项目背景
　　多旋翼无人机因为结构简单，操作方便等优势广泛应用于航拍航测、消防安全、军事、农业等方方面面，并逐步走近普通消费者。为了更直观地展示多旋翼動力旋翼组件安装的稳定原理和让学生更深入地理解无人机的安装技术原则，我考虑再三后决定设计一个飞行控制相对稳定的无人机，以验证只要保持飞行控制装置的水平安装面与旋翼水平安装面平行，就能始终保持飞机相对稳定的飞行。通过设计我也偶然发现，通过增加一些相关的配件还能使无人机具备横向移动、空中调整拍摄角度、全地形起降等功能。
　　设计方案
　　我把无人机的结构设计成平行联动结构，使无人机的飞行控制装置在机身的变形情况下始终与4个旋翼保持水平平行状态。
　　本无人机由机身支架、舵机、双层同步轮、双层同步轮内安装平面、方台、前同步带轮、后同步带轮、延长杆、电机螺旋桨动力组合、飞行控制装置（以下简称“飞控”）、动力电源、变形控制电子装置等构成（见图1和图2）。
　　包括机身支架和机身支架上安装的4活结（前后各2）内孔各穿入1根延长杆，机身支架中间部分安装方台，方台内孔穿过传动轴，传动轴中间部位固定连接双层同步轮，舵机输出轴与传动轴连接，舵机固定安装于一侧机身支架的中间部位，双层同步带轮上挂装2同步带，2同步带分别连接前同步带轮和后同步带轮，2同步带轮分别与前后2根延长杆固定连接，双层同步带轮上有1方孔，方孔中的安装平面安装飞控或飞控水平传感器部分，延长杆两端安装电机和螺旋桨动力组合。
　　无人机主体结构采用碳纤维材料制作，并可根据需要更换不同起落架。无人机采用22.2V电压、容量12000mA锂聚合电池供电。遥控器采用标准2.4G航模比例遥控器。无人机起飞重量4kg，动力部分采用4个5010盘式电机和17英寸螺旋桨。
　　为满足全地形起降功能，无人机专门安排了2种起落架供更换，一种为山地平原起落架，一种为沼泽与水上起落架。
　　研制过程
　　我最初设计的结构为H形，但发现这样会使合页的使用增加，结构上更复杂，因此我又把结构设计为双工字形，同时中心支架采用铝合金型材，易于保证结构的刚性和精巧性，其他结构件采用碳纤维管制作，用铝合金三通管固定，保障结构的刚性。主体结构完成后再安装动力电机、飞控、接收机，并连接电源线、信号线等。制作完成后进行实际的飞行测试，我发现了几个问题。
　　演示效果不明显。因为结构的设计原因，造成演示效果不突出。
　　结构不太牢固，变形超出了允许范围。
　　4个起落架部分和电机旋翼部分是连在一起的，造成变形飞行时的压力太大，使变形舵机和相关的传动组件的阻力过大，对变形造成困难。
　　旋翼和电机的功率稍显不足，衍生功能如水中带浮筒起飞稍显吃力。
　　整体工艺稍显粗糙。
　　针对这些问题对原有的无人机进行了改进。改进后再次进行飞行测试。水平情况下起飞，状况良好，空中变形飞行、旋停、低速、高速、转弯等各项目飞行状况良好。负重飞行测试时，分别吊装1～5瓶450 mL矿泉水测试以上各项飞行任务，同样达到要求。然后我又选取15°、30°、45°角的不同坡度进行起降实验，实验得出本无人机最大变形角度为50°，即可在最大坡度50°的斜坡上轻松起降。然后又实验了水上起降、横向移动、陆地上起降和横向移动等项目。横向移动的最大速度可达到30km/h，实现了无人机陆空、水空的高速转移。加装上摄影云台后还试验了空中无遮挡摄影操作，非常方便实用。
　　无人机变形工作过程
　　无人机在飞行过程中需要变形时，水平控制部分或遥控控制部分发出控制指令给舵机6，控制舵机6转动一定角度，舵机6直接带动传动轴9作同向转动，并带动与传动轴9固定连接的双层同步带轮1同向转动，同时带动挂在双层同步带轮1上的同步带10和同步带5，联动带动挂在同步带10上的前同步带轮2和挂在同步带5上的后同步带轮3同向转动，同步带动固定在前同步带轮2和后同步带轮3上的2根延长杆7和固定在2根延长杆7上的电机和螺旋桨动力组合8作同向转动。以上这个过程就使固定在双层同步带轮1上方孔4内的安装平面11上的飞行控制装置（或飞控水平传感部分）15的水平安装面，始终能和多旋翼的电机和螺旋桨动力组合8的安装平面保持同步平行状态，因此不论舵机6如何转动，也不会影响飞行控制器（或飞控水平传感部分）15对多旋翼的水平自稳的控制。因此可实现空中飞行过程中多旋翼的相对变形，以满足飞行中的不同需要。
　　该项目获得第32届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等奖。
　　专家评语
　　该项目利用无人机相对控制原理对无人机进行了改进，增强了演示效果，又满足了实际飞行的需要。该项目原理科学，概念清晰，构思巧妙，设计合理，作品教育性强。项目选题新颖，具有实质性创新，对传统方法有突破。作品效果显著，制作规范，具有示范推广价值。项目资料齐全，研究报告书写规范。希望该项目在教学设计方面作出改进和提升。