周健康　张成茂　孙成通　曾宪平

【摘 要】四旋翼飞行器具备所有飞行器的优点，并且具备无人机造价低、可重复性强等特点，具有广阔的应用前景。目前市场上大多数四旋翼飞行器具有结构外形不便于随身携带，重量大等缺点。本文就四旋翼飞行器结构进行了设计，通过分析四旋翼飞行器结构特点和飞行原理，设计出机臂自动伸缩、机臂折叠机构和自动收放脚架，从而便于携带，降低飞行器重量，达到了良好的飞行效果。

【关键字】四旋翼飞行器；结构优化；自动伸缩机臂；机臂折叠；自动收放

中图分类号： V275.1 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）08-0030-002

Four-rotorcraft structure optimization design

ZHOU Jian-kang1 ZHANG Cheng-mao1 SUN Cheng-tong1 ZENG Xian-ping2

（1.College of Mechanical and Vehicle Engineering， Linyi University， Linyi， Shandong 276000， China；

2.Linyi Sports School， Shandong Linfen 276000， China）

【Abstract】Four-rotor aircraft has the advantages of all aircraft， and it has the characteristics of low cost and high repeatability of drones， and has broad application prospects. At present， most quadrotor aircrafts on the market have the disadvantages of structural shapes that are not easy to carry around and are heavy. In this paper， the structure of the quadrotor is designed. By analyzing the structural characteristics and flight principles of the quadrotor， the boom is automatically retracted， the arm folding mechanism and the automatic tripod are designed， so that it is easy to carry and the weight of the aircraft is reduced. Flight effect.

【Key words】Four-rotor aircraft； Structural optimization； Automatic telescopic arm； Arm folding； Automatic retraction

四旋翼无人飞行器只需改变四个电机的转速即可实现飞行器的飞行姿态控制，机动灵活，同时四旋翼飞行器具有较高的操控性能，可以在小范围内起飞，悬停，接近目标，具有良好的军事侦察、搜索救援性能，但四旋翼无人飞行器结构外形复杂，不便携带，限制了其在特种侦察，搜索救援等领域的应用。研发一种结构优化的飞行器，具有迫切的需求和前景广阔的市场。本文对四旋翼飞行器结构进行三方面的设计。

1 机臂伸缩装置的设计

本项目研究的目标之一就是设计出尺寸较小、方便携带的四旋翼机臂。机臂伸缩机构由螺杆、圆锥齿轮、异步电机、圆柱滚子轴承、固定螺母及内、外伸缩杆构成。单个圆锥齿轮与电机输出轴相连，四个一组圆锥齿轮分别和四根螺杆相连，螺母固定在内伸缩杆里端，圆柱滚子轴承固定在外伸缩杆里端，保持内外伸缩杆沿直线传动，遥控器发射伸缩指令，由飞行控制系统控制异步电机正转，带动单个圆锥齿轮转动，通过齿轮传导带动四个一组圆锥齿轮转动，使四根螺杆转动，四根内伸缩杆同时向内收缩，同理，异步电机反转使四根内伸缩杆同时外伸。机臂伸缩结构具体设计尺寸见表1.机臂伸缩装置如图1.

2 机臂折叠设计

为了减少放置四旋翼飞行器的空间，设计出机臂折叠装置。目前常规四旋翼飞行器的折叠装置由卡槽、中央桨盘上下层、机臂组成，螺栓连接机臂与上下层板，螺栓的旋转从而使机臂旋转固定到卡槽。随着旋转次数的增加会使螺栓强度下降产生断裂，为了解决这一问题，设计出新的机臂折叠装置。机臂折叠机构由导轨、卡槽、圆锥齿轮、固定杆组成。卡槽固定在中央桨盘之间。机臂未展开时，通过两相对圆锥齿轮、导轨固定机臂。展开时，固定杆绕导轨运动，圆锥齿轮啮合，卡槽卡死固定杆，完成折叠过程。机臂折叠装置CATIA模型如图2.

3 自动收放脚架设计

为了优化四旋翼的结构，设计出了简易自动收放脚架。该简易自动收放脚架可以由舵机控制板、两个银燕12g金属舵机、和机械装置装成。舵机控制板由飞控供电，两个舵机和舵机控制板连接，调节舵机控制板，使舵机旋转符合收放脚架要求。通过螺丝连接使舵机、合页、脚架固定。调节遥控器按钮，实现空中飞行自动收放脚架的功能。自动收放脚架CATIA建模如图3，自动收放脚架制作实体如图4.

本文针对四旋翼飞行器结构设计不合理导致续携带困难、飞行效低率等问题，通过研究四旋翼飞行器的结构特点，从机臂伸缩、机臂折叠和自动收放脚架三个方面设计出携带方面、重量轻结构优化的四旋翼飞行器，从而飞行器达到较高的飞行效率。

【参考文献】

[1]李波陈，王红州，刘晓栋，徐兴国，李彦锐，等.可伸缩可折叠式四旋翼飞行器设计.机械研究与应用2015年第2期.

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