本發(fā)明涉及一種在多旋翼無(wú)人機(jī)裝置，該裝置可在無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)階段用于無(wú)人機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能測(cè)試。

背景技術(shù)：

多旋翼無(wú)人機(jī)是一種具有三個(gè)及以上旋翼軸的特殊的無(wú)人駕駛直升機(jī)，其通過(guò)每個(gè)軸上的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生升推力。通過(guò)改變不同旋翼之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速，可以改變單軸推進(jìn)力的大小，從而控制飛行器的運(yùn)行軌跡。與固定翼無(wú)人機(jī)相比，多旋翼無(wú)人機(jī)具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）可操控性強(qiáng)。多旋翼無(wú)人機(jī)不需要跑道便可以垂直起降，起飛后可在空中懸停，操控原理簡(jiǎn)單，可控制飛行器的前后、左右、上下和偏航方向的運(yùn)動(dòng)。

（2）可靠性高。在機(jī)械結(jié)構(gòu)組成上，多旋翼無(wú)人機(jī)沒(méi)有活動(dòng)部件，其可靠性基本上取決于無(wú)刷電機(jī)，因此可靠性較高。同時(shí)，多旋翼無(wú)人機(jī)能夠懸停，飛行范圍受控，相對(duì)固定翼無(wú)人機(jī)更安全。

（3）可維護(hù)性強(qiáng)。多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電機(jī)、電子調(diào)速器、電池、螺旋槳和機(jī)架等均為模塊化設(shè)計(jì)，易于維修和零部件更換。

但多旋翼無(wú)人機(jī)也存在以下不足以及發(fā)展的瓶頸問(wèn)題：

（1）機(jī)架結(jié)構(gòu)剛性的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。一是機(jī)架自重不能過(guò)大，否則影響無(wú)人機(jī)載荷與飛行效能，但自重又不能過(guò)輕，否則影響無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；二是機(jī)架的剛性要適度，避免在螺旋槳額定轉(zhuǎn)速情況下或在調(diào)速過(guò)程中因機(jī)架剛性問(wèn)題產(chǎn)生共振，影響飛行安全。

（2）機(jī)架直徑與螺旋槳槳葉尺寸之間的匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。機(jī)架直徑大小決定了無(wú)人機(jī)在同一圓周平面上所能安裝的螺旋槳的個(gè)數(shù)，當(dāng)螺旋槳個(gè)數(shù)確定后，螺旋槳槳葉尺寸越大，就需要更大直徑的機(jī)架予以支承，從而避免相鄰槳葉間產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，但機(jī)架直徑過(guò)大又會(huì)導(dǎo)致自重偏大，且因迎風(fēng)面積增大也會(huì)導(dǎo)致抗風(fēng)能力變?nèi)酢Ｒ虼?，需要通過(guò)計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試手段來(lái)確定機(jī)架直徑與螺旋槳槳葉尺寸之間合理的匹配關(guān)系。

（3）螺旋槳槳葉尺寸與槳葉轉(zhuǎn)速之間的匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。多旋翼無(wú)人機(jī)的螺旋槳槳距一般是不能在運(yùn)行中隨意調(diào)節(jié)的，因此，多旋翼無(wú)人機(jī)改變螺旋槳升力的主要方法是設(shè)計(jì)一定大小的螺旋槳槳葉尺寸，并在運(yùn)行中改變其轉(zhuǎn)速。然而，一方面，槳葉尺寸越大，越難迅速改變其轉(zhuǎn)速；另一方面，速度頻繁變化所引起的螺旋槳上下振動(dòng)易導(dǎo)致大尺寸的槳葉折斷。這就要求槳葉尺寸與轉(zhuǎn)速之間也要有良好的匹配關(guān)系，即：槳葉尺寸與螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的匹配問(wèn)題。

以上三方面的不足與問(wèn)題主要存在于多旋翼無(wú)人機(jī)最初的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，即：主要涉及如何優(yōu)化設(shè)計(jì)并合理選擇多旋翼無(wú)人機(jī)的機(jī)架（直徑）尺寸、螺旋槳槳葉尺寸、螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速匹配這三個(gè)方面的參數(shù)。由于缺少靈活機(jī)動(dòng)的測(cè)試平臺(tái)，以往的多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多采用估算的方法，通常只考慮升力大小與無(wú)人機(jī)載荷之間的匹配問(wèn)題，往往忽略了上述三方面的優(yōu)化匹配問(wèn)題，從而導(dǎo)致多旋翼無(wú)人機(jī)大多存在飛行速度調(diào)節(jié)不靈活、飛行中振動(dòng)較大（對(duì)于用做空中拍攝的無(wú)人機(jī)，則會(huì)因振動(dòng)太大造成拍攝畫面抖動(dòng)模糊的問(wèn)題）、抗風(fēng)能力差、用途變換適應(yīng)性（換裝不同負(fù)載的工作適應(yīng)性）差等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與手段不足的缺點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)一種機(jī)架直徑可調(diào)節(jié)變化的多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置，提供了一種多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，能夠有效解決多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的零部件參數(shù)匹配實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)手段不足的問(wèn)題，從無(wú)人機(jī)機(jī)架直徑大小、螺旋槳槳葉尺寸、螺旋槳旋翼個(gè)數(shù)與排列方式、無(wú)人機(jī)與云臺(tái)或負(fù)載連接的抗振性能等方面均能提供靈活、可變、有效的測(cè)試手段。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種基于可變徑機(jī)架的多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置，包括立柱，立柱內(nèi)軸承機(jī)構(gòu)，立柱內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，立柱外軸承機(jī)構(gòu)，升降套筒，連桿機(jī)構(gòu)和電機(jī)安裝桿，所述立柱內(nèi)軸承機(jī)構(gòu)和立柱內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均設(shè)置在所述立柱內(nèi)，所述立柱外軸承機(jī)構(gòu)設(shè)在立柱外側(cè)，所述電機(jī)安裝桿通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)與所述立柱連接；所述立柱內(nèi)軸承機(jī)構(gòu)包括設(shè)在上端部的上端法蘭盤、導(dǎo)向鍵以及設(shè)在下端部的升降調(diào)節(jié)螺母、下端法蘭盤和內(nèi)軸承，所述立柱內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括相互套接的梯形絲桿和梯形螺母軸，所述梯形絲桿與升降調(diào)節(jié)螺母連接，所述梯形螺母軸上端部穿過(guò)上端法蘭盤、導(dǎo)向鍵并連接有升降套筒的頂部，所述立柱外軸承機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)套接在所述立柱外側(cè)的第一軸承、第二軸承以及第三軸承，所述第一軸承與升降套筒的下端部連接，所述第一軸承、第二軸承以及第三軸承分別通過(guò)鉸鏈座和連桿機(jī)構(gòu)與電機(jī)安裝桿活動(dòng)連接，所述電機(jī)安裝桿上還設(shè)有螺旋槳電機(jī)，所述螺旋槳電機(jī)還連接有螺旋槳。

進(jìn)一步的，所述電機(jī)安裝桿的數(shù)量為3-6個(gè)，且所述電機(jī)安裝桿的一端或兩端設(shè)有螺旋槳。

進(jìn)一步的，所述立柱底部還設(shè)有機(jī)身底板，機(jī)身底板上還設(shè)有電池與控制盒。

進(jìn)一步的，所述升降套筒設(shè)在立柱的外側(cè)，且沿立柱作上下直線運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，每根所述電機(jī)安裝桿均通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)與立柱活動(dòng)連接。

進(jìn)一步的，所述連桿機(jī)構(gòu)包括連桿和斜撐，電機(jī)安裝桿的上部通過(guò)一連桿與第二軸承連接，電機(jī)安裝桿的下部通過(guò)一連桿與第三軸承連接，電機(jī)安裝桿的下部同時(shí)通過(guò)一斜撐與第一軸承連接。

進(jìn)一步的，通過(guò)旋轉(zhuǎn)升降調(diào)節(jié)螺母從而調(diào)整整個(gè)機(jī)架的直徑大小。

本發(fā)明還公開(kāi)了上述一種基于可變徑機(jī)架的多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置的直徑調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟：

（1）手動(dòng)旋轉(zhuǎn)升降調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行逆時(shí)針或順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得梯形絲桿作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)或順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；

（2）通過(guò)下端法蘭盤、軸承、上端法蘭盤、導(dǎo)向鍵的共同作用，梯形螺母軸作直線上升或下降運(yùn)動(dòng)；

（3）梯形螺母軸帶動(dòng)升降套筒沿立柱上升或下降；

（4）升降套筒的升降帶動(dòng)外軸承機(jī)構(gòu)的升降，從而帶動(dòng)與外軸承機(jī)構(gòu)鉸鏈連接的電機(jī)安裝桿的升降，從而達(dá)到機(jī)架直徑調(diào)節(jié)的目的。

有益效果：本發(fā)明的有益效果如下：

1、該結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置可通過(guò)人工手動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)成多種機(jī)架直徑狀態(tài)，從而可以靈活改變各旋翼螺旋槳之間的距離，方便進(jìn)行各種距離參數(shù)的飛行性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

2、該結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置可根據(jù)測(cè)試要求在電機(jī)安裝桿上換裝不同槳葉尺寸的旋翼螺旋槳進(jìn)行飛機(jī)性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

3、該結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置可單層、也可上下雙層安裝旋翼；可全部、也可對(duì)稱地部分在電機(jī)安裝桿上安裝旋翼。從而可按單層3旋翼、單層4旋翼、單層6旋翼、雙層6旋翼、雙層8旋翼、雙層12旋翼等6種不同的旋翼個(gè)數(shù)與結(jié)構(gòu)組合模式進(jìn)行飛行性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

4、該結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置的連桿與立柱之間采用軸承連接這一“柔性”方式進(jìn)行連接，在有效減少飛行中機(jī)架振動(dòng)對(duì)無(wú)人機(jī)所連接的云臺(tái)或負(fù)載影響程度的同時(shí)，還能提高機(jī)架的抗風(fēng)能力，有效化解飛行中突發(fā)的陣風(fēng)或側(cè)風(fēng)對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行安全影響。

本發(fā)明克服了現(xiàn)有多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與手段不足的缺點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)一種機(jī)架直徑可調(diào)節(jié)變化的多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置，提供了一種多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，能夠有效解決多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的零部件參數(shù)匹配實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)手段不足的問(wèn)題，從無(wú)人機(jī)機(jī)架直徑大小、螺旋槳槳葉尺寸、螺旋槳旋翼個(gè)數(shù)與排列方式、無(wú)人機(jī)與云臺(tái)或負(fù)載連接的抗振性能等方面均能提供靈活、可變、有效的測(cè)試手段。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明最大機(jī)架直徑狀態(tài)下的多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置主視圖；

圖2為圖1底部結(jié)構(gòu)局部放大示意圖；

圖3為圖1中部結(jié)構(gòu)局部放大示意圖；

圖4為圖1頂部結(jié)構(gòu)局部放大示意圖；

圖5為圖1的俯視圖；

圖6為本發(fā)明最小機(jī)架直徑狀態(tài)下的多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置主視圖；

圖7為圖6的俯視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1到圖5所示的一種基于可變徑機(jī)架的多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置，包括立柱10，立柱內(nèi)軸承機(jī)構(gòu)，立柱內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，立柱外軸承機(jī)構(gòu)，升降套筒13，連桿機(jī)構(gòu)和電機(jī)安裝桿20，所述立柱內(nèi)軸承機(jī)構(gòu)和立柱內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均設(shè)置在所述立柱10內(nèi)，所述立柱外軸承機(jī)構(gòu)設(shè)在立柱10外側(cè)，所述電機(jī)安裝桿20通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)與所述立柱10連接。

所述立柱內(nèi)軸承機(jī)構(gòu)包括設(shè)在上端部的上端法蘭盤14、導(dǎo)向鍵15以及設(shè)在下端部的升降調(diào)節(jié)螺母5、下端法蘭盤6和內(nèi)軸承7，所述立柱內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括相互套接的梯形絲桿8和梯形螺母軸9，所述梯形絲桿8與升降調(diào)節(jié)螺母5連接，所述梯形螺母軸9上端部穿過(guò)上端法蘭盤14、導(dǎo)向鍵15并連接有升降套筒13的頂部，所述立柱外軸承機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)套接在所述立柱外側(cè)的第一軸承16、第二軸承22以及第三軸承21，所述第一軸承16通過(guò)軸承座軸套12與升降套筒13的下端部連接，所述第一軸承16、第二軸承22以及第三軸承21分別通過(guò)鉸鏈座17和連桿機(jī)構(gòu)與電機(jī)安裝桿20活動(dòng)連接，所述電機(jī)安裝桿20上還設(shè)有螺旋槳電機(jī)1，所述螺旋槳電機(jī)還1連接有螺旋槳2。其中，第一軸承16、第二軸承22以及第三軸承21外側(cè)還分別設(shè)有軸承座11。

具體的，電機(jī)安裝桿20與立柱10的連接結(jié)構(gòu)如下：

其中的連桿機(jī)構(gòu)包括連桿18和斜撐19，電機(jī)安裝桿20的上部通過(guò)一連桿與中間位置的第二軸承22連接，電機(jī)安裝桿20的下部通過(guò)一連桿與最底部的第三軸承21連接，電機(jī)安裝桿20的下部同時(shí)通過(guò)一斜撐與最上部的第一軸承16連接。

本實(shí)施例中的電機(jī)安裝桿20采用雙層6旋翼的結(jié)構(gòu)，除了本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)外，本發(fā)明的電機(jī)安裝桿的數(shù)量可以選擇3-6個(gè)中的任意一種，且所述電機(jī)安裝桿的一端或兩端設(shè)有螺旋槳，即即可以設(shè)置單層旋翼也可以設(shè)置雙層旋翼。

機(jī)身底板3上安裝有無(wú)人機(jī)電池與控制盒4，用于對(duì)各無(wú)人機(jī)螺旋槳電機(jī)供電，同時(shí)根據(jù)飛行控制指令控制各螺旋槳電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于每個(gè)電機(jī)安裝桿20所對(duì)應(yīng)連接的上下兩個(gè)連桿18、斜撐19都是與立柱20間通過(guò)軸承連接這一“柔性”方式連接，因此可以通過(guò)軸承將飛行過(guò)程中螺旋槳電機(jī)1、螺旋槳2、連桿18與斜撐19所產(chǎn)生的振動(dòng)與立柱20及其所連接的云臺(tái)或負(fù)載之間進(jìn)行部分隔離，在有效減少飛行中機(jī)架振動(dòng)對(duì)無(wú)人機(jī)所連接的云臺(tái)或負(fù)載影響程度的同時(shí)，還能提高機(jī)架的抗風(fēng)能力，有效化解飛行中突發(fā)的陣風(fēng)或側(cè)風(fēng)對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行安全影響。

如圖6和圖7所示為最小機(jī)架直徑狀態(tài)下的多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置主視圖，經(jīng)由圖1到圖5最大直徑狀態(tài)下調(diào)節(jié)到圖6和圖7最小直徑狀態(tài)具體的流程如下：

通過(guò)手動(dòng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)升降調(diào)節(jié)螺母5，使梯形絲桿8作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)立柱下端法蘭盤6、軸承7、立柱上端法蘭盤14、導(dǎo)向鍵15的共同作用，梯形螺母軸9作直線上升運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)升降套筒13沿立柱10上升。升降套筒13的升降帶動(dòng)外軸承機(jī)構(gòu)的升降，從而帶動(dòng)與外軸承機(jī)構(gòu)鉸鏈連接的電機(jī)安裝桿的升降，從而達(dá)到機(jī)架直徑調(diào)節(jié)的目的。一個(gè)電機(jī)安裝桿對(duì)應(yīng)一組鉸鏈座17、連桿18、斜撐19。升降套筒13上升時(shí)，電機(jī)安裝桿20向上運(yùn)動(dòng)，機(jī)架直徑便可進(jìn)行收縮調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與手段不足的缺點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)一種機(jī)架直徑可調(diào)節(jié)變化的多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)測(cè)試裝置，提供了一種多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，能夠有效解決多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的零部件參數(shù)匹配實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)手段不足的問(wèn)題，從無(wú)人機(jī)機(jī)架直徑大小、螺旋槳槳葉尺寸、螺旋槳旋翼個(gè)數(shù)與排列方式、無(wú)人機(jī)與云臺(tái)或負(fù)載連接的抗振性能等方面均能提供靈活、可變、有效的測(cè)試手段。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。