本實(shí)用新型涉及飛行器領(lǐng)域，尤其涉及一種四旋翼飛行器及其控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

四旋翼飛行器具有垂直起降、空中懸停等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，但現(xiàn)有四旋翼飛行器都是通過調(diào)整4個旋翼的轉(zhuǎn)速改變飛行器在空中的飛行姿態(tài)，具有抗側(cè)風(fēng)能力差，調(diào)整姿態(tài)緩慢等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種抗側(cè)風(fēng)能力強(qiáng)，飛行方向調(diào)整靈敏的四旋翼飛行器。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種四旋翼飛行器，其包括機(jī)架、第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼、第四旋翼、第一旋翼軸、第二旋翼軸、第三旋翼軸及第四旋翼軸；

所述第一軸、第二軸、第三軸及第四軸的一端均分別安裝在所述機(jī)架上，且所述第一軸、第二軸、第三軸及第四軸均處于同一水平面上；其中，所述第三軸處在所述第一軸的延伸方向上，所述第二軸處在所述第四軸的延伸方向上，且所述第一軸垂直于所述第二軸；

所述第一旋翼軸垂直于水平面且安裝在所述第一軸的另一端，所述第二旋翼軸垂直于水平面且安裝在所述第二軸的另一端，所述第三旋翼軸垂直于水平面且安裝在所述第三軸的另一端，所述第四旋翼軸垂直于水平面且安裝在所述第四軸的另一端；

所述第一旋翼安裝在所述第一旋翼軸的頂端，并繞所述第一旋翼軸的軸向方向旋轉(zhuǎn)；所述第二旋翼安裝在所述第二旋翼軸的頂端，并繞所述第二旋翼軸的軸向方向旋轉(zhuǎn)；所述第三旋翼安裝在所述第三旋翼軸的頂端，并繞所述第三旋翼軸的軸向方向旋轉(zhuǎn)；所述第四旋翼安裝在所述第四旋翼軸的頂端，并繞所述第四旋翼軸的軸向方向旋轉(zhuǎn)；

所述第一旋翼軸繞所述第一軸的軸向方向旋轉(zhuǎn)，所述第二旋翼軸繞所述第二軸的軸向方向旋轉(zhuǎn)，所述第三旋翼軸繞所述第三軸的軸向方向旋轉(zhuǎn)，所述第四旋翼軸繞所述第四軸的軸向方向旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)用新型的有益效果是：通過轉(zhuǎn)動旋翼軸調(diào)整旋翼的朝向，將旋翼旋轉(zhuǎn)推動空氣產(chǎn)生的反作用力分解成一個水平方向上的推力和一個豎直方向上的升力，通過改變四個旋翼的朝向可以快速調(diào)整飛行器的飛行方向。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述第一旋翼位于所述機(jī)架前進(jìn)方向的前端，所述第三旋翼位于所述機(jī)架前進(jìn)方向的后端，所述第二旋翼位于所述機(jī)架前進(jìn)方向的左端，所述第四旋翼位于所述機(jī)架前進(jìn)方向的右端；所述第一旋翼和所述第一旋翼軸的連接處、所述第二旋翼和所述第二旋翼軸的連接處、所述第四旋翼和所述第四旋翼軸的連接處均位于同一水平面上，且所述第三旋翼和所述第三旋翼軸的連接處高于所述第一旋翼和所述第一旋翼軸的連接處。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過將第三旋翼和第三旋翼軸的連接處設(shè)置成高于第一旋翼和第一旋翼軸的連接處，可減小第一旋翼的尾流對第三旋翼的干擾和影響。

進(jìn)一步，所述第一旋翼和所述第三旋翼互為等速反向旋轉(zhuǎn)，所述第二旋翼和所述第四旋翼互為等速反向旋轉(zhuǎn)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過將第一旋翼和第三旋翼設(shè)置為等速反向旋轉(zhuǎn)，將第二旋翼和第四旋翼設(shè)置為等速反向旋轉(zhuǎn)，可使飛行器的飛行保持平衡，避免產(chǎn)生自旋。

進(jìn)一步，所述第一旋翼的下方安裝有與所述第一軸延伸方向平行的第一鉸接軸，所述第一鉸接軸上鉸接有第一導(dǎo)流板。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過在第一鉸接軸上鉸接第一導(dǎo)流板，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)流板旋轉(zhuǎn)至一定角度時，第一旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下洗氣流作用在第一導(dǎo)流板上，產(chǎn)生一個橫向的分力可改變四旋翼飛行器的飛行方向。

進(jìn)一步，所述第一導(dǎo)流板為多個，多個所述第一導(dǎo)流板間隔設(shè)置且相互平行。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：增大下洗氣流和第一導(dǎo)流板的接觸面積，產(chǎn)生更大的橫向分力用以改變四旋翼飛行器的飛行方向。

進(jìn)一步，所述第三旋翼的下方安裝有與所述第三軸延伸方向平行的第二鉸接軸，所述第二鉸接軸上鉸接有第二導(dǎo)流板。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過在第二鉸接軸上鉸接第二導(dǎo)流板板，當(dāng)?shù)诙?dǎo)流板旋轉(zhuǎn)至一定角度時，第三旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下洗氣流作用在第二導(dǎo)流板上，產(chǎn)生一個橫向的分力可改變四旋翼飛行器的飛行方向。

進(jìn)一步，所述第二導(dǎo)流板為多個，多個所述第二導(dǎo)流板間隔設(shè)置且相互平行。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：增大下洗氣流和第二導(dǎo)流板的接觸面積，產(chǎn)生更大的橫向分力用以改變四旋翼飛行器的飛行方向。

進(jìn)一步，所述第一旋翼的葉片數(shù)量為至少2個，所述第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼及第四旋翼的葉片數(shù)量相同。

本實(shí)用新型還提供了一種四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其包括上述任一項所述的四旋翼飛行器、旋翼控制單元及旋翼軸控制單元，所述旋翼控制單元用于控制第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼及第四旋翼的轉(zhuǎn)速，所述旋翼軸控制單元用于控制第一旋翼軸、第二旋翼軸、第三旋翼軸及第四旋翼軸的旋轉(zhuǎn)角度。

進(jìn)一步，還包括導(dǎo)流板控制單元，用于控制第一導(dǎo)流板繞第一鉸接軸旋旋轉(zhuǎn)和/或控制第二導(dǎo)流板繞第二鉸接軸旋轉(zhuǎn)，以使得該第一導(dǎo)流板和第二導(dǎo)流板互為反向同步轉(zhuǎn)動。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過導(dǎo)流板控制單元，控制第一導(dǎo)流板和第二導(dǎo)流板的旋轉(zhuǎn)角度和方向，使得第一導(dǎo)流板和第二導(dǎo)流板互為反向同步轉(zhuǎn)動，從而可改變四旋翼飛行器的飛行方向。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的四旋翼飛行器的第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼及第四旋翼所處空間位置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3、4為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的四旋翼飛行器的工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下：

1、機(jī)架，2、第一導(dǎo)流板，3、第二導(dǎo)流板，4、第一鉸接軸，5、第二鉸接軸，11、第一軸，12、第一旋翼，13、第一旋翼軸，21、第二軸，22、第二旋翼，23、第二旋翼軸，31、第三軸，32、第三旋翼，33、第三旋翼軸，41、第四軸，42、第四旋翼，43、第四旋翼軸。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

實(shí)施例一

如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種四旋翼飛行器，其包括機(jī)架1、第一軸11、第二軸21、第三軸31、第四軸41、第一旋翼12、第二旋翼22、第三旋翼32、第四旋翼42、第一旋翼軸13、第二旋翼軸23、第三旋翼軸33及第四旋翼軸43；所述第一軸11、第二軸21、第三軸31及第四軸41的一端均分別安裝在所述機(jī)架1上，且所述第一軸11、第二軸21、第三軸31及第四軸41均處于同一水平面上；其中，所述第三軸31處在所述第一軸11的延伸方向上，所述第二軸21處在所述第四軸41的延伸方向上，且所述第一軸11垂直于所述第二軸；所述第一旋翼軸13垂直于水平面且安裝在所述第一軸11的另一端，所述第二旋翼軸23垂直于水平面且安裝在所述第二軸21的另一端，所述第三旋翼軸33垂直于水平面且安裝在所述第三軸31的另一端，所述第四旋翼軸43垂直于水平面且安裝在所述第四軸41的另一端；所述第一旋翼12安裝在所述第一旋翼軸13的頂端，并繞所述第一旋翼軸13的軸向方向旋轉(zhuǎn)；所述第二旋翼22安裝在所述第二旋翼軸23的頂端，并繞所述第二旋翼軸23的軸向方向旋轉(zhuǎn)；所述第三旋翼32安裝在所述第三旋翼軸33的頂端，并繞所述第三旋翼軸33的軸向方向旋轉(zhuǎn)；所述第四旋翼42安裝在所述第四旋翼軸43的頂端，并繞所述第四旋翼軸43的軸向方向旋轉(zhuǎn)；所述第一旋翼軸13繞所述第一軸11的軸向方向旋轉(zhuǎn)，所述第二旋翼軸23繞所述第二軸21的軸向方向旋轉(zhuǎn)，所述第三旋翼軸33繞所述第三軸31的軸向方向旋轉(zhuǎn)，所述第四旋翼軸43繞所述第四軸41的軸向方向旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)施例提供的四旋翼飛行器，第一旋翼12的葉片數(shù)量可為至少2個，所述第一旋翼12、第二旋翼22、第三旋翼32及第四旋翼42的葉片數(shù)量相同，其中的第一旋翼12、第二旋翼22、第三旋翼32及第四旋翼42也可用涵道風(fēng)扇代替。本實(shí)施例提供的四旋翼飛行器通過調(diào)整四個旋翼軸繞各自軸的軸向方向的旋轉(zhuǎn)角度，可調(diào)整旋翼的朝向，將旋翼旋轉(zhuǎn)推動空氣產(chǎn)生的反作用力分解成一個水平方向上的推力和一個豎直方向上的升力，通過改變四個旋翼的朝向可以快速調(diào)整飛行器的飛行方向。

其中的第一旋翼12位于所述機(jī)架1前進(jìn)方向的前端，所述第三旋翼32位于所述機(jī)架1前進(jìn)方向的后端，所述第二旋翼22位于所述機(jī)架1前進(jìn)方向的左端，所述第四旋翼42位于所述機(jī)架1前進(jìn)方向的右端；所述第一旋翼12和所述第一旋翼軸13的連接處、所述第二旋翼22和所述第二旋翼軸23的連接處、所述第四旋翼42和所述第四旋翼軸43的連接處均位于同一水平面上，且所述第三旋翼32和所述第三旋翼軸33的連接處高于所述第一旋翼12和所述第一旋翼軸13的連接處。通過將第三旋翼32和第三旋翼軸33的連接處設(shè)置成高于第一旋翼12和第一旋翼軸13的連接處，可減小第一旋翼12的尾流對第三旋翼32的干擾和影響。為保持飛行器的飛行平衡，避免產(chǎn)生自旋，還可將第一旋翼12和第三旋翼32設(shè)置為互為等速反向旋轉(zhuǎn)，將第二旋翼22和第四旋翼42設(shè)置為互為等速反向旋轉(zhuǎn)。如圖4所示，還可在第一旋翼12的下方安裝與第一軸11延伸方向平行的第一鉸接軸4，第一鉸接軸4上鉸接有第一導(dǎo)流板2。通過在第一鉸接軸4上鉸接第一導(dǎo)流板2，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)流板2繞第一鉸接軸4旋轉(zhuǎn)至一定角度時，第一旋翼12旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下洗氣流作用在第一導(dǎo)流板2上，產(chǎn)生一個橫向的分力可改變四旋翼飛行器的飛行方向。其中的第一導(dǎo)流板2可為多個，多個第一導(dǎo)流板2間隔設(shè)置且相互平行，且多個第一導(dǎo)流板2同步旋轉(zhuǎn)，通過設(shè)置多個第一導(dǎo)流板2，可增大下洗氣流和第一導(dǎo)流板2的接觸面積，產(chǎn)生更大的橫向分力用以改變四旋翼飛行器的飛行方向。還可在第三旋翼32的下方安裝與第三軸31延伸方向平行的第二鉸接軸5，第二鉸接軸5上鉸接有第二導(dǎo)流板3。通過在第二鉸接軸5上鉸接第二導(dǎo)流板板3，當(dāng)?shù)诙?dǎo)流板3繞第二鉸接軸5旋轉(zhuǎn)至一定角度時，第三旋翼32旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下洗氣流作用在第二導(dǎo)流板3上，產(chǎn)生一個橫向的分力用以改變四旋翼飛行器的飛行方向。其中的第二導(dǎo)流板3可為多個，多個所述第二導(dǎo)流板3間隔設(shè)置且相互平行，且多個第二導(dǎo)流板3同步旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)施例還提供了一種四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其包括上述所述的四旋翼飛行器、旋翼控制單元及旋翼軸控制單元，所述旋翼控制單元用于控制第一旋翼12、第二旋翼22、第三旋翼32及第四旋翼42的轉(zhuǎn)速，所述旋翼軸控制單元用于控制第一旋翼軸13、第二旋翼軸23、第三旋翼軸33及第四旋翼軸43的旋轉(zhuǎn)角度，并通過導(dǎo)流板控制單元控制第一導(dǎo)流板2繞第一鉸接軸旋轉(zhuǎn)和/或控制第二導(dǎo)流板3繞第二鉸接軸旋轉(zhuǎn)。通過導(dǎo)流板控制單元，控制第一導(dǎo)流板和第二導(dǎo)流板的旋轉(zhuǎn)角度和方向，使得第一導(dǎo)流板和第二導(dǎo)流板互為反向同步轉(zhuǎn)動，從而可改變四旋翼飛行器的飛行方向。

為便于理解本實(shí)施例提供的四旋翼飛行器的工作過程，以下具體闡述四旋翼飛行器的工作過程。

為便于描述，將飛行器的飛行方向在空間直角坐標(biāo)系中表示，如圖2所示，空間直角坐標(biāo)系定義為：X、Y、Z為三條互相垂直的坐標(biāo)軸，x軸和y軸配置在水平面上，而z軸則是垂直水平面坐標(biāo)軸。X軸定義為飛行器縱向方向，即飛行器前進(jìn)和后退方向，Y軸定義為飛行器橫向方向，即飛行器左右移動方向，Z軸定義為飛行器垂直方向，即飛行器上升和下降方向。位于飛行器的縱向方向的前端為第一旋翼，即為1號旋翼，后端為第三旋翼，即為3號旋翼，第二旋翼位于飛行器的縱向方向的左端，即為2號旋翼，第四旋翼位于飛行器的縱向方向的右端，即為4號旋翼，2號旋翼和4號旋翼均位于Y軸上。

飛行器的垂直升降，即飛行器的起飛和降落過程：通過同時增加1號旋翼、2號旋翼、3號旋翼及4號旋翼的轉(zhuǎn)速，各個旋翼產(chǎn)生的升力逐漸增大，當(dāng)飛行器旋翼產(chǎn)生的升力可以克服自身的重力時，飛行器就可實(shí)現(xiàn)向上運(yùn)動，當(dāng)升力與重力相等時，飛行器就可實(shí)現(xiàn)懸停，通過同時降低1號旋翼、2號旋翼、3號旋翼及4號旋翼的轉(zhuǎn)速，各個旋翼產(chǎn)生的升力逐漸降低，當(dāng)升力小于自身重力時，飛行器即可向下運(yùn)動，直至降落。

飛行器的水平前進(jìn)和水平后退運(yùn)動過程：如圖3所示，通過旋翼軸控制單元控制第二旋翼軸，即第二旋翼22的旋翼軸繞第二軸的軸向旋轉(zhuǎn)一定角度，并控制第四旋翼軸，即第四旋翼的旋翼軸繞第四軸的軸向偏轉(zhuǎn)相同的角度，位于第二旋翼軸上的第二旋翼22和位于第四旋翼軸上的第四旋翼產(chǎn)生推力的水平分力使得飛行器產(chǎn)生向前或向后的推動力，從而使得飛行器沿X軸前進(jìn)或后退。

飛行器的橫向運(yùn)動或抵抗側(cè)風(fēng)的運(yùn)動過程：如圖4所示，通過旋翼軸控制單元控制第一旋翼軸13，即第一旋翼12(1號旋翼)的旋翼軸繞第一軸11的軸向旋轉(zhuǎn)一定角度，并控制第三旋翼軸33，即3號旋翼的旋翼軸繞第三軸31的軸向旋轉(zhuǎn)相同角度，位于第一旋翼軸13上的第一旋翼12和位于第三旋翼軸33上的第三旋翼32產(chǎn)生推力的水平分力使得飛行器產(chǎn)生向左或向右的推動力，從而使得飛行器沿Y軸橫向運(yùn)動或抵御側(cè)風(fēng)保持沿Y軸方向的相對靜止姿態(tài)。

飛行器轉(zhuǎn)向運(yùn)動或原地掉頭的運(yùn)動過程：通過調(diào)整設(shè)置于第一旋翼12的下方的第一導(dǎo)流板2的旋轉(zhuǎn)方向和角度及第三旋翼32的下方的第二導(dǎo)流板3的旋轉(zhuǎn)方向和角度，第一導(dǎo)流板2和第二導(dǎo)流板3互為反向偏轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)流板2和第二導(dǎo)流板3同步反向旋轉(zhuǎn)至一定角度時，與第一旋翼12和第三旋翼32的下洗氣流形成一定夾角，下洗氣流作用在第一導(dǎo)流板2和第二導(dǎo)流板3上，分別產(chǎn)生一個橫向的分力，該橫向分力對于Z軸形成偏轉(zhuǎn)力矩，使飛行器轉(zhuǎn)向。

當(dāng)飛行器前進(jìn)時，若第一導(dǎo)流板2下部向左偏轉(zhuǎn)，第一旋翼12旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下洗氣流作用在第一導(dǎo)流板2上產(chǎn)生向右橫向分力，使機(jī)頭向右偏轉(zhuǎn)，同時第二導(dǎo)流板3下部向右偏轉(zhuǎn)，第三旋翼32旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下洗氣流作用在第二導(dǎo)流板3上產(chǎn)生向左橫向分力，使機(jī)尾向左偏轉(zhuǎn)，從而使得飛行器向右轉(zhuǎn)向。若第一導(dǎo)流板2下部向右偏轉(zhuǎn)，第一旋翼12旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下洗氣流作用在第一導(dǎo)流板2上產(chǎn)生向左橫向分力，使機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn)，同時第二導(dǎo)流板3下部向左偏轉(zhuǎn)，第三旋翼32旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下洗氣流作用在第二導(dǎo)流板3上產(chǎn)生向右橫向分力，使機(jī)尾向右偏轉(zhuǎn)，從而使得飛行器向左轉(zhuǎn)向。飛行器后退時與上述原理相同，在此不再贅述。

當(dāng)飛行器在空中懸停時，若第一導(dǎo)流板2下部向左偏轉(zhuǎn)，第一旋翼12旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下洗氣流作用在第一導(dǎo)流板2上產(chǎn)生向右橫向分力，使機(jī)頭向右偏轉(zhuǎn)，同時第二導(dǎo)流板3下部向右偏轉(zhuǎn)，第三旋翼32旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下洗氣流作用在第二導(dǎo)流板3上產(chǎn)生向左橫向分力，使機(jī)尾向左偏轉(zhuǎn)，從而使得飛行器向右原地掉頭。若第一導(dǎo)流板2下部向右偏轉(zhuǎn)，第一旋翼12旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生下洗氣流作用在第一導(dǎo)流板2上產(chǎn)生向左橫向分力，使機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn)，同時第二導(dǎo)流板3下部向左偏轉(zhuǎn)，第三旋翼32下洗氣流作用在第二導(dǎo)流板3上產(chǎn)生向右橫向分力，使機(jī)尾向右偏轉(zhuǎn)，從而使得飛行器向左原地掉頭。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。此外，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。