可变桨距四旋翼无人机的制作方法

本发明涉及无人机制造领域，具体涉及一种可变桨距四旋翼无人机。

背景技术：

四旋翼无人机是一种具有四个螺旋桨的无人飞行器，这种无人机根据传感状态通过飞控板输出4路pwm波来控制电子调速器，进而控制空心轴无刷电机转动状态，达到飞行目的。由于四旋翼无人机体积小、使用方便，近年来已经广泛应用于军事、摄影、运输、医疗救助、侦查、监测等领域。

然而，四旋翼无人机目前采用定桨距结构，存在续航时间短，机动性差的缺点，使其不能应用于某些特定的领域，不能实现长距离侦探、机翼出现故障后平稳降落等功能，导致其在执行摄影、侦查等任务时可能无法满足使用者的要求，为弥补以上不足，设计一种可变桨距四旋翼无人机，其可以通过同时改变电机转速以及螺旋桨距调整无人机飞行姿态，可以提高无人机续航能力，保证飞行器在翻转状态下正常飞行；且当无人机某一机翼失灵时，其可通过调整其余螺旋桨桨距以及电机转速以保证其动量矩平衡，使其能继续安全飞行，实现平稳降落，这一创新性设计使无人机可靠性提高，使其能在复杂环境中实现长续航高稳定飞行，大幅度增强无人机的实用价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可变桨距的无人机，该装置通过加装可变桨距模块，使无人机既能通过改变电机转速改变飞行姿态，也可以通过改变螺旋桨桨距调整飞行姿态，能大幅度提升其机动性。

为了实现以上目的，本发明的技术方案如下：

本申请提供的一种可变桨距四旋翼无人机包括：可变桨距部、机体部；可变桨距部包括：顶部连接块、可变桨距螺旋桨、轴承、载重框架、连接柱、空心轴无刷电机、防撞网、传动轴、齿轮、舵机；机体部包括：中心云台、机臂；载重框架为从侧面贯穿的长方体，轴承镶嵌在载重框架的上平面，载重框架的一个侧面连接有连接柱，连接柱为圆柱形结构，变桨距部可以通过连接柱固定于机臂的一侧，机臂另一侧固定于中心云台上，防撞网为开有孔洞的扇形结构，防撞网尖端部分在载重框架的内侧通过螺丝固定，防撞网尖端部分以外的部分在载重框架外侧，空心轴无刷电机为空心结构，空心轴无刷电机底面紧贴防撞网，空心轴无刷电机通过螺丝固定在载重框架内侧，可变桨距螺旋桨中心转轴与空心轴无刷电机同轴，空心轴无刷电机通过轴承中心通过驱动转轴旋转带动可变桨距螺旋桨旋转，可变桨距螺旋桨两个桨叶设置两个圆柱结构，顶部连接块为四棱台结构，顶部连接块面积较小的一面连接有一薄圆平面，顶部连接块两侧连接有可以自由转动的连接杆，顶部连接块通过连接杆与可变桨距结构的圆柱结构相连，舵机通过螺丝固定在载重框架下底面，舵机通过齿轮与传动轴相连接，传动轴穿过空心轴电机转轴与顶部连接块相连，舵机旋转转轴通过齿轮带动传动轴上下运动进而带动顶部连接块上下运动，顶部连接块上下运动通过传力杆结构使可变桨距螺旋桨桨叶角发生改变进而改变可变桨距螺旋桨的桨距。

可选的，该可变桨距螺旋桨的材料为碳纤维材料。

可选的，该空心轴无刷电机转轴穿过轴承中心，传动轴穿过空心轴无刷电机转轴。

可选的，该空心轴无刷电机转轴与轴承相切，传动轴在空心轴无刷电机转轴内部与空心轴无刷电机转轴相切。

可选的，该齿轮由：舵机上齿轮、连接齿轮、传动轴齿轮三部分组成。

可选的，该机臂和载重框架的材料是树脂。

可选的，该机臂末端有圆形凹槽可以连接并固定变桨距部。

可选的，该防撞网半径略大于螺旋桨半径。

可选的，该空心轴电机可以更换为实轴电机，舵机可以固定在载重框架的内侧，传动轴通过齿轮连接舵机并且贯穿载重框架与顶部传动轴连接。

本发明的有益效果是：

本申请提供的一种可变桨距四旋翼无人机包括：可变桨距模块、机体模块；可变桨距模块包括：顶部连接块、可变桨距螺旋桨、轴承、载重框架、连接柱、空心轴无刷电机、防撞网、传动轴、齿轮、舵机；机体模块包括：中心云台、机臂；载重框架为从侧面贯穿的长方体，轴承镶嵌在载重框架的上平面，载重框架的与侧面相互垂直一个平面连接有连接柱，连接柱为圆柱形结构，变桨距部可以通过连接柱固定于机臂的一侧，机臂另一侧固定于中心云台上，防撞网为开有孔洞的扇形结构，防撞网通过螺丝固定在载重框架的内侧，空心轴无刷电机为空心结构，空心轴无刷电机底面紧贴防撞网，空心轴无刷电机通过螺丝固定在载重框架内侧，可变桨距螺旋桨中心转轴与空心轴无刷电机同轴，空心轴无刷电机通过轴承中心并且通过驱动转轴旋转带动可变桨距螺旋桨旋转，可变桨距螺旋桨两个桨叶加装有两个圆柱结构，顶部连接块为四棱台结构，顶部连接块面积较小的底面连接有一薄圆平面，顶部连接块两侧连接有可以自由转动的连接杆，顶部连接块通过连接杆与可变桨距结构的圆柱结构相连，舵机通过螺丝固定在载重框架下底面舵机通过齿轮与传动轴相连接，传动轴穿过空心轴电机转轴与顶部连接块相连，舵机旋转转轴通过齿轮带动传动轴上下运动进而带动顶部连接块上下运动，顶部连接块上下运动通过传力杆结构使可变桨距螺旋桨桨叶角发生改变进而可变桨距螺旋桨的桨距。相比于大多数的四旋翼无人机，加装了可变桨距装置，可同时通过改变螺旋桨桨距以及电机转速改变无人机飞行姿态，可以实时调整螺旋桨桨距以及电机转速使无人机在达到期望拉力的同时实现功耗最低，同时可以通过改变螺旋桨桨距实现无人机翻转飞行以及在一个或多个螺旋桨出现故障时实现无人机平稳降落，使无人机可靠性提高，能够执行更加复杂的任务，增强了无人机的机动性能，大幅增强无人机的实用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种可变桨距四旋翼无人机的结构示意图，结构包括：中心云台11、左挡板12，后挡板13、右挡板14、前挡板15、机臂16。

图2为本发明实施例提供的一种可变桨距四旋翼无人机的可变桨距结构示意图，结构包括：顶部连接块201、可变桨距螺旋桨202、电机转轴203、轴承204、载重框架205、连接柱206、空心轴无刷电机207、防撞网208、传动轴209、齿轮210、舵机211。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一金属板实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

本申请提供的一种可变桨距四旋翼无人机包括：可变桨距模块、机体模块；可变桨距模块包括：顶部连接块201、可变桨距螺旋桨202、轴承204、载重框架205、连接柱206、空心轴无刷电机207、防撞网208、传动轴209、齿轮210、舵机211；机体模块包括：中心云台11、机臂16；载重框架205为从侧面贯穿的长方体，轴承204镶嵌在载重框架205的上平面，载重框架205的与侧面相互垂直一个平面连接有连接柱206，连接柱206为圆柱形结构，变桨距部可以通过连接柱206固定于机臂16的一侧，机臂16另一侧固定于中心云台11上，防撞网208为开有孔洞的扇形结构，防撞网208通过螺丝固定在载重框架205的内侧，空心轴无刷电机207为空心结构，空心轴无刷电机207底面紧贴防撞网208，空心轴无刷电机207通过螺丝固定在载重框架205内侧，可变桨距螺旋桨202中心转轴与空心轴无刷电机207同轴，空心轴无刷电机207通过轴承204中心并且通过驱动电机转轴203旋转带动可变桨距螺旋桨202旋转，可变桨距螺旋桨202两个桨叶加装有两个圆柱结构，顶部连接块201为四棱台结构，顶部连接块201面积较小的底面连接有一薄圆平面，顶部连接块201两侧连接有可以自由转动的连接杆，顶部连接块201通过连接杆与可变桨距结构的圆柱结构相连，舵机211通过螺丝固定在载重框架205下底面舵机211通过齿轮210与传动轴209相连接，传动轴209穿过空心的电机转轴203与顶部连接块201相连，舵机211旋转转轴通过齿轮210带动传动轴209上下运动进而带动顶部连接块201上下运动，顶部连接块201上下运动通过传力杆结构使可变桨距螺旋桨202桨叶角发生改变进而可变桨距螺旋桨202的桨距。

相比于大多数的四旋翼无人机，本申请提供的可变桨距无人机加装了可变桨距装置，可同时通过改变螺旋桨桨距以及电机转速改变无人机飞行姿态，可以实时调整螺旋桨桨距以及电机转速使无人机在达到期望拉力的同时实现功耗最低，同时可以通过改变螺旋桨桨距实现无人机翻转飞行以及在一个或多个螺旋桨出现故障时实现无人机平稳降落，使无人机可靠性提高，能够执行更加复杂的任务，增强了无人机的机动性能，大幅增强无人机的实用价值。

当无人机正向飞行时，中心云台11给四个舵机211发出信号，舵机211保持四个可变桨距可变桨距螺旋桨202桨距相同且保持不变，同时中心云台11给四个空心轴无刷电机207也发出信号，四个可变桨距螺旋桨202同时开始旋转，产生向上的升力，由于对角可变桨距螺旋桨202旋转方向一致，而相邻可变桨距螺旋桨202旋转方向不同，产生的扭矩也互相抵消，当产生的升力大于重力时，无人机垂直上升，当产生的升力小于重力时，无人机垂直下降，当升力与无人机重力相等时，无人机悬停。

当无人机偏航时，可采用两种方式，第一种是普通无人机的偏航方式，第二种是可变桨距无人机特有的方式，中心云台11给一对对角舵机211发出信号，使两个舵机211向相反方向有一个小角度的偏转，使两个舵机对应的可变桨距螺旋桨202的桨距一个增大一个减小，当完成偏航时，中心云台11再给舵机211发出信号，舵机211调整可变桨距螺旋桨202桨距返回初始状态。

可以将无人机翻转后再飞，首先中心云台11给一侧两个可变桨距螺旋桨202发出信号，使这两个可变桨距螺旋桨202相同幅度地增大转速，中心云台11给另一侧两个可变桨距螺旋桨202发出不同信号，使这两个可变桨距螺旋桨202相同幅度的减小转速，确保四个可变桨距螺旋桨202产生的扭矩可以相互抵消，增大可变桨距螺旋桨202转速那一侧高度升高，减小可变桨距螺旋桨202转速那一侧高度降低，无人机开始横滚，根据中心云台11中的加速度传感器读取到的z轴加速度来判断无人机在旋转过程中的状态，无人机旋转即将达到180度时，z轴的加速度达到某一阈值，此时中心云台11给四个舵机211发出信号，舵机211转动，带动传动轴209移动，继而改变四个可变桨距螺旋桨202桨距使四个可变桨距螺旋桨202桨距相较于初态反向，使可变桨距螺旋桨202提供反向升力，根据传感器的参数，在保证飞行器正常飞行下，舵机211缓慢驱动传动轴209调整可变桨距螺旋桨202桨距，最终状态相比于起始状态旋转180度，在舵机211完成桨距改变后，保持舵机211不动，中心云台11根据传感器的数值来获得无人机此时的状态，根据此时的状态调整四个可变桨距螺旋桨202的转速，使机体逐渐水平，待机体稳定后中心云台11改变给四个可变桨距螺旋桨202的信号，使四个可变桨距螺旋桨202的转速保持相同，无人机翻转前的下隔板翻转后朝向上方，翻转前的上隔板1翻转后朝向下方，无人机完成翻转的动作。

无人机将原来中心云台11朝上的一面变为朝向下方，可获得更广阔的操作范围，且无人机机体内部各元件均固定牢固，不会因为无人机的上下翻转而影响其正常工作。无人机的可变桨距螺旋桨202将要与障碍物相撞时，位于其下方的防撞网208会先与障碍物接触，保护了可变桨距螺旋桨202和障碍物。

当无人机在飞行过程中，如果其中一个可变桨距螺旋桨202失灵，中心云台11根据传感器的数据判断出无法正常工作的空心轴无刷电机207，再给失灵可变桨距螺旋桨202的对角可变桨距螺旋桨202对应的舵机211发出信号，增大失灵可变桨距螺旋桨202的对角可变桨距螺旋桨202的桨距，从而抵消了由于可变桨距螺旋桨202旋转产生的扭矩，同时给正常工作的一对对角空心轴无刷电机207对应的电子调速器发出信号，使空心轴无刷电机207增大转速，保持向上的升力等于重力，这样可以有效防止其中一可变桨距螺旋桨202失灵导致的的无人机坠毁。

本发明实现了四旋翼无人机螺旋桨桨距的改变，增强了四旋翼无人机的机动性能，使无人机可执行任务的复杂程度大大提高，通过向普通四旋翼无人机加装可变桨距装置，使无人机可以同时通过改变螺旋桨桨距和电机转速改变飞行姿态，且可在无人机其中一个螺旋桨失灵后继续稳定飞行，实现平稳降落大大提高了其实用价值。