多轴无人机的制作方法

本公开涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种多轴无人机。

背景技术：

多轴无人机即多旋翼无人机，其主要区别于固定翼无人机，以四旋翼为例，四旋翼的工作原理为：四旋翼飞行器通过调节四个驱动电机的转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。现有的多轴无人机具有诸多问题，例如，整机结构较为笨重，稳定性差；此外，无人机在改变姿态和位置时，是通过飞行控制系统调节四个无刷电机的转速来实现，当无人机在水平面内朝向四个方向运动时，必须由飞行控制系统调节电机转速使机身倾斜一定角度后才能进行四个方向(前后向和左右向)的运动，这种情况下，如果挂载其他任务设备，如云台相机、红外设备等，这些设备为了保证任务目标的稳定监控，则同样需要随着机身的倾斜也随之做出倾斜运动。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种多轴无人机，以解决无人机结构笨重，稳定性差的问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种多轴无人机，包括机身和旋翼，所述机身横向贯穿地设置有第一支臂和第二支臂，所述旋翼分别固定在所述第一支臂和所述第二支臂的两端，所述机身包括底板、顶板、和立在所述底板与顶板之间的相互平行的侧板，所述侧板上开设有用于使所述第一支臂和所述第二支臂穿过的通孔，所述底板、顶板以及侧板分别为碳板。

可选地，所述机身包括在内部纵向延伸机身碳管，所述机身碳管固定连接在所述底板、顶板以及侧板上。

可选地，所述侧板包括前后间隔设置的前侧板和后侧板，所述第一支臂穿过所述后侧板，所述第二支臂穿过所述前侧板。

可选地，所述顶板和所述底板之间间隔地支撑有多个连接柱。

可选地，所述第一支臂和所述第二支臂分别为圆碳管。

可选地，所述旋翼连接有驱动电机，所述驱动电机固定在所述第一支臂或第二支臂的端部，所述驱动电机的电线从所述第一支臂或所述第二支臂的内部延伸至所述机身。

可选地，所述驱动电机连接有电子调速器，所述电子调速器设置在所述第一支臂或所述第二支臂的内部，所述电子调速器的电线从所述第一支臂或所述第二支臂的内部延伸至所述机身。

可选地，所述底板上设置有用于为所述无人机供电的两块电池，所述两块电池对称于所述机身的纵向轴线设置。

可选地，所述机身上设置有用于固定挂在设备的接口。

可选地，所述第一支臂和所述第二支臂上设置有支杆状的起落架，所述起落架上设置有减震结构。

通过上述技术方案，由底板、侧板以及顶板围成的中空结构具有结构紧凑，稳定性高的优点，底板、顶板以及侧板分别为碳板，既能减轻整机重量，又可以提高整机的强度。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开的一个实施方式的多轴无人机的结构示意图；

图2是根据本公开的一个实施方式的多轴无人机的内部结构示意图；

图3是根据本公开的一个实施方式的支臂转动的原理示意图；

图4是图2示出的实施方式中第一管夹的结构示意图；

图5是图2示出的实施方式中第二管夹的结构示意图；

图6是图2示出的实施方式中第一接头的结构示意图；

图7是图2示出的实施方式中第二接头的结构示意图；

图8是根据本公开的一个实施方式的多轴无人机中，支臂及旋翼的主视图；

图9是图8对应的俯视图；

图10是根据图1示出的的多轴无人机的俯视图，其中未示出顶板；

图11是图10中示出的连接件的结构示意图。

附图标记说明

100 机身 110 底板 120 侧板

121 前侧板 122 后侧板 130 顶板

140 连接柱 150 轴承座 200 旋翼

300 支臂 310 第一支臂 320 第二支臂

400 接口 500 第一倾转舵机 610 第一管夹

611 第一支耳 612 第二支耳 620 第二管夹

630 连杆 640 摇臂 650 第一接头

660 第二接头 700 起落架 710 减震结构

810 驱动电机 820 电机座 830 第二倾转舵机

840 舵机座 160 机身碳管 170 连接件

171 套筒部 172 连接部

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”是指无人机平飞状态时的上和下，“左、右”是指无人机向前飞行时的左和右，“内、外”通常是针对相应零部件的本身轮廓而言的。此外，本公开中使用的术语“第一”“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。

本公开提供的多轴飞行器是指具有多个旋翼的无人机，该无人机不具有机翼，其飞行姿态由各个旋翼的升力变化等来实现。具体地，如图1所示，机身100上可以横向地贯穿有支臂300，旋翼200安装在支臂300的两端。本公开以四轴无人机为例，亦即四旋翼无人机，包括机身100和均布在机身100四周的第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼以及第四旋翼。如图1和图8所示，旋翼200连接有能够驱动旋翼200转动的驱动电机810，驱动电机810通过电机座820安装在支臂300的端部。

如图1所示，本公开提供的无人机的机身100可以包括底板110、顶板130、和立在底板110与顶板130之间的相互平行的侧板120，侧板120上开设有用于使第一支臂310和第二支臂320穿过的通孔，这种由底板110、侧板120以及顶板130围成的中空结构具有结构紧凑，稳定性高的优点，无人机载荷可以放置在上述的中空结构中。其中，底板110、顶板130以及侧板120分别为碳板，既能减轻整机重量，又可以提高整机的强度。

进一步地，机身100还包括在内部纵向延伸机身碳管160，机身碳管160固定连接在底板110、顶板130以及侧板120上。结合上述的有底板110、顶板130以及侧板120围成的机身100的结构，机身碳管160设置在机身100内部，四个旋翼200处的结构在无人机飞行过程中对于机身100产生的弯矩大部分由机身碳管160传递，很少一部分由底板110等碳板传递，这样就使得机身100具有一个良好的抗扭截面，保证了无人机在飞行过程中整体结构的稳定性。具体地，如图10所示，机身碳管160的两端可以分别固定有连接件170，连接件170上设置有安装孔以能够固定在底板110、顶板130以及侧板120上。在一个实施方式中，如图11所示，连接件170可以包括用于固定地套设在机身碳管160外周的套筒部171，以及位于套筒部171外侧的用于与底板110、顶板130以及侧板120固定的连接部172，连接部172形成为平板结构，以能够与底板110、顶板130以及侧板120贴合设置，可以紧密连接。本公开对连接件170的具体结构不做限制，在其他实施方式中，连接件170可以根据机身碳管160、底板110、顶板130以及侧板120等部件的具体结构做适应性的调整。连接件170可以为铝合金板，成本低并且重量轻。

进一步地，侧板120包括前后间隔设置的前侧板121和后侧板122，第一支臂310穿过所述后侧板122，第二支臂320穿过前侧板121。这样，将侧板120设计为分体结构，可以进一步减轻无人机的整机重量，并且有利于进行机身的形状设计。例如图1所示，顶板130和底板110形成为前后窄中间宽的结构，前侧板121和后侧板122可以安装在顶板130和底板110较窄的位置且为平直板，加工方便。进一步地，为提高机身100的稳定性，顶板130和底板110之间间隔地支撑有多个连接柱140，以避免顶板130或底板110受压变形，连接柱140可以为铝合金材质，其成本较低，并且重量轻，稳定性高。

在本公开的一个实施方式中，第一支臂310和第二支臂320分别可转动地横向贯穿于机身100，旋翼200分别固定在第一支臂310的两端和第二支臂320的两端以能够纵向倾转。这里需要说明的是，这里的纵向倾转指的是旋翼朝向前后方向的倾转，此外，下述的横向倾转指的是旋翼朝向机身侧向的倾转。在支臂300能够转动的情况下，旋翼200可以随支臂300一同转动，这样，当无人机做纵向前后运动时，旋翼200倾转一定角度，其既能够提供将无人机保持在一定高度的升力，也能够提供无人机前后运动的动力，同时机身100不必倾斜，具有响应速率快、飞行速度高的优点，并且使得无人机在飞行时阻力大大减少。

此外，如图1所示，机身100上设置有用于固定挂载设备的接口400。由于无人机在纵向前后运动时，机身100保持水平状态，使得挂载设备也能够平稳运行，保证了任务目标的稳定监控。其中，挂载设备例如可以为云台相机、红外设备以及激光雷达等。

进一步地，第一支臂310和第二支臂320平行，四个旋翼200位于一个矩形区域的四角，结构稳固。此外，如图2所示，上述的侧板120的通孔中同轴地设置有轴承座150，第一支臂310和第二支臂320通过轴承安装在轴承座150上，以使第一支臂310和第二支臂320转动平稳，提高旋翼200的响应速度。

如图1至图3所示，机身100上固定有用于使第一支臂310和第二支臂320转动的第一倾转舵机500。第一倾转舵机500可以为两个，分别控制第一支臂310和第二支臂320，在这种情况下，两个第一倾转舵机500之间通过电路耦合设计，保证四个旋翼200的升力可控；第一倾转舵机500也可以为一个，驱动第一支臂310和第二支臂320中的一者，在这种情况下，第一支臂310和第二支臂320之间通过联动机构，以使二者能够同步运动，即，使得第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼以及第四旋翼能够同向地前后倾转。

第一倾转舵机500驱动支臂300的形式可以为多种，以第一倾转舵机500驱动第一支臂310为例，如图3、图4以及图6所示，第一倾转舵机500的输出端连接有摇臂640，第一支臂310的外周紧密地套设有第一管夹610使得第一管夹610和第一支臂310能够同时转动，第一管夹610上形成有第一支耳611，第一支耳611和摇臂640之间连接有第一接头650，第一接头650的两端分别与第一支耳611和摇臂640可转动地连接。这样，第一倾转舵机500驱动摇臂640转动，摇臂640带动第一管夹610转动，使得第一支臂310能够转动。

如图2至图7所示，在仅设置一个第一倾转舵机500的情况下，上述的联动机构可以包括连接在第一支臂310和第二支臂320之间的连杆630。具体地，第一支臂310的外周紧密地套设有第一管夹610使得第一管夹610和第一支臂310能够同时转动，第二支臂320的外周紧密地套设有第二管夹620使得第二管夹620和第二支臂320能够同时转动，第一管夹610和第二管夹620上分别形成有第二支耳612，连杆630的两端分别固定有第二接头660，第二接头660与两个支臂300上的第二支耳612分别可转动地连接。这样，两个支臂300能够同时转动。以上述的第一倾转舵机500驱动第一支臂310为基础，配合连杆630的设置，摇臂640、第一接头650、第二接头660、第一管夹610以及第二管夹620之间都是刚性连接，装配时调整好各部件之间的位置关系之后，无人机在飞行过程中，前后倾转时，第一管夹610和第二管夹620能够同步响应，第一支臂310和第二支臂320能够同步转动，提高了操纵精度。在这种情况下，第一倾转舵机500安装在机身100的后端，例如固定在底板110上，从而节省机身100内部的空间，以用于安放其他零部件，并且为了保证无人机飞行的稳定性，第一倾转舵机500可以设置在机身100的纵向轴线上，避免整机重心偏移。

此外，在上述实施方式中，由于连杆630沿前后延伸，机身碳管160也沿前后延伸，连杆630可以设置在机身碳管160内部，以能够提高空间利用率。

进一步地，如图2和图6所示，第一接头650和第一管夹610上的第二接头660一体成型，从而可以节省成本。参照图6，在第一接头650和第二接头660连接处，二者分别连接在第一支耳611和第二支耳612上，在第一接头650和第二接头660远离的部分，二者分别连接在摇臂640和连杆630上。

此外，上述的连杆630、第一支臂310以及第二支臂320可以分别为圆碳管，其具有较轻的重量和较高的强度。

由于本公开中的多轴无人机的飞行姿态完全由旋翼200控制，为了无人机有足够的升力停留在空中，基于旋翼200处于水平时的状态，第一支臂310和第二支臂320朝向前后两个方向的可倾转角度为0°-45°，从而确保无人机的动力性和稳定性。其中第一支臂310和第二支臂320的可倾转角度由第一倾转舵机500控制，第一倾转舵机500控制摇臂640摆动时，可以使摇臂640在朝向两个方向摆动的角度为0°-45°。

在本公开的另一个实施方式中，旋翼200可横向倾转地设置在支臂300的两端。这样，当无人机做横向左右运动时，旋翼200朝向两侧倾转一定角度，其既能够提供将无人机保持在一定高度的升力，也能够提供无人机左右运动的动力，同时机身100不必倾斜，使得无人机在飞行时的阻力大大减少。在机身100上固定有挂载设备时，挂载设备也能平稳运行，保证任务目标的稳定监控。

具体地，参照图1、图8以及图9，支臂300的端部安装有舵机座840，用于驱动旋翼200横向倾转的第二倾转舵机830固定在舵机座840上，电机座820可横向倾转地连接在所述第二倾转舵机830的输出端，例如电机座820安装在第二倾转舵机830的输出转轴上。这样，当第二倾转舵机830动作时，其可以驱动电机座820朝向两个方向倾转，并带动旋翼200一同横向倾转。

此外，在本实施方式中，基于旋翼200处于水平时的状态，旋翼200朝向内侧的可倾转角度为0°-10°，朝向外侧的可倾转角度为0°-45°。由于本公开中的多轴无人机的飞行姿态完全由旋翼200控制，将旋翼200的可倾转角度控制在一定范围内，可以确保无人机的动力性和稳定性，使得无人机有足够的升力停留在空中。同时，为避免旋翼200朝内倾转时碰撞支臂300，旋翼200朝内倾转的角度较小。这里朝向内侧是指朝向无人机纵向的中轴线，朝向外侧是指与该中轴线相反的方向。具体地，例如当无人机需要横向朝左全速前进时，左侧的两个旋翼200朝外倾转45°，右侧的两个旋翼朝内倾转10°，同时调整左右两侧的驱动电机的功率，使得四个旋翼200产生的升力相同。

需要说明的是，上述的两个实施方式可以结合，即，旋翼200既能够纵向倾转，也能够横向倾转，从而实现了无人机的全向倾转。无人机在朝向各个方向运动时，机身100始终保持水平状态，对搭载任务设备的自由度要求降低了许多，可以搭载更多种类的任务设备以满足多种任务要求。此外，旋翼200无论是纵向倾转还是横向倾转，其在接收飞行控制系统的指令后，做出的响应速率更快，提升了任务动作的效率。

此外，本公开上述的实施方式中，四个旋翼200的纵向倾转通过支臂300、连杆630、摇臂640等联动组件实现，横向倾转通过独立的安装在支臂300端部的倾转结构实现。在其他实施方式中，四个旋翼200的联动倾转还可以为横向联动，例如，在机身100的两侧设置前后延伸的可转动的支杆，旋翼200安装在支杆的两端，两个支杆之间通过例如本公开中的连杆630等结构进行连接，从而实现四个旋翼200横向倾转的一致性。其他能够使得旋翼200能够同向倾转的结构这里不做一一赘述，只要使得各个旋翼200联动地同向倾转，均在本公开的保护范围内。通过在个各旋翼200之间增加联动组件，可以使得各旋翼200的动作同步，保证在收到动作信号后能够快速响应。

进一步地，当本公开中的第一支臂310和第二支臂320为例如上述的圆碳管等管状结构时，驱动电机810的电线可以从支臂300的内部延伸至机身100，以连通电路，从而充分利用了空间同时也保证了外观的简洁性和美观性。

进一步地，驱动电机810连接有电子调速器以改变旋翼200的转速，电子调速器设置在支臂300的内部，并且与驱动电机810类似地，电子调速器的电线从支臂300的内部延伸至所述机身，从而充分利用了空间同时也保证了外观的简洁性和美观性。电子调速器安装在接近驱动电机810的位置，保证结构紧凑。

此外，机身100的底板110上设置有用于为无人机供电的两块电池，以保证无人机的续航能力。两块电池对称于机身100的纵向轴线设置，位于连杆630的两侧，顶板130和底板110之间，以控制整机重心的变化在机身100纵向轴线上不偏离过多。

如图1所示，本公开提供的无人机的支臂300上设置有竖直的起落架700，该起落架700为杆状结构，均匀地分布在支臂300的端部，保证无人机落地的平稳。进一步地，起落架700上设置有减震结构710，从而能够吸收无人机落地时受到的大部分冲击力。该减震结构710例如可以为橡胶球或弹簧等。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。