CN110217389A - 一种矢量倾转的共轴双旋翼无人机 - Google Patents
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Abstract
提供一种矢量倾转的共轴双旋翼无人机，由机身(101)、动力装置(102)和矢量倾转装置(103)组成，无人机左右两侧的动力装置(102)和矢量倾转装置(103)是对称且结构完全相同的。无人机高速前飞带来的后行桨叶失速问题可由上下旋翼转速相反，其后行桨叶所处位置相对机体对称的特性而解决；一副旋翼产生的侧倾力矩被另一副旋翼的侧倾力矩平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种可以垂直起降的共轴双旋翼无人机，具体而言，涉及一种矢量倾转的四旋翼无人机技术领域。
背景技术
近年来，无人机技术不断发展和完善，在商业和军事领域都得到了广泛的应用。传统的共轴双旋翼无人机大多数采用两台或两台以上的电机与减速器等机构连接，通过减速器的两个转向相反的输出轴分别与上下旋转翼连接，实现上下旋翼的反向旋转，从而使两旋翼带来的反作用相互抵消。但是在现有的技术中，传统的共轴双旋翼无人机上下两个旋翼直径、形状完全相同，造成飞行效率不高，且机械结构十分复杂，安全性低下。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种矢量倾转的共轴双旋翼无人机，可有效解决目前传统地共轴双旋翼动力组件机械结构复杂、零部件较多等安全设计方面的一些难点。
本发明的矢量倾转的共轴双双旋翼无人机，由机身101、动力装置102和矢量倾转装置103组成，无人机左右两侧的动力装置102和矢量倾转装置103是对称且结构完全相同的；其特征在于
机身101分为机身壳体、机身上方部分、机身内部部分、机身下方部分、左侧机臂套筒201和右侧机臂套筒207；其中机身壳体为长方体结构，包括位于机身壳体上部的机体上板202、机体底板219、左侧壁218、右侧壁220；通过第一固定连接装置使左侧壁218与机体上板202、机体底板219紧固连接；通过第二固定连接装置使机体上板202与左侧壁218、右侧壁220紧固连接；同样的，右侧壁220与机体底板219有相同的固定方式；
在机身上方部分，在机体上板202上安装GPS导航接收天线基座222，从正面看，天线基座222呈倒“T”型，为惯用天线底座形状，利用第三固定连接装置使其与机体上板202紧固连接；在天线基座222上连接一根天线杆223，天线杆223上下两端均刻有螺纹，下端连接天线基座222，上端连接水平圆盘204；天线杆223与基座222、水平圆盘204同轴，且不可转动；将GPS固定在水平圆盘204上表面上；
在机体上板202上安装一个小型旋翼，小型旋翼自上而下由旋翼安装帽205、旋翼桨叶203和无刷直流电机206组成，无刷直流电机206通过第四固定连接装置紧固连接在无人机机身上板202上；旋翼安装帽205、旋翼桨叶203和无刷直流电机206相互之间的连接方式为惯用方式；
固定天线基座222和无刷直流电机206都位于无人机机身上板202的纵向中轴线上；
机身内部部分安置有飞行控制器212、数据传输器221、4个电子调速器208、209、216、217、舵机211、213和电池214；飞行控制器212是无人机的控制中心，安装在机身内部，在收到指令后控制无刷直流电机206按照相应要求做出相应的动作，实现无人机飞行姿态的改变；数据传输器221安装在机身内部；电子调速器208、209、216、217采用无刷电调，接收启动、停止、制动信号后，实现对电机转速的控制，四个电子调速器的放置要考虑机身配重；电池214的安装位置由无人机重量配平确定；舵机211、213安装在飞行控制器两侧，根据配重固定安装在机体底板上，驱动传动轴转动，进而实现动力装置的倾转，改变无人机飞行姿态；
机身下方部分具有两个碳纤维脚架210、215，沿飞行方向左右对称安装在机体底板下方，碳纤维脚架210、215上部呈拱形形状，拱形碳纤维脚架210、215拱形顶端通过第五固定连接装置或粘结剂与机体底板紧固连接；拱形碳纤维管两端穿过一根水平碳纤维管；
左侧机臂套筒201和右侧机臂套筒207均为空心长圆柱棒体，与无人机侧壁固定连接为一体，左右对称；左侧机臂套筒201的右端与机体左侧壁218固定连接为一体，左侧机臂套筒201的左端与左侧矢量倾转装置103连接；
矢量倾转装置103包括左右两侧各一套，二者结构完全相同且对称放置；右侧矢量倾转装置103自右向左大致包括：倾转机构传动轴303、第一轴承302、右侧机臂套筒207、右侧壁220、第二轴承301、舵机213；
倾转机构传动轴303为轴承结构，右侧机臂套筒207左、右两端分别嵌入第二和第一轴承301、302，倾转机构传动轴303通过这两个轴承套在右侧机臂套筒207内，用于减小传动轴驱动动力装置转动的阻力，倾转机构传动轴303的轴心和两个轴承的轴心重合；倾转机构传动轴303右端具有突出连接部，通过突出连接部与动力装置102连接；倾转机构传动轴303左端与无人机机身内部的舵机213可转动连接，通过可转动连接方式将舵机213与传动轴303连接在一起；舵机213驱动传动轴303转动，进而控制右侧动力装置实现倾转；倾转机构传动轴303及机臂套筒207均为中空结构；
无人机左右两侧动力装置结构相同且对称布置，左侧动力装置102自上而下由上旋翼桨叶锁死机构402、上旋翼桨叶401、上电机403、上电机座垫片405、电机支架404、下电机座垫片406、下电机407、下旋翼桨叶408、下旋翼桨叶锁死机构409组成；
上电机403通过第六固定连接装置与电机座垫片405固定连接，上电机403位于上电机座垫片405之上；将上旋翼桨叶401固定在上电机403转子上端，转子转动驱动旋翼转动，产生升力；上旋翼桨叶锁死机构402安装在上电机403转子上，用于锁死桨叶，防止其松动；下电机407与下电机座垫片406固定连接，下电机407位于下电机座垫片406之下；将下旋翼桨叶408固定在下电机407的转子上，转子转动驱动旋翼转动，产生升力；下旋翼桨叶锁死机构409的形状和作用与上旋翼桨叶锁死机构402相同，安装在下电机407转子上；上、下电机座垫片405和406右端各自通过第七固定连接装置与左侧的倾转机构传动轴410固定连接；上、下电机座垫片405和406左端通过第八固定连接装置与电机支架304固定连接，电机支架404使上下两电机固定更加牢靠；并且，上电机403轴线与下电机407轴线重合，保证旋翼产生的升力最大化。
在本发明的一个具体实施例中，四个电子调速器固定在机体底板的四个角位置。
在本发明的一个实施例中，倾转机构传动轴303左端与无人机机身内部的舵机213可转动连接的方式为转动连接、螺纹连接或枢轴连接。
在本发明的一个具体实施例中，传动轴303材料为碳纤维；机身材质选择铝合金材料、复合材料或碳纤维；旋翼桨叶均选用碳纤维桨叶。
在本发明的一个具体实施例中，通过上电机403和下电机407上下对称安装，构成双旋翼机构。
在本发明的一个实施例中，电机型号选择2212、3508或4010。
在本发明的一个具体实施例中，电机型号选择3508。
还提供一种上述共轴双旋翼无人机的无人机重量分析方法：无人机起飞总重量可以表示为：其中M为飞行器总重量，Md为电池重量，Mp为动力系统重量，Me电子设备重量，Ml为负载重量，Xs为结构重量因子；对于属于小型、速度低的倾转旋翼无人机而言，Xs的数值在0.4-0.5之间。
再提供一种上述共轴双旋翼无人机旋翼类型的设计方法：上旋翼桨叶401和下旋翼桨叶408均为双叶型的具有一定扭曲率的弧形长薄片；桨盘载荷是旋翼的一个重要参数，可以表示为：M为飞行器总重量，Sy是旋翼桨盘的有效面积；采用共轴双旋翼结构，在工作过程中会产生扰流，使浆盘的有效面积减小，为方便计算共轴双旋翼浆盘的有效面积，引入一个修正系数λ，因此旋翼有效面积表示为：Sy＝Kλπ(R12+R22)，其中，R1为上旋翼桨叶401的旋转半径，R2为下旋翼桨叶408的旋转半径，K为旋翼桨盘面积有效系数；无人机起飞必须满足的条件为：其中，η0为悬停有效系数，D为双旋翼有效面积直径；上旋翼桨叶401与下旋翼桨叶408半径不同，通过增大下旋翼桨叶408，使上下两个旋翼等速反向旋转产生相同的力，保证无人机的稳定性。
在本发明的一个具体实施例中，浆盘修正系数为0.75，有效系数为0.95，η0＝0.75；下旋翼桨叶408的半径为0.16m，上旋翼桨叶401的半径为0.12m；旋翼桨盘的有效面积Sy为0.38m2；机身材质采用AS4与PEEK的复合材料，无人机机身为中空的长方体结构，参数分别为：长25cm，宽20cm，高15cm。
本发明通过对动力系统的改进，无人机独特的外观设计等措施，通过两个无刷直流电机对称安装在无人机左右的上下两侧，并反向旋转，实现双旋翼机构，大大简化了传统复杂的机械共轴双旋翼机构。上下两个旋翼尺寸大小不同，保证上下两个旋翼等速反向旋转，使无人机稳定飞行，并且提高了飞行效率。同时，与传统的倾转旋翼左右布置且反转的对称性相比，共轴双旋翼反转的对称性还可有效解决以下两个问题：1、无人机高速前飞带来的后行桨叶失速问题可由上下旋翼转速相反，其后行桨叶所处位置相对机体对称的特性而解决；2、一副旋翼产生的侧倾力矩被另一副旋翼的侧倾力矩平衡。因此本发明设计的可矢量倾转的四旋翼无人机，具有悬停效率高、保持自转下滑能力、倾转机构简单、安全性高的优势。
附图说明
图1是本发明矢量倾转四旋翼无人机整体结构图；
图2是本发明矢量倾转四旋翼无人机机身结构，其中图2(a)示出前视图；
图2(b)示出左视图，图2(c)示出俯视图；
图3是本发明矢量倾转四旋翼无人机动力装置结构图；
图4是本发明矢量倾转四旋翼无人机矢量倾转装置结构图；
图5是本发明旋翼桨叶示意图。
具体实施方式
为了使本发明的构思、具体结构及产生的有益效果更加清楚明了，现结合以下实施例和附图对本发明的特征和效果进行完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于描述本发明，而不用于限定本发明。
如图1所示，矢量倾转共轴双旋翼无人机由机身101、动力装置102和矢量倾转装置103组成，无人机左右两侧的动力装置102和矢量倾转装置103是对称且完全相同的。
如图2所示，机身101主要分为机身壳体、机身上方部分、机身内部部分、机身下方部分、左侧机臂套筒201和右侧机臂套筒207。
机身壳体为中空壳体结构，壳体本身可以为长方体结构、壳类球体或其他具有对称结构的多边形结构体，机身壳体包括位于机身壳体上部的机体上板202、机体底板219、左侧壁218、右侧壁220。在本发明的一个实施例中，机身壳体为长方体结构，如图2(b)所示，在左侧壁218开有4个螺孔，通过螺丝使左侧壁218与机体上板202、机体底板219紧固连接；如图2(c)俯视图所示，在机体上板202开有6个螺孔，通过螺丝使机体上板202与左侧壁218、右侧壁220紧固连接。同样的，右侧壁220与机体底板219有相同的固定方式，保证无人机机身整体的可靠性。
在机身上方部分，在机身壳体上方大约中间靠后处，在机体上板202上安装GPS导航接收天线基座222，从正面看，天线基座222呈倒“T”型，为惯用天线底座形状，例如利用四颗螺丝使其与机体上板202紧固连接。在天线基座222上连接一根天线杆223，天线杆223上下两端均刻有螺纹，下端连接天线基座222，上端连接一水平圆盘204。天线杆223与基座222、水平圆盘204同轴，且不可转动，结构简单、连接可靠、拆装方便，将GPS安装在水平圆盘204上表面上，实际中通常利用例如3M胶等粘结剂将二者粘接。
在机身壳体上方大约中间靠前处，在机体上板202上安装一个小型旋翼，小型旋翼自上而下由旋翼安装帽205、旋翼桨叶203和无刷直流电机206组成，无刷直流电机206例如通过4颗螺丝紧固连接在无人机机身上板202上，其作用是保证无人机飞行过程中机身的平衡以及实现无人机俯仰姿态的改变。旋翼安装帽205、旋翼桨叶203和无刷直流电机206相互之间的连接方式为惯用连接，为本领域技术人员熟知。
固定天线基座222和无刷直流电机206大致都位于无人机机身上板202的纵向(飞行方向)的中轴线上。
机身内部部分安置有飞行控制器212、数据传输器221、4个电子调速器208、209、216、217、舵机211、213和电池214。飞行控制器212是无人机的控制中心，安装在机身内部的重心位置，在收到指令后控制无刷直流电机206按照相应要求做出相应的动作，实现无人机飞行姿态的改变；数据传输器221安装在机身内部靠边缘地带，方便无人机和地面站或者遥控设备进行数据、图片或视频的传输；电子调速器208、209、216、217采用无刷电调，接收启动、停止、制动信号后，实现对电机转速的控制，四个电子调速器的放置要考虑机身配重；在本发明的一个实施例中，四个电子调速器固定在机体底板的四个角位置。电池214是无人机的动力来源，容量一般由无人机载荷来确定，安装位置由无人机重量配平确定，电池214通常选择使用锂电池。舵机211、213安装在飞行控制器两侧，根据配重固定安装在机体底板上，驱动传动轴转动，进而实现动力装置的倾转，改变无人机飞行姿态。
机身下方部分具有两个碳纤维脚架210、215，沿飞行方向左右对称安装在机体底板下方，如图2(b)所示，碳纤维脚架210、215上部呈拱形形状，拱形碳纤维脚架210、215拱形顶端与机体底板紧固连接；拱形碳纤维管两端穿过一根水平碳纤维管，以增大无人机接地面积，在无人机起飞和着陆时起到支撑无人机的作用，避免无人机侧翻，水平碳纤维管从拱形碳纤维管两端分别伸出，在水平碳纤维管两伸出端各套一个海绵套，有效起到减震作用。在本发明的一个实施例中，拱形碳纤维脚架210、215拱形顶端钻有小孔，通过螺丝使其与无人机底板紧固连接。
无人机重量分析是飞行器设计过程中的一个重要环节，其总重决定了机身结构尺寸、材质以及电机功率需求等。无人机起飞总重量可以表示为：
其中M为飞行器总重量，Md为电池重量，Mp为动力系统重量，Me电子设备重量，Ml为负载重量，Xs为结构重量因子。本发明设计的倾转旋翼无人机属于小型、速度低的飞行器，根据统计和经验得Xs的数值约为0.4-0.5之间。在本发明的一个实施例中，无人机起飞重量为3.5Kg，无人机的载重量为0.5Kg，Xs的取值为0.45。说明电池重量、动力系统重量、电子设备重量总和不能超过1.4Kg，可计算出机身结构重量不超过1.5Kg。机身材质可选择铝合金材料、复合材料或碳纤维等，在本发明的一个实施例中，优选地，采用AS4与PEEK的复合材料，直接熔铸成型，重量轻，强度高，成本低，无人机机身为中空的长方体结构，参数分别为：长25cm，宽20cm，高15cm。
左侧机臂套筒201和右侧机臂套筒207均为空心长圆柱棒体，与无人机侧壁固定连接为一体，左右对称。以左侧机臂套筒201为例进行介绍。如图2(b)所示，左侧机臂套筒201的右端与机体左侧壁218固定连接为一体，左侧机臂套筒201的左端与左侧矢量倾转装置103连接。
矢量倾转装置103包括左右两侧各一套，二者结构完全相同且对称放置。如图3所示，以右侧矢量倾转装置103为例进行介绍。由图可见，右侧矢量倾转装置103自右向左大致包括：倾转机构传动轴303、第一轴承302、右侧机臂套筒207、右侧壁220、第二轴承301、舵机213。
倾转机构传动轴303为轴承结构，右侧机臂套筒207左、右两端分别嵌入第二和第一轴承301、302，倾转机构传动轴303通过这两个轴承套在右侧机臂套筒207内，用于减小传动轴驱动动力装置转动的阻力，倾转机构传动轴303的轴心和两个轴承的轴心重合。倾转机构传动轴303右端具有突出连接部，通过突出连接部与动力装置102连接，倾转机构传动轴303的突出连接部构造及其与动力装置102的连接方式为本领域技术人员熟知，不再累述。倾转机构传动轴303、右侧机臂套筒207、轴承301、轴承302之间的连接方式也是本领域技术人员熟知的，通过图示和上述文字描述，本领域技术人员能够轻松知晓这些部件之间的连接关系和工作原理，不再累述。倾转机构传动轴303左端与无人机机身内部的舵机213可转动连接，连接方式可以为转动连接、螺纹连接或枢轴连接。在本发明的一个实施例中，通过螺纹连接的方式将舵机213与传动轴303连接在一起。舵机213驱动传动轴303转动，进而控制右侧动力装置实现倾转，达到控制无人机姿态和运动的目的。本发明中，倾转机构传动轴303及机臂套筒207均为中空结构，传动轴303材料为碳纤维，以减轻无人机自身重量。在电机座垫片405、406(如后详述)和传动轴410上开有电调线位孔，用于线路的布置，并使其不会影响矢量倾转机构的正常运转，此为本领域技术人员熟知，不再累述。
图4示出动力装置102的示意图，由于无人机左右两侧动力装置结构相同且对称布置，因此以左侧动力装置102为例进行说明。左侧动力装置102自上而下由上旋翼安装帽402、上旋翼桨叶401、上电机403、上电机座垫片405、电机支架404、下电机座垫片406、下电机407、下旋翼桨叶408、下旋翼安装帽409组成。
通过上电机403和下电机407上下对称安装，构成双旋翼机构，提供无人机飞行及各种变换姿态所需的升力。在本发明的一个实施例中，电机型号可选择2212、3508、4010，优选地，型号选择为3508。如图所示，上电机403与电机座垫片405固定连接，例如利用螺丝紧固连接，上电机403位于上电机座垫片405之上。将上旋翼桨叶401固定在上电机403转子上端，转子转动驱动旋翼转动，产生升力。上旋翼安装帽402为半圆球形状，内部掏空并在内部雕刻螺纹，通过螺纹安装在上电机403转子上，用于锁死桨叶，防止其松动。下电机407与下电机座垫片406固定连接，下电机407位于下电机座垫片406之下。将下旋翼桨叶408固定在下电机407的转子上，转子转动驱动旋翼转动，产生升力。下旋翼安装帽409的形状和作用与上旋翼安装帽402相同，通过螺纹安装在下电机407转子上。上、下电机座垫片405和406右端各自与左侧的倾转机构传动轴410固定连接，例如，上、下电机座垫片405和406右端各有一个螺孔，与左侧的倾转机构传动轴410紧密贴合，利用螺丝自上而下穿插进行固定；上、下电机座垫片405和406左端通过例如上下2颗螺丝的固定连接装置与电机支架304固定连接，电机支架404使上下两电机固定更加牢靠。并且，上电机403轴线与下电机407轴线重合，保证旋翼产生的升力最大化。
图5示出旋翼桨叶示意图，无人机旋翼类型的设计和选择对整个飞行器的飞行气动性至关重要，本发明中的旋翼桨叶均选用质量轻、硬度大的碳纤维桨叶，上旋翼桨叶401和下旋翼桨叶408均为双叶型的具有一定扭曲率的弧形长薄片。桨盘载荷是旋翼的一个重要参数，可以表示为：Sy是旋翼桨盘的有效面积。本发明采用的是共轴双旋翼结构，在工作过程中会产生扰流，使浆盘的有效面积减小，为方便计算共轴双旋翼浆盘的有效面积，引入一个修正系数λ，因此旋翼有效面积表示为：Sy＝Kλπ(R12+R22)，其中，R1为上旋翼桨叶401的旋转半径，R2为下旋翼桨叶408的旋转半径，K为旋翼桨盘面积有效系数。在本发明的一个实施例中，浆盘修正系数为0.75，有效系数为0.95，根据文献得到无人机起飞必须满足的条件为：其中，η0为悬停有效系数，这里取η0＝0.75，D为双旋翼有效面积直径。经过计算可求得共轴双旋翼浆盘有效面积的直径D≥0.65m，这里选择共轴双旋翼浆盘有效面积的直径为0.7m，有效面积为0.38m2。在本发明中，上旋翼桨叶401与下旋翼桨叶408半径不同，通过增大下旋翼桨叶408，使上下两个旋翼等速反向旋转产生相同的力，保证无人机的稳定性，本发明中选择上下旋翼桨叶半径之比为3∶4。通过计算，下旋翼桨叶408的半径为0.16m，上旋翼桨叶401的半径为0.12m。因此，当无人机总重为3.5Kg时，共轴双旋翼桨盘的载荷为9.1Kg/m2。电动旋翼无人机的最大桨盘载荷为12Kg/m2，因此本发明设计的无人机的浆盘较为合理，并有一定的载荷余量。
Claims (10)
1.一种矢量倾转的共轴双双旋翼无人机，由机身(101)、动力装置(102)和矢量倾转装置(103)组成，无人机左右两侧的动力装置(102)和矢量倾转装置(103)是对称且结构完全相同的；其特征在于
机身(101)分为机身壳体、机身上方部分、机身内部部分、机身下方部分、左侧机臂套筒(201)和右侧机臂套筒(207)；其中机身壳体为长方体结构，包括位于机身壳体上部的机体上板(202)、机体底板(219)、左侧壁(218)、右侧壁(220)；通过第一固定连接装置使左侧壁(218)与机体上板(202)、机体底板(219)紧固连接；通过第二固定连接装置使机体上板(202)与左侧壁(218)、右侧壁(220)紧固连接；同样的，右侧壁(220)与机体底板(219)有相同的固定方式；
在机身上方部分，在机体上板(202)上安装GPS导航接收天线基座(222)，从正面看，天线基座(222)呈倒“T”型，为惯用天线底座形状，利用第三固定连接装置使其与机体上板(202)紧固连接；在天线基座(222)上连接一根天线杆(223)，天线杆(223)上下两端均刻有螺纹，下端连接天线基座(222)，上端连接水平圆盘(204)；天线杆(223)与天线基座(222)、水平圆盘(204)同轴，且不可转动；将GPS固定在水平圆盘(204)上表面上；
在机体上板(202)上安装一个小型旋翼，小型旋翼自上而下由旋翼安装帽(205)、旋翼桨叶(203)和无刷直流电机(206)组成，无刷直流电机(206)通过第四固定连接装置紧固连接在无人机机身上板(202)上；旋翼安装帽(205)、旋翼桨叶(203)和无刷直流电机(206)相互之间的连接方式为惯用方式；
固定天线基座(222)和无刷直流电机(206)都位于无人机机身上板(202)的纵向中轴线上；
机身内部部分安置有飞行控制器(212)、数据传输器(221)、4个电子调速器(208、209、216、217)、舵机(211、213)和电池(214)；飞行控制器(212)是无人机的控制中心，安装在机身内部，在收到指令后控制无刷直流电机(206)按照相应要求做出相应的动作，实现无人机飞行姿态的改变；数据传输器(221)安装在机身内部；电子调速器(208、209、216、217)采用无刷电调，接收启动、停止、制动信号后，实现对电机转速的控制，四个电子调速器的放置要考虑机身配重；电池(214)的安装位置由无人机重量配平确定；舵机(211、213)安装在飞行控制器两侧，根据配重固定安装在机体底板上，驱动传动轴转动，进而实现动力装置的倾转，改变无人机飞行姿态；
机身下方部分具有两个碳纤维脚架(210、215)，沿飞行方向左右对称安装在机体底板下方，碳纤维脚架(210、215)上部呈拱形形状，拱形碳纤维脚架(210、215)拱形顶端通过第五固定连接装置或粘结剂与机体底板紧固连接；拱形碳纤维管两端穿过一根水平碳纤维管；碳纤维脚架(210、215)
左侧机臂套筒(201)和右侧机臂套筒(207)均为空心长圆柱棒体，与无人机侧壁固定连接为一体，左右对称；左侧机臂套筒(201)的右端与机体左侧壁(218)固定连接为一体，左侧机臂套筒(201)的左端与左侧矢量倾转装置(103)连接；
矢量倾转装置(103)包括左右两侧各一套，二者结构完全相同且对称放置；右侧矢量倾转装置(103)自右向左大致包括：倾转机构传动轴(303)、第一轴承(302)、右侧机臂套筒(207)、右侧壁(220)、第二轴承(301)、舵机(213)；
倾转机构传动轴(303)为轴承结构，右侧机臂套筒(207)左、右两端分别嵌入第二和第一轴承(301、302)，倾转机构传动轴(303)通过这两个轴承套在右侧机臂套筒(207)内，用于减小传动轴驱动动力装置转动的阻力，倾转机构传动轴(303)的轴心和两个轴承的轴心重合；倾转机构传动轴(303)右端具有突出连接部，通过突出连接部与动力装置(102)连接；倾转机构传动轴(303)左端与无人机机身内部的舵机(213)可转动连接，通过可转动连接方式将舵机(213)与倾转机构传动轴(303)连接在一起；舵机(213)驱动倾转机构传动轴(303)转动，进而控制右侧动力装置实现倾转；倾转机构传动轴(303)及右侧机臂套筒(207)均为中空结构；
无人机左右两侧动力装置结构相同且对称布置，左侧动力装置(102)自上而下由上旋翼桨叶锁死机构(402)、上旋翼桨叶(401)、上电机(403)、上电机座垫片(405)、电机支架(404)、下电机座垫片(406)、下电机(407)、下旋翼桨叶(408)、下旋翼桨叶锁死机构(409)组成；
上电机(403)通过第六固定连接装置与上电机座垫片(405)固定连接，上电机(403)位于上电机座垫片(405)之上；将上旋翼桨叶(401)固定在上电机(403)转子上端，转子转动驱动旋翼转动，产生升力；上旋翼桨叶锁死机构(402)安装在上电机(403)转子上，用于锁死桨叶，防止其松动；下电机(407)与下电机座垫片(406)固定连接，下电机(407)位于下电机座垫片(406)之下；将下旋翼桨叶(408)固定在下电机(407)的转子上，转子转动驱动旋翼转动，产生升力；下旋翼桨叶锁死机构(409)的形状和作用与上旋翼桨叶锁死机构(402)相同，安装在下电机(407)转子上；上、下电机座垫片(405和406)右端各自通过第七固定连接装置与左侧的倾转机构传动轴(410)固定连接；上、下电机座垫片(405和406)左端通过第八固定连接装置与电机支架(304)固定连接，电机支架(404)使上下两电机固定更加牢靠；并且，上电机(403)轴线与下电机(407)轴线重合，保证旋翼产生的升力最大化。
2.如权利要求1所述的共轴双旋翼无人机，其特征在于，四个电子调速器固定在机体底板的四个角位置。
3.如权利要求1所述的共轴双旋翼无人机，其特征在于，倾转机构传动轴(303)左端与无人机机身内部的舵机(213)可转动连接的方式为转动连接、螺纹连接或枢轴连接。
4.如权利要求1所述的共轴双旋翼无人机，其特征在于，倾转机构传动轴(303)材料为碳纤维；机身材质选择铝合金材料、复合材料或碳纤维；旋翼桨叶均选用碳纤维桨叶。
5.如权利要求1所述的共轴双旋翼无人机，其特征在于，通过上电机(403)和下电机(407)上下对称安装，构成双旋翼机构。
6.如权利要求1所述的共轴双旋翼无人机，其特征在于，电机型号选择2212、3508或4010。
7.如权利要求6所述的共轴双旋翼无人机，其特征在于，电机型号选择3508。
8.如权利要求1至7所述的共轴双旋翼无人机的无人机重量分析方法，其特征在于，无人机起飞总重量可以表示为：其中M为飞行器总重量，Md为电池重量，Mp为动力系统重量，Me电子设备重量，Ml为负载重量，Xs为结构重量因子；对于属于小型、速度低的倾转旋翼无人机而言，Xs的数值在0.4-0.5之间。
9.如权利要求1至7所述的共轴双旋翼无人机旋翼类型的设计方法，其特征在于，上旋翼桨叶(401)和下旋翼桨叶(408)均为双叶型的具有一定扭曲率的弧形长薄片；桨盘载荷是旋翼的一个重要参数，可以表示为：M为飞行器总重量，Sy是旋翼桨盘的有效面积；采用共轴双旋翼结构，在工作过程中会产生扰流，使浆盘的有效面积减小，为方便计算共轴双旋翼浆盘的有效面积，引入一个修正系数λ，因此旋翼有效面积表示为：Sy＝Kλπ(R12+R22)，其中，R1为上旋翼桨叶(401)的旋转半径，R2为下旋翼桨叶(408)的旋转半径，K为旋翼桨盘面积有效系数；无人机起飞必须满足的条件为：其中，η0为悬停有效系数，D为双旋翼有效面积直径；上旋翼桨叶(401)与下旋翼桨叶(408)半径不同，通过增大下旋翼桨叶(408)，使上下两个旋翼等速反向旋转产生相同的力，保证无人机的稳定性。
10.如权利要求9所述的共轴双旋翼无人机旋翼类型的设计方法，其特征在于，浆盘修正系数为0.75，有效系数为0.95，η0＝0.75；下旋翼桨叶(408)的半径为0.16m，上旋翼桨叶(401)的半径为0.12m；旋翼桨盘的有效面积Sy为0.38m2；机身材质采用AS4与PEEK的复合材料，无人机机身为中空的长方体结构，参数分别为：长25cm，宽20cm，高15cm。
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