一種多旋翼無人機的機架的製作方法

2023-05-24 10:53:36

本實用新型涉及無人機技術領域，尤其涉及一種多旋翼無人機的機架。

背景技術：

多旋翼無人機主要包括多個電機和螺旋槳、飛行控制裝置和載重倉，並通過機架連接起來。多旋翼無人機可以廣泛應用於空中定點監視、監控、拍攝、環保監測、野外科考、案件偵查、城市管理、庭院安防，車輛防盜、快遞運送等領域。

目前多旋翼無人機的機架有幾種結構模式：一是採用注塑件整體結構，適合大批量生產、且小型輕載的無人機；二是複合材料一體成型結構，一般採用手工製造，生產效率慢，且產品質量難以重現，產品可靠性難以控制；三是板杆組合結構，零部件多，組裝複雜，且不易維護，結構可靠性低。如果能將以上幾種機架結構模式的優點集合起來設計無人機的機架，將大大改善無人機的整體結構的機械性能，甚至提高無人機的飛行品質。

技術實現要素：

鑑於現有技術中存在的上述缺陷或不足，本實用新型提供了一種多旋翼無人機的機架，其至少能夠提高多旋翼無人機機架的可靠性。

根據本實用新型的一方面，提供了一種多旋翼無人機的機架，所述機架包括：多邊形機臂組，其包括首尾相連的多個短機臂；多個分支機臂組，每個所述分支機臂組包括至少兩個第一機臂和連接於所述至少兩個第一機臂的第二機臂，所述至少兩個第一機臂的一端分別與所述短機臂的兩端連接；以及多對電機座，每對所述電機座分別固定在所述第二機臂的兩端，用於分別固定多旋翼無人機的電機，其中，所述短機臂、第一機臂及第二機臂均設置為管狀結構。

優選地，所述分支機臂組對應於所述多邊形機臂組的多個邊交替設置。

優選地，所述第一機臂的一端分別通過T型連接件與第二機臂連接，所述T型連接件包括：一對第一連接件，對稱布置，其中所述第一連接件由中心軸線在同一平面內且成一定角度的第一圓弧薄壁和第二圓弧薄壁相交而成為一體，其一端沿第二圓弧薄壁的軸向方向設置有一個縮口，所述縮口能夠插入所述第一機臂的內部，而所述第二機臂能夠插入由一對第一圓弧薄壁組成的內部空間；和一對第二連接件，所述第二連接件設置為圓弧薄壁，所述一對第二連接件對稱地固定在所述一對第一連接件的設置有縮口的一端外側。

可選地，相鄰的兩個所述短機臂與所述第一機臂可以通過三通連接件和/或四通連接件連接。

優選地，所述機架還包括一個吊艙，其通過多個四通連接件連接，所述吊艙用於容納並固定所述多旋翼無人機的控制系統硬體裝置。

優選地，所述第一機臂的長度尺寸設置為軸距的0.1～0.5倍。

優選地，所述第二機臂的長度尺寸設置為軸距的0.2～0.8倍。

優選地，所述短機臂的長度尺寸設置為軸距的的0.1～0.4倍。

優選地，所述多邊形機臂組和所述分支機臂組採用連續纖維增強塑料製成。

優選地，所述短機臂、第一機臂及第二機臂的橫截面為圓形或者多邊形。

本實用新型的多旋翼無人機的機架採用多種機臂組相組合的布局形式，並通過合理地設置機臂的結構尺寸，使其在滿足整機振動模態的同時具有明顯的減重效果，且易於拆裝和維護，可靠性高，適用於批量生產。

附圖說明

通過參照以下附圖所作的對非限制性實施例的詳細描述，本實用新型的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯。其中顯示：

圖1為根據本實用新型的實施例的多旋翼無人機的機架的結構示意圖；

圖2為圖1所示的機架的T型連接件的結構示意圖；

圖3A為圖1所示的機架的三通連接件的結構示意圖；

圖3B為圖1所示的機架的四通連接件的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本申請作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋相關實用新型，而非對該實用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便於描述，附圖中僅示出了與實用新型相關的部分。

圖1為根據本實用新型的實施例的多旋翼無人機的機架的結構示意圖。如圖所示，機架100包括多邊形機臂組10、多個分支機臂組20和多對電機座30。

多邊形機臂組10包括首尾相連的多個短機臂11。多邊形機臂組10可以設置為由尺寸相等的多個短機臂11組成的正多邊形結構，也可以設置為由尺寸不相等的多個短機臂11組成的非正多邊形結構，優選為前者，即正多邊形結構。

分支機臂組20對應於多邊形機臂組10的多個邊交替設置。分支機臂組20包括至少兩個第一機臂21和連接於至少兩個第一機臂21的一端的第二機臂22。第一機臂21的另一端與短機臂11連接。第一機臂21優選為兩個，此時兩個第一機臂21的另一端分別與短機臂11的兩端連接。本實施例以分支機臂組20包括兩個第一機臂21和連接於兩個第一機臂21的一端的第二機臂22為例進行描述，如圖1所示。

短機臂11、第一機臂21及第二機臂22均設置為管狀結構，橫截面可以為圓形或者多邊形。本實施例以圓形橫截面為例。至少兩個第一機臂21可以平行設置，也可以相互成一定角度設置。它們的一端分別通過T型連接件23與第二機臂22連接。如果第一機臂21的數量多於兩個，則第一機臂21的兩端均通過T型連接件23與其它機臂連接。相鄰的兩個短機臂11與第一機臂21可以通過三通連接件12和/或四通連接件13連接。

分支機臂組20的組數如此設置，例如，多邊形機臂組10為六邊形，那麼具有三組分支機臂組20，每個分支機臂組20連接至少兩個第一機臂21和第二機臂22。

每對電機座30分別固定在第二機臂22的兩端，用於固定多旋翼無人機的電機。

另外，機架100還包括一個吊艙(圖中未示出)，其通過多個四通連接件13連接，所述吊艙用於容納並固定所述多旋翼無人機的控制系統硬體裝置，商業載重也可以放置於吊艙內。後面將詳細描述T型連接件23、三通連接件12和四通連接件13的結構。

多旋翼無人機的控制系統硬體裝置與電機之間的線纜穿過各組機臂的內部進行連接，既美觀又不影響無人機的飛行。

為了機架100具有更高的穩定性及更好的平衡性，本實施中的多邊形機臂組10設置為正六邊形，以便更容易製造，但是並不限於所述正多邊形形狀，還可以為正四邊形、正八邊形或正十六邊形等，或者非正多邊形形狀，根據具體的應用場合而定。

下面結合附圖詳細描述T型連接件23的結構。

本實施例以分支機臂組20包括兩個第一機臂21和連接於兩個第一機臂21的一端的第二機臂22為例進行描述。第一機臂21的一端通過T型連接件23與第二機臂22連接。

圖2為圖1所示的機架的T型連接件的結構示意圖。如圖所示，T型連接件23包括：一對第一連接件1，對稱布置，其中第一連接件1由中心軸線在同一平面內且成一定角度的第一圓弧薄壁1a和第二圓弧薄壁1b相交而成為一體，其一端沿第二圓弧薄壁1b的軸向方向設置有一個縮口1c，縮口1c能夠插入第一機臂21的內部，而第二機臂22能夠插入由一對第一圓弧薄壁1a組成的內部空間；和一對第二連接件2，第二連接件2設置為圓弧薄壁，一對第二連接件2對稱地固定在一對第一連接件1的設置有縮口1c的一端外側。第一連接件1的第一圓弧薄壁1a和第二圓弧薄壁1b的半徑可以相同，也可以不同。另外，第一連接件1的第一圓弧薄壁1a與第二圓弧薄壁1b之間的角度可以設置為10°～170°，因此，T型連接件23可以將夾角範圍在10°～170°內的相同直徑或者不同直徑的第一機臂21和第二機臂22連接起來。

如圖所示，第一連接件1的第一圓弧薄壁1a的一端向外延伸而形成有第一法蘭式連接耳，第二連接件2的兩端分別向外延伸而形成有第二法蘭式連接耳，第一法蘭式連接耳和第二法蘭式連接耳分別設置有多個通孔。第一連接件1上設置有至少3個通孔，其中至少一個通孔用於與第二機臂22連接，至少一個通孔設置在縮口1c處；第二連接件2上設置有至少2個通孔，其中至少一個通孔用於與第一連接件1連接，至少另一個通孔用於與第一連接件1的縮口1c處的通孔及第一機臂21連接。第一機臂21和第二機臂22的相應位置處分別設置有貫穿孔，第一連接件1、第二連接件2以及兩個機臂之間通過緊固件穿過所述通孔和貫穿孔而相互連接。T型連接件23能夠滿足兩個機臂連接的強度與剛度要求，易於安裝和拆解，滿足飛機長時間和多架次飛行，提高了無人機機臂的可靠性。

下面結合附圖詳細描述三通連接件12和四通連接件13的結構。

圖3A為圖1所示的機架的三通連接件的結構示意圖。如圖所示，三通連接件12包括三通管12a和三對連接件12b，其中三通管12a的每個分支管路上沿其軸向方向各設置有一個縮口12c，可以插入相鄰的兩個短機臂11或者第一機臂21的內部，每對連接件12b固定在兩個短機臂11或者第一機臂21的外圓周面上。每對連接件12b上設置有兩個通孔，三通管12a的每個分支管路上對應設置有兩個貫通孔，其中位於縮口12c處的貫通孔與兩個短機臂11或者第一機臂21的貫通孔對應，緊固件穿過通孔和貫通孔可以將兩個短機臂11和第一機臂21連接起來。

圖3B為圖1所示的機架的四通連接件的結構示意圖。如圖所示，四通連接件13包括四通管13a和四對連接件13b，四通連接件13與三通連接件12結構類似，每個分支管路上沿其軸向方向各設置有一個縮口13c，不同之處在於多了一個分支管路，四通連接件13除了連接相鄰的兩個短機臂11或者第一機臂21外，另外一支分支管路用於連接吊艙。相鄰的兩個短機臂11與第一機臂21可以通過多個三通連接件12和/或多個四通連接件13連接。本實施例的附圖中多邊形機臂組10設置為正六邊形，可以採用4個四通連接件13和2個三通連接件12。

本實用新型實施例中的多旋翼無人機的機架100採用多種機臂組的組合式結構，易於拆裝和維護，可靠性較高。

下面詳細描述各個機臂的結構尺寸。

各個機臂在無人機飛行過程中至少承受著由螺旋槳升力和電機的重力形成的彎曲力矩和扭轉力矩，其剛度和強度對飛行品質有重要影響。第二機臂22的兩端連接有電機座30，電機座30的接口用於固定電機，而螺旋槳與電機的輸出軸連接。無人機飛行過程中，相對的兩個螺旋槳互不幹涉。因此，螺旋槳的長度尺寸小於等於軸距h，軸距h即為由多個電機座30連接的多個電機的輸出軸繞多邊形機臂組10的中心軸線所組成的圓的直徑。

本實施例經過試驗驗證，當各個機臂的橫截面為圓形時，第一機臂21的長度尺寸優選設置為軸距h的0.1～0.5倍，第二機臂22的長度尺寸設置為軸距h的0.2～0.8倍，短機臂11的長度設置為軸距h的0.1～0.4倍。當第一機臂21設置為兩個時，短機臂11的長度即兩個第一機臂21的間距。各機臂管壁的壁厚尺寸設置為0.5mm～8mm，外徑尺寸設置為10mm～100mm，可以滿足整機的振動模態要求。

另外，多邊形機臂組10和分支機臂組20可以優先採用連續纖維增強塑料製成，例如玻璃纖維增強環氧、碳纖維增強環氧等等。採用連接纖維增強塑料時，可以採用拉擠、纏繞、搓管等工藝製造各機臂，不僅能提高生產效率，並且由於纖維含量高，力學性能優秀，產品製造容易重現，質量穩定性高，並具有明顯的減重效果。多邊形機臂組10和分支機臂組20也可以採用金屬材料製成，根據具體的適用場合而定。

本實用新型實施例中的多旋翼無人機的機架100相對於注塑件更適合大載荷無人機使用，相對於複合材料一體成型的機架，單套模具生產效率由1.5小時左右提高到幾分鐘，且產品質量重複性好，產品可靠性易於控制，適用於批量生產。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術原理的說明。本領域技術人員應當理解，本申請中所涉及的實用新型範圍，並不限於上述技術特徵的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋在不脫離所述發明構思的情況下，由上述技術特徵或其等同特徵進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特徵與本申請中公開的(但不限於)具有類似功能的技術特徵進行互相替換而形成的技術方案。