CN106542087B - 一种多旋翼无人机的机架 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种多旋翼无人机的机架，其包括：所述机架包括：多边形机臂组，其包括首尾相连的多个短机臂；多个分支机臂组，每个所述分支机臂组包括至少两个第一机臂和连接于所述至少两个第一机臂的一端的第二机臂，所述至少两个第一机臂的另一端分别与所述短机臂的两端连接；以及多对电机座，每对所述电机座分别固定在所述第二机臂的两端，用于分别固定多旋翼无人机的电机，其中，所述短机臂、第一机臂及第二机臂均设置为管状结构。该机架采用多种机臂组相组合的布局形式，并通过合理地设置机臂的结构尺寸，使其在满足整机振动模态的同时具有明显的减重效果，且易于拆装和维护，可靠性高，适用于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种多旋翼无人机的机架。
背景技术
多旋翼无人机主要包括多个电机和螺旋桨、飞行控制装置和载重仓，并通过机架连接起来。多旋翼无人机可以广泛应用于空中定点监视、监控、拍摄、环保监测、野外科考、案件侦查、城市管理、庭院安防，车辆防盗、快递运送等领域。
目前多旋翼无人机的机架有几种结构模式：一是采用注塑件整体结构，适合大批量生产、且小型轻载的无人机；二是复合材料一体成型结构，一般采用手工制造，生产效率慢，且产品质量难以重现，产品可靠性难以控制；三是板杆组合结构，零部件多，组装复杂，且不易维护，结构可靠性低。如果能将以上几种机架结构模式的优点集合起来设计无人机的机架，将大大改善无人机的整体结构的机械性能，甚至提高无人机的飞行品质。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述缺陷或不足，本发明提供了一种多旋翼无人机的机架，其至少能够提高多旋翼无人机机架的可靠性。
根据本发明的一方面，提供了一种多旋翼无人机的机架，所述机架包括：多边形机臂组，其包括首尾相连的多个短机臂；多个分支机臂组，每个所述分支机臂组包括至少两个第一机臂和连接于所述至少两个第一机臂的一端的第二机臂，所述至少两个第一机臂的另一端分别与所述短机臂的两端连接；以及多对电机座，每对所述电机座分别固定在所述第二机臂的两端，用于分别固定多旋翼无人机的电机，其中，所述短机臂、第一机臂及第二机臂均设置为管状结构。
优选地，所述分支机臂组对应于所述多边形机臂组的多个边交替设置。
优选地，所述第一机臂的一端分别通过T型连接件与第二机臂连接，所述T型连接件包括：一对第一连接件，对称布置，其中所述第一连接件由中心轴线在同一平面内且成一定角度的第一圆弧薄壁和第二圆弧薄壁相交而成为一体，其一端沿第二圆弧薄壁的轴向方向设置有一个缩口，所述缩口能够***所述第一机臂的内部，而所述第二机臂能够***由一对第一圆弧薄壁组成的内部空间；和一对第二连接件，所述第二连接件设置为圆弧薄壁，所述一对第二连接件对称地固定在所述一对第一连接件的设置有缩口的一端外侧。
可选地，相邻的两个所述短机臂与所述第一机臂可以通过三通连接件和/或四通连接件连接。
优选地，所述机架还包括一个吊舱，其通过多个四通连接件连接，所述吊舱用于容纳并固定所述多旋翼无人机的控制***硬件装置。
优选地，所述第一机臂的长度尺寸设置为轴距的0.1～0.5倍。
优选地，所述第二机臂的长度尺寸设置为轴距的0.2～0.8倍。
优选地，所述短机臂的长度尺寸设置为轴距的0.1～0.4倍。
优选地，所述多边形机臂组和所述分支机臂组采用连续纤维增强塑料制成。
优选地，所述短机臂、第一机臂及第二机臂的横截面为圆形或者多边形。
本发明的多旋翼无人机的机架采用多种机臂组相组合的布局形式，并通过合理地设置机臂的结构尺寸，使其在满足整机振动模态的同时具有明显的减重效果，且易于拆装和维护，可靠性高，适用于批量生产。
附图说明
通过参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。其中显示：
图1为根据本发明的实施例的多旋翼无人机的机架的结构示意图；
图2为图1所示的机架的T型连接件的结构示意图；
图3A为图1所示的机架的三通连接件的结构示意图；
图3B为图1所示的机架的四通连接件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
图1为根据本发明的实施例的多旋翼无人机的机架的结构示意图。如图所示，机架100包括多边形机臂组10、多个分支机臂组20和多对电机座30。
多边形机臂组10包括首尾相连的多个短机臂11。多边形机臂组10可以设置为由尺寸相等的多个短机臂11组成的正多边形结构，也可以设置为由尺寸不相等的多个短机臂11组成的非正多边形结构，优选为前者，即正多边形结构。
分支机臂组20对应于多边形机臂组10的多个边交替设置。分支机臂组20包括至少两个第一机臂21和连接于至少两个第一机臂21的一端的第二机臂22。第一机臂21的另一端与短机臂11连接。第一机臂21优选为两个，此时两个第一机臂21的另一端分别与短机臂11的两端连接。本实施例以分支机臂组20包括两个第一机臂21和连接于两个第一机臂21的一端的第二机臂22为例进行描述，如图1所示。
短机臂11、第一机臂21及第二机臂22均设置为管状结构，横截面可以为圆形或者多边形。本实施例以圆形横截面为例。至少两个第一机臂21可以平行设置，也可以相互成一定角度设置。它们的一端分别通过T型连接件23与第二机臂22连接。如果第一机臂21的数量多于两个，则第一机臂21的两端均通过T型连接件23与其它机臂连接。相邻的两个短机臂11与第一机臂21可以通过三通连接件12和/或四通连接件13连接。
分支机臂组20的组数如此设置，例如，多边形机臂组10为六边形，那么具有三组分支机臂组20，每个分支机臂组20连接至少两个第一机臂21和第二机臂22。
每对电机座30分别固定在第二机臂22的两端，用于固定多旋翼无人机的电机。
另外，机架100还包括一个吊舱(图中未示出)，其通过多个四通连接件13连接，所述吊舱用于容纳并固定所述多旋翼无人机的控制***硬件装置，商业载重也可以放置于吊舱内。后面将详细描述T型连接件23、三通连接件12和四通连接件13的结构。
多旋翼无人机的控制***硬件装置与电机之间的线缆穿过各组机臂的内部进行连接，既美观又不影响无人机的飞行。
为了机架100具有更高的稳定性及更好的平衡性，本实施中的多边形机臂组10设置为正六边形，以便更容易制造，但是并不限于所述正多边形形状，还可以为正四边形、正八边形或正十六边形等，或者也可以为非正多边形形状，根据具体的应用场合而定。
下面结合附图详细描述T型连接件23的结构。
本实施例以分支机臂组20包括两个第一机臂21和连接于两个第一机臂21的一端的第二机臂22为例进行描述。第一机臂21的一端通过T型连接件23与第二机臂22连接。
图2为图1所示的机架的T型连接件的结构示意图。如图所示，T型连接件23包括：一对第一连接件1，对称布置，其中第一连接件1由中心轴线在同一平面内且成一定角度的第一圆弧薄壁1a和第二圆弧薄壁1b相交而成为一体，其一端沿第二圆弧薄壁1b的轴向方向设置有一个缩口1c，缩口1c能够***第一机臂21的内部，而第二机臂22能够***由一对第一圆弧薄壁1a组成的内部空间；和一对第二连接件2，第二连接件2设置为圆弧薄壁，一对第二连接件2对称地固定在一对第一连接件1的设置有缩口1c的一端外侧。第一连接件1的第一圆弧薄壁1a和第二圆弧薄壁1b的半径可以相同，也可以不同。另外，第一连接件1的第一圆弧薄壁1a与第二圆弧薄壁1b之间的角度可以设置为10°～170°，因此，T型连接件23可以将夹角范围在10°～170°内的相同直径或者不同直径的第一机臂21和第二机臂22连接起来。
如图所示，第一连接件1的第一圆弧薄壁1a的一端向外延伸而形成有第一法兰式连接耳，第二连接件2的两端分别向外延伸而形成有第二法兰式连接耳，第一法兰式连接耳和第二法兰式连接耳分别设置有多个通孔。第一连接件1上设置有至少3个通孔，其中至少一个通孔用于与第二机臂22连接，至少一个通孔设置在缩口1c处；第二连接件2上设置有至少2个通孔，其中至少一个通孔用于与第一连接件1连接，至少另一个通孔用于与第一连接件1的缩口1c处的通孔及第一机臂21连接。第一机臂21和第二机臂22的相应位置处分别设置有贯穿孔，第一连接件1、第二连接件2以及两个机臂之间通过紧固件穿过所述通孔和贯穿孔而相互连接。T型连接件23能够满足两个机臂连接的强度与刚度要求，易于安装和拆解，满足飞机长时间和多架次飞行，提高了无人机机臂的可靠性。
下面结合附图详细描述三通连接件12和四通连接件13的结构。
图3A为图1所示的机架的三通连接件的结构示意图。如图所示，三通连接件12包括三通管12a和三对连接件12b，其中三通管12a的每个分支管路上沿其轴向方向各设置有一个缩口12c，可以***相邻的两个短机臂11或者第一机臂21的内部，每对连接件12b固定在两个短机臂11或者第一机臂21的外圆周面上。每对连接件12b上设置有两个通孔，三通管12a的每个分支管路上对应设置有两个贯通孔，其中位于缩口12c处的贯通孔与两个短机臂11或者第一机臂21的贯通孔对应，紧固件穿过通孔和贯通孔可以将两个短机臂11和第一机臂21连接起来。
图3B为图1所示的机架的四通连接件的结构示意图。如图所示，四通连接件13包括四通管13a和四对连接件13b，四通连接件13与三通连接件12结构类似，每个分支管路上沿其轴向方向各设置有一个缩口13c，不同之处在于多了一个分支管路，四通连接件13除了连接相邻的两个短机臂11或者第一机臂21外，另外一支分支管路用于连接吊舱。相邻的两个短机臂11与第一机臂21可以通过多个三通连接件12和/或多个四通连接件13连接。本实施例的附图中多边形机臂组10设置为正六边形，可以采用4个四通连接件13和2个三通连接件12。
本发明实施例中的多旋翼无人机的机架100采用多种机臂组的组合式结构，易于拆装和维护，可靠性较高。
下面详细描述各个机臂的结构尺寸。
各个机臂在无人机飞行过程中至少承受着由螺旋桨升力和电机的重力形成的弯曲力矩和扭转力矩，其刚度和强度对飞行品质有重要影响。第二机臂22的两端连接有电机座30，电机座30的接口用于固定电机，而螺旋桨与电机的输出轴连接。无人机飞行过程中，相对的两个螺旋桨互不干涉。因此，螺旋桨的长度尺寸小于等于轴距h，轴距h即为由多个电机座30连接的多个电机的输出轴绕多边形机臂组10的中心轴线所组成的圆的直径。
本实施例经过试验验证，当各个机臂的横截面为圆形时，第一机臂21的长度尺寸优选设置为轴距h的0.1～0.5倍，第二机臂22的长度尺寸设置为轴距h的0.2～0.8倍，短机臂11的长度设置为轴距h的0.1～0.4倍。当第一机臂21设置为两个时，短机臂11的长度即两个第一机臂21的间距。各机臂管壁的壁厚尺寸范围为0.5mm～8mm，外径尺寸范围为10mm～100mm，可以满足整机的振动模态要求。
另外，多边形机臂组10和分支机臂组20可以优先采用连续纤维增强塑料制成，例如玻璃纤维增强环氧、碳纤维增强环氧等等。采用连接纤维增强塑料时，可以采用拉挤、缠绕、搓管等工艺制造各机臂，不仅能提高生产效率，并且由于纤维含量高，力学性能优秀，产品制造容易重现，质量稳定性高，并具有明显的减重效果。多边形机臂组10和分支机臂组20也可以采用金属材料制成，根据具体的适用场合而定。
本发明实施例中的多旋翼无人机的机架100相对于注塑件更适合大载荷无人机使用，相对于复合材料一体成型的机架，单套模具生产效率由1.5小时左右提高到几分钟，且产品质量重复性好，产品可靠性易于控制，适用于批量生产。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (9)
1.一种多旋翼无人机的机架，其特征在于，所述机架包括：
多边形机臂组，其包括首尾相连的多个短机臂；
多个分支机臂组，每个所述分支机臂组包括一对第一机臂和连接于所述一对第一机臂的一端的第二机臂，所述一对第一机臂的另一端分别与所述短机臂的两端连接；以及
多对电机座，每对所述电机座分别固定在所述第二机臂的两端，用于分别固定多旋翼无人机的电机，
其中，所述短机臂、第一机臂及第二机臂均设置为管状结构；
所述一对第一机臂的一端分别通过T型连接件与第二机臂连接，所述T型连接件包括：
一对第一连接件，对称布置，其中所述第一连接件由中心轴线在同一平面内且成一定角度的第一圆弧薄壁和第二圆弧薄壁相交而成为一体，其一端沿第二圆弧薄壁的轴向方向设置有一个缩口，所述缩口能够***所述第一机臂的内部，而所述第二机臂能够***由一对第一圆弧薄壁组成的内部空间；和
一对第二连接件，所述第二连接件设置为圆弧薄壁，所述一对第二连接件对称地固定在所述一对第一连接件的设置有缩口的一端外侧。
2.根据权利要求1所述的机架，其特征在于，所述分支机臂组对应于所述多边形机臂组的多个边交替设置。
3.根据权利要求1所述的机架，其特征在于，相邻的两个所述短机臂与所述第一机臂通过三通连接件和/或四通连接件连接。
4.根据权利要求3所述的机架，其特征在于，所述机架还包括一个吊舱，其通过多个四通连接件连接，所述吊舱用于容纳并固定所述多旋翼无人机的控制***硬件装置以及商业载重。
5.根据权利要求1所述的机架，其特征在于，所述第一机臂的长度尺寸设置为由多个所述电机座连接的多个电机的输出轴绕所述多边形机臂组的中心轴线所组成的圆的直径的0.1～0.5倍。
6.根据权利要求1所述的机架，其特征在于，所述第二机臂的长度尺寸设置为由多个所述电机座连接的多个电机的输出轴绕所述多边形机臂组的中心轴线所组成的圆的直径的0.2～0.8倍。
7.根据权利要求1所述的机架，其特征在于，所述短机臂的长度尺寸设置为由多个所述电机座连接的多个电机的输出轴绕所述多边形机臂组的中心轴线所组成的圆的直径的0.1～0.4倍。
8.根据权利要求1至7任一项所述的机架，其特征在于，所述多边形机臂组和所述分支机臂组均采用连续纤维增强塑料制成。
9.根据权利要求8所述的机架，其特征在于，所述短机臂、第一机臂及第二机臂的横截面为圆形或者多边形。
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