CN114180040B - 一种仿龙形飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿龙形飞行器，包括若干个龙节骨单元结构、十字连接件、龙头结构、龙支脚结构、龙尾结构，所述若干个龙节骨单元结构之间通过十字连接件依次连接，两端分别与龙头结构、龙尾结构连接；所述龙头结构设有无线电遥控信号接收装置及机器视觉装置，将接收的环境信息及操作员指令发送至中央处理器，再控制局部控制器调整飞行器的运动；所述十字连接件具有相互垂直的两个自由度，通过旋翼驱动方式实现飞行器的各种复杂的姿态变换组合，可适应不同的运用场景。本发明还可根据需求灵活增加或减少龙节骨单元结构的个数，各部件便于更换和维护更新，实用性强。本发明还带有防碰撞的保护装置，有效避免飞行器损毁，减少经济损失。

Description

一种仿龙形飞行器
技术领域
本发明属于智能多自由度运动飞行器的技术领域，具体涉及一种仿龙形飞行器。
背景技术
随着飞行器技术的迅速发展，多旋翼无人机飞行已得以实现，且已被应用到侦察、监视和运输等方面。
如果将多旋翼飞行器应用在复杂的环境条件下，如山洞，灾区等，对飞行器的可变性和灵活性要求很高。
然而，由于多旋翼飞行器的机身基本固定，结构单一，自由度较低，不能实现如卷曲、扭转等三维的复杂姿态变换以适应不同的运用场景。因此传统的多旋翼飞行器在复杂的环境下很难得到充分得利用。
因此，一种新型的空间结构可变、多自由度驱动的智能飞行器亟待探索和开发。
发明内容
本发明的主要目的在于克服多旋翼飞行器现有技术的缺点与不足，基于仿生技术原理，提供了一种仿龙形飞行器，具有多关节多自由度，可通过旋翼驱动方式实现各种复杂的姿态变换组合，适应不同的运用场景。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种仿龙形飞行器，包括机械结构和电路控制系统；
所述机械结构包括若干个龙节骨单元结构、十字连接件、龙头结构、龙支脚结构、龙尾结构；
所述若干个龙节骨单元结构之间通过十字连接件依次连接，其一端与龙头结构相连，另一端与龙尾结构连接；所述十字连接件内设有若干个带编码器的电机；
每间隔N个龙节骨单元结构设置有龙支脚结构、螺旋桨电机以及一对飞行螺旋桨；所述螺旋桨电机用于驱动飞行螺旋桨；
所述龙尾结构设置有用于提供向前推力的旋翼装置；
所述电路控制系统包括中央控制器、电源装置以及若干个与中央控制器连接的局部控制器；所述局部控制器设置于带有飞行螺旋桨的龙节骨单元结构内，并通过局部驱动模块控制螺旋桨电机以及带编码器的电机。
作为优选的技术方案，所述十字连接件包括两个互相垂直平分并紧固连接的柱状连接位，所述柱状连接位中间设有用于设置带编码器的电机的电机嵌入槽，所述柱状连接位两端设有两个圆柱连接件，所述电机嵌入槽与两个圆柱连接件之间分别设有两个用于设置带编码器的电机转轴的转轴孔；所述龙节骨单元结构两端边缘各设置有一对与柱状连接位两端的圆柱连接件相连的圆柱连接孔，所述龙节骨单元结构一端的两个圆柱连接孔的连线与另一端的两个圆柱连接孔的连线互相垂直平分；所述带编码器的电机的转轴通过圆柱连接件带动圆柱连接孔，最后带动龙节骨单元结构绕转轴可编码地转动。
作为优选的技术方案，所述龙节骨单元结构内部设置有保护缓冲外壳，用于保护内部结构，防止龙节骨关节弯曲幅度过大。
作为优选的技术方案，所述飞行螺旋桨设置于对应龙节骨单元结构的上方并与螺旋桨电机相连，其包括螺旋桨支架与螺旋桨叶，所述螺旋桨支架呈弧度向上伸展形，所述螺旋桨叶的旋转平面高于龙节骨单元结构。
作为优选的技术方案，所述龙支脚结构设置于对应龙节骨单元结构的下方，其设置有用于缓冲的气压传感器、气泵小电机和气囊，所述气囊设置于龙支脚结构靠近地面一端。
作为优选的技术方案，所述电路控制系统还包括用于识别和检测飞行器的飞行环境的机器视觉装置；所述机器视觉装置设置于龙头结构上的龙眼内，并与中央控制器连接。
作为优选的技术方案，所述电路控制系统还包括用于接收操作员所发出的指令的无线电遥控信号接收装置；所述无线电遥控信号接收装置的天线设置于龙头结构上的龙角内，并与中央控制器连接。
作为优选的技术方案，所述电路控制系统还包括用于检测仿龙形飞行器在飞行过程中周围障碍物情况的激光雷达传感器装置；所述激光雷达传感器装置设置于带有飞行螺旋桨的龙节骨单元结构内，并与中央控制器连接。
作为优选的技术方案，所述电源装置包括低压电源装置、高压电源装置；所述低压电源装置用于为中央控制器、局部控制器、机器视觉装置、无线电遥控信号接收装置以及激光雷达传感器装置提供电能，其输出电压范围为3-6V；所述高压电源装置用于为龙节骨单元结构连接处的带编码器的电机、螺旋桨电机以及龙尾结构处的旋翼装置提供电能，其输出电压范围为12-15V。
作为优选的技术方案，所述中央控制器用于与地面接收站/操作员进行通信，并解算操作员的指令，将任务下达到各个局部控制器，局部控制器再控制各个龙节骨单元结构的姿态变换及螺旋桨转速。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明具有多个关节以及多个自由度、灵活性高，通过旋翼驱动方式实现各种复杂的姿态变换组合，可适应不同的运用场景，能够展现中华传统文化中“龙”的美好形象。
(2)本发明可根据需求灵活增加或减少龙节骨单元结构的个数，各部件便于更换和维护更新，实用性强。
(3)本发明通过设置带气囊装置的龙支脚、龙节骨单元结构内部的保护缓冲外壳以及外部的鳞片、检测障碍物的激光雷达传感器装置、弧度向上伸展的螺旋桨支架等结构，有效地避免了飞行器与障碍物及地面的碰撞、螺旋桨与机体的碰撞等导致坠毁的情况，减少经济损失。
附图说明
图1是本发明的仿龙形飞行器的斜视图；
图2是本发明的仿龙形飞行器的侧视图；
图3是本发明的仿龙形飞行器的俯视图；
图4是本发明的仿龙形飞行器一种姿态变化斜视图；
图5是本发明的仿龙形飞行器弯曲时的斜视图；
图6是本发明的十字连接件的斜视图；
图7是本发明的十字连接件的侧视图；
图8是本发明的十字连接件与电机连接的斜视图；
图9是本发明的龙节骨之间通过十字连接件连接的斜视图；
图10是本发明的龙支脚结构的斜视图；
图11是本发明的电路控制框架图；
附图标号说明：1、龙节骨单元结构；2、旋翼装置；3、局部驱动节骨单元；4、十字连接件；5、电机嵌入槽；6、转轴孔；7、圆柱连接件；8、鳞片状结构；9、龙头结构；10、龙尾结构；11、龙支脚结构；12、龙眼；13、龙角；14、气压传感器；15、气泵小电机；16、气囊。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术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，都属于本申请保护的范围。
实施例
如图1、图2、图3、图4、图5所示，本实施例提供了一种仿龙形飞行器，包括机械结构和电路控制系统；
所述机械结构包括若干个龙节骨单元结构1、十字连接件4、龙头结构9、龙支脚结构11、龙尾结构10；
所述若干个龙节骨单元结构1之间通过十字连接件4依次连接，其一端与龙头结构9相连，另一端与龙尾结构10连接；所述十字连接件4内设有若干个带编码器的电机；
每间隔N个龙节骨单元结构1设置有龙支脚结构11、螺旋桨电机以及一对飞行螺旋桨，该龙节骨单元结构1称为局部驱动节骨单元3；所述螺旋桨电机用于驱动飞行螺旋桨；
所述龙尾结构10设置有可改变方向的用于为提供向前推力的旋翼装置2；
如图11所示，所述电路控制系统存在分级调节，包括中央控制器、电源装置以及若干个与中央控制器连接的局部控制器；所述局部控制器设置于带有飞行螺旋桨的龙节骨单元结构，也即局部驱动节骨单元3内，并通过局部驱动模块控制螺旋桨电机以及附近的带编码器的电机。
进一步的，如图6、图7、图8所示，所述十字连接件4包括两个互相垂直平分并紧固连接的柱状连接位，所述柱状连接位中间设有用于设置带编码器的电机的电机嵌入槽5，所述柱状连接位两端设有两个圆柱连接件7，所述电机嵌入槽5与两个圆柱连接件7之间分别设有两个用于设置带编码器的电机转轴的转轴孔6；所述龙节骨单元结构1两端边缘各设置有一对与柱状连接位两端的圆柱连接件7相连的圆柱连接孔，所述龙节骨单元结构1一端的两个圆柱连接孔的连线与另一端的两个圆柱连接孔的连线互相垂直平分；所述带编码器的电机的转轴通过圆柱连接件7带动圆柱连接孔，最后带动龙节骨单元结构1绕转轴可编码地转动，如图9所示。每个十字连接件4处具有两个自由度(沿相互垂直的柱状连接位方向的轴转动)，通过控制电机转动不同的角度可实现仿龙形飞行器实现多个自由度的不同姿态变换，同时还可以通过调节各个飞行螺旋桨的角度来实现位置移动和姿态变化。这样不仅可以减少对电机和龙节骨的磨损，而且便于维护更新，只需更换连接件，无需更换电机或龙节骨单元结构1。
进一步的，所述龙节骨单元结构1内部设置有用于保护内部设备的保护缓冲外壳，不仅可以防止电机与龙节骨之间产生碰撞，导致电机磨损，而且可以起到限位作用，防止龙节骨关节弯曲幅度过大，导致飞行螺旋桨之间产生碰撞或所述龙节骨单元结构过度弯曲导致变形；其中带编码器的电机一半设置于电机嵌入槽5中，另一半设置于龙节骨单元结构内。
进一步的，所述龙节骨单元结构1外部设置有突起的鳞片状结构8。
进一步的，所述飞行螺旋桨设置于对应龙节骨单元结构，也即局部驱动节骨单元3的上方并与螺旋桨电机相连，其包括螺旋桨支架与螺旋桨叶，所述螺旋桨支架呈弧度向上伸展形，所述螺旋桨叶的旋转平面高于局部驱动节骨单元3，避免螺旋桨与所述局部驱动节骨单元3处于同一平面导致不必要的碰撞。
进一步的，如图10所示，所述龙支脚结构11设置于对应龙节骨单元结构1的下方，其设置有用于缓冲的气压传感器14、气泵小电机15和气囊16，所述气压传感器14设置于龙支脚结构11靠近局部驱动节骨单元3一端，所述气泵小电机15设置于龙支脚结构11的中段，所述气囊16设置于龙支脚结构11靠近地面一端；当气压传感器14检测到外部气压产生急剧变化时，打开气泵小电机15，给气囊16快速充气，可用于缓冲仿龙形飞行器不幸坠机时与地面产生剧烈碰撞，防止仿龙形飞行器与地面直接接触。
进一步的，所述电路控制系统还包括用于接收操作员所发出的指令的无线电遥控信号接收装置；所述无线电遥控信号接收装置的天线设置于龙头结构9上的龙角13内，并与中央控制器连接。
进一步的，所述电路控制系统还包括机器视觉装置；所述机器视觉装置设置于龙头结构9上的龙眼12内，并与中央控制器连接。机器视觉传感器装置识别和检测飞行器的飞行环境，将环境信息给予中央控制器，中央控制器对信号进行初步处理后发送到地面接收站，遥控器操作员参考接收到的环境信息进行遥控。龙角13内的无线电遥控信号接收装置接收遥控器所发出的指令，并传递给中央控制器，中央控制器再通过解算后把任务下达到各个局部控制器，局部控制器再控制各个关节的姿态变换及螺旋桨转速。
进一步的，所述电路控制系统还包括激光雷达传感器装置；所述激光雷达传感器装置设置于带有飞行螺旋桨的龙节骨单元结构，也即局部驱动节骨单元3内，并与局部控制器连接。激光雷达传感器装置用于检测所述仿龙形飞行器在飞行过程中龙身周围是否存在障碍物，若存在障碍物，激光雷达传感器装置则传递信号给中央控制器，中央控制器可通过局部控制器微调仿龙形飞行器姿态使仿龙形飞行器绕开障碍物。
进一步的，如图11所示，所述电源装置用于为仿龙形飞行器提供电能，包括低压电源装置、高压电源装置；所述低压电源装置用于为中央控制器、局部控制器、机器视觉装置、无线电遥控信号接收装置以及激光雷达传感器装置提供电能，其输出电压范围为3-6V；所述高压电源装置用于为龙节骨单元结构1连接处的带编码器的电机与螺旋桨电机提供电能，其输出电压范围为12-15V。
进一步的，所述中央控制器用于与地面接收站/操作员进行通信，并解算操作员的指令，将任务下达到各个局部控制器，局部控制器再控制各个龙节骨单元结构1的姿态变换及螺旋桨转速。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿龙形飞行器，其特征在于，包括机械结构和电路控制系统；
所述机械结构包括若干个龙节骨单元结构、十字连接件、龙头结构、龙支脚结构、龙尾结构；
所述若干个龙节骨单元结构之间通过十字连接件依次连接，其一端与龙头结构相连，另一端与龙尾结构连接；所述十字连接件内设有若干个带编码器的电机；
每间隔N个龙节骨单元结构设置有龙支脚结构、螺旋桨电机以及一对飞行螺旋桨；所述螺旋桨电机用于驱动飞行螺旋桨；
所述龙尾结构设置有用于提供向前推力的旋翼装置；
所述电路控制系统包括中央控制器、电源装置以及若干个与中央控制器连接的局部控制器；所述局部控制器设置于带有飞行螺旋桨的龙节骨单元结构内，并通过局部驱动模块控制螺旋桨电机以及带编码器的电机。
2.根据权利要求1所述的一种仿龙形飞行器，其特征在于，所述十字连接件包括两个互相垂直平分并紧固连接的柱状连接位，所述柱状连接位中间设有用于设置带编码器的电机的电机嵌入槽，所述柱状连接位两端设有两个圆柱连接件，所述电机嵌入槽与两个圆柱连接件之间分别设有两个用于设置带编码器的电机转轴的转轴孔；所述龙节骨单元结构两端边缘各设置有一对与柱状连接位两端的圆柱连接件相连的圆柱连接孔，所述龙节骨单元结构一端的两个圆柱连接孔的连线与另一端的两个圆柱连接孔的连线互相垂直平分；所述带编码器的电机的转轴通过圆柱连接件带动圆柱连接孔，最后带动龙节骨单元结构绕转轴进行编码转动。
3.根据权利要求1所述的一种仿龙形飞行器，其特征在于，所述龙节骨单元结构内部设置有保护缓冲外壳，用于保护内部结构，防止龙节骨关节弯曲幅度过大。
4.根据权利要求1所述的一种仿龙形飞行器，其特征在于，所述飞行螺旋桨设置于对应龙节骨单元结构的上方并与螺旋桨电机相连，其包括螺旋桨支架与螺旋桨叶，所述螺旋桨支架呈弧度向上伸展形，所述螺旋桨叶的旋转平面高于龙节骨单元结构。
5.根据权利要求1所述的一种仿龙形飞行器，其特征在于，所述龙支脚结构设置于对应龙节骨单元结构的下方，其设置有用于缓冲的气压传感器、气泵小电机和气囊，所述气囊设置于龙支脚结构靠近地面一端。
6.根据权利要求1所述的一种仿龙形飞行器，其特征在于，所述电路控制系统还包括用于识别和检测飞行器的飞行环境的机器视觉装置；所述机器视觉装置设置于龙头结构上的龙眼内，并与中央控制器连接。
7.根据权利要求1所述的一种仿龙形飞行器，其特征在于，所述电路控制系统还包括用于接收操作员所发出的指令的无线电遥控信号接收装置；所述无线电遥控信号接收装置的天线设置于龙头结构上的龙角内，并与中央控制器连接。
8.根据权利要求1所述的一种仿龙形飞行器，其特征在于，所述电路控制系统还包括用于检测仿龙形飞行器在飞行过程中周围障碍物情况的激光雷达传感器装置；所述激光雷达传感器装置设置于带有飞行螺旋桨的龙节骨单元结构内，并与中央控制器连接。
9.根据权利要求1所述的一种仿龙形飞行器，其特征在于，所述电源装置包括低压电源装置、高压电源装置；所述高压电源装置用于为龙节骨单元结构连接处的带编码器的电机、螺旋桨电机以及龙尾结构处的旋翼装置提供电能，其输出电压范围为12-15V；所述低压电源装置用于为中央控制器、局部控制器提供电能，其输出电压范围为3-6V。
10.根据权利要求1所述的一种仿龙形飞行器，其特征在于，所述中央控制器用于与地面接收站/操作员进行通信，并解算操作员的指令，将任务下达到各个局部控制器，局部控制器再控制各个龙节骨单元结构的姿态变换及螺旋桨转速。
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