一種多軸飛行器的制造方法
【專利摘要】本申請公開了一種多軸飛行器，包括：支架，支架包括平行設置的第一側桿和第二側桿，以及固定于第一側桿和第二側桿之間的主桿，主桿的兩端分別固定于第一側桿和第二側桿的中部；驅動系統，安裝于支架上，驅動系統包括一電機和四個旋翼，四個旋翼分別安裝于第一側桿和第二側桿的四個端部，電機通過同步傳動機構驅動多個旋翼同步進行轉動，同步傳動機構包括可被電機驅動轉動的主軸，主軸與每個旋翼之間分別設有一同步傳動皮帶，同步傳動皮帶設于所述第一側桿或第二側桿內。本實用新型將同步傳動皮帶設置于第一側桿和第二側桿中間的腔體中，第一同步帶輪設于第一支架的第一保護空間內，在飛行器意外發生碰撞時，可有效保護同步傳動皮帶和第一同步帶輪。
【專利說明】一種多軸飛行器
【技術領域】
[0001]本申請屬于航拍領域，特別是涉及一種可變距的多軸飛行器。
【背景技術】
[0002]現有的技術方案中的多軸飛行器的每個軸由相應的螺旋槳和驅動相應螺旋槳的電機組成。飛行器飛行的姿態保持和機動動作是通過飛行控制系統分別控制各個電機轉速(現有多軸飛行器的各個電機的轉動方向是成對相反的，以抵消自旋力矩)來達成對飛行器姿態和動作控制的。垂直起降飛行器的姿態包括水平，傾斜。機動動作包括平飛，上升，下降，自旋(繞自身Z軸、即機體結構水平面的垂直軸)。多軸飛行器的上升與下降動作是使所有電機的轉速同步提升或下降來實現；飛行器的水平飛行是成對得增加對角線上兩個電機的轉速差使飛機保持一定水平傾斜姿態沿該對角線的由高轉速電機指向低轉速電機方向移動來實現的；順時針(逆時針)自旋是同時增加(減少)整機所有順時針(逆時針)轉動電機轉速且同時減少(增加)整機所有逆時針(順時針)轉動電機轉速來實現的。把每個電機驅動的螺旋槳產生的升力作為一個大小不同的作用力，把每個電機的轉速作為一個個正反力矩，控制飛機的姿態和動作就是不斷增減各個作用力的大小和各個力矩的大小來實現的。
[0003]現有技術方案是通過每個螺旋槳單獨用電動機驅動的，航空無刷電機由于其工作原理導致無法讓所有電機的轉速保持一致，而現有的制造工藝讓各個電機的轉速差異更大。現有的技術方案中，倘若全部電機轉速一致或者差異很小，非常有利于當前使用的各類飛行控制軟件來對其進行控制，此時整機的電能利用效率最高。倘若各個電機的轉速差異很大，就會加重飛行控制軟件的負擔，因為它要讓一個天生就非常不穩定的飛行平臺保持穩定。雖然這樣也能飛行，但是如果配合各種不同的機動動作，飛控將進行非常頻繁的各個電機轉速控制，加快整機的電能消耗速度。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的提供一種多軸飛行器，解決現有技術中無人飛行器重量大、航拍不清晰、電力消耗快、旋翼同步性難控制以及無法變距的問題。
[0005]為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0006]本申請實施例公開了一種多軸飛行器，包括:
[0007]支架，所述支架包括平行設置的第一側桿和第二側桿，以及固定于所述第一側桿和第二側桿之間的主桿，所述主桿的兩端分別固定于所述第一側桿和第二側桿的中部；
[0008]驅動系統，安裝于所述支架上，所述驅動系統包括一電機和四個旋翼，所述四個旋翼分別安裝于所述第一側桿和第二側桿的四個端部，所述電機通過同步傳動機構驅動所述多個旋翼同步進行轉動，所述同步傳動機構包括可被所述電機驅動轉動的主軸，所述主軸與每個旋翼之間分別設有一同步傳動皮帶，所述同步傳動皮帶設于所述第一側桿或第二側桿內。[0009]優選的，在上述的多軸飛行器中，所述旋翼和主軸上分別固定有第一同步帶輪和第二同步帶輪，所述同步傳動皮帶的兩端分別套設于所述第一同步帶輪和第二同步帶輪上，所述同步傳動皮帶的內表面設有齒槽，所述第一同步帶輪和第二同步帶輪的外表面分別設有與所述同步傳動皮帶內表面相嚙合的齒槽。
[0010]優選的，在上述的多軸飛行器中，所述支架還包括四個第一支架，所述四個第一支架分別安裝于所述第一側桿和第二側桿的四個端部，所述第一支架具有第一保護空間，所述第一同步帶輪設于所述第一保護空間內。
[0011]優選的，在上述的多軸飛行器中，所述支架還包括兩個第二支架，所述兩個第二支架分別固定于所述第一側桿與主桿之間、以及所述第二側桿與主桿之間，所述第二支架具有第二保護空間，所述第二同步帶輪設于所述第二保護空間內。
[0012]優選的，在上述的多軸飛行器中，所述同步傳動皮帶的兩側設有導輪。
[0013]優選的，在上述的多軸飛行器中，所述主軸和電機之間連接有第二傳動機構，所述第二傳動機構包括第三同步帶輪和第四同步帶輪，所述第三同步帶輪固定于所述電機的輸出軸上，所述第四同步帶輪固定于所述主軸上，所述第三同步帶輪和第四同步帶輪之間連接有第二同步傳動皮帶。
[0014]優選的，在上述的多軸飛行器中，所述每個旋翼包括驅動軸、第一翼片、第二翼片、槳轂和驅動部，所述槳轂固定于所述驅動軸上，所述第一翼片和第二翼片對稱設于所述槳轂的兩側，所述驅動部可同時作用于所述第一翼片和第二翼片并驅動所述第一翼片和第二翼片沿相反的時針方向翻動。
[0015]優選的，在上述的多軸飛行器中，所述槳轂的兩側分別可轉動設有第一槳夾頭和第二槳夾頭，所述第一翼片和第二翼片分別固定于所述第一槳夾頭和第二槳夾頭上。
[0016]優選的，在上述的多軸飛行器中，所述驅動部包括第一滑動件，所述第一滑動件套設于所述驅動軸上，且位于所述槳轂的下方，所述第一滑動件于驅動軸的對稱兩側分別延伸有第一蟹爪和第二蟹爪，所述第一槳夾頭和第二槳夾頭分別設有第一轉動部和第二轉動部，所述第一轉動部和第一蟹爪之間可轉動連接有第一連接件，所述第二轉動部和第二蟹爪之間可轉動連接有第二連接件，所述驅動部還包括可驅動所述第一滑動件上升的動力裝置。
[0017]優選的，在上述的多軸飛行器中，所述動力裝置包括第二滑動件、變距搖臂、連桿和舵機，所述第二滑動件套設于所述驅動軸上，且位于所述第一滑動件的下方，所述變距搖臂可轉動安裝于所述支架上，且所述搖臂的一端與第一滑動件可轉動連接，所述連桿連接于所述舵機和搖臂的另一端之間。
[0018]與現有技術相比，本實用新型的優點在于:
[0019]本實用新型的無人飛行器設置有一個電機，并通過該電機驅動所有的旋翼同步進行轉動，由于僅設置一個電機，成本低，重量輕；而且相對于多個電機，一個電機所產生的高頻振動對航拍清晰度的影響得到較大的削弱；另外，通過一個電機同時驅動所有旋翼進行轉動，各旋翼同步性幾乎完全一致。
[0020]本實用新型的變距旋翼可以在轉速一段范圍內通過改變螺距而起到使翼片氣動力最優的作用，相對于螺距不可變的飛行器，本實用新型的飛行器具有更高的效率。
[0021]本實用新型將同步傳動皮帶設置于第一側桿和第二側桿中間的腔體中，第一同步帶輪設于第一支架的第一保護空間內，在飛行器意外發生碰撞時，可有效保護同步傳動皮帶和第一同步帶輪。另外通過設置導輪，可有效限制皮帶之間的間距，避免其與第一側桿或第二側桿的接觸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1所示為本實用新型具體實施例中飛行器的立體結構示意圖；
[0024]圖2所示為本實用新型具體實施例中飛行器的側視圖；
[0025]圖3所示為本實用新型具體實施例中驅動系統的立體爆炸圖；
[0026]圖4所示為本實用新型具體實施例中旋翼的立體示意圖；
[0027]圖5所示為本實用新型具體實施例中旋翼的爆炸示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0029]參圖1至圖5所示，飛行器包括支架10、以及安裝于支架上的驅動系統20和旋翼30。
[0030]支架10為一支撐平臺，其下方可以固定有起落架、航拍云臺等，其上方可以承載電源、電路板等部件。
[0031]支架10包括平行設置的第一側桿11和第二側桿12，第一側桿11和第二側桿12是兩根長度相同、直徑相同的空心圓桿。第一側桿11和第二側桿12之間固定有主桿13,主桿13為一空心圓桿，其兩端分別固定于第一側桿11和第二側桿12的中間位置，且主桿13優選垂直于第一側桿11和第二側桿12。
[0032]支架10還包括四個第一支架14，四個第一支架14分別安裝于第一側桿11和第二側桿12的四個端部，第一支架14的中部形成有第一保護空間141。
[0033]支架10還包括兩個第二支架15，兩個第二支架15分別固定于第一側桿11與主桿13之間、以及第二側桿12與主桿13之間，第二支架15中部形成有第二保護空間151。
[0034]在其他實施例中，主桿13也可以不垂直于第一側桿11和第二側桿12。第一側桿
11、第二側桿12以及主桿的材質優選為碳纖維，易于想到的是，在滿足支撐強度的前提下，第一側桿11、第二側桿12以及主桿13可以采用其他材質，例如鋁材質，越輕越好。
[0035]上述的支架10，僅僅采用三根圓桿呈H形固定，結構簡單，而且最大化的降低了重量。
[0036]參圖3所示，驅動系統20包括一電機21、第三同步帶輪22、第四同步帶輪23、第二同步傳動皮帶24和一主軸25。第三同步帶輪22安裝于電機21的輸出軸上，主軸25轉動設于主桿13內，第四同步帶輪23套設于主軸25上并與主軸25固定，第三同步帶輪22位于第四同步帶輪23的正上方，第三同步帶輪22和第四同步帶輪23之間通過第二同步傳動皮帶24實現聯動。為了防止第二同步傳動皮帶24與第三同步帶輪22以及第四同步帶輪23之間打滑，第二同步傳動皮帶24的內表面與第三同步帶輪22的外表面之間設有相嚙合的齒槽，第四同步帶輪23的外表面也設有與第二同步傳動皮帶24內表面相嚙合的齒槽。
[0037]電機21由電源進行供電，電機21可以直接驅動第三同步帶輪22進行轉動，第三同步帶輪22通過第二同步傳動皮帶24驅動第四同步帶輪23進行轉動,第四同步帶輪23轉動進而帶動主軸25進行轉動。
[0038]旋翼30安裝于第一支架14上，每個旋翼30包括一沿豎直方向的驅動軸31，驅動軸31的底端套設并固定一第一同步帶輪32，第一同步帶輪32保護性地設于第一保護空間141內。主軸25上固定有四個第二同步帶輪26，每個第二同步帶輪26與對應旋翼的第一同步帶輪32之間設有一同步傳動皮帶27,同步傳動皮帶27的兩端分別套設于第一同步帶輪32和第二同步帶輪26上，同步傳動皮帶27的內表面設有齒槽，第一同步帶輪32和第二同步帶輪26的外表面分別設有與同步傳動皮帶27內表面相嚙合的齒槽。主軸25的兩端各設有兩個第二同步帶輪26，其中位于一端的兩個第二同步帶輪26保護性地設于第二保護空間151內，且位于一端的兩個第二同步帶輪26緊靠設置，優選為一體成型。
[0039]同步傳動皮帶27要穿過第一側桿11和第二側桿12內部，為了配合減速作用，第一同步帶輪32的直徑設置比較大，使得同步傳動皮帶27易與第一側桿11或第二側桿12的內壁表面或開口處發生接觸，在高速運轉時，同步傳動皮帶27很容易損壞。為了提高同步傳動皮帶的使用壽命，在同步傳動皮帶27的兩端分別設有一對導輪28，每一對導輪28設置于同步皮帶27的兩側，以控制同步皮帶端部的間距，從而避免同步傳動皮帶27與第一側桿11或第二側桿12的接觸，提高同步傳動皮帶27的使用壽命。
[0040]上述的驅動系統的作動原理如下:電機21由電源供電，直接帶動第三同步帶輪22進行轉動；第三同步帶輪22通過第二同步傳動皮帶24進一步帶動第四同步帶輪23進行轉動，通過調整第三同步帶輪22和第四同步帶輪23的直徑比，可以控制轉速比；由于第四同步帶輪23與主軸25固定，因此可進一步帶動主軸25進行轉動；主軸25帶動固定于主軸上的四個第二同步帶輪26進行同步轉動，每個第二同步帶輪26又分別通過一個同步傳動皮帶27帶動相應的第一同步帶輪32進行轉動，第一同步帶輪32進而帶動相應的翼片轉動。
[0041]通過一個電機將驅動力輸出至主軸，并控制主軸的轉動，主軸通過四個同步傳動皮帶進一步將動力輸出至四個旋翼。由此可以想到，本實用新型的技術方案同樣可以適用于具有其他數量旋翼的飛行器，主軸上可以依據旋翼的數量，對應設有相同數目的同步輪，例如:可以在主軸的中部增加一對第二同步帶輪，同時，主桿的中部位置可以垂直固定一圓桿，該圓桿的兩端分別轉動設置一旋翼，如此，主軸可以同時驅動六個旋翼進行同步轉動。
[0042]本實用新型的無人飛行器設置有一個電機，并通過該電機驅動所有的旋翼同步進行轉動，由于僅設置一個電機，成本低，重量輕；而且相對于多個電機，一個電機所產生的高頻振動對航拍清晰度的影響得到較大的削弱；另外，通過一個電機同時驅動所有旋翼進行轉動，同步性容易控制。
[0043]參圖4和圖5所示，旋翼30包括驅動軸31、第一同步帶輪32、第一翼片331、第二翼片332、槳轂34和驅動部。[0044]第一同步帶輪32固定于驅動軸31的底端,在同步傳動皮帶27的驅動下,可帶動驅動軸31 —起轉動。
[0045]槳轂34為一圓柱體，其軸線垂直驅動軸31的軸線，槳轂34的中部沿豎直方向開設有通孔或凹槽，并通過該通孔或凹槽套設于驅動軸31的頂端形成固定，驅動軸31的轉動可帶動槳轂34 —起轉動。
[0046]槳轂34的兩側分別可轉動設有第一槳夾頭351和第二槳夾頭352，第一槳夾頭351和第二槳夾頭352上分別設有夾持部,第一翼片331和第二翼片332分別通過螺釘可拆卸固定于兩個夾持部上。
[0047]驅動部包括第一滑動件36，第一滑動件36套設于驅動軸31上，且位于槳轂34的下方，第一滑動件36于驅動軸31的對稱兩側分別延伸有第一蟹爪361和第二蟹爪362，第一槳夾頭351和第二槳夾頭352分別設有第一轉動部3511和第二轉動部3521，第一轉動部3511和第一蟹爪361之間可轉動連接有第一連接件371，第二轉動部3521和第二蟹爪362之間可轉動連接有第二連接件372。
[0048]驅動部還包括可驅動第一滑動件36上升的動力裝置。動力裝置包括第二滑動件381、變距搖臂382、連桿383和舵機384，第二滑動件381套設于驅動軸31上，且位于第一滑動件36的下方，變距搖臂382可轉動安裝于支架10上，且變距搖臂382的第一端與第一滑動件36可轉動連接，連桿383連接于舵機和變距搖臂382的第二端之間。
[0049]第二滑動件381的兩側對稱設有第一連接部3811和第二連接部3812，變距搖臂382具有轉動連接于第一連接部3811的第一支臂3821和轉動連接于第二連接部3812的第二支臂3822。
[0050]變距搖臂382在轉動過程中，可同時作用于第二滑動件381的對稱兩側，這種雙推結構使得變距搖臂作用于第二滑動件381上的力對稱了，即使在整套變距零件有間隙的情況下，也能保證兩邊旋翼旋轉一周中不會出現升力周期性變化，同時增大了動力裝置的使用壽命。
[0051]驅動部可同時作用于第一翼片331和第二翼片332并驅動第一翼片331和第二翼片332沿相反的時針方向翻動。從而實現對翼片螺距的控制。
[0052]綜上所述，本實用新型的變距多軸飛行器，其優點在于:
[0053]1、飛控系統不用再為了控制整機的姿態和動作而頻繁改變各電機的轉速，節省了整機的電力消耗，延遲了續航時間；
[0054]2、降低了對飛控軟件的性能要求，使得多軸飛行器的飛控軟件開發和使用成本降低很多；
[0055]3、單電機驅動的變距多軸飛行器在發生諸如墜毀時成本低，現有技術方案是每個電機通過硬連接每個螺旋槳，一旦墜毀時螺旋槳由于高轉速慣性碰到任何物體即刻損壞，同時會進一步損毀與螺旋槳硬連接的各個電機，這樣整機在修復過程中更換的零配件的成本將大大增加；
[0056]4、采用變距螺旋槳可以讓電機在不同轉速下使螺旋槳的氣動力作用最優；
[0057]5、采用變距螺旋槳控制使飛機的動作姿態相應速度比現有技術方案靈敏很多，增加了飛機的機動性能，可以實現倒過來飛行；
[0058]6、采用變距螺旋槳，減少了對電機使用的損耗，延長了多軸飛行器的使用壽命；[0059]7、H型的固定螺旋槳的機體橫桿和機體縱桿有一定的柔性。當機體橫桿的一端的螺旋槳變距增加推力時，將使機體橫桿繞機體縱桿發生一定的變形，當然此變形在機體不對稱的推力小時候將恢復。這種輕微且可以恢復的機體結構變形正是解決可變距多軸H型機體布局方案實現自旋動作的關鍵。
[0060]8、將同步傳動皮帶設置于第一側桿和第二側桿中間的腔體中，第一同步帶輪設于第一支架的第一保護空間內，在飛行器意外發生碰撞時，可有效保護同步傳動皮帶和第一同步帶輪。另外通過設置導輪，可有效限制皮帶之間的間距，避免其與第一側桿或第二側桿的接觸。
[0061]9、變距搖臂為雙推結構，使得變距搖臂作用于第二滑動件上的力對稱，增大了動力裝置的使用壽命。
[0062]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0063]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護范 圍。
【權利要求】
1.一種多軸飛行器，其特征在于，包括: 支架，所述支架包括平行設置的第一側桿和第二側桿，以及固定于所述第一側桿和第二側桿之間的主桿，所述主桿的兩端分別固定于所述第一側桿和第二側桿的中部； 驅動系統，安裝于所述支架上，所述驅動系統包括一電機和四個旋翼，所述四個旋翼分別安裝于所述第一側桿和第二側桿的四個端部，所述電機通過同步傳動機構驅動所述四個旋翼同步進行轉動，所述同步傳動機構包括可被所述電機驅動轉動的主軸，所述主軸與每個旋翼之間分別設有一同步傳動皮帶，所述同步傳動皮帶設于所述第一側桿或第二側桿內。
2.根據權利要求1所述的多軸飛行器，其特征在于:所述旋翼和主軸上分別固定有第一同步帶輪和第二同步帶輪，所述同步傳動皮帶的兩端分別套設于所述第一同步帶輪和第二同步帶輪上，所述同步傳動皮帶的內表面設有齒槽，所述第一同步帶輪和第二同步帶輪的外表面分別設有與所述同步傳動皮帶內表面相嚙合的齒槽。
3.根據權利要求2所述的多軸飛行器，其特征在于:所述支架還包括四個第一支架，所述四個第一支架分別安裝于所述第一側桿和第二側桿的四個端部，所述第一支架具有第一保護空間，所述第一同步帶輪設于所述第一保護空間內。
4.根據權利要求2所述的多軸飛行器，其特征在于:所述支架還包括兩個第二支架，所述兩個第二支架分別固定于所述第一側桿與主桿之間、以及所述第二側桿與主桿之間，所述第二支架具有第二保護空間，所述第二同步帶輪設于所述第二保護空間內。
5.根據權利要求1所述的多軸飛行器，其特征在于:所述同步傳動皮帶的兩側設有導輪。
6.根據權利要求1所述的多軸飛行器，其特征在于:所述主軸和電機之間連接有第二傳動機構，所述第二傳動機構包括第三同步帶輪和第四同步帶輪，所述第三同步帶輪固定于所述電機的輸出軸上，所述第四同步帶輪固定于所述主軸上，所述第三同步帶輪和第四同步帶輪之間連接有第二同步傳動皮帶。
7.根據權利要求1所述的多軸飛行器，其特征在于:所述每個旋翼包括驅動軸、第一翼片、第二翼片、槳轂和驅動部，所述槳轂固定于所述驅動軸上，所述第一翼片和第二翼片對稱設于所述槳轂的兩側，所述驅動部可同時作用于所述第一翼片和第二翼片并驅動所述第一翼片和第二翼片沿相反的時針方向翻動。
8.根據權利要求7所述的多軸飛行器，其特征在于:所述槳轂的兩側分別可轉動設有第一槳夾頭和第二槳夾頭，所述第一翼片和第二翼片分別固定于所述第一槳夾頭和第二槳夾頭上。
9.根據權利要求8所述的多軸飛行器，其特征在于:所述驅動部包括第一滑動件，所述第一滑動件套設于所述驅動軸上，且位于所述槳轂的下方，所述第一滑動件于驅動軸的對稱兩側分別延伸有第一蟹爪和第二蟹爪，所述第一槳夾頭和第二槳夾頭分別設有第一轉動部和第二轉動部，所述第一轉動部和第一蟹爪之間可轉動連接有第一連接件，所述第二轉動部和第二蟹爪之間可轉動連接有第二連接件，所述驅動部還包括可驅動所述第一滑動件上升的動力裝置。
10.根據權利要求9所述的多軸飛行器，其特征在于:所述動力裝置包括第二滑動件、變距搖臂、連桿和舵機，所述第二滑動件套設于所述驅動軸上，且位于所述第一滑動件的下方，所述變距搖臂可轉動安裝于所述支架上，且所述搖臂的一端與第一滑動件可轉動連接，所述連桿連接 于所述舵機和搖臂的另一端之間。
【文檔編號】B64C27/02GK203753398SQ201420059593
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年2月8日 優先權日:2014年2月8日
【發明者】楊華東, 許劍, 吳奇才, 趙江 申請人:江蘇艾銳泰克無人飛行器科技有限公司