单轴双轨飞行器的制作方法

本发明属于无人机飞行器领域，更具体的涉及一种新的无人机结构和运作办法。

背景技术：

无人机飞行器目前为人所熟知的飞行器多为多轴飞行器，通过调节不同轴上各个电机的转速来实现自由飞行。多轴无人机操作简单，可以有多种用途。无人机用途广泛，成本低，效率较高；无人员伤亡风险；生存能力强，机动性能好，使用方便，在现代战争中有极其重要的作用，在民用领域更有广阔的前景。但是多轴无人机需要由单电池供电多旋翼同时工作，所以续航时间十分有限。多轴飞行器由于其多轴特性注定体积要比单轴大。而且由于桨叶外置和扁平结构的特性，坠落时桨叶和机架容易断裂，零件容易损坏，很容易对人类造成伤害。一旦坠地如果没有人工维护难以再次起飞，导致其可靠性低，无法长时间工作。另外现有飞行器适应性不高，难以在恶劣天气或在复杂地形操控和飞行，如丛林或雨天则对无人机飞行器的要求更高。

技术实现要素：

本发明的目的则是克服现有技术的不足，提供一种单轴双轨型结构无人机飞行器，提高其续航时间，安全性，拓展性，不同场地和天气的适用性和结构可靠性。

技术方案

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

设计方案如下：

在内轨道的一直径单轴上安装两个转向相反的桨叶和电机来提供动力，两个桨在同一轴上，由此提供单一方向的动力，而两个电机转动角速度大小相等方向相反，可以抵消自旋；通过改变两个桨叶的转速大小可以形成转速差来完成旋转动作，形成偏航角。

内轨道和外轨道是两个附有齿条的环状轨道，轨道平面相互垂直，提供动力的电机安装在内轨道内侧，拓展臂与齿条一起构成外轨道，由内外两个轨道来定位动力的方向。两个相互垂直的环形轨道组成球坐标系的两个轴，并由内外双轨来确定动力方向的仰角和方位角，这里定位器只能在都只能在内外轨道的活动范围内改变位置，由此改变动力方向。在内轨上安装上陀螺仪后，更可以精准获取其俯仰角和翻转角。

定位器和轨道配合改变动力方向。定位器上装有舵机，同时在内外两个轨道上运作，桥接起内外两个轨道，负责传导力和改变动力方向。在舵机推动定位器活动时会产生反作用力，而双轨相互垂直的结构使得反作用力通过定位器后力臂增大，从而大幅减小不必要的反转力矩。同时定位器处于内外轨道的两端，始终处于同一轴线上，引导动力方向。定位器在外轨道上滑动则可以控制外轨方向上动力的指向。定位器控制内轨道滑动则可以控制内轨道方向上动力的指向，最后综合定位出动力方向。

外轨道上加装拓展臂。拓展臂使单轴双轨飞行器可以加装外围防护，加装各类器材。通过拓展孔和卡槽来固定外拓设备。比如可以加装太阳能电池外围来使飞行器24小时工作。加装武器和防护系统使之成为空中堡垒。拓展臂意味着单轴双轨飞行器可以成为一个自由改装度极高的飞行平台。

大量使用三角稳定结构。在定位器与内外轨道之间，加入多个滑轮，并通过滚轮之间的多个立体三角形结构保持稳定。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：将桨叶及动力内置，即使坠机也不会断裂产生高速碎片，提高了安全性；仅由单轴双桨提供动力，提高了能源的使用效率，延长了续航时间；并且该结构可靠性高，拓展性强，可以外加不同拓展设备或不同类型的保护性包围，即可适应在茂密丛林或各种天气条件自由飞行，完成更多任务，适用性好用途更加广泛；另外由于其单轴的特性，体积可以比多轴做得更小，在各个领域更好的发挥作用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是总安装图内轨道和电机的示意图

图2是内轨道环和外轨道环

图3是上定位器

图4是下定位器

图5是上定位器与双轨相连时的剖面图

图6是下定位器与双轨相连时的剖面图

图中1.内轨上电机，2.内轨下电机，3.下定位器舵机左，4.下定位器舵机右，5.上定位器舵机左，6.上定位器舵机右，7.上定位器外轨舵机，8.下定位器外轨舵机，9.外轨道，10.内轨道，11.拓展臂，12.活动轨轴，13.上定位器，14.上定位器拓展槽，15.上定位器外轨舵机安装口，16.下定位器，17.下定位器拓展槽，18.下定位器外轨舵机安装口，19.外轨道齿条，20.内轨道齿条，21.拓展臂拓展槽，22.拓展臂拓展孔，23.陀螺仪传感器，24.电调，电池，信号处理器等附加装置，25.下定位器右舵机安装口，26.下定位器齿轮，27.下定位器左舵机安装口，28.上定位器齿轮，29.上定位器滑轮组，30.下定位器滑轮组，31.上定位器右舵机安装口，32.上定位器左舵机安装口。

具体实施方式

将各组件安装起来；各组件包含有：内轨道（10），外轨道（9），上定位器（13），下定位器（16），拓展臂（11），舵机（3,4,5,6,7,8），电机（1,2），电池电调和信号处理板（单片机/fpga板等皆可，用于处理数据）等附加设备（24），陀螺仪（23），活动轨轴（12），齿轮（26,28），上定位器滑轮组（29），下定位器滑轮组（30）以及其他可添加的拓展装置。将电机连接电调电池，陀螺仪、各个舵机和电调的信号线连接至信号处理板，电源线连至电池。

其中舵机电机pwm信号频率为50hz，周期为20ms，高电平时间分别不同：

舵机（3）和舵机（5）共享pwm信号，高电平时间p1大小区间为0.5ms-2.5ms之间；

舵机（4）和舵机（6）共享pwm信号，高电平时间p2大小为p2=3-p1；

舵机（7）和舵机（8）共享pwm信号，高电平时间p3大小区间为0.5ms-2.5ms之间；

两个电机桨叶旋转方向相反，分别装有正反桨叶，电机（1）连接的电调供pwm信号，高电平时间为p4，电机（2）连接的电调供pwm信号，高电平时间为p5，p4和p5的大小区间为1ms-2ms之间。陀螺仪提供出信号俯仰角α，滚转角β和偏航角γ，三轴上的加速度为ax，ay，az。

悬浮：舵机p1=1.5ms，p2=1.5msc，p3=1.5ms，α=0，β=0，γ=0，三轴上的加速度都为0，p4=p5=p0，得出平衡时电机转速w0。

水平自旋转：舵机p1=1.5ms，p2=1.5msc，p3=1.5ms，α=0，β=0，γ转至目标角度，p4=p0+k，p5=p0-k，其中参数k的值越大，无人机旋转的角速度越快，当k为正数时，无人机旋转方向与电机（2）转向相同，当k为负数时，无人机旋转方向与电机（1）转向相同。

前进：舵机p1=2.5ms，p2=0.5msc，p3=1.5ms，持续t秒，使舵机c和舵机e工作正转，舵机d和舵机f反转，舵机a和舵机b静止不动。使外轨道环静止，内轨道环向前转，动力方向前倾，β=0，γ=0，α的绝对值越大则前进速度越大，电机转速，由此计算出p4和p5的值。

后退：舵机p1=0.5ms，p2=2.5msc，p3=1.5ms，持续t秒，使舵机c和舵机e工作反转，舵机d和舵机f正转，舵机a和舵机b静止不动。使外轨道环静止，内轨道环向后转，动力方向后倾，β=0，γ=0，α的绝对值越大则后退速度越大，电机转速，由此计算出p4和p5的值。

右平移：舵机p1=1.5ms，p2=1.5msc，p3=2.5ms，持续t秒，使舵机a和舵机b工作正转，舵机d，舵机f，舵机c和舵机e静止不动。使定位器带动内轨道环向右转动，动力方向右倾，α=0，γ=0，β的绝对值越大则平移速度越大，电机转速，由此计算出p4和p5的值。

左平移：舵机p1=1.5ms，p2=1.5msc，p3=0.5ms，持续t秒，使舵机a和舵机b工作反转，舵机d，舵机f，舵机c和舵机e静止不动。使定位器带动内轨道环向左转动，动力方向左倾，α=0，γ=0，β的绝对值越大则平移速度越大，电机转速，由此计算出p4和p5的值。