構(gòu)折疊的對稱性，這對折疊式變體飛行的安全與穩(wěn)定至關(guān)重要。

16、本發(fā)明僅通過一個動力源和絲杠相配合的方式就實現(xiàn)了折疊式變體無人機折疊和展開，簡化了機構(gòu)的復(fù)雜性，同時保證了折疊過程高度對稱，確保兩側(cè)折疊角度相同，解決了折疊式變體無人機因兩側(cè)機翼折疊過程不一致發(fā)生滾轉(zhuǎn)的問題，因此，本發(fā)明具有廣泛的應(yīng)用前景。