CN204197292U - 一种多轴飞行器 - Google Patents

Abstract

一种四轴飞行器，包括电池，控制电路板，机架，机罩以及四个驱动器，所述四个驱动器中两个驱动器中的主旋翼系统顺时针旋转，另外两个逆时针旋转，所述主旋翼系统中具有平衡装置，所述平衡装置在高速旋转中产生陀螺效应，产生陀螺效应的所述平衡装置能稳定相对应的所述主旋翼，并保证其在飞行中的稳定；所述控制电路板中设置有高精度的角速度陀螺仪，以检测飞行器水平方向的角速度变化并通过所述控制IC控制每一所述驱动器中的所述马达的占空比，以进一步控制每一所述主旋翼的转速，从而平衡整体扭力，以保证飞行器飞行时不会旋转。

Description

一种多轴飞行器

技术领域

本实用新型涉及一种无线电遥控的多轴飞行器，尤其涉及一种多轴飞行器的结构装置。

背景技术

众所周知，多轴飞行器的飞行是靠主旋翼的高速旋转来产生升力的，它一般设计有4个，6个，8个主旋翼，其中一半是顺时针旋转，一半是逆时针旋转。在三维空间里，多轴飞行器一般在控制电路中设置有至少3个角速度感应器，分别控制飞行器的三个方向：X轴，Y轴，Z轴。在X轴方向上，飞行器如果有倾斜，控制电路在单片机的控制下，依照X轴方向上的角速度感应器的变化来调整X轴上的马达的转速，马达转速的改变会直接改变主旋翼的转速，从而改变相应的升力以调整飞行器的状况，使其不再倾斜。同理，在Y轴方向上，飞行器如果有倾斜，控制电路在单片机的控制下，依照Y轴方向上的角速度感应器的变化来调整Y轴上的马达的转速，马达转速的改变会直接改变主旋翼的转速，从而改变相应的升力以调整飞行器的状况，使其不再倾斜。在Z轴方向上，飞行器如果有旋转，控制电路在单片机的控制下，依照Z轴方向上的角速度感应器的变化来调整X轴和Y轴上的马达的转速，马达转速的改变会直接改变主旋翼的转速和扭力，从而改变相应的扭力以调整飞行器的状况，使其不再旋转。

因为飞行器在空中飞行，感应器要时刻检测飞行器的状况，并将检测到的数据马上传递给单片机处理，单片机将处理好的指令发给相应的马达，通过马达的转速来改变调整飞行状况，还有更复杂的是在控制电路中加三个加速度感应器，分别检测X轴，Y轴，Z轴上的加速状况，以及时调整飞行器的状况。这样便要求单片机的运算速度相当高，行业里一般采用32位精度的单片机来处理。

现在四轴飞行器已经应用到各个领域，复杂的已经加上GPS全球定位系统，采用更高级的无刷马达和电调控制系统，能够应用在军事，科研，救灾等各个方面。

本实用新型提供一种结构简单，成本低廉的结构，并且能够实现飞行器的前进，后退，左转弯，右转弯，悬停功能。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单，成本低廉的无线电遥控多轴飞行器，该装置的飞行器，包括：2N(N为大于1且小于10的整数)个推进器，每一所述推进器由马达经驱动齿驱动主旋翼系统；所述主旋翼系统具有主旋翼，平衡装置，旋翼轴，连杆；所述主旋翼铰接在所述旋翼轴上，并能绕垂直所述旋翼轴的轴向方向左右摆动；所述平衡装置铰接在所述旋翼轴上，并能绕垂直所述旋翼轴的轴向方向上下摆动；所述平衡装置通过所述连杆和所述主旋翼连接起来，上下摆动所述平衡装置可以通过所述连杆控制所述主旋翼左右摆动；所述推进器的旋向为顺时针和逆时针两个旋向，各占一半；连接所述推进器的机架，所述推进器均匀或有规律的分布在所述机架向外辐射的臂上，其特征在于：所述机架上带有：

a)电池，

b)机罩，

c)控制电路板，所述控制电路板控制每一所述推进器上的所述马达的工作状况，进而控制所述主旋翼的转速，所述控制电路板和所述马达由所述电池供电。

在旋转方向上，所述平衡装置由线性的杆或翼状的叶片和分别装在其两个末端的配重块组成，每一所述配重块由相同重量的金属制成。

所述平衡装置安装在所述旋翼轴上，并能绕所述旋翼轴上的销轴上下摆动。

所述平衡装置安装在所述主螺旋之下或所述主旋翼之上，所述连杆分别和所述平衡装置与所述主螺旋相互连接，所述平衡装置的摆动通过所述连杆控制所述主螺旋的迎角变化。

所述主螺旋安装在所述旋翼轴上，并能绕所述旋翼轴上的销轴摆动以改变至少一个叶片的迎角。

所述平衡装置的纵向轴线与主螺旋的一个轴线方向形成一个20度至50度的夹角，在旋转方向上，所述主螺旋的迎角前沿要滞后所述平衡装置20度至50度的夹角。

所述控制电路包括控IC，一个角速度陀螺仪，PCB板，以及至少一个LED指示灯，该指示灯显示所述飞行器的工作状况及展现飞行时的美观。

所述控制电路板设置了接受电路，遥控器发射指令通过所述接受电路控制控制电路板的工作状况，进而控制所述驱动器中的马达的电流通断和通电时间；所述控制电路板中设置的角速度陀螺仪，以检测飞行器水平方向的角速度变化并反馈给所述控制IC控制每一所述驱动器中所述马达的占空比，以进一步控制每一所述主旋翼的转速，从而平衡整体扭力，以保证飞行器飞行时不会旋转。

所述飞行器在飞行时，每一所述推进器中所述主旋翼系统高速旋转，所述平衡装置在高速旋转中产生陀螺效应，产生陀螺效应的所述平衡装置能稳定相对应的所述主旋翼，并保证其在飞行中的稳定；每一所述推进器的稳定飞行保证了整个所述飞行器的稳定飞行。

一种四轴飞行器，包括电池，控制电路，机架，机罩以及四个驱动器，所述四个驱动器中两个驱动器中的主旋翼系统顺时针旋转，另外两个逆时针旋转，所述主旋翼系统中具有平衡装置，所述平衡装置在高速旋转中产生陀螺效应，产生陀螺效应的所述平衡装置能稳定相对应的所述主螺旋，并保证其在飞行中的稳定；所述控制电路中设置有高精度的角速度陀螺仪，以检测飞行器水平方向的角速度变化并通过所述控制IC控制每一所述驱动器中的马达的占空比，以进一步控制每一所述主螺旋的转速，从而平衡整体扭力，以保证飞行器飞行时不会旋转。

与现有技术相比，本实用新型简化了贵重的陀螺仪，整机只用到一个角速度陀螺仪，整机平衡采用廉价的结构来替代。在飞行器飞行时，利用高速旋转的平衡装置来产生陀螺效应，产生陀螺效应的平衡装置能稳定相对应的主旋翼，并保证其在飞行中的稳定，也就是说，每一个单独的推进器就是一个自身带有自平衡的装置。因为只用到一个角速度陀螺仪，所以整机对单片机的要求不是很高，8位的精度就可以了，这样就使得控制板电路相当简单，而现有技术对单片机的精度和速度要求很高，一般要32位精度的单片机带三维角速度陀螺仪才可以，这样，无论是成本还是生产方面，现有技术都要求比较高。

虽然在控制精度上与现有技术相比会差一些，但作为玩具实际应用却已足够。因此本实用新型的航向操纵机构不但结构简单，而且机械性能好，价格便宜，适应大量生产。

附图说明

图1：为本实用新型一实施例的结构示意图。

图2：为本实用新型一实施例的顶部视图示意图。

图3：为本实用新型一实施例的推进器结构示意图。

图4：为本实用新型一实施例的主旋翼系统结构示意图。

附图零件标号：

1-机罩，

2-主旋翼固定座，

3-马达齿，

4-平衡杆，

5-电池，

6-逆时针主旋翼，

7-销轴，

8-连杆，

9-销轴A，

10-驱动齿，

11-主轴，

12-马达，

13-机架，

14-控制电路板， 

15-配重块，

16-马达固定罩， 

17-杯士，

18-逆时针旋翼轴，

19-顺时针旋翼轴，

20-顺时针主旋翼，

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的叙述。

本实用新型的实施例之一是一种四轴飞行器，其结构示意图见附图1和附图2。该四轴飞行器包括有四个推进器，，每个推进器由马达12、马达齿3、驱动齿10、主轴11、杯士17和主旋翼系统组成，主旋翼系统分为逆时针和顺时针方向，逆时针主旋翼系统由销轴7、主旋翼固定座2、逆时针旋翼轴6、逆时针主旋翼18、销轴A9、平衡杆4、配重块15、连杆8组成；顺时针主旋翼系统由销轴7、主旋翼固定座2、顺时针旋翼轴19、顺时针主旋翼20、销轴A9、平衡杆4、配重块15、连杆8组成；其中平衡杆4和配重块15组成平衡装置通过连杆和主旋翼系统灵活的连接在一起。

配重块15安装平衡杆4的两端，组成平衡装置，平衡装置中的平衡杆4中间通过销轴A9和旋翼轴连接在—起，平衡装置能绕销轴A9的轴心灵活的上下转动。如附图一所示，旋翼轴分为逆时针旋翼轴6和顺时针旋翼轴19。

主旋翼系统根据主旋翼的旋向分为逆时针和顺时针两种，逆时针主旋翼系统中的逆时针主旋翼18固定安装在主旋翼固定座2上，主旋翼固定座2通过销轴7和逆时针旋翼轴6灵活的连接在一起，逆时针主旋翼18能绕销轴7的轴心灵活的左右摆动，逆时针主旋翼18迎角前端的连杆球和连杆8的一端灵活的连接在一起，连杆8的另一端和平衡杆4上的连杆球灵活的连接在一起，上下摆动平衡杆4，则平衡杆4会带动连杆8动作，连杆8的动作会直接带动逆时针主旋翼18左右摆动。

同样方法，顺时针主旋翼系统中的顺时针主旋翼20固定安装在主旋翼固定座2上，主旋翼固定座2通过销轴7和顺时针旋翼轴19灵活的连接在一起，顺时针主旋翼20能绕销轴7的轴心灵活的左右摆动，顺时针主旋翼20迎角前端的连杆球和连杆8的一端灵活的连接在一起，连杆8的另一端和平衡杆4上的连杆球灵活的连接在一起，上下摆动平衡杆4，则平衡杆4会带动连杆8动作，连杆8的动作会直接带动顺时针主旋翼20左右摆动。

如图3中，每个推进器中，马达齿3固定安装在马达12上，驱动齿10固定安装在主轴11上，主轴11安装在杯士17中并能灵活的转动，杯士17固定安装在机架13上，主旋翼系统固定安装在主轴11上；马达12转动时经马达齿3传动到驱动齿10，由驱动齿10带动主轴11转动，转动的主轴11带动主旋翼系统高速旋转。

主旋翼系统高速旋转时，其中的主旋翼会产生升力，平衡装置在高速旋转会产生陀螺效应，产生陀螺效应的平衡装置会通过连杆8控制主选翼，保证主选翼稳定飞行。也就是说，每一个推进器除了产生升力外，还能在平衡杆4的作用下产生稳定性，以保证主选翼产生的升力始终向上。四轴飞行器在飞行时，每一推进器中主旋翼系统高速旋转，平衡装置在高速旋转中产生陀螺效应，产生陀螺效应的平衡装置能稳定相对应的主旋翼，并保证其在飞行中的稳定；每一推进器的稳定飞行保证了整个四轴飞行器的稳定飞行。

平衡装置可以是安装在主旋翼的下方，也可以安装在主旋翼的上方，平衡杆4的形状可以是一根杆状物也可以是一个翼状物。

平衡装置的纵向轴线与主旋翼的一个轴线方向形成一个20度至50度的夹角，在旋转方向上，主旋翼的迎角前沿要滞后所述平衡装置20度至50度的夹角。

四个推进器分布在机架的四周，四个推进器中，对角主旋翼系统的旋向是一致的。

电池5和控制电路板14安装在机架的中间位置，电池5给控制电路板14和马达12提供动力。控制电路板14包括控制IC，一个角速度陀螺仪，PCB板，以及至少一个LED指示灯，该指示灯显示所述飞行器的工作状况及展现飞行时的美观。控制电路板14设置了接受电路，遥控器发射指令通过所述接受电路控制控制电路板14的工作状况，进而控制所述驱动器中的马达12的电流通断和通电时间；所述控制电路板14中设置的角速度陀螺仪，以检测飞行器水平方向的角速度变化并通过所述控制IC控制每一所述驱动器中所述马达12的占空比，以进一步控制每一所述主旋翼的转速，从而平衡整体扭力，以保证四轴飞行器飞行时不会旋转。

实际操纵四轴飞行器如下：当遥控器发射遥控指令要飞行器上升时，控制电路板14接收到信号并发出指令要四个推进器都会同时工作，在飞行过程中，如飞行器在水平方向上的旋转，控制电路板14上的角速度陀螺仪就能够检测到飞行器在水平方向上的旋转并反馈给主控芯片，主控芯片根据这个信息自动调整四个马达的转速，以调整飞行器飞行时在水平方向上不旋转。在遥控器还设有微调调整旋转的量，以确保飞行器飞行时在水平方向上不旋转。

四轴飞行器在做悬停时如有如下状况，则调整相应的微调来调整四轴飞行器的稳定：

如果在悬停飞行过程中，四轴飞行器向前飞行，则通过遥控器上的前进后退微调调整前面和后面马达的转速差，使前面的推进器的升力增加，使后面的推进器的升力减少以保证前进和后退的两个方向上的推进器的推力一致，从而达到飞行器前后稳定。

如果在悬停飞行过程中，四轴飞行器向后飞行，则通过遥控器上的前进后退微调调整前面和后面马达的转速差，使前面的推进器的升力减少，使后面的推进器的升力增加以保证前进和后退的两个方向上的推进器的推力一致，从而达到飞行器前后稳定。

如果在悬停飞行过程中，四轴飞行器向左飞行，则通过遥控器上的左右微调调整左边和右边马达的转速差，使左边的推进器的升力增加，使右边的推进器的升力减少以保证左边和右边的两个方向上的推进器的推力一致，从而达到飞行器左右稳定。

如果在悬停飞行过程中，四轴飞行器向右飞行，则通过遥控器上的左右微调调整左边和右边马达的转速差，使左边的推进器的升力减少，使右边的推进器的升力增加以保证左边和右边的两个方向上的推进器的推力一致，从而达到飞行器左右稳定。

四轴飞行器在做前进后退或左右飞行的动作时，可以控制遥控器上的控制键来控制四轴飞行器是飞行状况。

如果四轴飞行器要向前飞行，则通过控制遥控器上的前进后退键调整前面和后面马达的转速差，使前面的推进器的升力减少，使后面的推进器的升力增加以调整前进和后退的两个方向上的推进器的推力差，使整个四轴飞行器向前倾斜，从而达到飞行器向前飞行。

如果四轴飞行器要向后飞行，则通过控制遥控器上的前进后退键调整前面和后面马达的转速差，使前面的推进器的升力增加，使后面的推进器的升力减少以调整前进和后退的两个方向上的推进器的推力差，使整个四轴飞行器向后倾斜，从而达到飞行器向后飞行。

如果四轴飞行器要向左飞行，则通过控制遥控器上的左右键调整左边和右边马达的转速差，使右边的推进器的升力增加，使左边的推进器的升力减少以调整左边和右边的两个方向上的推进器的推力差，使整个四轴飞行器向左倾斜，从而达到飞行器向左飞行。

如果四轴飞行器要向右飞行，则通过控制遥控器上的左右键调整左边和右边马达的转速差，使右边的推进器的升力减少，使左边的推进器的升力增加以调整左边和右边的两个方向上的推进器的推力差，使整个四轴飞行器向右倾斜，从而达到飞行器向右飞行。

如果四轴飞行器做旋转动作时，可以通过控制遥控器上的旋转键来控制逆时针主旋翼系统和顺时针主旋翼系统的扭力差来改变。

实验证明：在控制电路板14上加装角速度陀螺仪以锁住旋转状况，保证四轴飞行器水平方向上不旋转，上述控制效果非常好。玩家可调整遥控器输出指令来控制四轴飞行器的飞行状况，如悬停，前进后退，向左飞行，向右飞行，旋转，左转弯飞行，右转弯飞行等等，并且可以控制四轴飞行器移动的速度。熟练的操作手可控制四轴飞行器在空中做圆圈飞行，做8字飞行等等最后还可以控制四轴飞行器定点降落。

上面选用了目前认为最实用和最佳的实施例对本实用新型的装置和方法进行了描述。但应当说明的是，本实用新型并不受上述已公开的实施例的限制。对于本实用新型的类似结构和各种修改都将包括在本实用新型的权利要求书的精神范围内，该范围应当给予最广泛的的解释，以便包括所有的这类的类似结构和修改。

Claims (10)

1.一种多轴飞行器，包括：2N(N为大于1且小于10的整数)个推进器，每一所述推进器由马达经驱动齿驱动主旋翼系统；所述主旋翼系统具有主旋翼，平衡装置，旋翼轴，连杆；所述主旋翼铰接在所述旋翼轴上，并能绕垂直所述旋翼轴的轴向方向左右摆动；所述平衡装置铰接在所述旋翼轴上，并能绕垂直所述旋翼轴的轴向方向上下摆动；所述平衡装置通过所述连杆和所述主旋翼连接起来，上下摆动所述平衡装置可以通过所述连杆控制所述主旋翼左右摆动：所述推进器的旋向为顺时针和逆时针两个旋向，各占一半；连接所述推进器的机架，所述推进器均匀或有规律的分布在所述机架向外辐射的臂上，其特征在于：所述机架上带有：

a)电池，

b)机罩，

c)控制电路板，所述控制电路板控制每一所述推进器上的所述马达的工作状况，进而控制所述主旋翼的转速，所述控制电路板和所述马达由所述电池供电。

2.根据权利要求1所述的多轴飞行器，其特征在于：在旋转方向上，所述平衡装置由线性的杆或翼状的叶片和分别装在其两个末端的配重块组成，每一所述配重块由相同重量的金属制成。

3.根据权利要求1至2任一项所述的多轴飞行器，其特征在于：所述平衡装置安装在所述旋翼轴上，并能绕所述旋翼轴上的销轴上下摆动。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多轴飞行器，其特征在于：所述平衡装置安装在所述主旋翼之下或所述主旋翼之上，所述连杆分别和所述平衡装置与所述主旋翼相互连接，所述平衡装置的摆动通过所述连杆控制所述主旋翼的迎角变化。

5.根据权利要求1所述的多轴飞行器，其特征在于：所述主旋翼安装在所述旋翼轴上，并能绕所述旋翼轴上的销轴摆动以改变至少一个叶片的迎角。

6.根据权利要求1至5任一项所述的多轴飞行器，其特征在于：所述平衡装置的纵向轴线与主旋翼叶片的一个轴线方向形成一个20度至50度的夹角，在旋转方向上，所述主旋翼的迎角前沿要滞后所述平衡装置20度至50度的夹角。

7.根据权利要求1所述的多轴飞行器，其特征在于：所述控制电路板包括控制IC，一个角速度陀螺仪，PCB板，以及至少一个LED指示灯，该指示灯显示所述飞行器的工作状况及展现飞行时的美观。

8.根据权利要求7所述的多轴飞行器，其特征在于：所述控制电路板设置了接受电路，遥控器发射指令通过所述接受电路控制控制电路板的工作状况，进而控制所述驱动器中的马达的电流通断和通电时间；所述控制电路板中设置的角速度陀螺仪，以检测飞行器水平方向的角速度变化并反馈给所述控制IC控制每一所述驱动器中所述马达的占空比，以进一步控制每一所述主旋翼的转速，从而平衡整体扭力，以保证飞行器飞行时不会旋转。

9.根据权利要求1所述的多轴飞行器，其特征在于：所述飞行器在飞行时，每一所述推进器中所述主旋翼系统高速旋转，所述平衡装置在高速旋转中产生陀螺效应，产生陀螺效应的所述平衡装置能稳定相对应的所述主旋翼，并保证其在飞行中的稳定；每一所述推进器的稳定飞行保证了整个所述飞行器的稳定飞行。

10.一种四轴飞行器，包括电池，控制电路板，机架，机罩以及四个驱动器，所述四个驱动器中两个驱动器中的主旋翼系统顺时针旋转，另外两个逆时针旋转，所述主旋翼系统中具有平衡装置，所述平衡装置在高速旋转中产生陀螺效应，产生陀螺效应的所述平衡装置能稳定相对应的所述主旋翼，并保证其在飞行中的稳定；所述控制电路板中设置有高精度的角速度陀螺仪，以检溅飞行器水平方向的角速度变化并通过所述控制IC控制每一所述驱动器中的马达的占空比，以进一步控制每一所述主旋翼的转速，从而平衡整体扭力，以保证飞行器飞行时不会旋转。