CN107082116A - 一种diy教育三轴飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DIY教育三轴飞行器，该飞行器包括外壳部分和电路部分，其中外壳部分包括上壳、底壳、螺旋桨机架与中心垫板，上壳固定在底壳的上方，螺旋桨机架的一端固定在底壳上，另一端由底壳向外呈辐射状延伸；中心垫板设置在上壳与底壳之间；电路部分包括控制部分和动力部分，控制部分由分电板、飞控和接收机组成，通过焊接和杜邦线将分电板、飞控和接收机各模块连接在一起，起到对三轴飞行器无刷电机和舵机的控制作用，接收机用于接收遥控器信号；动力部分由分螺旋桨、无刷电机和电子调速器组成，通过焊接的方式进行连接，通过飞控的控制，电子调速器调速带动无刷电机的旋转，让螺旋桨产生一个升力，使三轴飞行器进行飞行。

Description

一种DIY教育三轴飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种DIY教育三轴飞行器。

背景技术

旋翼飞行器顾名思义就是装有旋翼、主要靠旋冀产生升力作为主要动力来源的飞行器的总称。由于旋翼的构造特点及其动力学特性使得旋翼飞行器均具有固定翼飞行器所不能比拟的特性，如低空飞行，悬停，左右侧飞等。旋翼飞行器的种类也很多，从功能上有航拍、农业喷洒、搜救、特技表演等；从旋翼数量，主要有三轴、四轴、六轴、八轴等。

多旋翼飞行器除了作为成型的工业产品之外，也深受航模迷、玩家和创客们的喜爱。模块化、开源化的各个组件，使得任何人都可以动手制作自己的多旋翼飞行器。

其中，三轴飞行器与四轴飞行器最为流行，这主要是因为其结构简单、原理易于理解。

现有技术中，四轴飞行器的四个电机分布在飞行器的四个角，对角线上的两个电机转向相同，同一侧的电机转向相反，巧妙的抵消了反向扭矩。

三轴飞行器则不同，三轴飞行器的三个电机位于三个顶点，构成等边三角形的形状。其电机布置也分为两种，一种使用三组共轴旋翼，达到抵消反扭矩的目的，另一种最为常用，也就是在尾部旋翼增加舵机，使尾部旋翼有一定的倾角，以此来平衡扭矩。

并且，三轴飞行器相比四轴飞行器更加适合用来航拍，一是120度的前视野相比四轴飞行器的90度更加宽广，二是在调整飞行姿态时，三轴飞行器的尾旋翼角度改变是需要一定时间的，而非像四轴飞行器那样瞬间改变转速，可以造成一种人工拍摄或自动补摄的感觉。

所以，申请人选择研发DIY三轴飞行器。三轴飞行器结构简单、原理易于理解、便于航拍、小巧轻便等特点，是其能够成为教育产品的重要因素。

现今，多旋翼飞行器虽深受人们喜爱，被广泛应用于各行各业，但仍未涉足教育行业。原因主要集中在成本过高、DIY难度过高、操作难度高、存在安全隐患等，其实际教学意义也并没有完整的定义。

多旋翼飞行器使用了多个电机、包含了多个传感器(如GPS、气压、角度、角速度传感器等)、装备了多次充放电的大容量锂电池、复杂的操作台(遥控器)等。这一切使得多旋翼飞行器的价格不菲。然后，这一切复杂的结构，也使其有一定的制作难度和操作难度。并且，高速旋转的螺旋桨也有一定的危险性，如果使用不当，也会造成安全事故。其教学意义的不明确，也是教育行业尚未接纳这个新鲜实物的原因之一。

在教学中，成本过高、难度过大、教学意义不明确等都意味着难以推广，而安全隐患则使得其无法应用于教学。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种DIY教育三轴飞行器，该DIY教育三轴飞行器采用舵机控制尾旋翼角度的设计，使得其结构简单。并且，模块化的设计，使得飞行器具备极高的可复制性，大大降低了成本。本发明将三轴飞行器模块化，分为各个组件，并且提供详细的教学指导，如手册、视频、课程等，极大的降低了DIY组装的难度，使得未成年的学生也可以在指导下完成自己的飞行器。同时也提供完善的操作指导，包括手册、视频、课程等。而且会提供飞行模拟器，用来进行飞行练习，从而降低操作门槛，使得操作也变得易于掌握。

为实现上述目的，本发明所述的DIY教育三轴飞行器包括外壳部分和电路部分，其中所述的外壳部分包括上壳、底壳、螺旋桨机架与中心垫板，上壳固定在底壳的上方，螺旋桨机架的一端固定在底壳上，另一端由底壳向外呈辐射状延伸；中心垫板设置在上壳与底壳之间；所述的电路部分包括控制部分和动力部分，所述的控制部分由分电板、飞控和接收机组成，通过焊接和杜邦线将分电板、飞控和接收机各模块连接在一起，起到对三轴飞行器无刷电机和舵机的控制作用，接收机用于接收遥控器信号；所述的动力部分由分螺旋桨、无刷电机和电子调速器组成，通过焊接的方式进行连接，通过飞控的控制，电子调速器调速带动无刷电机的旋转，让螺旋桨产生一个升力，使三轴飞行器进行飞行。

所述的上壳采用3D打印技术完成，上壳的外部采用轻弧度的形状设计以降低空气阻力，上壳的内部设有多个卡槽用来固定电子调速器、无刷电机与电源线的位置。

所述的底壳包括底壳电路部分和底壳电池部分，底壳电路部分内部设置有放置电路部分的位置，底壳电池部分内部设置有存放电池的位置，底壳也采用3D打印技术完成，底壳采用双凹面的形状设计。

所述的螺旋桨机架包括两个前端机架和一个尾端机架；两个前端机架的结构相同并且两个前端机架之间的夹角为120°；尾端机架与相邻的前端机架之间的夹角也为120°；尾端机架比前端机架多出了一个舵机的位置，舵机用来控制尾部螺旋桨的左右摆动，实现控制三轴飞行器左右飞行的目的；两个前端机架和一个尾端机架都高于底壳，在三轴飞行器降落时能起到缓冲作用，减轻控制器部分在降落时受的伤害。

所述的中心垫板将三轴飞行器的飞控、分垫板和接收机垫高，中心垫板与底壳之间限定出用来保护电路的空间。

所述的螺旋桨机架与中心垫板全部采用3D打印技术完成。

所述的DIY教育三轴飞行器还装备有保护框，避免由于螺旋桨桨叶的高速旋转和操作不当造成伤害。

所述的DIY教育三轴飞行器还装备有防护网和护目镜；护目镜用于防止飞行器的撞击对用户的面部造成伤害；防护网将飞行器置于一个空间内，防护网的四壁及顶部由疏密适当的网遮挡，将飞行器与外界隔离，在训练中保障安全性。

本发明具有如下优点：本发明所述的DIY教育三轴飞行器与现有技术相比，采用舵机控制尾旋翼角度的设计，使得其结构简单。并且，模块化的设计，使得飞行器具备极高的可复制性，大大降低了成本。三轴飞行器本身就是多旋翼飞行器中相对简单的一种，其原理也易于理解。本发明将三轴飞行器模块化，分为各个组件，并且提供详细的教学指导，如手册、视频、课程等，极大的降低了DIY组装的难度，使得未成年的学生也可以在指导下完成自己的飞行器。同时也提供完善的操作指导，包括手册、视频、课程等。而且会提供飞行模拟器，用来进行飞行练习，从而降低操作门槛，使得操作也变得易于掌握。

为了消除安全隐患，本发明提供全面的保护措施，主要分为三部分：

首先，在教学实施过程中，通过课程，使得学习者明白飞行器并非玩具，需要小心使用。使得其在飞行前建立起对飞行器的敬畏感，以便在将来的课程中能够认真、严谨、小心的使用飞行器。

其次，飞行器本身为轻量级小型飞行器，体积、重量、桨叶直径都相对较小，降低危险性。并且会装备保护框，避免桨叶与其他物体的接触，使得飞行器变得更加安全，避免由于桨叶的高速旋转和操作不当造成的伤害。

最后，还会提供额外的保护装备，如防护网、护目镜等。护目镜防止飞行器的撞击对面部造成的伤害，进一步保障安全性。防护网更是飞行训练的必备装备，将飞行器置于一个空间内，四壁及顶部由疏密适当的网遮挡，将飞行器与外界隔离，在训练中保障绝对的安全性。

本发明所述的DIY教育三轴飞行器虽为教学飞行器，但同样具备了一定的承载力，可以进行第一视角驾驶、航拍等任务。通过完善的课程、教材、教案、训练指导等，使得三轴飞行器从制作到飞行的过程具备教育意义，可以实际的应用于学校或机构的教学中去。

附图说明

图1是本发明所述的DIY教育三轴飞行器的上壳结构示意图。

图2是所述的DIY教育三轴飞行器的底壳电路部分结构示意图。

图3是所述的DIY教育三轴飞行器的底壳电池部分结构示意图。

图4是所述的DIY教育三轴飞行器的前端机架结构示意图。

图5是所述的DIY教育三轴飞行器的尾端机架结构示意图。

图6是所述的DIY教育三轴飞行器的中心垫板结构示意图。

图7是所述的DIY教育三轴飞行器的控制部分结构示意图。

图8是所述的DIY教育三轴飞行器的动力部分结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至图8所示，本发明所述的DIY教育三轴飞行器包括外壳部分和电路部分，其中所述的外壳部分包括上壳、底壳、螺旋桨机架与中心垫板，上壳固定在底壳的上方，螺旋桨机架的一端固定在底壳上，另一端由底壳向外呈辐射状延伸；中心垫板设置在上壳与底壳之间；所述的电路部分包括控制部分和动力部分，所述的控制部分由分电板、飞控和接收机组成，通过焊接和杜邦线将分电板、飞控和接收机各模块连接在一起，起到对三轴飞行器无刷电机和舵机的控制作用，接收机用于接收遥控器信号；所述的动力部分由分螺旋桨、无刷电机和电子调速器组成，通过焊接的方式进行连接，通过飞控的控制，电子调速器调速带动无刷电机的旋转，让螺旋桨产生一个升力，使三轴飞行器进行飞行。

上壳、底壳、螺旋桨机架与中心垫板全部采用3D打印技术完成。

如图1所示，所述的上壳采用3D打印技术完成，上壳的外部采用了一种轻弧度的形状设计，这样能更好的降低空气阻力，它的内部设有许多卡槽用来固定电调、电机与电源线的位置。

如图2和3所示，所述的底壳包括底壳电路部分和底壳电池部分，底壳电路部分内部设置有放置电路部分的位置，底壳电池部分内部设置有存放电池的位置，底壳也采用3D打印技术完成，底壳的结构相比于上壳更加复杂。它是一个双凹面的形状设计，这是为了在保证电路和电池有足够的放置空间的前提下尽可能的减小三轴飞行器的体积。

如图4和5所示，所述的螺旋桨机架包括两个前端机架和一个尾端机架；两个前端机架由于左右是相同的所以用一张图(图4)表示，尾端机架如图5所示。两个前端机架的结构相同并且两个前端机架之间的夹角为120°；尾端机架与相邻的前端机架之间的夹角也为120°；尾端机架和前端两个机架不同之处在于它多出了一个舵机的位置，它的作用是用来控制尾部螺旋桨的左右摆动，起到控制三轴飞行器左右飞行的目的。三个机架都要略高于底壳，这样在三轴飞行器降落时能起到一个缓冲作用，减轻控制器部分在降落时受的伤害。

如图6所示，无人机的中心垫板部分将三轴飞行器的飞控、分垫板、接收机垫高，与底壳产生一定空间来保护电路。

所述的DIY教育三轴飞行器还装备有保护框，避免桨叶与其他物体的接触，使得飞行器变得更加安全，避免由于桨叶的高速旋转和操作不当造成的伤害。

所述的DIY教育三轴飞行器还装备有额外的保护装备，如防护网、护目镜等。护目镜防止飞行器的撞击对面部造成的伤害，进一步保障安全性。防护网更是飞行训练的必备装备，将飞行器置于一个空间内，四壁及顶部由疏密适当的网遮挡，将飞行器与外界隔离，在训练中保障绝对的安全性。

本发明所述的DIY教育三轴飞行器带来的有益效果包括：

1、体积较小，易于携带；

2、具备第一视角驾驶、航拍等功能；

3、可DIY制作，完备教程，具备教学意义；

4、安全性能好；

5、产品化、模块化，易于组装，便于后期升级；

6、可自行3D打印外壳。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种DIY教育三轴飞行器，其特征在于，所述DIY教育三轴飞行器包括外壳部分和电路部分，其中所述的外壳部分包括上壳、底壳、螺旋桨机架与中心垫板，上壳固定在底壳的上方，螺旋桨机架的一端固定在底壳上，另一端由底壳向外呈辐射状延伸；中心垫板设置在上壳与底壳之间；所述的电路部分包括控制部分和动力部分，所述的控制部分由分电板、飞控和接收机组成，通过焊接和杜邦线将分电板、飞控和接收机各模块连接在一起，起到对三轴飞行器无刷电机和舵机的控制作用，接收机用于接收遥控器信号；所述的动力部分由分螺旋桨、无刷电机和电子调速器组成，通过焊接的方式进行连接，通过飞控的控制，电子调速器调速带动无刷电机的旋转，让螺旋桨产生一个升力，使三轴飞行器进行飞行。

2.如权利要求1所述的DIY教育三轴飞行器，其特征在于，所述的上壳采用3D打印技术完成，上壳的外部采用轻弧度的形状设计以降低空气阻力，上壳的内部设有多个卡槽用来固定电子调速器、无刷电机与电源线的位置。

3.如权利要求1所述的DIY教育三轴飞行器，其特征在于，所述的底壳包括底壳电路部分和底壳电池部分，底壳电路部分内部设置有放置电路部分的位置，底壳电池部分内部设置有存放电池的位置。

4.如权利要求3所述的DIY教育三轴飞行器，其特征在于，底壳也采用3D打印技术完成，底壳采用双凹面的形状设计。

5.如权利要求1所述的DIY教育三轴飞行器，其特征在于，所述的螺旋桨机架包括两个前端机架和一个尾端机架；两个前端机架的结构相同并且两个前端机架之间的夹角为120°；尾端机架与相邻的前端机架之间的夹角也为120°；尾端机架比前端机架多出了一个舵机的位置，舵机用来控制尾部螺旋桨的左右摆动，实现控制三轴飞行器左右飞行的目的。

6.如权利要求5所述的DIY教育三轴飞行器，其特征在于，两个前端机架和一个尾端机架都高于底壳，在三轴飞行器降落时能起到缓冲作用，减轻控制器部分在降落时受的伤害。

7.如权利要求1所述的DIY教育三轴飞行器，其特征在于，所述的中心垫板将三轴飞行器的飞控、分垫板和接收机垫高，中心垫板与底壳之间限定出用来保护电路的空间。

8.如权利要求1所述的DIY教育三轴飞行器，其特征在于，所述的螺旋桨机架与中心垫板全部采用3D打印技术完成。

9.如权利要求1所述的DIY教育三轴飞行器，其特征在于，所述的DIY教育三轴飞行器还装备有保护框，避免由于螺旋桨桨叶的高速旋转和操作不当造成伤害。