一种四旋翼无人机的制作方法

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种四旋翼无人机。

背景技术：

目前无人机已经大量应用于商业领域，特别是四旋翼无人机凭借其结构简单、便于操作、价格实惠等特点，成为了众多无人机中的主流。在四旋翼无人机中，有一种通过调整旋翼角度的四旋翼无人机，其一般具有比较高的支撑架，能在四旋翼无人机降落时提供稳定的支撑，但是较高的支撑架使得四旋翼无人机飞行中容易造成较大风阻，影响飞行效率。另外，在四旋翼无人机降落过程中，可能由于操作不当或者无人机故障等原因，四旋翼无人机会以较快的速度掉落在地面上，从而容易造成四旋翼无人机内部结构的冲击损害。为了防止四旋翼无人机以较快速度掉落在地面上造成的潜在损害，所以就需要设计一种可缓冲降落冲击力的四旋翼无人机。

本发明设计一种四旋翼无人机解决如上问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种四旋翼无人机，它是采用以下技术方案来实现的。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”、“上”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种四旋翼无人机，其特征在于：它包括旋翼机构、由顶盖、底板和矩型壳构成的中控壳、通过两个对称分布的固定板安装在顶盖下表面的固定环、安装在顶盖下表面的伺服电机、通过轴承安装在固定环内圆面的第一转筒、外筒面上对称安装有两个导块的第二转筒、弹簧、调节杆、导键、内筒面对称开有两个键槽的固定筒、外圆面上周向均匀开有四个切口的调节环、连接板，其中矩型壳的四面上均开有贯通的矩型槽；伺服电机位于两个固定板之间；伺服电机的电机轴与第一转筒的外筒底面相固连；第一转筒的内筒面上对称开有两个导槽；第二转筒通过滑动配合的方式安装在第一转筒中；弹簧的一端安装在第二转筒的外筒底面上，另一端安装在第一转筒的内筒底面上；两个导块通过滑动配合的方式分别安装在两个导槽中；第二转筒的内筒面上具有内螺纹；调节杆的一端处的外圆面上具有一段外螺纹，另一端处的外圆面上对称安装有两个导键；两个导键通过滑动配合的方式分别安装在固定筒的两个键槽中；调节杆具有导键的一端滑动于固定筒中；调节杆上的外螺纹与第二转筒上的内螺纹相螺纹配合；调节环固定安装在调节杆上，且调节环位于调节杆上的外螺纹与导键之间；四个连接板的一端均通过销分别安装在调节环的四个切口中。

上述旋翼机构具有电机、桨叶和摆架；周向均匀分布的四个旋翼机构的摆架非端点位置分别通过铰接的方式安装在中控壳的四周面上，且每一个摆架伸入中控壳的一端通过铰接的方式与连接板远离调节环的一端相连接；连接板与摆架的铰接点为e点，摆架非端点与中控壳的铰接点为f点，连接板与调节环的连接点为g点；e点位于g点和f点连线的斜上方。

作为本技术的进一步改进，上述旋翼机构包括摆架、摆条、固定壳、三角支撑块、桨叶、转轴、电机，其中电机安装在固定壳中；转轴的一端外圆面上对称安装有两个桨叶，另一端穿过固定壳与电机的电机轴固连；固定壳的下表面上固定安装有三角型支撑块；摆架一端具有斜板；摆架与斜板相连接处通过销安装在上述矩型壳相应的矩型槽中；摆架远离斜板的一端通过铰接的方式安装在固定壳侧面上；摆条的一端通过铰接的方式安装在固定壳侧面上，另一端通过铰接的方式安装在上述矩型壳侧面上。

斜板远离摆架的一端通过铰接的方式与相应的上述连接板远离调节环的一端相连接。

作为本技术的进一步改进，上述摆架与斜板相连接处通过销安装在矩型壳的点为a点；上述摆架与固定壳相铰接的点为b点；摆条与固定壳相铰接的点为c点；摆条与矩型壳相铰接的点为d点；由a点、b点、c点和d点构成了一个平行四边形；a点和c点的连线ac，连线ac为竖直线。由于连线ac为竖直线，那么利用平行四边形调节原理，在摆架摆动时，摆条能跟随摆架摆动，而b点和d点的连线bd也会处于竖直状态；也就是说，在摆架摆动调节时，固定壳持续处于竖直状态，从而保证了四旋翼无人机的平稳飞行。

上述连接板与斜板的铰接点为e1点；连接板与调节环的连接点为g点；e1点位于g点和a点连线的斜上方。

作为本技术的进一步改进，上述三角型支撑块由橡胶材料制成。这样的要求在于，橡胶材料制成的三角型支撑块具有一定的弹性，能一定程度缓冲四旋翼无人机降落时产生的冲击力。另外，三角形支撑块的高度要比传统四旋翼无人机的支撑架要尽可能小，从而也能在一定程度上减小本发明四旋翼无人机飞行时的风阻，提高本发明四旋翼无人机飞行效率。

作为本技术的进一步改进，上述弹簧为拉伸弹簧；当导块位于导槽的顶部时，弹簧处于拉伸状态。

作为本技术的进一步改进，上述导槽的槽面上涂有润滑脂，保证导块能在导槽中顺利滑动。

作为本技术的进一步改进，上述键槽的槽面上涂有润滑脂，保证导键能在键槽中顺利滑动。

作为本技术的进一步改进，当摆架处于水平状态时，导块位于导槽的顶部，调节杆具有导键的一端位于固定筒的内筒底面上。

连接板与摆架的铰接点为e点，摆架非端点与中控壳的铰接点为f点，连接板与调节环的连接点为g点；e点位于g点和f点连线的斜上方；作为更进一步的改进，连接板与斜板的铰接点为e1点，连接板与调节环的连接点为g点，e1点位于g点和a点连线的斜上方的设计在于：在调节环沿轴线上下移动的过程中，调节环使得连接板带动斜板围绕a点上下摆动，从而使得摆架能上下摆动。

上述中控壳中还具有电池、飞行控制系统、gps等装置，上述旋翼机构中的电机通过导线与中控壳中的电池相连接；操作者通过遥控器对飞行控制系统传输指令，使得飞行控制系统能控制伺服电机和旋翼机构中电机的启动，最终保证四旋翼无人机能进行遥控飞行。另外，对飞行控制系统中设定预先程序，可以使得四旋翼无人机自动飞行；上述中控壳内部功能利用现有技术即可。

相对于传统的四旋翼无人机，本发明的有益效果在于：

1、结构简单，四个旋翼机构能够同步动作。

2、摆架摆动到水平状态时，伺服电机的旋转圈数与摆架向上摆动的角度成正比，进而摆架能更快地达到平稳飞行的状态。

3、本发明的四旋翼无人机能有效缓冲降落产的冲击力，避免了中控壳内部结构受到冲击损坏，达到了保护无人机的目的。

4、本发明的四旋翼无人机三角支撑块的高度小，能一定程度减小风阻，同时本发明的四旋翼无人机降落在地面的状态，依然能保证中控壳与地面之间存在较高间距，保证无人机底部能悬挂一些设备。

附图说明

图1是四旋翼无人机整体示意图。

图2是旋翼机构安装示意图。

图3是图2的剖面示意图。

图4是固定壳内部结构剖面示意图。

图5是中控壳内部结构剖面正视示意图。

图6是中控壳内所安装结构的示意图。

图7是伺服电机安装示意图。

图8是固定筒安装剖面示意图。

图9是调节环的安装示意图。

图10是连接板的安装示意图。

图11是第二转筒和调节杆的安装剖面示意图。

图12是第一转筒的剖面示意图。

图13是弹簧安装示意图。

图14是四旋翼无人机降落在地面上以及在空中平稳飞行的状态图。

图中标号名称：1、中控壳；2、顶盖；3、矩型壳；4、底板；5、旋翼机构；6、摆架；7、摆条；8、固定壳；9、三角支撑块；10、斜板；12、桨叶；13、转轴；14、电机；16、矩型槽；18、伺服电机；19、固定板；20、固定环；21、连接板；22、第一转筒；23、调节杆；24、固定筒；25、电机轴；26、键槽；27、外螺纹；28、导键；29、调节环；30、切口；31、弹簧；32、第二转筒；33、导块；34、导槽。

具体实施方式

如图1、5所示，它包括旋翼机构5、由顶盖2、底板4和矩型壳3构成的中控壳1、如图7所示，通过两个对称分布的固定板19安装在顶盖2下表面的固定环20、安装在顶盖2下表面的伺服电机18、通过轴承安装在固定环20内圆面的第一转筒22、如图13所示，外筒面上对称安装有两个导块33的第二转筒32、弹簧31、调节杆23、导键28、如图8所示，内筒面对称开有两个键槽26的固定筒24、如图9所示，外圆面上周向均匀开有四个切口30的调节环29、连接板21；如图2所示，其中矩型壳3的四面上均开有贯通的矩型槽16；如图6、7所示，伺服电机18位于两个固定板19之间；伺服电机18的电机轴25与第一转筒22的外筒底面相固连；如图12所示，第一转筒22的内筒面上对称开有两个导槽34；如图11、13所示，第二转筒32通过滑动配合的方式安装在第一转筒22中；弹簧31的一端安装在第二转筒32的外筒底面上，另一端安装在第一转筒22的内筒底面上；两个导块33通过滑动配合的方式分别安装在两个导槽34中；第二转筒32的内筒面上具有内螺纹；如图9所示，调节杆23的一端处的外圆面上具有一段外螺纹27，另一端处的外圆面上对称安装有两个导键28；如图11所示，两个导键28通过滑动配合的方式分别安装在固定筒24的两个键槽26中；调节杆23具有导键28的一端滑动于固定筒24中；调节杆23上的外螺纹27与第二转筒32上的内螺纹相螺纹配合；如图9所示，调节环29固定安装在调节杆23上，且调节环29位于调节杆23上的外螺纹27与导键28之间；如图10所示，四个连接板21的一端均通过销分别安装在调节环29的四个切口30中。

如图1所示，上述旋翼机构5具有电机14、桨叶12和摆架6；如图3所示，周向均匀分布的四个旋翼机构5的摆架6非端点位置分别通过铰接的方式安装在中控壳1的四周面上，且每一个摆架6伸入中控壳1的一端通过铰接的方式与连接板21远离调节环29的一端相连接；如图5所示，连接板21与摆架6的铰接点为e点，摆架6非端点与中控壳1的铰接点为f点，连接板21与调节环29的连接点为g点；e点位于g点和f点连线的斜上方。

如图1、3所示，上述旋翼机构5包括摆架6、摆条7、固定壳8、三角支撑块9、桨叶12、转轴13、电机14，如图3、4所示，其中电机14安装在固定壳8中；转轴13的一端外圆面上对称安装有两个桨叶12，另一端穿过固定壳8与电机14的电机轴25固连；如图1、2所示，固定壳8的下表面上固定安装有三角型支撑块；如图3所示，摆架6一端具有斜板10；摆架6与斜板10相连接处通过销安装在上述矩型壳3相应的矩型槽16中；摆架6远离斜板10的一端通过铰接的方式安装在固定壳8侧面上；摆条7的一端通过铰接的方式安装在固定壳8侧面上，另一端通过铰接的方式安装在上述矩型壳3侧面上。

如图5、10所示，斜板10远离摆架6的一端通过铰接的方式与相应的上述连接板21远离调节环29的一端相连接。

如图3所示，上述摆架6与斜板10相连接处通过销安装在矩型壳3的点为a点；上述摆架6与固定壳8相铰接的点为b点；摆条7与固定壳8相铰接的点为c点；摆条7与矩型壳3相铰接的点为d点；由a点、b点、c点和d点构成了一个平行四边形；a点和c点的连线ac，连线ac为竖直线。由于连线ac为竖直线，那么利用平行四边形调节原理，在摆架6摆动时，摆条7能跟随摆架6摆动，而b点和d点的连线bd也会处于竖直状态；也就是说，在摆架6摆动调节时，固定壳8持续处于竖直状态，从而保证了四旋翼无人机的平稳飞行。

如图5所示，上述连接板21与斜板10的铰接点为e1点；连接板21与调节环29的连接点为g点；e1点位于g点和a点连线的斜上方。

上述三角型支撑块由橡胶材料制成。这样的要求在于，橡胶材料制成的三角型支撑块具有一定的弹性，能一定程度缓冲四旋翼无人机降落时产生的冲击力。另外，三角形支撑块的高度要比传统四旋翼无人机的支撑架要尽可能小，从而也能在一定程度上减小本发明四旋翼无人机飞行时的风阻，提高本发明四旋翼无人机飞行效率。

上述弹簧31为拉伸弹簧31；当导块33位于导槽34的顶部时，弹簧31处于拉伸状态。

上述导槽34的槽面上涂有润滑脂，保证导块33能在导槽34中顺利滑动。

上述键槽26的槽面上涂有润滑脂，保证导键28能在键槽26中顺利滑动。

当摆架6处于水平状态时，导块33位于导槽34的顶部，调节杆23具有导键28的一端位于固定筒24的内筒底面上。

如图5所示，连接板21与摆架6的铰接点为e点，摆架6非端点与中控壳1的铰接点为f点，连接板21与调节环29的连接点为g点；e点位于g点和f点连线的斜上方；作为更进一步的改进，连接板21与斜板10的铰接点为e1点，连接板21与调节环29的连接点为g点，e1点位于g点和a点连线的斜上方的设计在于：在调节环29沿轴线上下移动的过程中，调节环29使得连接板21带动斜板10围绕a点上下摆动，从而使得摆架6能上下摆动。

如图14中(a)所示，这是四旋翼无人机降落在地面上的状态，摆架6与地面之间为锐角，中控壳1被四个旋翼机构5支起来，中控壳1与地面之间存在较高间距，从而保证了本发明四旋翼无人机的中控壳1的底部能悬挂一些设备。

本发明的工作流程：当本发明的四旋翼无人机停留在地面上时，四个旋翼机构5中的三角支撑块9与地面接触；旋翼机构5中的摆架6处于非水平状态。弹簧31处于拉伸状态，导块33位于导槽34的顶部；调节杆23具有外螺纹27的一端位于第二转筒32中，且调节杆23具有外螺纹27的一端接近第二转筒32的内筒底面；调节杆23的导键28位于固定筒24的键槽26中，调节杆23具有导键28的一端与固定筒24的内筒底面存在间距。

当四旋翼无人机的飞行控制系统收到外界起飞指令后，飞行控制系统控制旋翼机构5中的电机14启动，电机14的电机轴25经转轴13带动桨叶12高速旋转；桨叶12产生的飞行力经旋翼机构5带动中控壳1及控制壳中的结构升起；四旋翼无人机起飞。

在四旋翼无人机起飞的过程中，飞行控制系统控制伺服电机18启动，伺服电机18的电机轴25带动第一转筒22旋转；第一转筒22经导块33带动第二转筒32旋转；设定此时第二转筒32的旋转为正转。由于导键28与键槽26的滑动配合，使得调节杆23在旋转方向被禁止。在第二转筒32正转的过程中，在第二转筒32的内螺纹与调节杆23上外螺纹27在螺纹配合下，调节杆23沿轴线向下移动，导键28和调节环29跟随调节杆23向下移动。调节环29经连接板21拉动斜板10围绕a点向下摆动，那么摆架6远离斜板10的一端围绕a点向上摆动，进而摆架6带动固定壳8向上摆动。由于连线ac为竖直线，那么利用平行四边形调节原理，在摆架6摆动时，摆条7能跟随摆架6摆动，而b点和d点的连线bd也会处于竖直状态；也就是说，在摆架6摆动调节时，固定壳8持续处于竖直状态，从而保证了四旋翼无人机的平稳飞行。

在调节杆23向下运动过程中，调节杆23具有向下的力，那么根据力的相互作用，第二转筒32会受到向上的反作用力；由于四旋翼无人机起飞之前，导块33位于导槽34的顶部，所以第二转筒32不会向上移动，进而弹簧31没有参与机械传动。

当伺服电机18经第一转筒22和导块33带动第二转筒32的旋转圈数使得调节杆23沿轴线向下移动到一定位置时，调节杆23上的调节环29经连接板21拉动斜板10向下摆动使得摆架6刚好处于水平状态，此时伺服电机18停止旋转。如图14中(b)所示，这是四旋翼无人机降落在空中平稳飞行的状态，摆架6处于水平状态。当摆架6处于水平状态时，导块33依然位于导槽34的顶部，调节杆23具有导键28的一端位于固定筒24的内筒底面上。由于摆架6处于水平状态，那么桨叶12的旋转中心点到中控壳1的中轴线的距离达到最大，那么桨叶12的旋转中心点到中控壳1的中轴线的距离为力臂且力臂达到最长，此时桨叶12提供给中控壳1的提升力使得四旋翼无人机能更平稳的飞行。在摆架6处于水平状态时，彼此相对的两个旋翼机构5中桨叶12的中心点相连的线命名为水平线，此时四旋翼无人机的重心是在水平线之下的，这样也能使四旋翼无人机更平稳的飞行。

在四旋翼无人机需要降落时，飞行控制系统接受到降落指令后，飞行控制系统控制伺服电机18启动，此时伺服电机18的电机轴25反转。伺服电机18经第一转筒22和导块33带动第二转筒32反转，那么在第二转筒32的内螺纹与调节杆23上外螺纹27在螺纹配合下，调节杆23沿轴线向上移动，导键28和调节环29跟随调节杆23向上移动。调节环29经连接板21拉动斜板10a点向上摆动，那么摆架6远离斜板10的一端围绕a点向下摆动，进而摆架6带动固定壳8向下摆动。

当伺服电机18经第一转筒22和导块33带动第二转筒32的旋转圈数使得调节杆23沿轴线向下移动到一定位置时，调节杆23上的调节环29经连接板21推动斜板10向上摆动使得摆架6摆动到与地面接触时的角度，此时伺服电机18停止旋转。在四旋翼无人机降落在地面上后，降落产生的冲击力经三角支撑块9传给给固定壳8一个向上的冲击力，在经过摆架6传递后，斜板10经连接板21给调节环29一个向下的冲击力。由于螺纹能自锁，那么第二转筒32和调节杆23此时自锁为一整体。调节环29受到向下的冲击力拉动第二转筒32和调节杆23向下，因为冲击较大，这样弹簧31能被拉伸克服原先的预紧力，进而弹簧31能缓冲向下的冲击力，从而避免了中控壳1内部结构受到冲击损坏，达到了保护无人机的目的。

在四旋翼无人机降落完全结束后，降落的冲击力消失后，在弹簧31的复位作用下，第二转筒32向上移动复位，导块33位于导槽34的顶部，弹簧31处于拉伸状态。

在调节杆23向上运动过程中，调节杆23具有向上的力，那么根据力的相互作用，第二转筒32会受到向下的反作用力，那么第二转筒32会拉伸弹簧31。为了保证第二转筒32在向下的反作用力不会向下移动，所以弹簧31处于预拉伸状态。

在四旋翼无人机起飞过程中，摆架6从下摆到水平状态时，弹簧31不参与机械传动，所以摆架6的摆动角度与伺服电机18旋转的圈数成正比。在四旋翼无人机降落过程中，摆架6从水平状态摆到四旋翼无人机没有起飞时的角度时，弹簧31参与机械传动，所以摆架6的摆动角度与伺服电机18旋转的圈数不成正比，且伺服电机18旋转的圈数更多些。

在调节杆23上下移动的过程中，调节环29始终位于第二转筒32与固定筒24之间。

综上所述，本发明的主要有益效果是：在摆架摆动到水平状态过程中，弹簧没有参与机械传动，即弹簧没有被继续拉伸，摆架的摆动角度与伺服电机旋转的圈数成正比，进而摆架能更快地达到平稳飞行的状态。在本发明的四旋翼无人机降落时，弹簧能缓冲降落产的冲击力，避免了中控壳内部结构受到冲击损坏，达到了保护无人机的目的；特别是在四旋翼无人机以较快的速度掉落在地面上，缓冲降落产的冲击力的效果更好些，更能进一步避免四旋翼无人机误操作降落时产生的不可逆转的冲击损害。