CN105857628A - 一种自平衡防撞飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自平衡防撞飞行器，包括内飞行器、防护罩以及多轴平衡装置，所述内飞行器通过所述多轴平衡装置设置在所述防护罩内；所述多轴平衡装置包括一平衡轴以及一平衡环，所述平衡轴的两端分别通过第一铰接组件铰接到所述平衡环上使所述平衡环可以相对于所述平衡轴在第一旋转轴旋转，所述平衡环通过第二铰接组件铰接到所述防护罩上使所述平衡环可以相对于所述防护罩在第二旋转轴旋转，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴正交；所述内飞行器设置在所述平衡轴的中心位置，所述内飞行器的重心设置于所述平衡轴的中心点下方并与垂直旋转轴重合，所述垂直旋转轴与所述第一旋转轴、第二旋转轴正交。该自平衡防撞飞行器稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，更具体的说，涉及一种自平衡防撞飞行器。
背景技术
目前，多旋翼无人机发展非常迅速，为了保证飞行安全，大都采用各种避障技术，也就是不让飞行器与障碍物接触的方式。
在保护飞行器的防撞中，最常见的一种是在桨叶周围增加一个防护圈，这种方式仅能对桨叶有一定的保护作用，而不能保护飞行器的其他部分，更不能有效的保障碰撞后的飞行器的有效飞行。
另一种比较好的防撞结构如申请号为201480024468.2的中国专利申请，其公开一种垂直起降飞行器，包括内框架，平衡环系统和外框架，内框架包括推进系统和控制系统，推进系统产生升力，控制系统控制所述内框架的方位，平衡环系统用至少两个旋转轴将内框架连接到外框架，使得外框架具有独立于内框架旋转的自由度，内框架具有一个与各旋转轴均大致重合的质心。从而实现减少通过与外部物体接触所引起的干扰的系统，允许飞行器与障碍物碰撞，同时大部分时间保持在稳定方位中。这种结构由于“内框架具有一个与各旋转轴均大致重合的质心”，使得飞行器处于一种随遇平衡状态(即飞行器不能始终保持水平状态)，而不是稳定平衡状态，这种飞行器的机动性与灵活性比较好，但稳定性相对就比较差，碰撞时会由于外框架内的飞行器发生偏转而导致飞行的稳定性能受到很大影响，不太适合狭窄空间的搜索飞行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种稳定性好、且能保持内飞行器稳定平衡状态的自平衡防撞飞行器。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种自平衡防撞飞行器，包括内飞行器、防护罩以及多轴平衡装置，所述内飞行器通过所述多轴平衡装置设置在所述防护罩内；
所述多轴平衡装置包括一平衡轴以及一平衡环，所述平衡轴的两端分别通过第一铰接组件铰接到所述平衡环上使所述平衡环可以相对于所述平衡轴在第一旋转轴旋转，所述平衡环通过第二铰接组件铰接到所述防护罩上使所述平衡环可以相对于所述防护罩在第二旋转轴旋转，所述第一旋转轴与所述平衡轴的轴线重合，所述第二旋转轴与所述平衡环与所述防护罩的铰接点的连线重合，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴正交，所述平衡环相对于所述平衡轴的旋转方向与所述平衡环相对于所述防护罩的旋转方向正交；
所述内飞行器设置在所述平衡轴的中心位置，所述内飞行器的重心设置于所述平衡轴的中心点下方并与垂直旋转轴重合，所述垂直旋转轴与所述第一旋转轴、第二旋转轴正交。
优选的，所述防护罩为由多个连接杆以及多个连接件相互连接而成球形的网状结构。
优选的，所述网状结构的网孔呈正多边形结构设置。
优选的，所述网状结构的网孔为正五边形和/或正六边形结构设置，所述连接件包括具有三个连接部的第一连接件以及具有四个连接部的第二连接件，其中两个中心对称的正五边形结构的网孔通过所述第二连接件将所述连接杆连接而成，所述第二铰接组件设置在所述两个中心对称的正五边形结构的网孔内，所述第二铰接组件通过连接杆连接到所述第二连接件上。
优选的，所述连接杆为碳纤维材料。
优选的，所述平衡环包括第一半圆环和第二半圆环，所述第一半圆环和所述第二半圆环通过所述第一铰接组件连接固定。
优选的，所述第一铰接组件包括相互垂直设置的平衡轴连接部以及平衡环连接部，所述平衡轴连接部通过螺钉铰接到所述平衡环连接部，所述平衡轴连接部与所述平衡轴连接固定，所述平衡环连接部分别与所述第一半圆环、第二半圆环连接固定。
优选的，所述平衡环连接部的两端分别设置有连接凹槽，所述第一半圆环、第二半圆环的端部分别插入所述连接凹槽内并通过螺丝固定。
优选的，所述平衡轴的中心区域设置有一工字形支架用于固定所述内飞行器。
优选的，所述内飞行器为四轴飞行器，所述四轴飞行器包括：碳纤维底板、电机、桨叶、电子调速器、控制单元、电子设备仓、天线、摄像头以及电池，所述碳纤维底板包括中心板以及一体设置在中心板四周的四个延伸的飞行轴，所述电机以及所述桨叶设置在所述飞行轴的末端；所述控制单元设置在所述碳纤维底板的中心板的上侧面，所述电子设备仓、天线、摄像头以及电池均设置在所述中心板的下侧面；所述内飞行器通过所述碳纤维底板固定到所述平衡轴上。
本发明带来的益处是：通过多轴平衡装置的平衡轴和平衡环使得内飞行器可独立于防护罩自由的旋转，且由于内飞行器的重心设置于所述平衡轴的中心点下方并与垂直旋转轴重合，使得自平衡防撞飞行器在碰撞或受其它因素影像时能够保持内飞行器的始终平衡状态，这样使得自平衡防撞飞行器在碰撞后能够保持较为稳定的继续飞行状态。因此，本发明所述的自平衡防撞飞行器在与障碍物碰撞时能有效的保护自平衡防撞飞行器的稳定飞行，从而实现不仅是自平衡防撞飞行器不受损坏，而且还能保证自平衡防撞飞行器的安全飞行，不受碰撞恶劣影响，继续保证自平衡防撞飞行器的有效飞行。
附图说明
图1为本发明飞行器的自平衡防撞飞行器的结构示意图；
图2为本发明飞行器的多轴平衡装置的结构示意图；
图3为本发明飞行器的防护罩的结构示意图；
图4为本发明飞行器的内飞行器的结构示意图。
其中：100、防护罩；101、第一连接件；102、第二连接件；103、连接杆；104、轴套；200、多轴平衡装置；201、平衡轴；202、平衡轴连接部；203、平衡环；204、平衡环连接部；205、轴端；206、螺钉；207、螺钉孔；208、工字形支架；300、内飞行器；301、碳纤维底板；302、电机；303、桨叶；304、电子调速器；305、控制单元；306、电子设备仓；307、遥控接收天线；308、电池；309、图传天线；310、摄像头。
具体实施方式
下面描述本发明的优选实施方式，本领域普通技术人员将能够根据下文所述用本领域的相关技术加以实现，并能更加明白本发明的创新之处和带来的益处。
如图1-4所示为基于本发明提供的一个自平衡防撞飞行器的具体实施例，其包括内飞行器300、防护罩100以及多轴平衡装置200，所述内飞行器300通过所述多轴平衡装置200设置在所述防护罩100内；所述多轴平衡装置200包括一平衡轴201以及一平衡环203，所述平衡轴201的两端分别通过第一铰接组件铰接到所述平衡环203上使所述平衡环203可以相对于所述平衡轴201在第一旋转轴旋转(即平衡环相对于平衡轴旋转的旋转轴)，所述平衡环203通过第二铰接组件铰接到所述防护罩100上使所述平衡环203可以相对于所述防护罩100在第二旋转轴旋转(即平衡环相对于防护罩旋转的旋转轴)，所述第一旋转轴与所述平衡轴201的轴线重合，所述第二旋转轴与所述平衡环203与所述防护罩100的铰接点的连线重合(即平衡环203相对于其与所述防护罩100的两个连接点旋转)，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴正交，所述平衡轴201相对于所述平衡环203的旋转方向与所述平衡环203相对于所述防护罩100的旋转方向正交；所述内飞行器300设置在所述平衡轴201的中心位置，所述内飞行器300的重心设置于所述平衡轴201的中心点下方并与垂直旋转轴重合，所述垂直旋转轴与所述第一旋转轴、第二旋转轴正交。通过多轴平衡装置200的平衡轴201和平衡环203使得内飞行器300可独立于防护罩100自由的旋转，且由于内飞行器300的重心设置于所述平衡轴201的中心点下方并与垂直旋转轴重合，使得自平衡防撞飞行器在碰撞或受其它因素影像时能够保持内飞行器的始终平衡状态，这样使得自平衡防撞飞行器在碰撞后能够保持较为稳定的继续飞行状态。因此，本发明所述的自平衡防撞飞行器在与障碍物碰撞时能有效的保护自平衡防撞飞行器的稳定飞行，从而实现不仅是自平衡防撞飞行器不受损坏，而且还能保证自平衡防撞飞行器的安全飞行，不受碰撞恶劣影响，继续保证自平衡防撞飞行器的有效飞行。
在本实施例中，所述多轴平衡装置至少为平衡轴201和平衡环203组成的二轴平衡装置，也可以再在平衡环203上增设一第二平衡环与之旋转轴正交形成三轴平衡装置，再将该第二平衡环铰接固定到所述保护罩上实现内飞行器300的多轴平衡。
在本实施例中，所述内飞行器300为四轴飞行器，当然，内飞行器300还可以为其它的多轴飞行器，其它的多轴飞行器也可以适用于本发明。所述四轴飞行器包括：碳纤维底板301、电机302、桨叶303、电子调速器304、控制单元305、电子设备仓306、天线(遥控接收天线307和图传天线309)、摄像头310以及电池308，所述碳纤维底板301包括中心板以及一体设置在中心板四周的四个延伸的飞行轴，所述电机302以及所述桨叶303设置在所述飞行轴的末端；所述控制单元305设置在所述碳纤维底板301的中心板的上侧面，所述电子设备仓306、天线、摄像头310以及电池308均设置在所述中心板的下侧面；所述内飞行器300通过所述碳纤维底板301固定到所述平衡轴201上。这样，由于大部分的较重的组件都设置在碳纤维底板301的下侧面，且碳纤维底板301与平衡轴201连接，从而可以保证内飞行器300的重心处于平衡轴201的下方(在水平状态时)。从而在飞行时，保证内飞行器300能够始终保持水平或及时的调整到水平状态。另外，碳纤维底板301由于采用碳纤维材料，很大程度上减小了内飞行器300的总体重量，可以减小飞行重量从而提高飞行的时间。
在本实施例中，所述防护罩100为由多个连接杆103以及多个连接件相互连接而成球形的网状结构。网状结构可以在多个方位保护到内飞行器300的安全，且具有良好的力学性能，强度更好。本实施例中，所述网状结构的网孔呈正多边形结构设置。优选的，所述网状结构的网孔为正五边形和/或正六边形结构设置(即可以是正六边形与正五边形的组合，也可以是正五边形)，所述连接件包括具有三个连接部的第一连接件101以及具有四个连接部的第二连接件102，所述连接杆103与所述第一连接件101以及第二连接件102上的连接部连接，其中有两个中心对称的正五边形结构的网孔通过所述第二连接件102将所述连接杆103连接而成，所述第二铰接组件设置在所述两个中心对称的正五边形结构的网孔内，所述第二铰接组件通过连接杆连接到所述第二连接件上。
在本实施例中，所述连接杆采用碳纤维材料，这样可以很大程度上减小防护罩100的重量。
在本实施例中，如图2所示，多轴平衡装置200的平衡环包括第一半圆环和第二半圆环，所述第一半圆环和所述第二半圆环通过所述第一铰接组件连接固定，这样的结构使得平衡环更便于进行组装和加工。
本实施例中，所述第一铰接组件包括相互垂直设置的平衡轴连接部202以及平衡环连接部204，所述平衡轴连接部202通过螺钉206铰接到所述平衡环连接部204，所述平衡轴连接部202与所述平衡轴201连接固定，所述平衡环连接部204分别与所述第一半圆环、第二半圆环连接固定(图中未示出)。所述第二铰接组件包括固定在所述防护罩100上的轴套104以及轴端205，轴套104与轴端205通过螺钉206铰接。
所述平衡环连接部204的两端分别设置有连接凹槽，所述第一半圆环、第二半圆环的端部分别插入所述连接凹槽内并通过螺丝固定。这样的连接结构能够尽可能的保持组装精度，使得平衡环相对于平衡轴的旋转轴基本与所述平衡轴的轴线重合。
在本实施例中，所述平衡轴201的中心区域设置有一工字形支架208用于固定所述内飞行器300，内飞行器300的碳纤维底板301通过螺钉孔207进行固定。
本发明中，对于垂直、正交等结构的表述，比如下述的表述：“所述第一旋转轴与所述平衡轴的轴线重合，所述第二旋转轴与所述平衡环与所述防护罩的铰接点的连线重合，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴正交，所述平衡轴相对于所述平衡环的旋转方向与所述平衡环相对于所述防护罩的旋转方向正交”。这类表述不应当视为绝对的“垂直”、“正交”或“重合”。这些结构将受到加工精度、环境状态等因素的影响而可能存在较小的误差。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (10)
1.一种自平衡防撞飞行器，其特征在于，所述自平衡防撞飞行器包括内飞行器、防护罩以及多轴平衡装置，所述内飞行器通过所述多轴平衡装置设置在所述防护罩内；
所述多轴平衡装置包括一平衡轴以及一平衡环，所述平衡轴的两端分别通过第一铰接组件铰接到所述平衡环上使所述平衡环可以相对于所述平衡轴在第一旋转轴旋转，所述平衡环通过第二铰接组件铰接到所述防护罩上使所述平衡环可以相对于所述防护罩在第二旋转轴旋转，所述第一旋转轴与所述平衡轴的轴线重合，所述第二旋转轴与所述平衡环与所述防护罩的铰接点的连线重合，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴正交，所述平衡环相对于所述平衡轴的旋转方向与所述平衡环相对于所述防护罩的旋转方向正交；
所述内飞行器设置在所述平衡轴的中心位置，所述内飞行器的重心设置于所述平衡轴的中心点下方并与垂直旋转轴重合，所述垂直旋转轴与所述第一旋转轴、第二旋转轴正交。
2.如权利要求1所述的自平衡防撞飞行器，其特征在于，所述防护罩为由多个连接杆以及多个连接件相互连接而成球形的网状结构。
3.如权利要求2所述的自平衡防撞飞行器，其特征在于，所述网状结构的网孔呈正多边形结构设置。
4.如权利要求3所述的自平衡防撞飞行器，其特征在于，所述网状结构的网孔为正五边形和/或正六边形结构设置，所述连接件包括具有三个连接部的第一连接件以及具有四个连接部的第二连接件，其中两个中心对称的正五边形结构的网孔通过所述第二连接件将所述连接杆连接而成，所述第二铰接组件设置在所述两个中心对称的正五边形结构的网孔内，所述第二铰接组件通过连接杆连接到所述第二连接件上。
5.如权利要求3所述的自平衡防撞飞行器，其特征在于，所述连接杆为碳纤维材料。
6.如权利要求1所述的自平衡防撞飞行器，其特征在于，所述平衡环包括第一半圆环和第二半圆环，所述第一半圆环和所述第二半圆环通过所述第一铰接组件连接固定。
7.如权利要求6所述的自平衡防撞飞行器，其特征在于，所述第一铰接组件包括相互垂直设置的平衡轴连接部以及平衡环连接部，所述平衡轴连接部通过螺钉铰接到所述平衡环连接部，所述平衡轴连接部与所述平衡轴连接固定，所述平衡环连接部分别与所述第一半圆环、第二半圆环连接固定。
8.如权利要求7所述的自平衡防撞飞行器，其特征在于，所述平衡环连接部的两端分别设置有连接凹槽，所述第一半圆环、第二半圆环的端部分别插入所述连接凹槽内并通过螺丝固定。
9.如权利要求1所述的自平衡防撞飞行器，其特征在于，所述平衡轴的中心区域设置有一工字形支架用于固定所述内飞行器。
10.如权利要求1所述的自平衡防撞飞行器，其特征在于，所述内飞行器为四轴飞行器，所述四轴飞行器包括：碳纤维底板、电机、桨叶、电子调速器、控制单元、电子设备仓、天线、摄像头以及电池，所述碳纤维底板包括中心板以及一体设置在中心板四周的四个延伸的飞行轴，所述电机以及所述桨叶设置在所述飞行轴的末端；其中，所述控制单元设置在所述碳纤维底板的中心板的上侧面，所述电子设备仓、天线、摄像头以及电池均设置在所述中心板的下侧面；所述内飞行器通过所述碳纤维底板固定到所述平衡轴上。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20160817 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |