单动力驱动变桨距多旋翼无人机的制作方法

本实用新型涉及无人机技术领域，特别涉及一种单动力驱动变桨距多旋翼无人机。

背景技术：

近年来无人机市场的发展，多旋翼无人机以优良的操控性能和可垂直起降的方便性等优点迅速获得了广大消费群体的关注，成为迄今为止最热销的产品。多旋翼无机人相较于其它无人机具有得天独厚的优势，与固定翼飞机相比，它具有可以垂直起降，可以定点盘旋的优点；与单旋翼直升机相比，它没有尾桨装置，因此具有机械结构简单、安全性高、使用成本低等优点。因此多旋翼无人机被应用到多个方面，如搜救，消防，影视，娱乐，物流等多方面，近年来，受农业自动化的影响，无人机在农业方向的应用也开始发展，但受目前多旋翼无人机结构及能源动力的限制，多旋翼无人机的应用并没有被广泛的应用，多旋翼无人机的载重及续航时间成为制约其发展的重要因素。目前，市场上的多旋翼无人机主要可分为两类，油动和电动，电动的采用由电源供电，多个电动机带动多个螺旋桨提供升力，受电动机功率的影响，其航程和载荷受到极大限制，油动的多旋翼无人机一类是由发动机经过发电机发电带动电动机，另一类是由多个发动机驱动多个螺旋桨，造成了能源利用率低，制造、使用和维护成本高的问题，航程和载荷受到了无人机体积和自重的极大限制。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种单动力驱动变桨距多旋翼无人机，结构简单，设计新颖、合理，节能减耗，能源利用率高。

按照本实用新型所提供的设计方案，一种单动力驱动变桨距多旋翼无人机，包含机架、驱动装置、旋翼机构及控制器，所述的旋翼机构包含多个变矩螺旋桨及与之对应的螺旋桨支架，所述的变矩螺旋桨通过螺旋桨支架与机架固定，所述的机架包含上支撑板组件，下支撑板组件，及用于连接固定上支撑板组件和下支撑板组件的若干连杆；上支撑板组件的两侧相对固定有支撑杆，支撑杆下部分别固定有悬挂梁；所述的驱动装置包含发动机、传动机构及为发动机提供能源的单动力源，发动机输出端与传动机构输入端连接，传动机构输出端分别通过万向传动轴与变矩螺旋桨传动轴连接。

上述的，所述的下支撑板组件包含相对平行设置的隔板一、隔板二、隔板三和底板，相邻两者之间设置有间隙，隔板一、隔板二、隔板三和底板上均设置有用于固定连杆的连杆安装孔和用于固定安装传动机构的中心孔，发动机固定在隔板一上。

优选的，所述的传动机构包含主动齿轮、从动齿轮一、从动齿轮二、无级变速器、传动齿轮、两个正向输出轴和两个反向输出轴，传动齿轮分别设置正向输出轴一端和与正向输出轴同方向上反向输出轴的另一端，正向输出轴和反向输出轴交错设置，所述的发动机输出轴与主动齿轮连接，主动齿轮分别与从动齿轮一和正向输出轴上的传动齿轮相啮合，从动齿轮一与无级变速器输入端相连，无极变速器输出端与从动齿轮二相连，从动齿轮二分别与反向输出轴上的传动齿轮相啮合。

更进一步，所述的主动齿轮和从动齿轮固定在隔板一和隔板二之间，无极变速器固定在隔板二和隔板三之间，从动齿轮二固定在隔板三和底板之间。

上述的，所述的万向传动轴包含传动轴及设置于传动轴两端的万向接头；优选的，所述的单动力源为油箱，或为发电机。

上述的，所述的上支撑板组件包含相互平行设置的上支撑板一和上支撑板二，两者之间间隔设置；上支撑板一和上支撑板二上均设置有用于固定连杆的安装孔；所述的上支撑板一和上支撑板二之间设置有用于固定支撑杆的支撑杆固定座，所述的支撑杆固定座通过锁紧件固定在支撑板一和支撑板二的相对两侧。

优选的，所述的支撑杆固定座包含座本体，及设置于座本体上的用于安装支撑杆的安装孔一，所述的安装孔一呈坡度设置。

上述的，所述的螺旋桨支架为支撑横杆，支撑横杆的一端通过固定座与上支撑板组件固定，另一端通过支撑座与螺旋桨传动轴连接。

优选的，所述的支撑座端部设置有延伸板，所述的延伸板上设置有用于安装螺旋桨传动轴的安装通孔，所述的安装通孔内设置有用于连接螺旋桨传动轴的轴承。

优选的，所述的固定座包含两半式固定座本体，及设置于两半式固定座本体上用于安装支撑横杆的横杆安装孔，所述的横杆安装孔呈坡度设置；所述的支撑横杆通过横杆安装孔设置于两半式固定座本体内，并锁紧件与上支撑板组件固定。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结构简单，设计新颖、合理，解决现有无人机航程和载荷受限、能源利用率低和维护不便等问题，通过单个发动机即可实现动力给予，使用发动机数量少，动力装置维护工作量小，各个零部件沿上、下支撑板组件对称设置，飞行过程中更容易保持稳定，能量利用率高，制造、使用、维护成本低；同时，大大提高了多旋翼的载荷和航程；通过改变发动机转速来改变所有螺旋桨的转速，控制多旋翼的垂直运动，通过调节无级变速器增加或减少正转输出轴的转速，使多旋翼做偏航运动，通过改变变桨距螺旋桨的桨矩，改变对应螺旋桨的升力，控制多旋翼飞行器的滚转和俯仰运动，操作方便、快捷，运行稳定、可靠；且产品体积重量均得到有效改善，进一步增加其航程和载荷，具有较好的市场推广价值。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的侧视图；

图3为实施例中正、反向输出轴布置示意图；

图4为实施例中的传动机构示意图；

图5为实施例中的传动机构侧视图；

图6为实施例中的万向接头结构示意图；

图7为实施例中的螺旋桨传动轴连接示意图；

图8为实施例中的机架结构意图之一；

图9为实施例中的机架结构示意图之二。

具体实施方式：

图中标号，标号1代表变矩螺旋桨，标号11代表变矩螺旋桨传动轴，标号2代表上支撑板组件，标号21代表上支撑板二，标号22代表上支撑板一，标号3代表下支撑板组件，标号3a代表底板，标号3b代表隔板三，标号3c代表隔板二，标号3d代表隔板一，a1、a2代表正向输出轴，b1、b2代表反向输出轴，标号31代表板体，标号32代表正或反向传动轴的安装孔，标号33代表连杆安装孔，标号34代表中心转轴安装孔，标号35代表传动齿轮一转轴安装孔，标号4代表支撑杆，标号41代表支撑杆固定座，标号42代表安装孔一，标号5代表悬挂梁，标号6代表支撑横杆，标号61代表固定座，标号62代表横杆安装孔，标号63代表支撑座，标号64代表延伸板，标号7代表万向传动轴，标号8代表连杆，标号9代表发动机，标号10代表传动机构，标号101代表主动齿轮，标号102代表从动齿轮二，标号103代表无级变速器，标号104代表从动齿轮一，标号105、标号106代表传动齿轮，标号107代表正或反向输出轴，标号108代表中心转轴。

下面结合附图和技术方案对本实用新型作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本实用新型的实施方式，但本实用新型的实施方式并不限于此。

实施例，参见图1所示，一种单动力驱动变桨距多旋翼无人机，包含机架、驱动装置、旋翼机构及控制器，所述的旋翼机构包含多个变矩螺旋桨及与之对应的螺旋桨支架，所述的变矩螺旋桨通过螺旋桨支架与机架固定，所述的机架包含上支撑板组件，下支撑板组件，及用于连接固定上支撑板组件和下支撑板组件的若干连杆；上支撑板组件的两侧相对固定有支撑杆，支撑杆下部分别固定有悬挂梁；所述的驱动装置包含发动机、传动机构及为发动机提供能源的单动力源，发动机输出端与传动机构输入端连接，传动机构输出端分别通过万向传动轴与变矩螺旋桨传动轴连接。各个零部件可设计为沿上、下支撑板组件中心垂线对称设置，能够保证飞行过程中的稳定性，驱动装置通过单个发动机提供动力，单动力驱动变桨距多旋翼运动，在有效保证航程和载荷的情况下，减小飞行故障发生的概率，维护工作量小，能源利用率高。

优选的，参见图2所示，下支撑板组件包含相对平行设置的隔板一、隔板二、隔板三和底板，相邻两者之间设置有间隙，隔板一、隔板二、隔板三和底板上均设置有用于固定连杆的连杆安装孔和用于固定安装传动机构的中心孔，发动机固定在隔板一上，结构简单，维护成本低。

参见图3~5所示，传动机构包含主动齿轮、从动齿轮一、从动齿轮二、无级变速器、传动齿轮、两个正向输出轴和两个反向输出轴，传动齿轮分别设置正向输出轴一端和与正向输出轴同方向上反向输出轴的另一端，正向输出轴和反向输出轴交错设置，所述的发动机输出轴与主动齿轮连接，主动齿轮分别与从动齿轮一和正向输出轴上的传动齿轮相啮合，从动齿轮一与无级变速器输入端相连，无极变速器输出端与从动齿轮二相连，从动齿轮二分别与反向输出轴上的传动齿轮相啮合。正、反向输出轴交错设置，保证相邻的两个输出方向相反；发动机驱动主动齿轮，主动齿轮一部分用来驱动与之啮合的从动齿轮，另一部分与正或反向输出轴的传动齿轮啮合，作为正或反向力矩输出，从动齿轮一与无级变速器输入轴相连驱动无级变速器，无级变速器的输出端与从动齿轮相连驱动从动齿轮，从动齿轮与反或正向输出轴的传动齿轮啮合作为反或正向力矩输出。通过改变发动机的转速，来改变所有螺旋桨的转速，控制多旋翼的垂直运动；通过调节无级变速器增加或减少正转输出轴的转速，使多旋翼做偏航运动；通过改变变桨距螺旋桨的桨矩，改变对应螺旋桨的升力，控制多旋翼飞行器的滚转和俯仰运动；舍弃传统为每个旋翼设置一个动力装置的结构，采用一个动力装置驱动多支旋翼的螺旋桨转动，动力输出均衡统一，飞行更加稳定；同时，由于多支旋翼的螺旋桨具有相同的转速，可以使用控制器统一控制调节各旋翼的升力及桨叶角度，控制更简单容易，由螺距变化取代转速变化，使得发动机的输出功率能始终维持在一个较为经济的转速上，节省能源，提高航时。

更进一步，主动齿轮和从动齿轮固定在隔板一和隔板二之间，无极变速器固定在隔板二和隔板三之间，从动齿轮二固定在隔板三和底板之间；结构紧凑，设计合理，有效保证传动机构工作的稳定、可靠性。

上述的，万向传动轴包含传动轴及设置于传动轴两端的万向接头，万向接头如图6所示，可采用包含一对相对方位为 90°的铰链搭扣的连接座组成；根据设计需求，万向接头也采用球形接头结构，球形接头结构中的转动球上套有半球形外壳，转动球可在半球形外壳包覆范围内进行万向转动，转动球和半球形外壳分别与待连接的两个部件固定。因皮带具有良好的弹性，在工作中能缓和冲击和振动，运动平稳无噪音，可以防止其他零件损坏，起安全保护作用，因此，在使用过程中，该万向传动轴的结构也可通过皮带传动来实现，通过在正或反输出轴与螺旋桨传动轴上设置皮带轮，通过传动皮带来实现，结构简单制造容易，安装和维修方便，成本较低。

进一步地，单动力源为油箱，或为发电机，油箱或发电机为发动机提供燃料或电能，大大增强了本实用新型的多旋翼无人机的续航能力及载重能力。

上述的，如图8和9所示，上支撑板组件包含相互平行设置的上支撑板一和上支撑板二，两者之间间隔设置；上支撑板一和上支撑板二上均设置有用于固定连杆的安装孔；所述的上支撑板一和上支撑板二之间设置有用于固定支撑杆的支撑杆固定座，所述的支撑杆固定座通过锁紧件固定在支撑板一和支撑板二的相对两侧，支撑杆对称设置在支撑板一和支撑板二的两侧，有效保证飞行过程中的稳定性。

优选的，支撑杆固定座包含座本体，及设置于座本体上的用于安装支撑杆的安装孔一，所述的安装孔一呈坡度设置；安装孔的坡度设置，能保证支撑杆呈现一定角度固定在上支撑板组件和悬挂梁之间，悬挂梁与支撑杆垂直设置，保证飞行的稳定性。

上述的，螺旋桨支架为支撑横杆，支撑横杆的一端通过固定座与上支撑板组件固定，另一端通过支撑座与螺旋桨传动轴连接，固定支撑变矩螺旋桨，保证飞行平稳性、可靠性。

优选的，如图7所示，支撑座端部设置有延伸板，延伸板上设置有用于安装螺旋桨传动轴的安装通孔，所述的安装通孔内设置有用于连接螺旋桨传动轴的轴承，降低螺旋桨传动轴在运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度，有效避免飞行过程中的飞行故障，降低维修概率。

优选的，固定座包含两半式固定座本体，及设置于两半式固定座本体上用于安装支撑横杆的横杆安装孔，所述的横杆安装孔呈坡度设置；所述的支撑横杆通过横杆安装孔设置于两半式固定座本体内，并锁紧件与上支撑板组件固定。两半式固定座本体的结构，通过锁紧件将支撑横杆固定在上支撑板组件上，设计合理，拆卸、组装、维护方便，使用功能效果好。

本实用新型通过单动力驱动多变矩螺旋桨自由地实现悬停和空间中的自由移动，能源利用率高，灵活性好，具有优良的操控性能和可垂直起降的方便性能；结构简单，机械性能稳定，成本低、性价比高，可广泛应用到多个方面，如搜救，消防，影视，娱乐，物流，农业自动化等多方面上。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本实用新型等同或者类似的变化都应涵盖在本实用新型权利要求的范围内。