一种共轴双桨直升机的制作方法

1.本实用新型涉及飞行器的技术领域，更具体地，涉及一种共轴双桨直升机。


背景技术：

2.传统多旋翼无人机在飞行时通过多个旋翼的旋转产生升力，且通过升力的合力来维持机身平稳，从而实现俯仰，翻滚，升降等姿态的控制。但这种方法就要求较多的电机共同协调控制，而电机增多，机身重量也会随之增加，降低了无人机续航时间；且结构上因为轴距固定也限制了桨叶的最大长度，导致能提供的最大升力受限制。
3.另一方面，传统直升机是通过改变总距、周期性变距和尾翼来控制飞行器姿态，但需要复杂的动力传动装置和拉杆倾斜盘等结构，尾翼的存在增加了机身重量，损耗一部分能量，导致飞行效率低。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种共轴双桨直升机，用于解决机身重量大，飞行效率低的问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案是：
6.一种共轴双桨直升机，包括：
7.双桨叶组，包括上下设置的上桨叶组和下桨叶组，所述上桨叶组和下桨叶组的转向相反；
8.共轴电机组，包括设在同一转轴上且转向相反的第一电机和第二电机，所述第二电机通过转轴与上桨叶组连接，且通过带动转轴旋转，从而带动上桨叶组旋转；所述第一电机与下桨叶组连接，且通过转动带动下桨叶组旋转；
9.飞行控制器，分别与第一电机和第二电机连接，用于控制第一电机和第二电机工作。
10.电源组件，用于给共轴电机组和飞行控制器提供电力。
11.本技术方案的共轴双桨直升机舍去了耗能的尾翼，而是由转向相反的上桨叶组和下桨叶组提供升力，由一共轴式电机组提供动力和控制航向，实现飞行的目的。具有机体轻、飞行效率高的有益效果。
12.其中，本技术方案的共轴双桨直升机的桨距固定，没有复杂的变距结构，因此更便于控制航向。
13.具体地，上桨叶组通过第二电机的转动而带动实现旋转，下桨叶组通过第一电机的转动而带动实现旋转，上桨叶组和下桨叶组旋转时所在的空间范围，组成旋转平面。飞行控制器通过控制第一电机和第二电机的转速，从而控制上桨叶组和下桨叶组的转速。
14.当上桨叶组和下桨叶组达到一定的转速，则机体具有升力，实现向上飞行。当机体做垂直运动时，双桨叶组和共轴电机组垂直，机体产生升力的方向与机体质心的方向一致。当机体做非垂直运动时，双桨叶组和共轴电机组倾斜，机体产生升力的方向与质心的方向
不一致。当机体飞行到达期望位置时，双桨叶组和共轴电机组逐渐垂直，产生升力的方向和质心的方向逐渐一致；而当升力和重力一致时，机体悬停。
15.当上桨叶组和下降叶组的转速不相同时，则扭矩不平衡，从而使机体旋转，从而实现偏航飞行，即直升机绕z轴飞行。
16.在其中一个实施例中，还包括：
17.电机座，设置于第一电机和第二电机之间，用于安装固定第一电机和第二电机；
18.翻滚机组，包括翻滚机座、翻滚舵机和翻滚联动组件；所述翻滚机座的前后两侧与电机座活动连接；所述翻滚舵机安装于翻滚机座上，且与翻滚联动组件连接，用于驱动翻滚联动组件转动；所述翻滚联动组件与电机座连接；所述翻滚联动组件转动的同时，并带动电机座绕翻滚机座左右倾斜，从而实现左右方向上的飞行；
19.俯仰机组，包括俯仰机座、俯仰舵机和俯仰联动组件；所述俯仰机座与翻滚机座的左右两侧活动连接；所述俯仰舵机安装于俯仰机座上，且与俯仰联动组件连接，用于驱动俯仰联动组件转动；所述俯仰联动组件与翻滚机座连接；所述俯仰联动组件转动的同时，带动翻滚机座绕俯仰机座前后倾斜，从而实现前后方向上的飞行。
20.所述翻滚舵机和俯仰舵机分别与飞行控制器电连接，并通过飞行控制器控制工作。
21.本技术方案中，通过设置翻滚机组和俯仰机组以实现直升机前后、左右方向上的运动。
22.具体地，翻滚机座与电机座之间通过活动轴活动连接，电机座与翻滚联动组件固定连接，当翻滚舵机工作，则翻滚联动组件转动，从而带动电机座绕活动轴左右倾斜。
23.其中，俯仰机组安装于翻滚机组的下方，且俯仰机座与翻滚机座之间通过活动轴活动连接，翻滚机座与俯仰联动组件固定连接，当俯仰舵机工作，则俯仰联动装置转动，从而带动翻滚机座绕活动轴前后倾斜。
24.进一步地，所述翻滚联动组件包括翻滚舵盘和翻滚拉杆；
25.所述翻滚舵盘与翻滚舵机连接，且由翻滚舵机驱动转动；
26.所述翻滚拉杆的一端与翻滚舵盘连接，另一端与电机座连接；所述翻滚舵盘转动的同时，带动翻滚拉杆上下移动，从而带动电机座绕翻滚机座左右倾斜，实现左右方向上的飞行；
27.所述俯仰联动组件包括俯仰舵盘和俯仰拉杆；
28.所述俯仰舵盘与俯仰舵机连接，且由俯仰电机驱动转动；
29.所述俯仰拉杆的一端与俯仰舵盘连接，另一端与翻滚机座连接；所述俯仰舵盘转动的同时，带动俯仰拉杆上下移动，从而带动翻滚机座绕俯仰机座前后倾斜，实现前后方向上的飞行。
30.进一步地，翻滚拉杆与电机座之间设有第一连接件，该第一连接件的一端部与翻滚拉杆连接，另一端部固定于翻滚机座与电机座之间的活动轴上。
31.俯仰拉杆与翻滚机座之间设有第二连接件，该第二连接件的一端部与俯仰拉杆连接，另一端固定于俯仰机座与翻滚机座之间的活动轴上。
32.进一步地，所述飞行控制器包括：
33.主控芯片，用于控制第一电机和第二电机的转速，以及控制翻滚舵机和俯仰舵机
工作；
34.传感器，与主控芯片电连接，用于检测机体角加速度；
35.加速度计，用于检测机体线加速度；
36.磁力计，用于检测机体航向；
37.气压计，用于检测飞行高度；
38.接收机，用于接收信号；
39.gps，用于定位。
40.优选地，主控芯片为stm32芯片，传感器为陀螺仪。
41.具体地，传感器将检测到的数据传给主控芯片，主控芯片利用滤波算法对这些数据进行多传感器数据融合，解算出当前机身的姿态角，再根据与期望姿态角的关系通过智能控制算法得出4路通道的控制量，然后，主控芯片再将其中2路通道的控制量传送给2个电子调速器，电子调速器再根据控制量驱动第一电机和第二电机，控制第一电机和第二电机的转速；而另外2路通道的控制量则直接传送给翻滚舵机和俯仰舵机。
42.其中，滤波算法可以是扩展卡尔曼滤波或mahony互补滤波。智能控制算法可以是pid 或adrc。
43.进一步地，所述第一电机和第二电机为无刷电机，且转向相反；
44.所述转轴从上到下贯穿下桨叶组和第一电机，且转轴的底部与第二电机固定连接，转轴的顶部与上桨叶组固定连接；
45.所述上桨叶组包括上桨叶和用于固定上桨叶的上桨叶夹，所述上桨叶夹与转轴固定连接，所述转轴旋转的同时，带动上桨叶旋转；
46.所述下桨叶组包括下桨叶和用于固定下桨叶的下桨叶夹，所述下桨叶夹与第一电机的外壳固定连接，所述第一电机的外壳转动的同时，也带动下桨叶旋转。
47.本技术方案中，第二电机通过驱动转轴转动，从而驱动上桨叶组旋转；转轴贯穿下桨叶组和第一电机，且转轴与下桨叶组为非连接关系，而第一电机为无刷电机，无刷电机通过外壳转动，第一电机的外壳与下桨叶组固定连接，因此，在第一电机的外壳转动的同时，也带动下桨叶组旋转，实现上桨叶组和下桨叶组转向相反，独立驱动。
48.在其中一个实施例中，所述俯仰机座的底部设有若干层底板，每层底板之间设有支撑件，并通过支撑件拉开两层底板之间的间距，形成架空层；所述飞行控制器和电源组件依次设置在架空层上。
49.具体地，本技术方案设有两层架空层，从上到下分为第一架空层和第二架空层，其中，第一架空层用于放置飞行控制器，第二架空层用于放置电源组件。
50.在其中一个实施例中，还包括脚架，所述脚架设在俯仰机座的底部，用于支撑整个机体。
51.在其中一个实施例中，所述脚架的底部设有脚钩。设置脚钩便于悬挂摄像机等外设物品。另外，由于脚钩具有弧形设计，增大与地面的接触面，不易翻机，同时也能对直升机降落时起到很好的缓冲效果。
52.在其中一个实施例中，所述电源组件上设有电源报警器，用于检测电量，并在电量下降到设定值时，启动报警。
53.在其中一个实施例中，所述电源组件上设有电子调速器，所述电子调速器分别与
第一电机和第二电机电连接，用于驱动第一电机和第二电机工作。
54.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
55.本实用新型的共轴双桨直升机舍去了耗能的尾翼，而是由转向相反的上桨叶组和下桨叶组提供升力，由一共轴式电机组提供动力和控制航向，实现飞行的目的。具有机体轻、飞行效率高的有益效果。
56.本实用新型通过增加翻滚机组和俯仰机组，还具有控制机体前后、左右、俯仰、翻滚飞行的有益效果。
附图说明
57.图1为本实用新型的结构示意图。
58.图2为本实用新型的执行区的结构示意图。
59.图3为本实用新型的翻滚机组结构示意图。
60.图4为本实用新型的俯仰机组的结构示意图。
61.标注说明：
62.1、上桨叶夹，2、上桨叶，3、下桨叶，4、电机座，5、翻滚拉杆，6、翻滚舵盘，7、翻滚舵机，8、翻滚机座，9、执行层的底板，10、碳杆，11、机脚，12、脚钩，13、电源层的底板， 14、飞行控制层的底板，15、俯仰机座，16、俯仰舵机，17、俯仰舵盘，18、俯仰拉杆，19、第二电机，20、第一电机，21、下桨叶夹。
具体实施方式
63.本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
64.实施例1
65.如图1和图2所示，本实施例公开了一种共轴双桨直升机，包括从上到下依次设置的双桨叶组、共轴电机组、翻滚机组、俯仰机组、飞行控制器、电源组件和脚架11。
66.本实施例中，双桨叶组包括从上到下依次设置的上桨叶组和下桨叶组，该上桨叶组包括上桨叶2和用于固定上桨叶2的上桨叶夹1，该下桨叶组包括下桨叶3和用于固定下桨叶3 的下桨叶夹21。
67.共轴电机组包括从上到下依次设置设置的第一电机20和第二电机19，其中，第一电机 20和第二电机19之间设有用于固定安装第一电机20和第二电机19的电机座4。该电机座4 与其下方的翻滚机组活动连接，并将双桨叶组和共轴电机组悬空设置。
68.具体地，第一电机20和第二电机19为无刷电机，无刷电机通过外壳转动，第一电机20 和第二电机19的中心设有转轴，转轴的一端焊接在第二电机19的外壳内部，从而由第二电机19带动，而实现转动，转轴的另一端贯穿第一电机20和下桨叶组，且与上桨叶组的上桨叶夹1固定连接，从而带动上桨叶夹1旋转，而上桨叶夹1旋转的同时，带动上桨叶2旋转。
69.而下桨叶组的下桨叶夹21通过螺丝和垫片与第二电机19的外壳夹紧锁住，因此，下桨叶夹21通过第二电机19的转动，而实现转动，从而带动下桨叶3旋转。
70.具体地，第一电机20和第二电机19的转向相反，因此上桨叶组和下将叶组的转向
也相反，当上桨叶组和下桨叶组达到一定的转速，机体产生升力，从而实现飞行。当上桨叶组和下桨叶组的转速不相同，则扭矩不平衡，从而实现偏航飞行，即直升机绕z轴飞行。当上桨叶组和下桨叶组的转速相同，则扭矩平衡，机身不自转，可以实现在z轴方向上飞行。
71.具体地，共轴电机组通过飞行控制器控制转速，通过电源组件提供驱动动力。
72.如图3所示，进一步地，本实施例中，电机座4的下方设置有翻滚机组，翻滚机组包括翻滚机座8、翻滚舵机7、翻动舵盘和翻滚拉杆5。具体地，翻滚机座8与电机座4通过活动轴活动连接，翻滚舵机7安装在翻滚机座8内，用于驱动翻滚舵盘6转动，而翻滚舵盘6转动的同时，带动翻动拉杆上下移动。而翻滚拉杆5的一端部与翻滚舵盘6连接，另一端部与电机座4连接，因此，翻滚拉杆5上下移动的同时，也带动电机座4以活动轴为支点左右倾斜，从而实现机体左右飞行(前后飞行)。
73.具体地，本实施例中，设定以翻滚机座8和电机座4活动连接的方向为前后方向，因此，电机座4在翻滚拉杆5的拉动下，进行左右倾斜。进一步地，当翻滚舵盘6顺时针转动，则拉动翻动拉杆向下移动，电机座4往右倾斜；当翻滚舵盘6逆时针转动，则拉动翻动拉杆逆时针转动，电机座4往左倾斜。
74.具体地，翻滚拉杆5与电机座4的连接之间设有第一连接件，该第一连接件的一端与翻滚拉杆5固定连接，另一端固定与活动轴上，且与电机座4固定连接。
75.如图4所示，更优选地，本实施例中，翻滚机组的下方设有俯仰机组，俯仰机组包括俯仰机座15、俯仰舵机16、俯仰舵盘17和俯仰拉杆18，其中，俯仰机座15与翻滚机组的左右侧活动连接，且连接位置上设有活动轴，且翻滚机组在俯仰机座15的支撑作用下，悬空设置。
76.具体地，俯仰舵机16安装于俯仰机座15上，并驱动俯仰舵盘17转动，而俯仰拉杆18 的一端与俯仰舵盘17连接，另一端与翻滚机座8连接，当俯仰舵盘17转动，则俯仰拉杆18 上下移动，从而带动翻滚机座8前后倾斜(俯仰运动)。
77.更具体地，俯仰拉杆18与翻滚机座8之间设有第二连接杆，该第二连接杆的一端与俯仰拉杆18连接，另一端固定于活动轴上，且与翻滚机座8固定连接。
78.本实施例中，当俯仰舵盘17顺时针转动，则俯仰拉杆18向下移动，从而带动翻滚机座 8向后(向下)倾斜；即为仰视飞行的的状态；当俯仰舵盘17逆时针转动，则俯仰拉杆18 向上移动，从而带动翻滚机座8向前倾斜，即为俯视飞行的状态。
79.进一步地，本实施例中，飞行控制器设在俯仰机组的下方，飞行控制器包括主控芯片、传感器、加速度计、磁力计、气压计、接收机和gps。具体地，主控芯片为stm32芯片，用于控制第一电机20和第二电机19的转速，以及控制翻滚舵机7和俯仰舵机16工作；传感器为陀螺仪，与主控芯片电连接，用于检测机体角加速度；加速度计，用于检测机体线加速度；磁力计，用于检测机体航向；气压计，用于检测飞行高度；接收机，用于接收信号；gps，用于定位。
80.飞行控制器的工作机理如下：传感器将检测到的数据传给主控芯片，主控芯片利用滤波算法对这些数据进行多传感器数据融合，解算出当前机身的姿态角，再根据与期望姿态角的关系通过智能控制算法得出4路通道的控制量，然后，主控芯片再将其中2路通道的控制量传送给2个电子调速器，电子调速器再根据控制量驱动第一电机20和第二电机19，控制第一电机20和第二电机19的转速；而另外2路通道的控制量则直接传送给翻滚舵机7和俯仰舵机16。其中，滤波算法可以是扩展卡尔曼滤波或mahony互补滤波。智能控制算法可以
是 pid或adrc。
81.而电源组件设置在飞行控制器的下方，电源组件上设有设有电源报警器和电子调速器，电源报警器用于检测电量，并在电量下降到设定值时，启动报警。电子调速器分别与第一电机20和第二电机19电连接，用于驱动第一电机20和第二电机19工作。
82.如图2所示，优选地，本实施例的共轴双桨直升机从上到下分成了执行层a、飞行控制层b、电源层c和脚架架空层d，其中，执行层a为双桨叶组和共轴电机组对应的区域，用于执行飞行以及关于飞行的各种动作；飞行控制层b为飞行控制器对应的区域，用于控制执行层a工作；电源层c为电源组件对应的区域，用于提供电源和驱动动力；而脚架架空层d 用于保护上方各层，且还可以悬挂摄像机等物品。其中，各层的分工明确、结构简单，以便于拆卸、维修和安装。
83.进一步地，飞行控制层b和电源层c通过底板和支撑件设置为架空层，便于放置飞行控制器和电源组件。具体地，飞行控制层b通过执行层a的底板9、碳杆10和飞行控制层b 的底板14形成架空层。电源层c通过飞行控制层b的底板14、碳杆10和电源层c的底板 13形成架空层。飞行控制层b的而脚架架空层d的脚架11沿着飞行控制层b和电源层c的支撑件设置，并在电源层c的底部往外撑开，以便于更好地支撑和固定机体。脚架11的底部设有脚钩12，脚钩12呈弧形设计，以便于勾住摄像机等物品，且还能在机体降落时起到一定的缓冲作用，更好地保护机体。
84.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。