CN106985997A - 一种隔振微型四旋翼飞行器 - Google Patents
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Abstract
一种隔振微型四旋翼飞行器，涉及无人机技术领域，包括飞行器主体和吊臂结构，所述飞行器主体和所述吊臂结构通过柔性连接件连接，所述飞行器主体部件叠层设置，所述柔性连接件包括弹性导线、弹性绝缘胶带和中空弹性橡胶。本发明通过叠层的安装方式，缩小飞行器主体结构的尺寸；通过上下夹持全柔性连接的电机吊臂结构和将大多数器件安装在飞行器主体上的方式，使以电机为振动源的受迫振动系统的弹性系数和质量得以优化，提高了飞行器的隔振性能，使得传感器数据质量和飞行性能得到提升。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种隔振微型四旋翼飞行器。
背景技术
多轴旋翼飞行器在现有技术中是充分已知的。现在应用最广泛的是四旋翼飞行器，其通过四个布置在同一个平面中，垂直向下作用的旋翼进行飞行控制。这种旋翼布置方式使得飞行器的横滚、俯仰和偏航可以通过各个旋翼的转速变化进行单独地控制。
由于四旋翼飞行器控制简单、运动灵活，它是室内多机编队飞行研究领域的重要平台。室内编队飞行要求个体飞行器尺寸小、有较高飞行性能。但是现有的四旋翼飞行器，有的虽然可以完成自主飞行任务，但是体积过大；有的体积小巧，但是飞行性能较差，多数只能由遥控器控制，不适于研究；所述高飞行性能主要依赖传感器的高性能，这要求减小电机振动对惯性传感器的干扰，但是现有的四旋翼飞行器达到以上高性能要求，需要较为复杂、重量较大的辅助设备，不利于微型化。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种隔振微型四旋翼飞行器，能够兼顾小尺寸、高性能，使飞行器更适用于室内编队飞行研究。
发明内容
有鉴于现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是，在只能使用市场上现有电机、电机驱动电路的限制条件下，如何设计机架和飞行控制系统，使得飞行器在尺寸和重量上达到最小化，同时能保证机载传感器的数据质量。本发明目的在于提供一种隔振微型四旋翼飞行器，具有体积小、重量轻、灵活度高、传感器数据质量高的特点。
本发明中所说的“上”指的是当隔振微型四旋翼飞行器被放置在地面上时背离地面的方向，本发明中所说的“下”指的是当隔振微型四旋翼飞行器被放置在地面上时面向地面的方向。
为实现上述目的，本发明提供了一种隔振微型四旋翼飞行器，包括飞行器主体和吊臂结构，所述飞行器主体和所述吊臂结构通过柔性连接件连接，所述飞行器主体部件叠层设置，所述柔性连接件包括弹性导线6、弹性绝缘胶带7和中空弹性橡胶10。
进一步地，所述飞行器主体包括飞行控制系统3，螺柱4,电机驱动电路5，电池托板9，电池11和尼龙系带12，所述飞行控制系统3、电机驱动电路5和电池托板9通过螺柱4连接，所述电池11通过所述尼龙系带12与所述电池托板9连接。
进一步地，所述电池托板9为飞行器主体的基础，所述电池托板9为碳纤维板，设置有螺柱安装孔、中空弹性橡胶连接孔，所述电池托板9上方通过螺柱4连接电机驱动电路5，所述电机驱动电路5上方通过延伸的螺柱4叠层安装飞行控制系统3，所述飞行控制系统3方便更换，电池托板9能够拓展安装点位，使该四旋翼飞行器有很好的拓展性。
进一步地，所述电池托板9上还设置有尼龙系带槽，尼龙系带12通过所述尼龙系带槽在所述电池托板9的下方挂载电池11，通过将电池这种重量大的器件安装在飞行器主体上，使得飞行器主体-柔性连接件这一受迫振动系统的质量最大化，极大提升飞行器主体隔离吊臂结构振动的性能；另外，该电池方便拆装，使该四旋翼飞行器能够模块化。
在本发明的较佳实施方式中，所述吊臂结构包括旋翼1，无刷电机2和单层吊臂板件8，所述无刷电机2设置在单层吊臂板件8末端上，所述旋翼1安装在所述无刷电机2上。
进一步地，所述单层吊臂板件8为吊臂结构的基础，所述单层吊臂板件8的4个末端分别设有所述无刷电机2的安装点位，对角的两个所述无刷电机2安装点中心的距离仅为160mm，每台所述无刷电机2上装有所述旋翼1；飞行控制系统3、电机驱动电路5、电池托板9与单层吊臂板件8各占一层，设置为叠层结构，缩短对角无刷电机的轴线距离，减轻了整机重量，实现了四旋翼飞行器微型化。
进一步地，所述单层吊臂板件8为碳纤维板件，呈十字形，在所述单层吊臂板件8的中心部分设置有中空弹性橡胶连接孔和通孔，所述通孔的位置设置为避开飞行器主体的螺柱。
进一步地，所述中空弹性橡胶10通过所述单层吊臂板件8上开设的中空弹性橡胶连接孔连接所述单层吊臂板件8与其下方的电池托板9；单层吊臂板件8与其下方电池托板9的对应中空弹性橡胶连接孔存在一定水平方向的偏移，使得中空弹性橡胶10呈一定安装倾角，有利于侧向隔振。
进一步地，吊臂结构的4台所述无刷电机2与所述单层吊臂板件8上方的电机驱动电路5通过四组共12根不同方向排布的弹性导线6连接。
进一步地，所述单层吊臂板件8与所述弹性导线6通过弹性绝缘胶带7连接，中空弹性橡胶10、所述弹性导线6、所述弹性绝缘胶带7组成的柔性连接组件在上下两个方向夹持吊臂结构，使得单层吊臂板件8可以在电池托板9与电机驱动电路5之间，在螺柱4不与单层吊臂板件8上的通孔边缘接触的范围内运动；这种连接方式为上下夹持式全柔性连接，极大地将吊臂结构上的电机所产生的振动与飞行器主体相隔离，同时保证了飞行器拥有一定的结构刚度，也有利于飞行器意外跌落时减小冲击损伤。
进一步地，所述飞行控制系统3上方能够直接粘连在外部视觉环境下室内飞行所需的红外反射元件。
进一步地，所述电池托板9能够根据特定功能拓展其他设备的安装点位。
本发明的有益效果是：
1、这种隔振微型四旋翼飞行器在使用现有无刷电机和电机驱动电路的限制条件下，通过叠层结构，缩短了对角无刷电机的轴线距离，减轻了整机重量，实现了微型化；
2、这种隔振微型四旋翼飞行器通过吊臂结构下方的中空弹性橡胶，以及吊臂结构上方的弹性导线、弹性绝缘胶带，将吊臂结构与飞行器主体相连，这种连接方式为上下夹持式全柔性连接，极大地将吊臂结构上的电机所产生的振动与飞行器主体相隔离，同时保证了飞行器拥有一定的结构刚度，也有利于飞行器意外跌落时减小冲击损伤；
3、这种隔振微型四旋翼飞行器将电池等重量大的器件安装在飞行器主体上，使得飞行器主体-柔性连接件这一受迫振动系统的质量最大化，极大提升飞行器主体隔离吊臂结构振动的性能；
4、该隔振微型四旋翼飞行器的电池方便拆装，飞行控制系统方便更换，电池托板可拓展安装点位，兼顾了模块化与可拓展性。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的立体结构图；
图2是本发明的一个较佳实施例的侧视图；
图3是本发明的一个较佳实施例的俯视图；
其中：1、旋翼，2、无刷电机，3、飞行控制系统，4、螺柱，5、电机驱动电路，6、弹性导线，7、弹性绝缘胶带，8、单层吊臂板件，9、电池托板，10、中空弹性橡胶，11、电池，12、尼龙系带。
具体实施方式
以下结合附图对本发明涉及的一种隔振微型四旋翼飞行器的优选实施例做了详细描述，但本发明并不仅限于该实施例。为了是公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节。
如图1和图2所示，一种隔振微型四旋翼飞行器，包括飞行器主体和吊臂结构，飞行器主体和吊臂结构通过弹性导线6、弹性绝缘胶带7和中空弹性橡胶10连接。飞行器主体包括飞行控制系统3，螺柱4,电机驱动电路5，电池托板9，电池11，尼龙系带12，飞行控制系统3，电机驱动电路5和电池托板9通过4根螺柱4连接，电池11通过尼龙系带12与电池托板9连接。
如图1和图2所示，电池托板9为飞行器主体的基础，电池托板9为1mm厚度的圆形碳纤维板，其上有4个3mm螺柱安装孔、5个中空弹性橡胶连接孔，电池托板9上方通过4根螺柱4连接电机驱动电路5，电机驱动电路5上方通过延伸的4根螺柱4叠层安装飞行控制系统3，以4根螺柱4为顶点形成的正方形边长为30mm。电池托板9上还设置有2条尼龙系带槽，尼龙系带12通过尼龙系带槽在电池托板9的下方挂载电池11。
如图1和图3所示，单层吊臂板件8为吊臂结构的基础，吊臂结构包括4个旋翼1，4个无刷电机2和单层吊臂板件8，无刷电机2设置在单层吊臂板件8末端上，旋翼1安装在无刷电机2上。单层吊臂板件8的4个末端分别设有无刷电机2的安装点位，对角的两个无刷电机2安装点中心的距离仅为160mm，每台无刷电机2上装有旋翼1，旋翼1的直径为10.2mm。
单层吊臂板件8为2mm厚碳纤维板件，呈十字形，在单层吊臂板件8的中心部分有5个中空弹性橡胶连接孔和4个通孔，通孔的设置避开飞行器主体的螺柱。中空弹性橡胶10通过单层吊臂板件8上开设的呈十字型设置的中空弹性橡胶连接孔连接单层吊臂板件8与其下方的电池托板9。单层吊臂板件8与其下方电池托板9的对应中空弹性橡胶连接孔存在一定水平方向的偏移，使得中空弹性橡胶10呈一定安装倾角，有利于侧向隔振。吊臂结构的4台无刷电机2与单层吊臂板件8上方的电机驱动电路5通过四组共12根不同方向排布的弹性导线6连接。单层吊臂板件8与弹性导线6通过弹性绝缘胶带7连接，中空弹性橡胶10、弹性导线6、弹性绝缘胶带7组成的柔性连接组件在上下两个方向夹持吊臂结构，使得单层吊臂板件8可以在电池托板9与电机驱动电路5之间，在螺柱4不与单层吊臂板件8上的通孔边缘接触的范围内运动。
本发明提供的隔振微型四旋翼飞行器在飞行控制上的方案与常见的“十”字形四旋翼飞行器无异，但是本发明所述隔振微型四旋翼飞行器通过叠层结构设计，使得其轴距仅160mm，含电池重量仅220g，方便从手掌上抛掷起飞，更适合室内等狭小空间飞行，进行空翻等特技动作时比常见尺寸的四旋翼飞行器响应更快；上下夹持的柔性连接方式在各向刚度与柔性之间达到较优的平衡，同时更多重量集中在飞行器主体上，使得飞行器主体-柔性连接组件这一受迫振动系统的弹性系数和质量属性最有利于隔离振动，使得位于飞行器主体上的加速度计、陀螺仪传感器受电机振动的干扰最小，此外，柔性结构也有利于飞行器意外跌落时减小冲击力对飞行器的损伤。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种隔振微型四旋翼飞行器，其特征在于，包括飞行器主体和吊臂结构，所述飞行器主体和所述吊臂结构通过柔性连接件连接，所述飞行器主体部件叠层设置，所述柔性连接件包括弹性导线(6)、弹性绝缘胶带(7)和中空弹性橡胶(10)。
2.如权利要求1所述的隔振微型四旋翼飞行器，其特征在于，所述飞行器主体包括飞行控制系统(3)，螺柱(4),电机驱动电路(5)，电池托板(9)，电池(11)，尼龙系带(12)，所述飞行控制系统(3)、电机驱动电路(5)和电池托板(9)通过螺柱(4)连接，所述电池(11)通过所述尼龙系带(12)与所述电池托板(9)连接。
3.如权利要求2所述的隔振微型四旋翼飞行器，其特征在于，所述电池托板(9)为碳纤维板，设置有螺柱安装孔、中空弹性橡胶连接孔，所述电池托板(9)上方通过螺柱(4)连接电机驱动电路(5)，所述电机驱动电路(5)上方通过延伸的螺柱(4)叠层安装飞行控制系统(3)。
4.如权利要求3所述的隔振微型四旋翼飞行器，其特征在于，所述电池托板(9)上还设置有尼龙系带槽，尼龙系带(12)通过所述尼龙系带槽在所述电池托板(9)的下方挂载电池(11)。
5.如权利要求1所述的隔振微型四旋翼飞行器，其特征在于，所述吊臂结构包括旋翼(1)，无刷电机(2)和单层吊臂板件(8)，所述无刷电机(2)设置在单层吊臂板件(8)末端上，所述旋翼(1)安装在所述无刷电机(2)上。
6.如权利要求5所述的隔振微型四旋翼飞行器，其特征在于，所述单层吊臂板件(8)的4个末端分别设有所述无刷电机(2)的安装点位，对角的两个所述无刷电机(2)安装点中心的距离仅为160mm，每台所述无刷电机(2)上装有所述旋翼(1)。
7.如权利要求5所述的隔振微型四旋翼飞行器，其特征在于，所述单层吊臂板件(8)为碳纤维板件，呈十字形，在所述单层吊臂板件(8)的中心部分设置有中空弹性橡胶连接孔和通孔，所述通孔的位置设置为避开飞行器主体的螺柱。
8.如权利要求7所述的隔振微型四旋翼飞行器，其特征在于，所述中空弹性橡胶(10)通过所述单层吊臂板件(8)上开设的中空弹性橡胶连接孔连接所述单层吊臂板件(8)与其下方的电池托板(9)。
9.如权利要求8所述的隔振微型四旋翼飞行器，其特征在于，吊臂结构的所述无刷电机(2)与所述单层吊臂板件(8)上方的电机驱动电路(5)通过弹性导线(6)连接。
10.如权利要求9所述的隔振微型四旋翼飞行器，其特征在于，所述单层吊臂板件(8)与所述弹性导线(6)通过弹性绝缘胶带(7)连接，中空弹性橡胶(10)、所述弹性导线(6)、所述弹性绝缘胶带(7)组成的柔性连接组件在上下两个方向夹持吊臂结构。
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