六自由度全解耦无人机的制作方法

本发明属于无人机技术领域，具体涉及六自由度全解耦无人机。

背景技术：

传统多旋翼飞行器在飞行过程中存在六自由度x轴、y轴、z轴三轴平移以及俯仰轴、偏航轴、横滚轴三轴旋转耦合现象，例如传统多旋翼飞行器在仅沿着x轴飞行时将影响俯仰轴角度变化，在仅绕俯仰轴翻滚时飞行器将在x轴方向发生移动，不能单独控制某一个自由度而不影响其他自由度的变化。在应用于无人机航拍时，由于传统飞行器的自由度耦合现象，需要加置云台调整相机的角度来获得最佳拍摄角度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种六自由度全解耦无人机，通过桨臂的旋转改变螺旋桨与上机架或下机架所在平面的角度，加上螺旋桨升力的配合实现了六自由度全解耦；该无人机在一定范围内，可以独立的实现空间六个自由度的单独运动；该无人机机动性强，可以保证无人机的飞行姿态，可以实现飞行器的侧方位悬停。该无人机在应用于航拍时，在一定范围内可以任意姿态进行拍照，而不需要云台，结构简单。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：六自由度全解耦无人机，包括上架板、下架板以及用于连接两者的多组旋桨系统，多组旋桨系统沿周向依次设置在上架板与下架板之间，所述上架板的顶部设置有飞行控制器和gps模块，下架板的底部设置有用于为该无人机供电的电池，所述旋桨系统包括舵机、桨臂以及桨臂套筒，桨臂的其中一端间隔套设有两个轴承，桨臂套筒套设在桨臂的外侧且桨臂套筒位于两个轴承之间，两个轴承的外侧均设置有用于连接上架板与下架板的轴承座，桨臂的另一端在端部位置处对称设置有两个电机，两个电机的输出端均连接有螺旋桨；

桨臂套筒与连杆的一端绞接，连杆的另一端与舵机臂的一端绞接，舵机臂的另一端与舵机的输出端相连。

进一步的，所述舵机设置在上架板的顶部，舵机的输出端、桨臂以及桨臂套筒三者的中心轴线重合。

进一步的，所述上架板在桨臂套筒正上方的位置处开设有用于连杆穿过的通孔。

进一步的，所述桨臂套筒的外壁上一体设置有弧形座，该弧形座与连杆的一端绞接。

进一步的，对称设置在所述桨臂端部两侧的两个电机的转速大小相同，方向相反，用于抵消扭矩。

进一步的，所述的两个电机均安装在电机安装座上，两个电机安装座通过卡设在桨臂端部的管夹相连。

进一步的，所述的旋桨系统设置有三组，其中的两组旋桨系统对称设置在下架板的左、右两侧，另一组旋桨系统设置在下架板的后侧并与所述的其中两组旋桨系统均垂直设置。

进一步的，所述下架板的底部设置有用于支撑该无人机的脚架。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中的桨臂为可旋转桨臂，前侧两个桨臂共轴线，后侧一个桨臂垂直于前侧两个桨臂的共轴线；该无人机中的一组螺旋桨由共轴线的双螺旋桨及对转电机组成，双螺旋桨的桨距相同，且共轴线的上、下两个电机的转速大小相同，方向相反，用于抵消扭矩；本发明通过舵机的驱动，旋转桨臂改变螺旋桨与上机架或下机架所在平面的角度，加上螺旋桨升力的配合从而实现解耦的目的；该无人机在一定范围内，可以独立的实现空间六个自由度的单独运动；该无人机应用于航拍时，在一定范围内，可以任意姿态进行拍照，而不需要云台，结构简单；该无人机结构简洁巧妙，易于实施推广应用。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是图1的爆炸示意图；

图3是本发明中旋桨系统的结构示意图；

图4是本发明中舵机、舵机臂、连杆、桨臂套筒以及桨臂的连接关系示意图；

图中标记：1、上架板，2、下架板，3、旋桨系统，301、舵机，302、桨臂，303、桨臂套筒，304、轴承座，305、电机，306、螺旋桨，307、弧形座，308、电机安装座，309、管夹，4、飞行控制器，5、gps模块，6、电池，7、连杆，8、舵机臂，9、通孔，10、脚架。

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部分实施例，而不是全部的实施例，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。

如图1所示，一种六自由度全解耦无人机，包括上架板1、下架板2以及用于连接两者的多组旋桨系统3，上架板1与下架板2的结构相同且平行设置，多组旋桨系统3沿周向依次设置在上架板1与下架板2之间，所述上架板1的顶部设置有飞行控制器4和gps模块5，飞行控制器4的主要的功能是自动保持飞机的正常飞行姿态；gps模块用于对无人机进行精密定位，并将定位结果显示在电子地图上，根据无人机动态航迹与计划航线的偏差对无人机的飞行进行修正。下架板2的底部设置有用于为该无人机供电的电池6，所述旋桨系统3包括舵机301、桨臂302以及桨臂套筒303，桨臂302的其中一端间隔套设有两个轴承，桨臂套筒303套设在桨臂302的外侧且桨臂套筒303位于两个轴承之间，两个轴承的外侧均设置有用于连接上架板1与下架板2的轴承座304，轴承座304在与上架板1和下架板2相连时均采用螺钉固定连接，桨臂302的另一端在端部位置处对称设置有两个电机305，两个电机305的输出端均连接有螺旋桨306；

桨臂套筒303与连杆7的一端绞接，连杆7的另一端与舵机臂8的一端绞接，舵机臂8的另一端与舵机301的输出端相连。

进一步优化本方案，所述舵机301设置在上架板1的顶部，舵机301的输出端、桨臂302以及桨臂套筒303三者的中心轴线重合，所述上架板1在桨臂套筒303正上方的位置处开设有用于连杆7穿过的通孔9，此处需要说明的是，舵机301不局限于安装在上架板1的顶部，其亦可安装在下架板2的底部，若其安装在下架板2的底部，则通孔9对应安装在下架板2上。

进一步优化本方案，所述桨臂套筒303的外壁上一体设置有弧形座307，该弧形座307与连杆7的一端绞接。

进一步优化本方案，对称设置在所述桨臂302端部两侧的两个电机305的转速大小相同，方向相反，可以抵消反扭矩，两个电机305的中心轴线重合且分别安装在两个电机305上的螺旋桨的306桨距相同。

进一步优化本方案，所述的两个电机305均安装在电机安装座308上，两个电机安装座308通过卡设在桨臂302端部的管夹309相连，此处管夹309由两个夹板组成，两个夹板相靠近的一侧共同设置有半圆形的夹孔，两个夹板共同围成用于固定桨臂302的圆形孔，两个电机安装座308与两个夹板通过若干个连接轴相连，实现桨臂302与两个电机安装座308的同步运动。

进一步优化本方案，所述的旋桨系统3设置有三组，其中的两组旋桨系统3对称设置在下架板2的左、右两侧，另一组旋桨系统3设置在下架板2的后侧并与所述的其中两组旋桨系统3均垂直设置，具体地说，其中两组旋桨系统3中的桨臂302共轴线，另一组旋桨系统3中的桨臂302与其中两组旋桨系统3中的桨臂302均垂直设置。

进一步优化本方案，所述下架板2的底部设置有用于支撑该无人机的脚架10。

该无人机中的一组螺旋桨由共轴线的双螺旋桨及对转电机组成，双螺旋桨的桨距相同，且共轴线的上、下两个电机的转速大小相同，方向相反，用于抵消扭矩；该无人机的桨臂为可旋转桨臂，通过舵机的驱动，旋转桨臂改变螺旋桨与上机架或下机架所在平面的角度，加上螺旋桨升力的配合从而实现解耦的目的；该无人机在一定范围内，可以独立的实现空间六个自由度的单独运动；该无人机应用于航拍时，在一定范围内中可以任意姿态进行拍照，而不需要云台，结构简单；该无人机结构简洁巧妙，易于实施推广应用。

本发明实现六自由度全解耦的原理如下：六自由度全解耦，指的是改变其中一个自由度，而不影响其他自由度的变化。

舵机301的输出端与舵机臂8相连，舵机臂8与连杆7的一端铰接，连杆7的另一端与桨臂套筒303铰接，桨臂套筒303通过螺钉与桨臂固联，当舵机301的输出端转动时，带动舵机臂8转动，舵机臂8推动连杆7摆动，连杆7摆动带动桨臂套筒303转动，桨臂套筒303与桨臂302固联，从而带动桨臂302旋转，桨臂302旋转后改变了螺旋桨306与上机架1或下机架2所在平面的角度，改变螺旋桨306的升力大小与方向。

无人机纵向移动（向前移动）时，前侧两个舵机301转动相同的角度，改变前侧的两组螺旋桨306与上机架1和下机架2所在平面的角度，即前侧的两组桨臂同时朝前旋转，前侧的两组桨臂302竖直分力与后侧的一组桨臂302的合力与重力平衡，前进的动力由前侧的两组桨臂水平分力产生，此时无人机只改变纵向方向的一个自由度，不影响其他自由度的变化，实现六自由度全解耦。

无人机沿竖直方向移动时，即无人机竖直起飞与降落时，只改变螺旋桨升力的大小，无人机的三组桨臂均不发生旋转，竖直方向的自由度发生改变。

无人机沿横向移动时，前侧的两组桨臂302反向（即向后）转动，产生一个旋转力矩，而后侧的一组桨臂旋转的方向与力矩相反抵消力矩仅剩横向力。

无人机进行俯仰变化时，前侧的两组桨臂302同时向前旋转，前侧的两组桨臂水平分力与后侧的一组桨臂水平分力相抵消，使机身倾斜达到无人机俯仰变化。

无人机进行横滚变化时，无人机的横滚是基于横向移动的原理，横向力与垂直力的合力与重力平衡，使机身横向横向倾斜达到无人机横滚的目的。

无人机进行偏航变化时，三组桨臂均朝一个方向旋转，产生旋转力矩，使无人机偏航。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。