四轴飞行器的设计

深圳大学

本科毕业论文（设计）

题目: 四轴飞行器的设计

姓名: * * *

专业: 机械设计制造及其自动化

学院: 机电工程学院

学号: 12880008

指导教师:* * *

职称：

2016年 4月 19日

深圳大学本科毕业论文（设计）诚信声明

本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目《》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果。

毕业论文（设计）作者签名：

日期：年月日

目录

一．综述 (7)

（一）产品发展历史 (7)

（二）项目研究现状 (7)

（三）研究目的 ............................................................................. 错误!未定义书签。（四）主要研究内容 . (8)

二．产品工作原理 (9)

（一）产品技术方案的提出 (9)

（二）产品总体结构 (9)

（三）产品工作原理 (9)

三．产品结构设计 (11)

（一）产品性能要求 (15)

（二）产品设计计算 (15)

1.参数选择 (15)

2.估算整机重量 (16)

3.功率计算 (17)

4.上下平板连接使用螺纹连接类型及连接件选择 (17)

5.机身支架与马达底座之间控轴公差与配合 (18)

（三）产品结构设计 (21)

1.产品装配图 (21)

机架装配 (22)

电机装配 (23)

脚架装配 (24)

2.产品零件图 (25)

缓冲套 (25)

脚架 (25)

马达底座 (26)

下平板 (26)

橡胶套1 ............................................................................................. 错误!未定义书签。

橡胶套2 (27)

四．结构分析与试验 (29)

结论 (30)

【摘要】

Solidworks软件是美国Solidworks公司开发的三维CAD软件，是世界上第一个基于windows开发的三维CAD软件，功能强大、易学易用与技术创新是Solidworks软件的三大特点。通过SolidWorks的三维建模，可以有效减少设计过程中的错误并提高产品质量。，SolidWorks对于每位工程师和设计者来说，操作方便、易学易用，是产品设计的一大利器。

本论文是对四轴飞行器的工作原理和结构进行分析并对其进行设计，通过对四轴飞行器的设计，获得马达底座、上平板、下平板及脚架等零件的各项数据，再根据这些数据用Solidworks对产品进行三维造型设计，然后生成工程图，最后再利用Solidworks进行装配和仿真。

【关键词】SolidWorks、四轴飞行器、产品设计、三维建模、装配和仿真

前言

四轴飞行器是属于无人飞行器的一种，通过调节四个电机来控制四个螺旋桨升力的变化，从而改变飞行器的飞行姿态和位置。四轴飞行器最开始的时候是由军方研发的一种新式的飞行器。随着单片机、微机电系统传感器、电机和电池技术的发展与普及，四轴飞行器现今成为了航模界的新锐力量。到现在，四轴飞行器已经应用到各个不同的领域，比如军事打击、警用追捕、灾害救援、农林业的调查、输电线巡查、广告宣传、航拍、航模玩具等等，已经成为非常重要的遥感平台。就以农业调查为例子，传统的调查方式是到现场抽样调查或者用航空航天遥感。抽样的方式工作量较大，而且其准确性会受主观因素影响；而使用遥感方式可以同时在大范围内进行调查，时效性和准确性相对于抽样的方式都有了较大的提升，但只能得到大型农作物的宏观指标，而且成本比较高。不连续的地块和小种作物等很难运用遥感调查。所以，低空低成本的遥感技术显得非常重要，而四轴飞行器正正符合低空低成本的遥感平台的要求。目前应用比较广泛的飞行器有：固定翼飞行器与单轴的直升机。和固定翼飞行器相比较，四轴飞行器的机动性好，动作灵活，且可以垂直起飞降落和悬停在空中，则缺点是续航时间比较短、飞行速度较慢；而与单轴直升机比较，四轴飞行器的机械结构简单，不用尾桨抵消反力矩，成本比较低。本文就小型电动四轴飞行器，介绍四轴飞行器的一种实现方案，重点讲解四轴飞行器的结构设计，并对几个比较重要的零件进行讲解。

一．综述

（一）产品发展历史

四轴飞行器，又称为四旋翼飞行器，作为当下最热门的其中一种飞行器，已经受到了越来越多科学爱好者和不同商业公司的关注。下面我就来简单讲述一下四轴飞行器的发展历史。

1907年，在法国，Breguet兄弟制造出了第一架四旋翼直升机，在这次飞行中没有用任何的控制，所以飞行的稳定性很差。

1921年，Deorge De Bothezat 在位于美国俄亥俄州西南部城市代顿的美国空军部建造了另外一架大型的四旋翼直升机，先后进行了100多次的飞行试验，但是还是没有办法很好的控制直升机飞行，并且没有达到美国空军的标准。

1924年，出现了一种叫做Oemichen的四旋翼飞行器，四旋翼直升机首次实现了1km 的垂直飞行。

1956年，Convertawing制造了一架四旋翼直升机，这架直升机的螺旋桨直径超过了19英尺，使用了两个发动机，并且通过改变各个螺旋桨提供的升力来控制飞行器。

在之后的几十年里面，四旋翼直升机并没有一些大的进展。

在近来十几年，随着微机电系统、传感器和控制理论等技术的发展，四旋翼直升机又引起了人们极大的兴趣。研究集中在小型或者微型四旋翼飞行器的结构、飞行控制以及能源动力等方面。

（二）项目研究现状

说到四轴飞行器，我们首先要讨论的就是DJI大疆创新科技有限公司。DJI在早年专注于研发直升机自动控制器上。但在2010年，AR.Drone的成功让大疆公司开始考虑四轴飞行器产品。两年后，大疆就推出了风火轮系列四轴机架、悟空四轴飞行控制器和S800六轴飞行器。在当时，在全球范围内AR.Drone引领了一股将四旋翼商业化的热潮，大疆只是众多个小四旋翼公司中稍微出众的一个。

随着2013年DJI Phantom的推出，四轴飞行器的市场形势发生了巨大的变化。Phantom 具有优雅的白色流线型外形；和AR.Drone一样操控简便，新手学习半个多小时就可以飞行。Phantom比AR.Drone尺寸大得多，抗风性更好，还有内置GPS导航功能，可以在户外很大的范围飞行。而更加重要的是，当时使用GoPro拍摄极限运动成为了许多欧美国家的时尚，而Phantom提供了GoPro的连接架，让使用GoPro拍摄极限运动的人们有了新视角。并且多旋翼系统比起直升机航拍灵活了不少，能让拍摄者自由的控制拍摄角度和距离。此后，大疆很快又推出了能精确使相机小抖的云台，使S800的航拍影像质量到达了电影水平。