空间节约型物流无人机机臂的制作方法

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种空间节约型物流无人机机臂。

背景技术：

无人机是一种处于迅速发展中的飞行装置，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低的优点，可广泛应用于农业、勘探、摄影、边境巡逻等领域。由于无人机一般情况下主要用在航拍、无人侦查等领域，因此对结构可靠性以及载重要求较低，难以应用于运输、快递配送等对结构可靠性要求较高的领域。

如cn205633055u公开了一种无人机，其包括机身以及与机身相连的至少一个机臂，机身内设置有框架，框架包括多条连接杆，其中至少部分连接杆的至少一端与机臂连接。

虽然上述专利将连接杆与机臂连接，能够有效的将连接杆的受力分散给机臂，但是仍存在以下缺点；

机臂设置过长，导致整体体积大，而且机臂功能单一，导致主体部分结构臃肿。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种空间节约型物流无人机机臂，其有效减小骨架主体空间，提高其集成度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种空间节约型物流无人机机臂，所述的机臂包括与物流无人机主体骨架固定连接的臂骨架，以及与所述的臂骨架固定连接的臂盖板，在所述的机臂内形成有臂腔以固定电控板，与所述的电控板对应的臂盖板上开设有散热孔。

在上述技术方案中，臂盖板前后两侧面呈中心前凸的三角形，所述的散热孔设置在机臂的前后两侧面的坡面上以利用行进时气流流动实现散热。

在上述技术方案中，所述的机臂的端部竖直固定设置有支撑筒，在所述的支撑筒内上下间隔地设置有载板，在所述的载板上分别固定设置有机桨，所述的机桨包括电机，以及上下对应同轴设置的旋翼。

在上述技术方案中，上部机桨的电机座与上部的载板固定连接，下部机桨的电机座与转接载板固定连接，所述的转接载板与下部的载板固定连接。

在上述技术方案中，所述的机臂为内端两点与所述的物流无人机主体骨架固定连接的人字型结构。

在上述技术方案中，所述的支撑筒上设置有指示灯。

在上述技术方案中，所述的支撑筒内形成有用于两组多个用于定位所述的载板的由上下两个固定台构成的定位卡口，所述的载板上对应地设置有与所述的定位卡口匹配的卡持部，卡持部之间构成允许自定位卡口处穿过的避空，卡持部对应卡入所述的定位卡口内然后周向固定即可完成装配固定。

在上述技术方案中，所述的机桨对应设置有桨叶位置检测机构，所述的桨叶位置检测机构与所述的机桨的电机可控连接以使旋翼的桨叶停靠在设定位置。

在上述技术方案中，所述的浆叶位置检测机构包括对应与旋翼的转轴固定设置的磁环，与所述的磁环对应地设置的磁编码器或两个呈90°布局的霍尔传感器，所述的磁编码器或霍尔传感器固定在电路板上或电机座上。

在上述技术方案中，所述的物流无人机包括三个机臂。

本发明的优点和有益效果为：

为了迎合飞机的扁平化设计，在机体内没有空间的前提下，将电调布置到机臂上面，因此充分利用了飞机的每一部分空间。将电控板23(电调)固定到机臂上面，在机臂的上下面开了凹槽，充分释放了机体内部空间，并且在电调的前后部分开有通风口，保证电调产生的热量可以快速的散发出去。

附图说明

图1-4是本发明空间节约型物流无人机机臂的各视角结构示意图。

图5是本发明空间节约型物流无人机机臂的主体机构示意图；

图6机臂布局结构示意图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本发明的空间节约型物流无人机机臂2包括与所述的无人机主体骨架固定连接的臂骨架20，以及与所述的臂骨架固定连接的臂盖板21，在所述的机臂内形成有臂腔22以固定电控板23，与所述的电控板对应的臂盖板上开设有散热孔24。

为了迎合飞机的扁平化设计，在机体内没有空间的前提下，将电调布置到机臂上面，因此充分利用了飞机的每一部分空间。将电控板23(电调)固定到机臂上面，在机臂的上下面开了凹槽，充分释放了机体内部空间，并且在电调的前后部分开有通风口，保证电调产生的热量可以快速的散发出去。同时，为提高设计强度，所述的机臂为内端两点与所述的骨架固定连接的人字型结构。同时，为降低风阻，所述的臂盖板的前后两侧均为中间向前凸出设计，与臂腔所对应的两侧的坡面上分别形成所述的散热孔。

实施例二

本发明的机桨采用共轴双桨的布局形式，采用合理的上下桨间距，实现各桨叶的力效最大化，具体地，所述的机臂的端部竖直固定设置有支撑筒25，在所述的支撑筒内上下间隔地设置有载板26，在所述的载板上分别固定设置有机桨，所述的机桨包括电机，以及上下对应同轴设置的旋翼27。其中，所述的支撑筒内形成有用于两组多个用于定位所述的载板的由上下两个固定台构成的定位卡口，所述的载板上对应地设置有与所述的定位卡口匹配的卡持部，卡持部之间构成允许自定位卡口处穿过的避空，卡持部对应卡入所述的定位卡口内然后周向固定即可完成装配固定，而且形成上下贯通的散热通道。

具体地，上部机桨的电机座与上部的载板固定连接，下部机桨的电机座与转接载板固定连接，所述的转接载板与所述的载板固定连接。

其中，上下共轴，并且电机座的侧面没有开任何孔允许螺栓拧紧工具进入，所以为了实现上下电机都能固定到位，只能从下面一个方向伸入螺丝刀，实现上下电机的固定，装配顺序为，先从下面伸入螺丝刀固定上电机，然后将下电机先固定到转接碳板上，然后再将转接碳板固定到电机座的下碳板上，转接碳板的中间孔为用于固定电机，转接板四周的孔用于与电机座上的碳板相连。同时所述的支撑筒上设置有指示灯28。采用支撑筒设计，能实现电路简洁布局，而且可便捷的将指示灯设置在最大机身主体环周，便于控制和警示。

实施例三

对应地，所述的旋翼对应设置有桨叶位置检测机构，所述的桨叶位置检测机构与所述的旋翼的电机可控连接以使桨叶停靠在设定位置，所述的马达位置传感器包括对应与旋翼的转轴固定设置的磁环，与所述的磁环对应地设置的磁编码器或两个呈90°布局的霍尔传感器，所述的磁编码器或霍尔传感器固定在电路板上。

其中，所述的设定位置是指浆叶的长度方向与其机臂的轴向垂直方向或近似垂直方向，如桨叶1的中轴线与机臂轴向方向偏差±5°，优选±1-3°以内。

通过将无人机各旋翼的桨叶规整到与其机臂垂直方向上实现了桨叶的正位停放，避免了由于桨叶停放的不规则造成占地面积增大的情况，从而减少了桨叶直径对无人机机场造成的体积变大的情况，对于短时、长久停放或停放后无人机的继续动作带来空间占据上的便利。而且收拢式桨叶的停放，避免了外部因素可能对桨叶的干涉或撞击，提高了整体无人机的使用安全性和寿命。

为实现无人机降落后各桨叶的位置检测，首先控制各旋翼低速旋转或停止，然后通过马达位置测量传感机构来实现桨叶的位置检测继而控制正位。其中，需要说明的是，该控制各旋翼低速旋转可为无人机降落过程中的低速旋转，实现降落和桨叶的同步进行，也可以在无人机完全停靠后再驱动桨叶很低的速度转动以实现对桨叶位置的检测和驱动并停靠在设定位置，或者完全停靠桨叶停止转动后，根据检测到的桨叶当前位置信息进行驱动直接使桨叶达到设定位置。

为实现对桨叶位置的检测，所述的马达位置传感器包括对应与旋翼的转轴固定设置的磁环，与所述的磁环对应地设置的两个呈90°布局的霍尔传感器(第一霍尔传感器5和第二霍尔传感器6)。

具体地说，在旋翼的转轴，如马达轴的正下方安装一个磁环，通过磁力计找出其ns极，在距磁环35mm的位置，如电路板或电机座上安装霍尔传感器，磁环随着电机转动，但是电路板是固定的，当电机转动后，霍尔传感器上方的磁场场强就会变化，霍尔传感器通过检测这种变化，霍尔传感器上方的场强也会变化，从而引起霍尔传感器上的电压变化。即可以通过检测霍尔传感器的电压变化，来测量马达位置(即桨叶的实际位置)。利用ad转化，将霍尔元件测量的电压输入到飞控系统，进行马达位置的控制，即实现正位。

其中，由于磁环变化呈正弦曲线变化，但是在每个π里，一个值对应着两个角度，这样是无法确定角度的，所以还需要另外一个霍尔传感器来进一步确定是哪个角度，结合正弦余弦关系，就能很好的判断出桨叶真实位置及桨叶的位置角。

具体分析步骤包括：在标有角度的转盘上，转动马达，飞控得到对应位置上两个霍尔传感器对应的adc数据后，经过采样电路转换，将其转换到电压，并且将转换结果记录下来，利用matlab数学工具，对数据进行归一化处理后，得到马达位置与两霍尔传感器adc采样数据关系，从采样的数据分析的结果来看，在磁环的不同位置，两霍尔传感器对应的电压关系为正余弦关系。而且正好余弦曲线和正弦曲线相位角相差90度，相位差正好与摆放位置差一致。因此即可根据磁环位置获知马达相对位置。而且确保马达对磁环的没有干扰，能够拟合出理想的正弦曲线。

当物流无人机降落在机场停机台上，需要将所有桨叶正位，具体控制方法如下，

1)以顺时针方向为正方向，逆时针方向为负方向，将特定时刻两个霍尔传感的测量角度归一到±π并根据归一化后的正负判断该特定时刻桨叶角度的正负，即判断该特定时刻桨叶的相位，可根据两个霍尔传感器检测的角度值的正负进行象限判断，具体如下表一所示，

2)将两霍尔传感器归一化的测量角度的正弦值相比得到特定时刻桨叶角度对应的正切值的大小；

3)根据特定时刻桨叶的相位和所述的正切值的大小确定该特定时刻的位置角；

4)控制马达并使所述的位置角达到桨叶正位时对应的正位角；如，可以根据位置角和正位角的差值进行马达的正反转控制。

其中，所述的特定时刻为无人机停靠后桨叶停止后启动正位进程的时刻或无人机低速旋转时启动正位进程的时刻。正弦余弦函数在极值附近分辨率低，而正切函数正好弥补了这两个缺点，在±π/2处存在极值，但是计算tan(89°)为57.29，属于正常浮点数，能有效满足正位精度要求。

上述采用正弦值来作为计算，当然也可采用对应余弦值，而且，当存在不可比时，即，对应±π/2处时，可以直接赋值对应的正切值，如直接赋值为57.29，或者更大的合理数值以提高精度。

同时，为了获取桨叶步骤4中的正位位置对应的正位角，先将桨叶拨到正位位置，采用上述步骤的1-3即可得到正位对应的角度即为正位角，该正位角为初始设定值。

当采用磁编码器时，具体控制如上述类似，具体不再赘述。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。