CN104787318A - 一种具有载重长时飞行的多旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明适用于遥控机器人领域，提供了一种具有载重长时飞行的多旋翼的无人机，该无人机包括：飞行装置及遥控器，所述遥控器通过无线通信连接所述飞行装置并控制飞行装置；通过遥控设置参数使所述飞行装置能够自由的在设定区域内做运动。提升多旋翼无人机载重几倍，同时载重能力提升，可以增加电池的容量，从而空中飞行时间延长数倍，成本只增加了30-50%，而载重提升几倍。满足客户对低成本高性能的需求，确保安全的前提下，实现载人飞行。

Description

一种具有载重长时飞行的多旋翼无人机

技术领域

本发明属于遥控机器人领域，尤其涉及一种具有载重多旋翼的无人机。

背景技术

我国作为农业大国，农作物病虫害的防治、施肥任重而道远，往往像水稻等类似的农药喷洒一直都是人力有所不及。多旋翼飞行器因其安全性和易用性、检查维护简单、起降条件很低，只要十平方米大的平地就够了，操纵简单，一个人只需半天就学会，稳定飞行等特性，携带药液、叶面肥进行低空喷洒（比农作物高2米），也可进行水稻、牧草、造林等飞播作业。也就是说对液体、粉剂、固体都可投放，还可以辅助授粉，甚至携带病虫色谱摄影设备对大面积植被进行病虫害监测和预警。因带独特喷头设计的多旋翼无人机有以下突出优点：便携，投放准确（比无人直升机更容易控制高度、速度、喷洒更均匀全覆盖）、超低空作业、作业质量好、无噪音、节约劳动力（相比人工提高功效100到500倍），利用气流作用于作物根部，而且促使作物叶片摆动，使得正反面均可着药，大大提高施药效果，穿透性好，提高农药利用率100倍以上，节约农药十分之九以上，对人员安全性好，是实现统防统治和实施绿色植保，公共植保，创建人和环境友好型社会，实现解决农业生产田间管理现存问题的重大突破，并顺应当前农村土地流转的不断加速，从个人土地向规模化工业化经营转变、农村劳动力减小等社会主流。中国有水稻4.5亿亩，一架飞机的防治面积为1000亩/虫季，那么需要45万架农用无人机，到2025年将超过30万架，超过500亿元市场销售额。但为何多旋翼植保机现在不能大规模推广，农民一提到它就皱眉头，根本缺陷就是现有行业产品载重药水在5公斤到10多公斤，远不能满足实际大容量的50公斤以上的需求。

无人机送货在关键时刻，它的作用远超过它的顾虑，如应急抢险、救援物流，比方说一些抢救药品，比较偏僻的地方，比方说中西部地区车辆坏了或路不通，如果用其他方式不方便的话，用无人机去送。而且物流由城市反攻农村是大势所趋，怪不得现在无人机物流快递风风火火，但它的发展需要解决很多技术、法律、社会问题，但载重量不大是它的最大问题。其他领域要广范使用无人机也有这个类似瓶颈，如消防（也可投送救生圈、灭火材料、救援）、军事（侦查、武器、物资）等。

而且在本产品坐上人或绑吊人，就可以在确保安全的前提下，实现载人飞行，这在电动多旋翼无人机上是创新的飞跃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有载重长时飞行的多旋翼无人机，旨在解决上述的技术问题。

本发明是这样实现的，一种具有载重长时飞行的多旋翼无人机，该无人机包括：飞行装置及遥控器，所述遥控器通过无线通信连接所述飞行装置并控制飞行装置；通过遥控设置参数使所述飞行装置能够自由的在设定区域内做运动；所述飞行装置包括中央处理器、定位系统、遥控接收模块、陀螺仪、若干动力装置及供电装置，所述定位系统的输出端连接所述中央处理器的输入端，所述中央处理器连接所述陀螺仪，所述遥控接收模块的输出端连接所述中央处理器的输入端，所述中央处理器的输出端分别连接若干所述动力装置的控制端，所述供电装置分别电性连接所述中央处理器、定位系统、遥控接收模块、陀螺仪及若干动力装置。

本发明的进一步技术方案是：所述飞行装置上还包括装在重心线上，沿周边机翼水平面镜像的上下各一个垂直机翼；上垂直机翼及下垂直机翼，所述上垂直机翼包括电机及螺旋桨，所述螺旋桨设于所述电机的电机轴上；所述下垂直机翼包括电机及螺旋桨，所述螺旋桨设于所述电机的电机轴上；所述螺旋桨与螺旋桨为一对正反桨，旋转方向相反，转速同步。

本发明的进一步技术方案是：若干所述动力装置以所述中央处理器为圆心成圆形均匀的分布在所述中央处理器周围，所述中央处理器与若干动力装置置于同一个水平面内。

本发明的进一步技术方案是：若干所述动力装置的机翼每四个一组，每个设有电机，所述电机的机轴上设有螺旋桨；四个所述动力装置的机翼通过机架对称连接到该四组的中心点，组成十字形或X字形动力装置的机翼组;十字形或X字形动力装置的机翼组以整个飞行装置中心点对称扩展，所述若干个机翼组通过组连接杆相连；所述组连接杆的中心点与所述整个飞行装置的中心点重叠。

本发明的进一步技术方案是：所述动力装置包括电调或通道、电机或舵机及螺旋桨，所述电调或通道的输出端连接所述电机或舵机的输入端，所述螺旋桨设于所述电机或舵机的机轴上。

本发明的进一步技术方案是：若干所述动力装置的机翼每个沿垂直方向对称上下伸出相同高度的电机轴，在上电机和下电机上均设有一对正反螺旋桨，旋转方向相反，转速同步；其它机翼相同设置。

本发明的进一步技术方案是：所述定位系统包括单位单元及天线，所述定位单元的输入端连接所述天线的输出端。

本发明的进一步技术方案是：该飞行装置还包括机架或机壳，所述中央处理器、定位系统、遥控接收模块、陀螺仪若干电调或通道、电机或舵机及供电装置均设于所述机架或机壳上，所述电机的机轴穿过所述机架或机壳。

本发明的进一步技术方案是：该飞行装置还包括设于两条支脚架，两条所述支脚架设置于飞行装置的下部形成夹角。

本发明的进一步技术方案是：所述动力装置能够以中央处理器为圆点呈几何倍数扩展。

本发明的有益效果是：提升多旋翼无人机载重几倍，同时载重能力提升，可以增加电池的容量，从而空中飞行时间延长数倍，成本只增加了30-50%，完全满足客户实际需求的载重和飞行时间及对低成本高性能的需求，并在确保安全的前提下，实现载人飞行。

附图说明

图1是本发明实施例提供的具有载重长时飞行的多旋翼无人机的电气结构原理图。

图2是本发明实施例提供的具有载重长时飞行的多旋翼无人机的结构图。

图3是本发明实施例提供的具有载重长时飞行的多旋翼无人机的增加机翼结构图。

图4是本发明实施例提供的单体的多旋翼无人机的动力结构图一。

图5是本发明实施例提供的重复对称组合的多旋翼无人机的动力结构图。

图6是本发明实施例提供的单体的多旋翼无人机的动力结构图二。

图7是本发明实施例提供的多旋翼无人机的动力结构图三。

附图标记：1-螺旋桨  2-机翼 3-支脚架  4-天线。

具体实施方式

图1示出了本发明提供的具有载重长时飞行的多旋翼无人机，该无人机包括：飞行装置及遥控器，所述遥控器通过无线通信连接所述飞行装置并控制飞行装置；通过遥控设置参数使所述飞行装置能够自由的在设定区域内做运动；所述飞行装置包括中央处理器、定位系统、遥控接收模块、陀螺仪、若干动力装置及供电装置，所述定位系统的输出端连接所述中央处理器的输入端，所述中央处理器连接所述陀螺仪，所述遥控接收模块的输出端连接所述中央处理器的输入端，所述中央处理器的输出端分别连接若干所述动力装置的控制端，所述供电装置分别电性连接所述中央处理器、定位系统、遥控接收模块、陀螺仪及若干动力装置。

所述飞行装置上还包括装在重心线上，沿周边机翼水平面镜像的上下各一个垂直机翼2；上垂直机翼2及下垂直机翼2，所述上垂直机翼2包括电机及螺旋桨1，所述螺旋桨1设于所述电机的电机轴上；所述下垂直机翼2包括电机及螺旋桨1，所述螺旋桨1设于所述电机的电机轴上；所述螺旋桨1与螺旋桨1为一对正反桨，旋转方向相反，转速同步。

若干所述动力装置以所述中央处理器为圆心成圆形均匀的分布在所述中央处理器周围，所述中央处理器与若干动力装置置于同一个水平面内。

若干所述动力装置的机翼2每四个一组，每个设有电机，所述电机的机轴上设有螺旋桨1；四个所述动力装置的机翼2通过机架对称连接到该四组的中心点，组成十字形或X字形动力装置的机翼组;十字形或X字形动力装置的机翼组以整个飞行装置中心点对称扩展，所述若干个机翼组通过组连接杆相连；所述组连接杆的中心点与所述整个飞行装置的中心点重叠。

所述动力装置包括电调或通道、电机或舵机及螺旋桨1，所述电调或通道的输出端连接所述电机或舵机的输入端，所述螺旋桨1设于所述电机或舵机的机轴上。

若干所述动力装置的机翼每个沿垂直方向对称上下伸出相同高度的电机轴，在上电机和下电机上均设有一对正反螺旋桨1，旋转方向相反，转速同步；其它机翼相同设置。

所述定位系统包括单位单元及天线4，所述定位单元的输入端连接所述天线4的输出端。

该飞行装置还包括机架或机壳，所述中央处理器、定位系统、遥控接收模块、陀螺仪若干电调或通道、电机或舵机及供电装置均设于所述机架或机壳上，所述电机的机轴穿过所述机架或机壳。

该飞行装置还包括设于两条支脚架3，两条所述支脚架3设置于飞行装置的下部形成夹角。

所述动力装置能够以中央处理器为圆点呈几何倍数扩展。

供电装置包括电池、电源转换单元及电源分配单元，所述电池的输出端连接所述电源转换单元的输入端，所述电源转换单元的输出端连接所述电源分配单元的输入端。

（一）、总体设计

一种超大载重及载人多旋翼无人机，充分考虑空气动力学和电机技术，在发明前的图： A为多旋翼轴距，B为中心机架直径，C为螺旋桨直径，D为起落架高度，E为机架高度。

1、机身：增加载重，提高续航时间，必须降低本机的重量。首先机身框架设计，材料采用高强度碳纤维结构，航空铝材CNC，轻质材料。

2、能源：无人飞机动力大致可分为燃油动力、电动和其它三类。其它主要有喷气发动机、涡轮发动机和火箭发动机等几种；而燃油动力是指用汽油、煤油和甲醇等燃料发动机做动力；电动则是指以电池推动电动机做动力的动力系统。相比较而言，前两类是传统的动力系统，其发展几近百年，而电动则是最近几年才发展起来的而且是由于手机厂家为增加待机时间和减轻手机重量，不断推出容量大、体积小、重量轻的锂电池为前提而推广起来的。因此，基于蓄电池的基本特点优势和便捷的可再充电模式，可靠、方便，体积小，故选择锂电池就是本发明设计所使用的动力来源，并给电机等部件工作提供能量。

3、动力系统：目前，微型飞行器的动力装置主要有：电动机或内燃机带动螺旋桨驱动、微型涡轮发动机驱动等。虽然内燃机具有燃料效率高、输出功率大等特点，但是它的调速不方便、启动困难等缺点限制了它在微型飞行器上的应用。微型涡轮发动机从理论上说是最理想的选择，但是世界上对微型涡轮发动机的研究还不足以达到实际应用的水平。而电动机虽然由于电池容量的限制、存在飞行时间短等特点，但是它具有极高的可靠性、低噪音和价格经济等优点，使电动机装螺旋桨在微型飞行器的动力装置中使用最为普遍。

4、飞行控制系统 ：由遥控（通过地面站遥控指令控制）和自主飞行控制（二维、三维或四维）两种。在遥控方式下，地面操作手根据无人机的状态信息和任务要求控制无人机的飞行。在自主控制方式下，飞行控制系统根据传感器获取的飞行器状态信息和任务规划信息自动控制无人机的飞行。在半自主控制方式下，飞行控制系统一方面根据传感器获取的飞行器状态信息和任务规划信息自主控制无人机的飞行，另一方面，接收地面控制站的遥控指令，改变飞行状态。

（二）、分部设计

旋翼无人机是能量源自电池，经过电调、传给电机，直接带动较长的叶片高速旋转，使空气相对叶片快速气流，在翼面上下产生压力差从而获得升力，从而抵抗重力得到飞行。

1、螺旋桨：大载重的用碳纤维桨。载重很大的话可以选择榉木桨，不易变形。螺旋桨规格，一般由4位数字表示，前两位数表示直径，后两位表示螺距。以1060浆为例，10表示桨的直径是10英寸，60表示浆角（螺距，6.0英寸，也就是152.4mm)。

根据流体力学，空气和水不一样，密度不同，水的密度是空气的800倍。空气密度小，为了加快空气向后流动对飞行器的推力，飞行器螺旋桨的空隙是比较大的。如果飞行器桨叶太密，向后的空气流动量就小了。三叶的效率会高，升力比同等两叶要大，但发动机马力要大，桨平衡也很难解决，两叶桨做一次平衡就能配好一对，三叶桨做两次平衡才能配好一组，8轴的话，两叶做8次平衡；太麻烦，故一般采用两叶桨。螺旋桨叶片表面积相对越大，产生推力越大、效率越高。但相对较大的螺旋桨，飞行器飞行起来会很耗电，因为螺旋桨产生的阻力会比较大。所以，选择什么型号的螺旋桨必须根据电机KV值和蓄电池提供的电压及容量进行搭配，尤其是不能选用较高KV值的电机，主要是避免电机连同电调烧掉。    

螺旋桨拉力计算公式为：直径（米)×螺距(米）×浆宽度（米）×转速如P（转/秒）×1大气压力（1标准大气压）×经验系数（0.25）=拉力（公斤），前提是通用比例的浆，精度较好，大气压为1标准大气压，如果高原地区，要考虑大气压力的降低，如西藏，压力在0.6-0.7。1000米以下基本可以取1。例如：100×50的浆，最大宽度10左右，动力伞使用的，转速3000转/分，合50转/秒，计算可得：100×50×10×50P×1×0.00025=31.25公斤。如果转速达到6000转/分，那么拉力等于：100×50×10×100P×1×0.00025=125公斤

3、电调：电调全称电子调速器，英文electronic speed controller,简称ESC。针对电机不同，可分为有刷电调和无刷电调。它根据控制信号调节电动机的转速。本飞行器就是通过遥控对无刷电子调速器的控制以达到调整飞行器的各种飞行姿态和动作。电调参数：输出能力，例如：80A；电调的输出为三～四个舵机供电是没问题的

4、电池：模型动力的电池种类很多，镍氢(Ni-MH)、镍锰(NiOH-MnO2)、锂金属(Li)、锂聚合物（Li-Poly）等电池都行。但为了减少重量，提高电量，我们采用高性能锂聚合物电池组；它的参数：电压+容量+放电倍率，             例如：3S(11.1V),4200mAh,30C

a、电池容量：举例5200mAh，意味着以5.2A电流放电，可以放1小时。

b、放电能力：30C电池，指的是电池的放电能力。对于30C电池，最大持续放电电流为：电池容量X放电C。例如:5200MA,30C电池，则最大的持续电流就是=5.2X30=156A（安培）。如果该电池长时间超过156安或以上电流工作，那么电池的寿命会变短。

C、电压：对于电池的单片电压，充满电时应为4.15-4.20较合适（3S电池，就是3个单片电压串接，就是4.20 V *3个，对应12.6V），用后的最低电压为单片3.7以上（3S对应11.1V，切记不要过放），长期不用的保存电压最好为3.9（3S对应11.7V）。为了提高飞行器续航能力，我们会选择电池容量大的，但本身电池的重量太重，反而降低续航时间。需要注意的是，电池的串联和并联要求单节电池或电池组的性能一致，这是因为在电路中如果有个别电池的电压过低，其它电池就会为它充电，那总电压或总电流就会低于我们的要求，同时也会造成好电池的损坏，这也是为什么锂电池要用平衡充电的原因。充电过程对电池的寿命有相当大的影响。一般来说，电池的充电时间是和充电器的电流相关联的。所以，对于16000mAH的电池，充电电压是它的额定电压，充电器的电流是5000毫安，那么充电时间就等于16000÷5000=3.2小时。但这只是说从零电压充起情况下的，属于理想状态，实际的充电时间还要看蓄电池的时间电量。但这不能说明使用大电流充电就能节约时间，实验证明，大电流充电会对电池的性能造成一定程度的破坏。

5、电机：传统的有刷直流电动机具有有刷换向设备、是以机械方式进行换向，存在噪声、火花及寿命短等缺点。微型无刷直流电动机采用的是电子换向，其输出功率和效率较高，同时噪音小、可控性强、寿命较长并无其他明显缺点，本次设计所选定的是无刷直流电机。它的参数：最大电流(A),最大电压(V), KV值. 例如：2860，最大电流80A, 最大电压17V, 3400KV。

相同的电机,不同的KV值，用的螺旋桨也不一样，每个电机都会有一个推荐的螺旋桨。相对来说螺旋桨配得过小，不能发挥最大推力；螺旋桨配得过大，电机会过热，会使电机退磁，造成电机性能的永久下降；

a、电机KV值：大KV配小桨，小KV配大桨。KV值是每1V的电压下电机每分钟空转的转速，例如KV800,在1V的电压下空转转速是800转每分钟。10V的电压下是8000转每分钟的空转转速。

·      绕线匝数多的，KV值低，最高输出电流小，但扭力大，可带更大的桨，震动也小;

·      绕线匝数少的，KV值高，最高输出电流大，但扭力小，只能带小桨，但效率高;

b、电机型号：定子粗的，力气大。电机型号，如2212，3508，4010，这些数字表示电机定子的直径和高度。前面两位是定子直径，后面两位是定子高度，单位是毫米。前两位越大，电机越肥，后两位越大，电机越高。又大又高的电机，力气大，效率高，价格贵，而且电机自重就会很大。为了驱动力增大，必须将每个单元输出的力a变为n*a，由安培力F=BIL可知，相当于增大了电流或者导线长度，考虑到硅钢片的磁化曲线，为了输出同样的转速和扭矩，缩小电机的半径，即使增加了响应的定子高度，也会造成硅钢片接近磁饱和导致的效率降低、电流增大导致效率降低和绕线困难等问题。所以我们设计采用盘式电机（又名铃铛电机）。电机的槽数理论上是越多越好的。该电机的磁路长度非常短，采用扁平的外形，定子高度也非常小，这样有利于用较小的电流产生较大的扭矩和较低的转速，才能与大直径低转速螺旋桨匹配。

c、电机效率：3~5A，效率高;效率的标注方式是：g/W(克/每瓦）电机的功率和拉力并不是成正比的，也就是说50W的时候450g拉力，100W的时候就不是900g了，可能只有700g。具体效率查电机的效率表。

电机能耗管理：为了节约能耗，提高效率。我们使用比较大直径螺旋桨，从而提高螺旋桨效率和电机效率。现在行业使用的开环方案(飞行控制系统只管控制电调的PWM值，不管电机转速是否随之升高，只是由陀螺仪来判别飞行器的姿态），电机频繁做变速运动引起的额外能量损耗。现在无人机多轴动力系统在微风的时候这部分损耗高达25%左右，风力风向如果剧烈变化这部分损耗则变得更大。为此我们设计电调输出的导线有6根，比较粗一点的应该是电源线，其余四根应为信号线，采用串口或者其他方式与飞行控制系统进行双向通信，飞行控制系统可以给电调发送指令，电调也可以将动力系统的信息（比如电机的转速）反馈给飞行控制系统，这样飞行控制系统对动力系统的控制就是闭环控制。

6、推进系统各部件协调设计：

电池和电调的设计原则：

1）电池电压不能超过电调最高承载电压；

2）电池电流持续输出大于电调最大持续电流输出；

电机承受的电流由电机的负载决定，只要负载功率不超出电机额定，电机就不会有问题，而电池和电调仅提供到达这一负载的功率输出，其能力超过该功率即可，并不代表能力大于该功率的电池电调组合一定会输出最大功率。

电池和电机的原则：

1）电机工作电压由电调决定，而电调电压由电池输出决定，所以电池的电压要等于或小于电机的最大电压；

2）电调最大电压不能超过电机能承受的最大电压；

7、机架的设计：

2kg以下的无人机可以选玻纤机架；2kg以上的用3K碳纤维。

碳纤维复合材料在无人战斗机和直升机上主要应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。碳纤维应宇航工业对耐烧蚀和轻质高强材料的迫切需求发展起来，它主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是继玻璃纤维之后出现的第二代纤维增强复合材料。碳纤维的含碳量在90%以上，具有优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。在2000℃以上高温惰性环境中，碳纤维是唯一的一种强度不下降的物质，更可贵的是，碳纤维与其它材料具有很高的相容性，兼备纺织纤维的柔软可加工性，并且容易复合，具有很大的设计自由度。

由桨长度，计算出机架轴距 = （桨的英寸*25.4/0.8/根号2）*2。

机架轴距计算出 桨的尺寸（英寸） = （机架轴距/2）*根号2*0.8/25.4。

 下面是一些桨和轴距的搭配建议：

       10寸桨搭配轴距450MM机架

       11寸桨搭配轴距500MM机架

       12寸桨搭配轴距550MM机架

       13寸桨搭配轴距600MM机架

       14寸桨搭配轴距650MM机架

       15寸桨搭配轴距680MM机架

       16寸桨搭配轴距720MM机架

       17寸桨搭配轴距780MM机架

       18寸桨搭配轴距820MM机架

       19寸桨搭配轴距860MM机架

       20寸桨搭配轴距900MM机架

机架的平衡设计：

特别是高脚架的无人机，一定要整机的重心落入到飞行器的几何中心。

8、旋翼无人机的动力驱动及平衡设计。

四轴旋翼无人机的动力结构。四轴飞行器其构造特点是在它的四个角上各装有一旋翼，由电机分别带动，叶片可以正转，也可以反转。为了保持飞行器的稳定飞行，在四轴飞行器上装有3个方向的陀螺仪和3 轴加速度传感器组成惯性导航模块，它还通过电调来保证其快速飞行。四个电机轴距几何中心的距离相等, 当对角两个轴产生的升力相同时能够保证力矩的平衡, 四轴不会向任何一个方向倾转; 而四个电机一对正转,一对反转，使得绕竖直轴方向旋转的反扭矩平衡, 保证了四轴航向的稳定。根据四个输入力和六个坐标输出的欠驱动动力学，四个电机的转速做相应的变化即可实现四轴横向、纵向、竖直方向和偏航方向上的运动，见图3；飞行器实现空间6个自由度(分别沿3个坐标轴作平移和旋转运动)的运动。在实际使用情况下,有用的主要运动为沿3个坐标轴作平移运动和绕垂直轴的旋转运动，俯仰运动和翻滚运动为水平运动的诱导运动。四个桨产生的推力, 超过或者低于四轴本身重力的时候能够实现竖直方向上升与下降的运动, 当桨的升力与四轴本身的重力相等的时候即实现悬停。

9、陀螺仪的原理就是一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，用它来保持方向，制造出来的仪器就叫陀螺仪。例如，骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。遥控飞机陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。

多旋翼无人机是一种安装根据几何对称图形来确定数量的动力轴和螺旋桨的可垂直起降的无人飞行系统，也叫多轴飞行器，常见的有4轴、6轴、8轴等无人机。决定多旋翼飞行器旋翼个数的，就是飞行器稳定性、几何尺寸和单发动力性能三者的平衡。数量越多越稳定，而且可以承受双发/单发失效，但相比较旋翼直径的缩小，旋翼中心与飞行器几何中心的距离增加得更快，飞行器的尺寸也就会做得越大。我们发明的多旋翼无人机，它是由CPU、内存、flash、北斗或GPS接收模块及其天线、遥控器接收模块、遥控器RCU、电池、电源转换模块、陀螺仪、各动力轴对应1到n个各级电调或通道和对应电机或舵机及其螺旋桨组成。此飞行器可以外挂很多设备、仪器、工具、武器等用于各种用途。当然也可以外挂我们的载体，如各类运输物资、药水等。为了提升载重，我们通过五种发明方法来实现的：当然下面几种方法可以单独用，也可以混合使用：  

增加载重的方法一、在多旋翼无人机中的几何中心（也是重心垂直上下）位置，朝天的顶部抬高结构），并在其顶端安装一个朝天的电机和对应的螺旋桨，在多旋翼无人机中的重心轴位置，朝地伸向地面方向增加一个对称结构，在结构末端安装一个朝地的同性能但旋转方向相反的电机和对应的螺旋桨，实际旋转方向相反。这两个对称的轴，速度调控完全一样，气流都是对地。

增加载重的方法二、在多旋翼无人机的同心圆边的每个旋翼轴（几轴旋翼飞行器就有几个旋翼轴），面朝地的相反方向离开一段距离，并在这个轴垂直往下的同轴心位置安装一个朝地方向、与其同性能但旋转方向相反的电机轴和对应的螺旋桨，也就是说正好水平镜像。依此把同心圆边的每个旋翼轴都装上镜像的旋翼轴，而且他们的气流都是往下喷气。这对共轴反桨的间距越大越好，这样上下旋翼的气流会相互干扰越小，从而提升效率，使1+1的结果无限接近 2倍的载重能力。

增加载重的方法三、在几何迭代对称的多旋翼无人机设计图。见图3是内圈（用虚线表示），我们称圆a1，图4的2是内圈外第一层同心圆，我们称圆a2。我们设定在圆a1按几何均等设置旋翼数为a1=3、4、6、8、12..的其中一个数，圆a2就是a2=2×a1，或a2=(1／2)×a1，或a2=a1,以此类推an=2×a（n-1），或an=(1／2)×a（n-1），或an=a（n-1）；每个层级圈各轴与隔壁层级圈各轴之间做几何对称结构件连接；每个层级圈可以2种选择：结构件或空，故n个圈有2n个设计图，本设计图没必要一一画出；在此飞行器中心位置的机架和设施，在几何中心点，在全部的旋翼对应的动力轴和螺旋桨，各旋翼的旋转方向按几何图形做正反平衡交替，气流都往地。

增加载重的方法四、的重复对称组合的多旋翼。我们可以认为是一个独立多旋翼无人机的动力结构图，我们用虚线表示他们是一个整体，我们这里以4轴为例，其实6轴、8轴等都可以。然后把这个整体在一个轴线上复制n个整体并按几何对称用2刚性结构排列连接起来；举例我们这里采用了4个独立重复对称组合4轴多旋翼无人机的动力结构，用2刚性结构把他们重复对称排列连接起来，不过飞行器中心位置的机架和设施只用一个，也是此飞行器的几何中心点；在为全部的旋翼对应的动力轴和螺旋桨，各旋翼的旋转方向同单个的独立多旋翼无人机。

增加载重的方法五、一个多旋翼无人机中对称插入几个旋翼的多旋翼无人机的动力结构。见单体的多旋翼无人机图，它是一个独立多旋翼无人机的动力结构图，我们用虚线表示它们是一个整体，我们这里以轴为例，其实4轴、6轴、8轴等都可以。为了增加载重，我们就要增加旋翼的数量，根据螺旋桨的特性，我们复制了6-13，共计8个旋翼，为了增加放置这些新增旋翼的空间，把同心圆变成了椭圆形。用2刚性结构把他们连接起来， 在飞行器中心位置的机架和设施，也是此飞行器的几何中心点；在为全部的旋翼对应的动力轴和螺旋桨，各旋翼的旋转方向按几何图形做正反平衡交替，气流都往地。

载人的方法：如在本发明的5种方法的任何一种超大载重的多旋翼无人机坐上人或绑吊人，就可以在确保安全的前提下，实现载人飞行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有载重长时飞行的多旋翼无人机，其特征在于，该无人机包括：飞行装置及遥控器，所述遥控器通过无线通信连接所述飞行装置并控制飞行装置；通过遥控设置参数使所述飞行装置能够自由的在设定区域内做运动；所述飞行装置包括中央处理器、定位系统、遥控接收模块、陀螺仪、若干动力装置及供电装置，所述定位系统的输出端连接所述中央处理器的输入端，所述中央处理器连接所述陀螺仪，所述遥控接收模块的输出端连接所述中央处理器的输入端，所述中央处理器的输出端分别连接若干所述动力装置的控制端，所述供电装置分别电性连接所述中央处理器、定位系统、遥控接收模块、陀螺仪及若干动力装置。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述飞行装置上还包括装在重心线上，沿周边机翼水平面镜像的上下各一个垂直机翼；上垂直机翼及下垂直机翼，所述上垂直机翼包括电机及螺旋桨，所述螺旋桨设于所述电机的电机轴上；所述下垂直机翼包括电机及螺旋桨，所述螺旋桨设于所述电机的电机轴上；所述螺旋桨与螺旋桨为一对正反桨，旋转方向相反，转速同步。

3.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征在于，若干所述动力装置以所述中央处理器为圆心成圆形均匀的分布在所述中央处理器周围，所述中央处理器与若干动力装置置于同一个水平面内。

4.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征在于，若干所述动力装置的机翼每四个一组，每个设有电机，所述电机的机轴上设有螺旋桨；四个所述动力装置的机翼通过机架对称连接到该四组的中心点，组成十字形或X字形动力装置的机翼组；十字形或X字形动力装置的机翼组以整个飞行装置中心点对称扩展，所述若干个机翼组通过组连接杆相连；所述组连接杆的中心点与所述整个飞行装置的中心点重叠。

5.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述动力装置包括电调或通道、电机或舵机及螺旋桨，所述电调或通道的输出端连接所述电机或舵机的输入端，所述螺旋桨设于所述电机或舵机的机轴上。

6.根据权利要求4或5所述的多旋翼无人机，其特征在于，若干所述动力装置的机翼每个沿垂直方向对称上下伸出相同高度的电机轴，在上电机和下电机上均设有一对正反螺旋桨，旋转方向相反，转速同步；其它机翼相同设置。

7.根据权利要求6所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述定位系统包括单位单元及天线，所述定位单元的输入端连接所述天线的输出端。

8.根据权利要求7所述的多旋翼无人机，其特征在于，该飞行装置还包括机架或机壳，所述中央处理器、定位系统、遥控接收模块、陀螺仪若干电调或通道、电机或舵机及供电装置均设于所述机架或机壳上，所述电机的机轴穿过所述机架或机壳。

9.根据权利要求8所述的多旋翼无人机，其特征在于，该飞行装置还包括设于两条支脚架，两条所述支脚架设置于飞行装置的下部形成夹角。

10.根据权利要求9所述的多旋翼无人机，其特征在于，所述动力装置能够以中央处理器为圆点呈几何倍数扩展。