CN105292456A - 一种多旋翼无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多旋翼无人飞行器，尤其是通过充气式结构来提高飞行器的载重比，延长飞行时间，以及增加可收纳携带性。本发明提供的充气式多旋翼无人飞行器，包括：动力装置；支撑连接装置，所述支撑连接装置连接所述动力装置；所述支撑连接装置包括柔性状态和刚性状态；所述柔性状态和所述刚性状态之间可以相互转变。该结构重量轻，能增加载重；可折叠，方便储存和运输；原理简单，易灵活设计；制造成本低。

Description

一种多旋翼无人飞行器

技术领域

本发明涉及一种多旋翼无人飞行器，尤其是通过充气式结构来提高飞行器的载重比，延长飞行时间，以及增加可收纳携带性。

背景技术

无人驾驶飞行器（UnmannedAerialVehicle，缩写：UAV），也被称为无人飞行器，简称无人机，它是指不用驾驶员或者驾驶（控制）员不在机上的飞机。无人飞行器上无驾驶舱，但通常安装有自动驾驶仪、程序控制装置等，利用无线电遥控设备、自动控制系统或人工智能来实现飞行任务。无人飞行器可以包括无人固定翼飞行器、无人旋翼飞行器、无人多旋翼飞行器、无人飞艇等。多旋翼飞行器，也被称为多轴飞行器，是一种具有两个旋翼轴以上的旋翼飞行器。多旋翼飞行器的机动性是通过改变不同旋翼的扭力和转速来实现，常见的多旋翼飞行器有：四旋翼飞行器、六旋翼飞行器、八旋翼飞行器等。目前，限制无人飞行器飞行时间的因素主要有：一，飞机的空气动力学效率；二，电池的容量；三，装备的重量，包括其搭载的相机等设备的重量等。

无人机的用途广泛，适用于农业、地质、气象、电力、警用、城市管理、抢险救灾、视频拍摄等行业，除民用领域外，军事领域也有广阔的应用前景。充气结构是指在一定材料制成的制品中充入气体后而形成的结构，该结构重量轻，能增加载重；可折叠，方便储存和运输；原理简单，易灵活设计；制造成本低。其强度和刚度由所使用材料的类型、机翼的横截面设计与内部充气压力等因素决定。

发明内容

本发明是关于一种充气式多旋翼无人飞行器，根据其中一个实施例，可以包括动力装置；支撑连接装置，所述支撑连接装置可以连接动力装置；所述柔性状态和所述刚性状态之间可以相互转变。

根据本发明的另一个实施例，该充气式多旋翼无人飞行器的动力装置可以包括旋翼和发动机。

根据本发明的另一个实施例，该充气式多旋翼无人飞行器的支撑连接装置可以连接搭载平台。

根据本发明的另一个实施例，该充气式多旋翼无人飞行器，所述支撑连接装置的材料可以是硅胶、硅酮、塑料、橡胶、纤维、纳米复合材料、植绒和/或其他复合材料。

根据本发明的另一个实施例，该充气式多旋翼无人飞行器，所述支撑连接装置的材料结构可以是单层、双层和/或多层。

根据本发明的另一个实施例，该充气式多旋翼无人飞行器，所述双层材料结构可以包括气密层和约束层，所述约束层材料包括编织纤维和植绒。

根据本发明的另一个实施例，该充气式多旋翼无人飞行器，所述约束层材料的编织纤维可以是与轴向有一定的夹角交叉编织和/或与轴向方向垂直或平行。

根据本发明的另一个实施例，该充气式多旋翼无人飞行器，所述支撑连接装置的转变方式包括充入气体。

根据本发明的另一个实施例，该充气式多旋翼无人飞行器，所述支撑连接装置充气前体现柔性，充气后体现刚性。

根据本发明的另一个实施例，该充气式多旋翼无人飞行器，所述支撑连接装置的充气源可以包括有源和/或无源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本发明应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构和操作。

图1：无人飞行器系统包含或用到结构的框图。

图2：多旋翼无人飞行器系统包含或用到的结构图。

图3：充气式多旋翼无人飞行器系统工作流程图的示例。

图4：充气式多旋翼无人飞行器充气机架的结构图示例。

图5：充气式多旋翼无人飞行器的充气流程。

图6：充气式多旋翼无人飞行器的调气流程。

图7：四旋翼无人飞行器支撑连接装置与搭载平台结构的正面和背面示例。

图8：六旋翼无人飞行器支撑连接装置与搭载平台结构的正面和背面示例。

图9：充气式多旋翼无人飞行器飞行任务应用的一个实施例。

具体实施方式

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可可以包括复数。一般说来，术语“可以包括”与“包含”仅提示可以包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

本说明书中所述“无人驾驶飞行器”“无人飞行器”“无人机”等是可互换的，都是指利用无线电设备或人工智能等操纵的无人驾驶的飞行器。同样，“支撑连接装置”、“支撑臂”、“连接臂”、“支撑架”、“机臂”、“机架”等是可互换的，都是指动力装置和搭载平台之间的连接装置。本说明书涉及的飞行器可以是固定翼飞行器、旋翼飞行器、多旋翼飞行器、飞艇、伞翼等重于空气或轻于空气的飞行器。

图1所示的是一种具有便携式支撑连接装置系统的结构框图，具有便携式支撑连接装置的系统可以是交通运输工具，例如机动车、非机动车、飞行器、船舶、火车等，也可以是家居生活用品，例如座椅、轮椅、沙发、桌子、茶几、钓鱼竿、游泳池、梯子、耳机、眼镜等。优选地，具有便携式支撑连接装置的系统可以是飞行器。进一步优选地，所述具有便携式支撑连接装置的飞行器可以是无人飞行器。更进一步优选地，所述具有便携式支撑连接装置的飞行器可以是多旋翼无人飞行器。在一个实施例中，具有便携式支撑连接装置的无人飞行器可以包括动力装置101和支撑连接装置102。在另一个实施例中，具有便携式支撑连接装置的无人飞行器可以包括动力装置101、支撑连接装置102和搭载平台103。动力装置101是为飞行器提供各种能量并使用这些能量保证飞行器正常飞行的附件和系统设备。支撑连接装置102可以是支撑并连接动力装置和其他装置，并能够提供足够强度和刚度的结构装置。搭载平台103是根据用户需要或飞行任务需要提供搭载能力的装置。上文所描述的各个模块和组件并不是必须的，对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，对该系统进行形式和细节上的各种修正和改变，各个模块可以任意组合，或者构成子系统与其它模块连接，而这些修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。例如，图1所示的无人飞行器系统由动力装置、支撑连接装置和搭载平台构成，其中搭载平台可同时实现起落装置的功能等，类似的变形仍在本发明的权利要求保护范围之内。

图2所示的是一种多旋翼无人飞行器系统包含或用到的结构图，可以包括动力装置101、支撑连接装置102和搭载平台103。多旋翼无人飞行器可以包含至少一个动力装置101，优选地，飞行器包含1个动力装置，更优选地，飞行器包含3个动力装置，进一步优选地，飞行器包含4个动力装置，再进一步优选地，飞行器包含6个动力装置。动力装置101可以包括旋翼201和发动机202。动力装置包含至少一个旋翼201，旋翼201作为飞行器的重要组件，用于将发动机202的转动功率转化为推力或升力。旋翼的翼型可以包括但不限于对称翼型、非对称翼型、层流翼型、尖峰翼型、超临界翼型、菱形翼型、双圆弧翼型、自然层流翼型、后缘分叉翼型、无限翼展翼型、有限翼展翼型、平凸翼型、凹凸翼型等规则或不规则的翼型，优选地，旋翼201的翼型是凹凸翼型。旋翼可以是刚性材料的，也可以是柔性材料的，还可以是一种或多种性质的材料组合成的（通过填充等方式使该结构具有刚性和强度，在下文中会详细描述）。刚性材料是指具有抵抗变形能力的材料，刚性材料包括但不限于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（Acrylonitrilebutadienestyrene,ABS）、聚苯乙烯（Polystyrene,PS）、高冲击聚苯乙烯（Highimpactpolystyrene,HIPS）、聚丙烯（Polypropylene,PP）、聚对苯二甲酸乙二酯（Polyethyleneterephthalate,PET）、聚酯（Polyester,PES）、聚碳酸酯（Polycarbonate,PC）、聚酰胺（Polyamides,PA）、聚氯乙烯（Polyvinylchloride,PVC）、聚氨酯（Polyurethanes,PU）、聚二氯乙烯（Polyvinylidenechloride）、聚乙烯（Polyethylene,PE）、聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate,PMMA）、聚醚醚酮（Polyetheretherketone,PEEK）、酚醛树脂（Phenolics,PF）、尿素甲醛树脂（Urea-formaldehyde,UF）、三聚氰胺-甲醛树脂（Melamineformaldehyde,MF）以及一些金属、合金（如铝合金、铬钼钢、钪合金、镁合金、钛合金、镁锂合金、镍合金等）、木质材料（如橡木、榉木、枫木、枣木、桦木、杉木等牢固坚韧且密度不大的木材）或复合材料（如金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料）等。柔性材料是指具有响应变形能力的材料，柔性材料包括但不限于塑料（例如但不限于高分子聚乙烯、吹塑尼龙、工程塑料等）、橡胶、硅胶、聚氨酯（PU）、聚碳酸酯（PC）、聚酰亚胺（Polyimide,PI）、石墨烯等，也可以是能达到同样性能的其他单一或复合材料。橡胶可以包括但不限于通用性橡胶和特种型橡胶。通用型橡胶可以包括但不限于天然橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。特种型橡胶又可以包括但不限于丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶、环氧丙烷橡胶等。其中，丁苯橡胶可以包括但并不限于乳液聚合丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶。旋翼的桨叶数目可以是偶数也可以是奇数，桨叶数目包括但不限于二叶、三叶、四叶、五叶、六叶、七叶、八叶等，优选地，桨叶数目为二叶，更优选地，桨叶数目为三叶，进一步优选地，桨叶数目为四叶，再进一步优选地，桨叶数目为六叶。发动机202作为飞行器的驱动装置，用于驱动飞行器飞行。发动机202可以是与旋翼201独立的（如发动机202和旋翼201可分离，需要紧固件连接等），也可以是与旋翼201一体的（如发动机202和旋翼201作为整体不可分离，无需发动机202和旋翼201以外的连接件连接等）。动力装置101中旋翼201和发动机202的数量可以是一样的，也可以是不一样的，优选地，旋翼201和发动机202的数量一样，更优选地，旋翼201的数量是发动机202数量的两倍（例如，共轴双桨结构，发动机202连接2个旋翼201，可以是同侧连接的，也可以是两侧连接的）。动力装置中旋翼201和发动机202的数量可以是偶数个也可以是奇数个，包括但不限于1个、2个、3个、4个或多个及以上，优选地，旋翼201和发动机202数量是3个，更优选地，旋翼201和发动机202数量是4个，进一步优选地，旋翼201和发动机202数量是6个。

支撑连接装置102可以用于连接动力装置101、搭载平台103等一个或多个组件。支撑连接装置102可以包括但不限于一个或多个臂杆203，臂杆203的数目可以和动力装置101的一样，也可以是不一样的，优选地，臂杆203的数目是与动力装置101一样的。臂杆203的形状可以包括但不限于圆柱、立方体、长方体、圆锥、棱柱、棱锥、平行六面体等规则或不规则立体几何的一种或多种组合。臂杆203的长度可以是一样的，也可以是不一样的，优选地，臂杆203的长度都一样。臂杆203可以是彼此独立的，也可以是一体的。例如，多旋翼飞行器有4个臂杆，在一个实施例中，4个臂杆是彼此独立的，在另一个实施例中，4个臂杆是不能分开的整体，在另一个实施例中，4个臂杆中有2个是不能分开的整体并且可以拼接其他的臂杆203。臂杆203的拼接方式可以是辐射式的，也可以是闭合式的。辐射式是以某点为原点，向四周分散出一个或多个臂杆203，辐射式拼接包括但不限于X型、Y型、H型、十字形、米字型等一种或多种组合。闭合式是首尾相连的封闭连接方式，闭合式拼接包括但不限于圆形、椭圆形、长方形、正方形、平行四边形、三角形、梯形、多边形等规则或不规则图形的一种或多种组合。优选地，臂杆203的拼接方式是Y型；更优选地，臂杆203的拼接方式是十字形；进一步优选地，臂杆203的拼接方式是菱形。臂杆203可以是实心结构的，也可以是空心结构的，实心结构是指结构内部是没有空隙的，空心结构是指结构内部是有空隙的，优选地，臂杆203是空心结构的。空心结构内部可以没有填充物，也可以有填充物，填充物包括但不限于气体、液体、固体等一种或多种组合。优选地，臂杆203空心结构中填充气体。

搭载平台103用于搭载其他组件，搭载平台103可以是柔性材料、也可以是刚性材料，可以是分离式的、也可以是一体式的。搭载平台103可搭载的其他组件可以包括但不限于飞行控制系统、自动驾驶仪、电池、燃料箱、调速器（简称电调）、脚架、云台、摄像头、图传设备、仪器设备和/或货物等一种或多种组合。飞行控制系统可以是人工控制的，也可以是自动控制的，控制方式可以包括但不限于遥控器、手机、移动数字终端（PDA）、掌上电脑、平板电脑、数码相框、多媒体设备、电子阅读器（如Kindle）、手环、虚拟现实（Virtualreality,VR）、脑电波、眼球控制、声音控制等其中的一种或多种组合。上文所描述的各个模块和组件并不是必须的，对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，对该系统进行形式和细节上的各种修正和改变，各个模块可以任意组合，或者构成子系统与其它模块连接，用户也可以根据自己的需要，任意组合其中的数量和尺寸等，而这些修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

无人飞行器系统的发动机可以是电机的，也可以是油机的，可以有单个或多个动力来源驱动，动力来源可以包括但不限于电能、固体燃料、液体燃料、气体燃料、太阳能等其中的一种或多种组合。其中，电能来源可以包括但不限于该无人飞行器系统自带发电设备，蓄电池，无线供电等。自带的发电设备能源类型包括但不限于固体燃料、液体燃料、气体燃料和太阳能等。能源的类型并不局限于上述几种，其它能源类型也可以用于该环境控制系统的发电，例如：垃圾焚烧热等。蓄电池可以是一次性的，也可以是可充电的。电池的种类又包括但不限于铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池、锌锰电池、碱锰电池、锂电池、水银电池、和锌汞电池。当然电池的种类也可以是其它类型。如果使用可充电电池，对电池的充电可以通过无人飞行器系统的接口，也可以将电池取出充电，也可以使用无线充电技术。无线供电可以包括但不限于无线电磁感应式，无线电波式，磁场共振，线圈共振，磁耦合共振等一种或多种组合。无人飞行器动力系统可以使用的动力来源类型并不局限于上述描述，另外，几种动力来源类型也可以结合起来为该动力系统或其中的某些模块提供能源。

无人飞行器系统与地面人员的无线通信方式可以包括但不限于无线电通信、自由空间光通信、声通讯、和电磁感应等。其中无线电通讯可以包括但不限于，IEEE802.11系列标准、IEEE802.15系列标准（例如蓝牙技术和紫蜂技术等）、第一代移动通信技术、第二代移动通信技术（例如FDMA、TDMA、SDMA、CDMA、和SSMA等）、通用分组无线服务技术、第三代移动通信技术（例如CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、和WiMAX等）、第四代移动通信技术（例如TD-LTE和FDD-LTE等）、卫星通信（例如GPS技术等）和其它运行在ISM频段（例如2.4GHz等）的技术；自由空间光通信可以包括但不限于可见光、红外线讯号等；声通讯可以包括但不限于声波、超声波讯号等；电磁感应可以包括但不限于近场通讯技术等。以上描述的例子仅作为方便说明之用，无线通信的媒介还可以是其它类型，例如，Z-wave技术、其它收费的民用无线电频段和军用无线电频段等。

图3所示的是一种充气式多旋翼无人飞行器系统一个工作流程图的示例。多旋翼无人飞行器系统可以包括动力装置101、支撑连接装置102和搭载平台103，这些结构中可以包含实心结构的部分，也可以包含空心结构的部分。实心结构是指结构内部是没有空隙的，空心结构是指结构内部是有空隙的。空心结构内部可以没有填充物，也可以有填充物，填充物包括但不限于气体、液体、固体等一种或多种组合。优选地，支撑连接装置102和搭载平台103是空心结构的；更优选地，多旋翼无人飞行器的空心结构没有填充物；进一步优选地，多旋翼无人飞行器的空心结构填充气体。在一个实施例中，处于未充气状态的多旋翼无人飞行器在步骤301对其空心结构的装置进行充气，充气方式可以是有源的，也可以是无源的。可充气的结构包括但不限于动力装置101、支撑连接装置102、搭载平台103等一个或多个组件的组合。充气的方式包括但不限于存储压缩气体，压缩气体与从环境中获取空气相结合，利用气体发生器产生气体等一种或多种方式的组合。其中存储压缩气体一般采用的是高压贮气罐贮存，气体包括但不限于空气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、乙醇、二氧化硫、氮气、氢气、氨气、氯气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气和氟等其中的一种或多种组合。压缩气体与空气结合的方式，先利用压缩气体对承载单元进行充气，充气结构中由承载单元支起后而形成的其他空间，则由吸入周围环境里的空气自动填充。充气结构中可使用气体发生器，也即通过化学反应的方式产生气体进行充气，产生气体的化学反应包括但不限于：活泼金属单质和稀酸的反应，其中金属单质包括但不限于钾、钙、钠、镁、铝、钙、铁、锌、锂等一种或多种的组合，稀酸包括但不限于稀盐酸，稀硝酸，稀硫酸，某些有机酸和配位酸等；盐和稀酸的反应，其中盐包括但不限于碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫化钠、硫氢化钠等一种或多种的组合；氨类物质和浓碱的反应或利用氮氧化物水解，产生氨气；利用叠氮化钠受热或受撞击会分解，产生大量的氮气；一些特殊试剂如二氯亚砜和水、醇类、酸反应生成氯化氢气体等。

飞行器的结构充气后进入步骤302，其他组件固定在已充气的飞行器上，其他组件可以包括但不限于动力装置101、搭载平台103等一个或多个组件的组合，搭载平台103上也需固定的组件可以包括但不限于一个或多个飞行控制系统、一个或多个自动驾驶仪、一个或多个电池、一个或多个燃料箱、一个或多个电子调速器（简称电调）、一个或多个脚架、一个或多个云台、一个或多个摄像头、一个或多个图传设备、一个或多个仪器设备和/或一个或多个货物等，固定完成后有需要还可继续执行步骤301对该飞行器的结构充气（例如加强支撑连接装置102与其他紧固结构的接触等）。未充气状态的飞行器也可以直接进入步骤302，即其他可拆卸的组件固定在未充气飞行器上，再进入步骤301对该飞行器的结构进行充气。多旋翼无人飞行器系统的结构充气和固定其他组件结束后，进入步骤303的飞行任务执行。飞行任务的执行控制可以包括但不限于飞行系统预设的、手动操控的、人工智能的，根据用户的需要选择合适的控制方式或者组合的方式来执行任务。多旋翼无人飞行器系统在飞行任务结束后可以进行步骤304组件拆除，然后进行步骤305结构放气或直接回收，也可以反过来，先进行步骤305结构放气，再进行步骤304组件拆除或直接回收，当然，在飞行任务结束后还可以直接回收结构状态不变的飞行器等。飞行器结构的放气方式，可以是直接放气，也可以是气泵抽气的。

此处的描述仅仅是一个具体实施例的主要过程，不应被视为是唯一的实施例，其中的各个步骤并不是必须的，整个流程及其具体步骤也并不局限于图中和上文的描述。例如步骤304和305，可以是如图3所示的顺序执行，也可以是交换后执行，先执行步骤305再执行步骤304等。显然，对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，对此流程进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

图4-a和图4-b分别显示的充气式多旋翼无人飞行器充气机架的结构图示例。从仿生与非仿生这两种设计角度，充气机架的结构可设计为多种不同的形式。首先，根据仿生原理制作充气机架，其制成的结构包括但不限于铃静力学骨架和气动人工肌肉模型等。如图4-a所示的结构截面图，铃静力学骨架与气动人工肌肉模型在结构上相似，可以包括腔体内部的压力液体或气体401，空腔体402和外壁403。在空间位置来看，由内及外依次是压力液体或气体401，空腔体402，外壁403。在充入压力液体或气体401之前，由空腔体402和外壁403组成的充气机架呈现折叠打包的状态，两者间存在一定的间隙，且均具有一定的可膨胀性。当向空腔体402的空腔中充入压力液体或气体401时，空腔体402渐渐膨胀至贴近外壁403，“柔软”的空腔体402渐渐变得“坚硬”，具有一定的强度与刚度。空腔体402的形状可设计为多种不同的形式，可以包括但不限于圆柱，棱柱，圆锥，棱锥，旋转体，截面体等规则或不规则立体几何的一种或多种组合，其中棱柱可分为三棱柱、四棱柱、五棱柱、六棱柱、N棱柱，特殊的四棱柱包括立方体、长方体；凌锥包括三棱锥、四棱锥、五棱锥、六棱柱、N棱锥。优选地，空腔体可以设计为立方体或长方体，更优选地，空腔体可以设计为六棱柱，进一步优选地，空腔体可以设计为测面数量为大于六的偶数的棱柱，再进一步优选地，空腔体可以设计为圆柱。

用于制作空腔体402的材料可以是具有一定柔性、可膨胀的材料，一般包括但不限于硅胶、硅酮、塑料、橡胶、纤维、纳米复合材料、其他复合材料等的一种或几种的组合。硅胶按其性质及组分可分为有机硅胶和无机硅胶，其中有机硅胶按照成型工艺可分为模压硅胶、挤出硅胶、液态硅胶、特种硅胶。塑料包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯乙烯─丙烯腈共聚物、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物、聚甲基丙烯酸酯、乙烯─醋酸乙烯之共聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯（俗称聚酯）、聚酰胺（俗称尼龙）、聚碳酸树酯、聚甲醛树酯、聚苯醚、聚亚苯基硫醚、聚氨基甲酸乙酯、吹塑尼龙、工程塑料等。按性能和用途，橡胶可分为通用橡胶和特种橡胶，其中通用橡胶例如但不限于天然橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等；特种橡胶例如但不限于丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶、环氧丙烷橡胶等。其中丁苯橡胶包含但不限于乳液聚合丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶。纤维具体包括天然纤维（植物纤维、动物纤维、矿物纤维）、化学纤维（人造纤维、合成纤维、无机纤维）和其他等。其中人造纤维（再生纤维）例如但不限于黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维；合成纤维例如但不限于聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶或尼龙）、聚乙烯醇纤维（维纶）、聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚丙烯纤维（丙纶）、聚氯乙烯纤维（氯纶）等；无机纤维例如但不限于玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维和金属纤维等。根据不同的需求，材料可向着多组分原料的方向发展。其中根据不同的选材与使用要求，复合材料可采用2层、3层、4层、5层等结构。

外壁403外包着空腔体402，对其有一定的限制与保护作用，充气过程中随着空腔体402被撑起而张开，待充气完成后，整体充气机架结构形成特定的形态，并且整体结构具备所需的强度与刚度。用于制作外壁403的材料包括但不限于纤维、植绒等，其中纤维具体包括天然纤维（植物纤维、动物纤维、矿物纤维）、化学纤维（人造纤维、合成纤维、无机纤维）和其他等。人造纤维（再生纤维）例如但不限于黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维。合成纤维例如但不限于聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶或尼龙）、聚乙烯醇纤维（维纶）、聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚丙烯纤维（丙纶）、聚氯乙烯纤维（氯纶）等。无机纤维例如但不限于玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维和金属纤维等。外壁材料需通过一定的编织方式形成类似网状的结构，编织方式包括但不限于外壁材料与轴向有一定的夹角交叉编织，外壁材料方向与轴向方向垂直或平行等。

根据非仿生原理制作充气机架，其制成的结构包括但不限于多管式、多梁式、骨架式、夹层式、蜂窝式等，与铃静力学骨架和气动人工肌肉模型的结构不同，其结构是利用多个直径相同或者不同的充气结构作为承载单元405，通过不同的拼接方式将彼此连接起来继而形成的充气机架，如图4-b所示的承载单元405。承载单元405的设计形式包括但不限于圆柱，棱柱，圆锥，棱锥，旋转体，截面体等规则或不规则立体几何的一种或多种组合，其中棱柱可分为三棱柱、四棱柱、五棱柱、六棱柱、N棱柱，特殊的四棱柱包括立方体、长方体；凌锥包括三棱锥、四棱锥、五棱锥、六棱柱、N棱锥。优选地，承载单元405可以设计为圆柱多个承载单元的拼接方式包括但不限于平行拼接、环形拼接、拥簇拼接等。

由承载单元405拼接而成的充气机架结构包括但不限于多管式、多梁式、骨架式、夹层式、蜂窝式等。在一种实施例中，由承载单元405平行拼接或簇拥拼接而成的充气机架，承载单元拼接紧凑而不存在中空404，因而直接为承载单元充气后作为机架使用。在另一种实施例中，由承载单元405环形拼接而成的充气机架，形成中空404的结构，在为承载单元充气的过程中，中空404一般由空气自动填充。充气后形成的中空404的结构一般由空气自动填充。用于制作充气结构405及其拼接部分的材料包括但不限于硅胶、硅酮、塑料、橡胶、纤维、纳米复合材料、其他复合材料等的一种或几种的组合。硅胶按其性质及组分可分为有机硅胶和无机硅胶，其中有机硅胶按照成型工艺可分为模压硅胶、挤出硅胶、液态硅胶、特种硅胶。塑料包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯乙烯─丙烯腈共聚物、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物、聚甲基丙烯酸酯、乙烯─醋酸乙烯之共聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯（俗称聚酯）、聚酰胺（俗称尼龙）、聚碳酸树酯、聚甲醛树酯、聚苯醚、聚亚苯基硫醚、聚氨基甲酸乙酯、吹塑尼龙、工程塑料等。按性能和用途，橡胶可分为通用橡胶和特种橡胶，其中通用橡胶例如但不限于天然橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等；特种橡胶例如但不限于丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶、环氧丙烷橡胶等。其中丁苯橡胶包含但不限于乳液聚合丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶。纤维具体包括天然纤维（植物纤维、动物纤维、矿物纤维）、化学纤维（人造纤维、合成纤维、无机纤维）和其他等。其中人造纤维（再生纤维）例如但不限于黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维；合成纤维例如但不限于聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶或尼龙）、聚乙烯醇纤维（维纶）、聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚丙烯纤维（丙纶）、聚氯乙烯纤维（氯纶）等；无机纤维例如但不限于玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维和金属纤维等。

图5所示的是充气式多旋翼无人飞行器的充气流程。首先执行步骤501打开气门装置，完成无误后开始执行充气步骤502，充气过程中需通过步骤503进行判断，即检查充气机架是否已达到稳定状态，若已稳定则执行步骤504关闭气门装置；若还不稳定，则需继续执行充气步骤503直至结构稳定，而后执行步骤504关闭气门装置，准备开始执行飞行任务。

图6所示的是充气式多旋翼无人飞行器的调气流程。飞行器依据升力方式的不同分为两类，一类是轻于空气的飞行器，即依靠空气的浮力漂浮于空中；另一类是重于空气的飞行器，即依靠空气动力克服自身重力升空，包括动力驱动与非动力驱动两种类型。另外，无人机在执行飞行任务期间，随飞行高度或环境的不同，外界大气压会发生程度不同的变化，势必会影响飞行器的飞行，则需对充气结构进行调气操作，实时适应外界的变化。首先依次执行步骤601自动开启气门和步骤602连接大气/气泵，而后开始充气步骤603，充气期间执行步骤604判定结构是否稳定，待充气结构稳定后执行步骤605关闭气门。优选地，以飞行器在对流层飞行时进行调气操作为例，当飞行器的飞行高度上升时，大气层压力随高度升高而下降，根据步骤606，机架内部压强将大于外界大气压，充气结构会执行步骤607自动放气；当飞行高度下降时，大气层压力随高度下降而上升，根据步骤606，机架内部压强将小于外界大气压，则再次从步骤601开始执行充气操作。该调气过程在飞行器执行飞行任务期间持续不间断地进行，直至执行操作608结束飞行任务。飞行任务结束后，执行步骤609排气操作，充气机架的排气方式包括机架自主排气与人为操作排气，其中自主排气包括但不限于限压排气、过载排气、火控爆破排气等一种或多种方式的组合。充气过程与充气机架组装的顺序，可先将充气机架与气门装置连接，各个机架组装完成后进行充气操作，也可先各自充气完毕后再组装拼接，组装与充气的过程也可同时进行，其中多个机架的充气可相互独立完成，也可同时进行。

此处的描述仅仅是一个具体实施例的主要过程，不应被视为是唯一的实施例，其中的各个步骤并不是必须的，整个流程及其具体步骤也并不局限于图中和上文的描述。例如步骤502和503，可以是如图5所示的顺序执行，也可以是两步同时进行等。例如步骤603和604，可以是如图6所示的顺序执行，也可以是两步同时进行等。例如步骤608和609，可以是如图6所示的顺序执行，也可以是两步同时进行等。显然，对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，对此流程进行形式与细节上的各种修正和改变，但是这些修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

图7所示的是本发明中一种多旋翼无人飞行器支撑连接装置的一种结构示例，可以包括但不限于一个或多个臂杆203、一个或多个安装平台701、一个或多个气门装置702等。臂杆203提供飞行器的支撑结构，可以连接动力装置101或/和搭载平台103。臂杆203可以是彼此独立的，也可以是一体的。例如，多旋翼飞行器有4个臂杆，在一个实施例中，4个臂杆是彼此独立的，在另一个实施例中，4个臂杆是不能分开的整体，在另一个实施例中，4个臂杆中有2个是不能分开的整体并且可以拼接其他的臂杆203。臂杆203可以是多个同时充气/放气，也可以是单个逐一充气/放气，还可以根据用户选择部分臂杆203是同时充气/放气，部分则是逐一充气/放气。臂杆203的数目包括但不限于1个、2个、3个、4个、5个、6个等或用户自定义选择的数目等。支撑连接装置102未充气时，拆除/不拆除相关组件，可直接折叠支撑连接装置102。折叠后的支撑连接装置102可以具有其他的用途，例如可以作为表带、腰带、发带等，还可以根据用户需要自主设计变化为各种形态的装饰物等，例如收纳在表盘中或钥匙链中等。支撑连接装置102可以是独立的，也可以是与其他设备结合的配件，其他设备可以包括但不限于可穿戴设备、手机、移动数字终端（PDA）、掌上电脑、平板电脑、数码相框、多媒体设备、电子阅读器（如Kindle）、手环、手表等可移动设备中的一种或多种组合。在未充气前，臂杆203一般处于折叠打包的状态，设计的折叠方式需实际而合理，一方面能尽量使之占用的空间少、便携；另一方面能使之在充气过程中无纠缠地迅速完全地展开，因此，设计的充气机架的折叠打包方式可以包括但不限于折叠风扇式、手风琴式、灯笼式、Z型折叠、S型折叠、平面直接折叠、平面卷绕式折叠、折入式折叠、卷筒、随机等一种或几种方式的组合。充气后，臂杆203完全伸展，同时与其它及紧固结构接触更紧密，具有足够的刚度和强度来支撑和连接动力装置和搭载平台等。安装平台701用于安装固定动力装置，可以位于支撑连接装置的任何位置，例如，安装平台701位于包括但不限于相对支撑连接装置最外端的1/2、1/3、2/3、1/4、3/4、1/5、2/5、3/5、4/5、1/6、5/6等位置以及最外端、最里端等。安装平台701的形状可以包括但不限于圆形、椭圆形、长方形、正方形、平行四边形、三角形、梯形、多边形等规则或不规则图形的一种或多种组合，安装平台701的材料可以包括但不限于木质材料、金属材料、合金材料、高分子材料、复合材料等其中的一种或多种组合，可以是使用魔术贴粘贴的，也可以是紧固组件如螺栓和螺母配合使用的。气门装置702可以位于支撑连接装置102的任何位置，例如，气门装置702可以位于支撑连接装置102的中心位置，也可以位于臂杆203的1/2、1/3、2/3、1/4、3/4、1/5、2/5、3/5、4/5、1/6、5/6等位置以及最外端、最里端等。气门装置702可以是所有充气结构共同使用的，也可以是分开使用的，例如支撑连接装置102的所有充气结构通过气门装置702充气/放气或者支撑连接装置102和搭载平台103的充气结构分别不同的气门装置702充气/放气等。气门装置702的充气/放气方式可以是单向的、也可以是双向的，单向是只能执行充气或者放气一种功能，双向是既能执行充气又能执行放气。支撑连接装置102可以连接搭载平台103，也可以直接实现搭载平台的功能。搭载平台103可以包括但不限于一个或多个固定零件703，固定零件703可以是使用魔术贴粘贴的，也可以是紧固组件如螺栓和螺母配合使用的。搭载平台103可搭载的其他组件可以包括但不限于一个或多个飞行控制系统、一个或多个自动驾驶仪、一个或多个电池、一个或多个燃料箱、一个或多个电子调速器（简称电调）、一个或多个脚架、一个或多个云台、一个或多个摄像头、一个或多个图传设备、一个或多个仪器设备和/或一个或多个货物等，飞行控制系统可以是人工智能的，也可以是手动遥控的，控制方式可以包括但不限于遥控器、手机、移动数字终端（PDA）、掌上电脑、平板电脑、数码相框、多媒体设备、电子阅读器（如Kindle）、手环、手表、虚拟现实、脑电波、眼球控制、声音控制等其中的一种或多种组合。

上文所描述的各个模块和组件并不是必须的，对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，对该系统进行形式和细节上的各种修正和改变，各个模块可以任意组合，或者构成子系统与其它模块连接，而这些修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。例如，多旋翼无人飞行器的支撑连接装置中可以是全部臂杆203通过无源方式充入第一种气体，例如可以包括但不限于空气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、乙醇、二氧化硫、氮气、氢气、氨气、氯气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气和氟等其中的一种或多种组合；也可以是部分臂杆203通过无源方式充入第一种气体，剩下的臂杆203通过有源方式充入第二种气体，例如但不限于空气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、乙醇、二氧化硫、氮气、氢气、氨气、氯气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气和氟等其中的一种或多种组合；安装平台701可以是固定在臂杆203的最远端，也可以固定在臂杆中间位置附近，也可以是根据旋翼的大小和旋翼的桨距调整安装平台701的位置，也可以由臂杆203直接实现安装平台701的功能等。

图7-a和图7-b所示的分别是本发明中一种四旋翼无人飞行器支撑连接装置与搭载平台结构的正面和背面示例。支撑连接装置102共有四个臂杆203，统一通过气门装置702充气/放气，臂杆203离气门装置702最远端有安装平台701，臂杆203交叉处是可分离式的搭载平台103。臂杆203呈圆柱型，采用对称的十字分布方式，臂杆203内层的弹性材料是硅胶管，外层是采用一定夹角交叉编织的编织纤维。气门装置702通过与气泵等压缩空气筒连接，使气筒内的空气受控地输送到臂杆203中，或使用其他充气机构，由于该充气机构的内部经过化学反应产生气体（如碳酸钠或/和碳酸氢钠与酸反应，产生气体CO2），可以通过气门装置702将产生的气体充入臂杆203，充气结束后，将该充气机构与气门装置702分开。安装平台701是正方形结构的碳纤维复合材料板，一侧固定于臂杆203，另一侧可连接并固定动力装置。分离式的搭载平台103分为上下两部分，具有刚性结构，通过紧固组件703的螺栓和螺母配合使用固定搭载平台及其他被搭载的组件，可搭载电池、电调、陀螺仪、自动驾驶仪等一种或多种组合。

图8-a和图8-b所示的分别是六旋翼无人飞行器支撑连接装置与搭载平台结构的正面和背面示例。支撑连接装置102共有六个臂杆801，统一通过气门装置803充气/放气，臂杆801离气门装置803最远端有安装平台802，臂杆801交叉处是可分离式的搭载平台103。臂杆801呈圆柱型，采用对称均匀分布方式，臂杆801内层的弹性材料是硅胶管，外层是采用一定夹角交叉编织的编织纤维。气门装置803通过与气泵等压缩空气筒连接，使气筒内的空气受控地输送到臂杆802中，或使用其他充气机构，该充气机构的内部经过化学反应产生气体（如碳酸钠或/和碳酸氢钠与酸反应，产生气体二氧化碳）。安装平台802是正方形结构的碳纤维复合材料板，一侧固定于臂杆203，另一侧可连接并固定动力装置101。分离式的搭载平台103分为上下两部分，可搭载电池、电调、陀螺仪、自动驾驶仪等一种或多种组合。

图9所示的是充气式多旋翼无人飞行器飞行任务应用的一个实施例。多旋翼无人飞行器901同时搭载摄像头执行飞行任务，通过移动接收终端903把路况等信息告知用户902。移动接收终端包括但不限于可穿戴设备、手机、移动数字终端（PDA）、掌上电脑、平板电脑、数码相框、多媒体设备、电子阅读器（如Kindle）、手环、手表、助于听力的设备等可移动设备中的一种或多种组合。助于听力的设备包括但不限于气动式耳机（例如动圈耳机、动铁耳机、压电耳机、开放式耳机、半开放式耳机、封闭式耳机等）、骨传导耳机、助听器、扬声器、播放器等。多旋翼无人飞行器901判断障碍物位置的方法包括但不限于超声波测距、红外测距、图像识别技术、光测量等一种或多种的组合。用户902可以是但不限于盲人、跑步的人、开车的人等。骨传导耳机903佩戴后收听的内容可以包括但不限于音乐，广播，外界声音，接听电话，无人飞行器反馈的路况信息等一种或多种的组合。骨传导耳机903和多旋翼无人飞行器的通信方式包括但不限于无线电通信、自由空间光通信、声通讯、和电磁感应等一种或多种组合。当不需要多旋翼无人飞行器901执行飞行任务时，多旋翼无人飞行器901可以是未充气状态的，根据用户902的需要收纳于口袋或包里。当需要多旋翼无人飞行器901执行飞行任务时，用户902可以是人工操作充气的，也可以是通过骨传导耳机903发出充气指令自动充气的。多旋翼无人飞行器901充气结束后执行飞行任务，飞行任务可以包括但不限于探路，判断障碍物，帮助用户901获取物品等一种或多种组合。当多旋翼无人飞行器飞行任务执行完毕，可以人工操作放气，也可以是自动放气的。当用户902通过骨传导耳机903发出放气指令时，飞行器可以自动放气并定位用户902所在位置，放气后飞行器可以自动降落在用户902附近。

以上的描述仅仅是本发明的具体实施例，不应被视为是唯一的实施例。多旋翼无人飞行器的飞行任务可以包括但不限于靶机、监视、通信、反潜、骚扰、诱惑、炮兵校正、电子对抗、航拍、监控、救援、勘察、巡逻、大地测量、气象观测、地球资源勘探、森林防火、人工降雨、大气取样、新技术研究验证、测量环境指标（温度、风速等）、播种、浇水、施肥、喷洒农药、监测农作物、放牧、迁徙探路、采矿、监测路况安全、停车场管理、测绘3D地图、观察建筑或土木施工作业、人迹罕至地区高压电线和其他管线的检查、高空网络覆盖、货物运输、快递追踪、多机位和多角度的赛事节目直播等；多旋翼无人飞行器还可以应用于摄影行业，应用场景例如但不限于国家生态环境保护、矿产资源勘探、海洋环境监测、土地利用调查、水资源开发、农作物长势监测与估产、农业作业、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、森林病虫害防护与监测、公共安全、国防事业、数字地球以及广告摄影等领域；还可以应用于交通管理系统中，例如但不限于包裹配送、外卖配送、药品配送等；还可以应用于救护车，利用超大型的无人机作为原型，在下面挂载一个急救室来运输救护人员和病人，通过GPS导航能够快速自动巡航事发点，而且可以在任何地理环境下着陆。

显然，对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。例如，多旋翼无人飞行器901可以同时向多个用户发出路况等信息，还可以直接与可穿戴设备、手机、移动数字终端（PDA）、掌上电脑、平板电脑、数码相框、多媒体设备、电子阅读器（如Kindle）、手环等可移动设备中的一种或多种以及无人驾驶汽车通信等。

Claims (10)

1.一种充气式多旋翼无人飞行器，包括：

动力装置；

支撑连接装置，所述支撑连接装置连接所述动力装置；

所述支撑连接装置包括柔性状态和刚性状态；

所述柔性状态和所述刚性状态之间可以相互转变。

2.根据权利要求1所述的充气式多旋翼无人飞行器，所述动力装置包括旋翼和发动机。

3.根据权利要求1所述的充气式多旋翼无人飞行器，所述支撑连接装置连接搭载平台。

4.根据权利要求1所述的充气式多旋翼无人飞行器，所述支撑连接装置的材料可以是硅胶、硅酮、塑料、橡胶、纤维、纳米复合材料、植绒和/或其他复合材料。

5.根据权利要求1所述的充气式多旋翼无人飞行器，所述支撑连接装置的材料结构可以是单层、双层和/或多层。

6.根据权利要求5所述的充气式多旋翼无人飞行器，所述双层材料结构可以包括气密层和约束层，所述约束层材料包括编织纤维和植绒。

7.根据权利要求6所述的充气式多旋翼无人飞行器，所述约束层材料的编织纤维可以是与轴向有一定的夹角交叉编织和/或与轴向方向垂直或平行。

8.根据权利要求1所述的充气式多旋翼无人飞行器，所述支撑连接装置的转变方式包括充入气体。

9.根据权利要求8所述的充气式多旋翼无人飞行器，所述支撑连接装置充气前是柔性状态，充气后是刚性状态。

10.根据权利要求8所述的充气式多旋翼无人飞行器，所述支撑连接装置的充气源可以包括有源和/或无源。