CN106394859A - 一种充气软体无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充气软体无人机，包括：动力单元、气囊、气阀和碳纤维骨架，所述气囊套装在碳纤维骨架外表面，气阀安装在气囊上，动力单元安装在碳纤维骨架上，所述动力单元包括呈三角分布的第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元，所述第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元的结构相同，均包括：旋翼、无刷电机、外壳和骨架固定装置，所述外壳通过骨架固定装置固定在碳纤维骨架上，无刷电机安装在外壳内，旋翼安装在无刷电机上，所述外壳侧壁上均匀间隔设置有通气栅格。本充气软体无人机，可利用气囊和动力单元之间的精确配合，不仅可以增加无人机续航时间，而且方便控制软体无人机的自由飞行。

Description

一种充气软体无人机

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种充气软体无人机。

背景技术

随着无人机技术的发展，无人机被越来越多应用于各个行业领域，但传统多旋翼无人机续航时间短，坠落易伤人，不能满足大型户外活动或人员密集活动的无人机使用要求，而气球又不能满足空中机动，自主巡航的要求。

软体无人机是没有硬质骨架的无人机，由气囊充气成型，与传统无人机相比载荷能力强，续航能力高，可做超低速超低空飞行，具有良好的弹性，耐撞击而不受损坏，可用于航拍、航测、遥感等用途。

由于软体无人机的结构与传统的无人机相比有很大差距，因此其动力设置与传统无人机有很大差异，传统无人机采用的旋翼、共轴螺旋桨等动力提供装置无法直接应用于软体无人机，由于软体无人机内填充有气体，气体的存在会影响软体无人机的飞行，因此对软体无人机动力单元的安装角度、以及动力单元之间的配合提出了更高的要求，只有当动力单元之间配合得当才能实现软体无人机的自由飞行。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种充气软体无人机，可利用气囊和动力单元之间的精确配合，不仅可以增加无人机续航时间，而且方便控制软体无人机的自由飞行。

为实现上述技术方案，本发明提供了一种充气软体无人机，包括：动力单元、气囊、气阀和碳纤维骨架，所述气囊套装在碳纤维骨架外表面，气阀安装在气囊上，动力单元安装在碳纤维骨架上，所述动力单元包括呈三角分布的第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元，所述第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元的结构相同，均包括：旋翼、无刷电机、外壳和骨架固定装置，所述外壳通过骨架固定装置固定在碳纤维骨架上，无刷电机安装在外壳内，旋翼安装在无刷电机上，所述外壳侧壁上均匀间隔设置有通气栅格。

在上述技术方案中，通过气阀可以向气囊内充入氦气，通过气囊的浮力可以为软体无人机提供部分向上的动力，软体无人机的下方可以承接其它载重装置，总体上，软体无人机加上载重的重力需要略大于氦气气囊的浮力，剩下的部分浮力由动力单元提供。第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元呈三角分布，通过控制无刷电机的转速来控制旋翼旋转的速率，进而控制各个动力子单元的动力大小，从而实现软体无人机的自由飞行。同时将第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元设计成三角形分布，大大增强了软体无人机在空中的抗风性能。

优选的，所述第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元的旋翼面均向下倾斜设置，所述旋翼面在竖直方向上向下倾斜的角度d为10°-30°。当旋翼面在竖直方向上向下倾斜的角度d为10°-30°时，旋翼旋转时提供的作用力分解到竖直方向和水平方向的动力比为2:1-6:1，既可为本软体无人机提供部分向上的浮力，又可为软体无人机提供水平方向上的推动力，经过大量实验发现，当动力子单元在竖直方向和水平方向的动力比设置在2:1-6:1的范围内时，在与氦气气囊配合的过程中，更利于保证软体无人机横向飞行的稳定性。

优选的，所述旋翼面在竖直方向上向下倾斜的角度d为15°，旋翼旋转时提供的作用力分解到竖直方向和水平方向的动力比为4:1，此时通过控制旋翼旋转的速度，即可控制软体无人机平稳上升和平稳前进，使得无人机的控制变得简单易行。

优选的，所述第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元呈三角形状安装在碳纤维骨架上，所述第二动力子单元和第三动力子单元关于第一动力子单元之间的夹角a为70°-80°，所述第一动力子单元和第三动力子单元关于第二动力子单元之间的夹角b为40°-50°，所述第一动力子单元和第二动力子单元关于第三动力子单元之间的夹角c为50°-60°。通过第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元之间角度的设置，可以方便精确控制软体无人机向上、向下以及在水平方向上前后左右的自由飞行。

优选的，所述第二动力子单元和第三动力子单元关于第一动力子单元之间的夹角a为78°，所述第一动力子单元和第三动力子单元关于第二动力子单元之间的夹角b为46°，所述第一动力子单元和第二动力子单元关于第三动力子单元之间的夹角c为56°。在通常的软体无人机飞行过程中，一般是需要通过调整动力单元的运行角度对无人机的飞行方向进行调整，但是这种控制方式难度很大，而且对于无人机动力单元的要求很高。本软体无人机经过精确计算，将三个动力单元的夹角a、b和c分别固定设置为78°、46°和56°，在控制本软体无人机飞行时，无需调整各个动力单元的运行角度，只需通过控制旋翼的运行速度，即可实现本软体无人机的自由飞行，大大简化了软体无人机的控制要求。

优选的，所述气囊的顶部安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板分别与第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元连接。太阳能电池板的设计大大提高了本软体无人机的续航时间。

优选的，所述无刷电机采用共轴反向外转子无刷电机，从而可以控制安装在无刷电机上的两旋翼进行差速旋转，增强动力单元的动力性能。

优选的，所述气阀为双通智能气阀，所述气阀连接到气囊内设置的储气装置。双通智能气阀贯通气囊外壁，外部与气囊严密缝合保证不漏气。当需要进行飞行时，正向开启气阀，使得氦气从储气装置进入气囊，实现为气囊充气；当飞行结束，反向开启气阀，气囊内的氦气重新进入储气装置，从而实现氦气的循环使用。

本发明提供的一种充气软体无人机的有益效果在于：

(1)本充气软体无人机采用氦气与动力单元相配合的方式实现软体无人机的飞行控制，节约了无人机的能耗，增强了无人机的续航时间；

(2)本充气软体无人机将第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元设计成三角形分布，大大增强了软体无人机在空中的抗风性能，同时通过对三个动力单元之间安装角度的精确计算，大大简化了软体无人机的控制要求；

(3)本充气软体无人机通过安装在顶部的太阳能电池板板为动力单元提供电源，可以大幅提升本软体无人机的续航时间；

(4)本充气软体无人机通过双通智能气阀，可以实现氦气的循环使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中动力单元的结构示意图。

图3为本发明中第一动力子单元、第二动力子单元和第三动力子单元之间的安装角度示意图。

图4为本发明中动力单元在竖直方向上安装的角度示意图。

图中：1、动力单元；2、气囊；3、气阀；4、碳纤维骨架；5、太阳能电池板；11、旋翼；12、无刷电机；13、外壳；14、通气栅格；15、骨架固定装置；111、第一动力子单元；112、第二动力子单元；113、第三动力子单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例：一种充气软体无人机。

参照图1至图4所示，一种充气软体无人机，包括：动力单元1、气囊2、气阀3和碳纤维骨架4，所述气囊2套装在碳纤维骨架4外表面，气阀3安装在气囊2上，动力单元1安装在碳纤维骨架4上，所述碳纤维骨架4为可拆卸拼接的碳纤维，不仅量轻，而且方便骨架的安装；气囊2采用椭圆形一体成型气囊，气囊2的底部可以承接外部承载装置；所述动力单元1包括呈三角分布的第一动力子单元111、第二动力子单元112和第三动力子单元113，所述第一动力子单元111、第二动力子单元112和第三动力子单元113的结构相同，均包括：旋翼11、无刷电机12、外壳13和骨架固定装置15，所述外壳13通过骨架固定装置15固定在碳纤维骨架4上，无刷电机12安装在外壳13内，旋翼11安装在无刷电机12上，所述外壳13侧壁上均匀间隔设置有通气栅格14。

本实施例中，通过气阀3可以向气囊2内充入氦气，通过气囊2的浮力可以为软体无人机提供部分向上的动力，软体无人机的下方可以承接其它载重装置，总体上，软体无人机加上载重的重力需要略大于氦气气囊2的浮力，剩下的部分浮力由动力单元1提供。第一动力子单元111、第二动力子单元112和第三动力子单元113呈三角分布，通过控制无刷电机12的转速来控制旋翼11旋转的速率，进而控制各个动力子单元的动力大小，从而实现软体无人机的自由飞行。同时将第一动力子单元111、第二动力子单元112和第三动力子单元113设计成三角形分布，大大增强了软体无人机在空中的抗风性能。

参照图4所示，本实施例中，旋翼面在竖直方向上向下倾斜的角度d为15°，旋翼11旋转时提供的作用力分解到竖直方向和水平方向的动力比为4:1，此时通过控制旋翼11旋转的速度，即可控制软体无人机平稳上升或平稳前进，使得无人机的控制变得简单易行。

参照图3所示，本实施例中，在旋翼面在竖直方向上向下倾斜的角度d为15°的前提下，设定第二动力子单元112和第三动力子单元113关于第一动力子单元111之间的夹角a为78°，所述第一动力子单元111和第三动力子单元113关于第二动力子单元112之间的夹角b为46°，所述第一动力子单元111和第二动力子单元112关于第三动力子单元113之间的夹角c为56°。在通常的软体无人机飞行过程中，一般是需要通过调整动力单元的运行角度对无人机的飞行方向进行调整，但是这种控制方式难度很大，而且对于无人机动力单元的要求很高。本软体无人机经过精确计算，将三个动力单元的夹角a、b和c分别固定设置为78°、46°和56°，由受力分析可知，当各个动力子单元中旋翼面向下倾斜15°时，旋翼11旋转，推动力推动软体无人机斜上飞行，为了保持软体无人机的在空中保持稳定，需要各个动力子单元提供在水平方向上的平衡力，通过精确计算得到，当三个动力单元的夹角a、b和c分别固定设置为78°、46°和56°时，在旋翼11相同转速下，软体无人机在水平方向上的推动力相互抵消，可以实现软体无人机的悬停，如果想要在水平方向上前行，则只需调节相应动力子单元中旋翼11的旋转速度即可，无需调整各个动力单元的运行角度，大大简化了软体无人机的控制要求。

参照图1所示，所述气囊2的顶部安装有太阳能电池板5，所述太阳能电池板5分别与第一动力子单元111、第二动力子单元112和第三动力子单元113连接。太阳能电池板5可以为第一动力子单元111、第二动力子单元112和第三动力子单元113提供部分电源，大大提高了本软体无人机的续航时间。

本实施例中，所述无刷电机12采用共轴反向外转子无刷电机，通过共轴反向外转子无刷电机12可以控制安装在无刷电机12上的两旋翼11进行差速旋转，增强动力单元的动力性能。

本实施例中，所述气阀3为双通智能气阀，所述气阀3连接到气囊2内设置的储气装置。双通智能气阀3贯通气囊2外壁，外部与气囊2严密缝合保证不漏气。当需要进行飞行时，正向开启气阀3，使得氦气从储气装置进入气囊2，实现为气囊2充气；当飞行结束，反向开启气阀3，气囊2内的氦气重新进入储气装置，从而实现氦气的循环使用。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种充气软体无人机，其特征在于包括：动力单元(1)、气囊(2)、气阀(3)和碳纤维骨架(4)，所述气囊(2)套装在碳纤维骨架(4)外表面，气阀(3)安装在气囊(2)上，动力单元(1)安装在碳纤维骨架(4)上，所述动力单元(1)包括呈三角分布的第一动力子单元(111)、第二动力子单元(112)和第三动力子单元(113)，所述第一动力子单元(111)、第二动力子单元(112)和第三动力子单元(113)的结构相同，均包括：旋翼(11)、无刷电机(12)、外壳(13)和骨架固定装置(15)，所述外壳(13)通过骨架固定装置(15)固定在碳纤维骨架(4)上，无刷电机(12)安装在外壳(13)内，旋翼(11)安装在无刷电机(12)上，所述外壳(13)侧壁上均匀间隔设置有通气栅格(14)。

2.如权利要求1所述的充气软体无人机，其特征在于：所述第一动力子单元(111)、第二动力子单元(112)和第三动力子单元(113)的旋翼面均向下倾斜设置，所述旋翼面在竖直方向上向下倾斜的角度d为10°-30°。

3.如权利要求2所述的充气软体无人机，其特征在于：所述旋翼面在竖直方向上向下倾斜的角度d为15°。

4.如权利要求2所述的充气软体无人机，其特征在于：所述第一动力子单元(111)、第二动力子单元(112)和第三动力子单元(113)呈三角形状安装在碳纤维骨架(4)上，所述第二动力子单元(112)和第三动力子单元(113)关于第一动力子单元(111)之间的夹角a为70°-80°，所述第一动力子单元(111)和第三动力子单元(113)关于第二动力子单元(112)之间的夹角b为40°-50°，所述第一动力子单元(111)和第二动力子单元(112)关于第三动力子单元(113)之间的夹角c为50°-60°。

5.如权利要求4所述的充气软体无人机，其特征在于：所述第二动力子单元(112)和第三动力子单元(113)关于第一动力子单元(111)之间的夹角a为78°，所述第一动力子单元(111)和第三动力子单元(113)关于第二动力子单元(112)之间的夹角b为46°，所述第一动力子单元(111)和第二动力子单元(112)关于第三动力子单元(113)之间的夹角c为56°。

6.如权利要求1所述的充气软体无人机，其特征在于：所述气囊(2)的顶部安装有太阳能电池板(5)，所述太阳能电池板(5)分别与第一动力子单元(111)、第二动力子单元(112)和第三动力子单元(113)连接。

7.如权利要求1所述的充气软体无人机，其特征在于：所述无刷电机(12)采用共轴反向外转子无刷电机。

8.如权利要求1所述的充气软体无人机，其特征在于：所述气阀(3)为双通智能气阀，所述气阀(3)连接到气囊内设置的储气装置。