CN116215908A - 一种垂直起降球环四旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直起降球环四旋翼无人机，可以利用于侦查追踪、精确定位、临时卫星和定点爆炸等。该无人机包括球框架、无人机机身、动力组件以及所搭载的机载模块。所述无人机设有金属框条、球框架、刀片电池组件、旋翼组件、飞控盒、侦查组件、旋转轴、升降式摄像头、无人机机身等。所述侦查组件通过魔术贴固定在旋转轴上；所述升降式摄像头隐藏在球框架顶部。本发明的有益效果是，所述无人机主要材料为碳纤维与环氧胶混制而成，保证无人机的轻量化要求。能够不受环境限制的条件，可快速垂直起降执行任务，其机载模块包括红外线搜索与跟踪系统、uwb定位系统、激光雷达扫描仪(lidar)和夜视仪，可替换性强，能满足不同作战任务的需求。

Description

一种垂直起降球环四旋翼无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体是指一种垂直起降球环四旋翼无人机。

背景技术

现在，无人机的运用的非常广泛，比如航拍、救援、巡查、监控、测绘、侦查、农业、影视拍摄、新闻报道、快递运输等领域应用广泛，且趋势越发激烈。但目前来说，仍处在大量复杂环境以及特殊场景，如信号盲区、远距离操控、精确定位、快速起降和夜间使用等，无人机难以发挥其最大优势，更甚者无法执行针对特定场景的飞行任务，这样就极大减少了无人机的使用效率。为了减少这样的事情发生，增加无人机的适用场景。故本发明提出一种垂直起降球环四旋翼无人机解决方案，包括机身设计、功能、组件构成以及应用领域，能有效应对以上所述困境。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服以上的技术缺陷，提供一种垂直起降球环四旋翼无人机。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种垂直起降球环四旋翼无人机，包括金属框条、球框架、刀片电池组件、旋翼组件、红外线搜索与跟踪系统、旋转轴、飞控盒、升降式摄像头组件、uwb定位系统、魔术贴、无人机机身；整个无人机主要由球框架作为主要支撑，通过金属框条、旋转轴与无人机机身连接，无人机的各个组件通过魔术贴和螺接的方式固定无人机机身上；其中，所述金属框条的两侧与旋转轴卡扣连接；所述的球框架底部的上方和顶部的下方都内嵌轴承，与金属框条连接，可相对转动；所述旋翼组件分别由四个电机和四个桨叶组成，水平对称配置；所述红外线搜索与跟踪系统、uwb定位系统通过魔术贴固定在旋转轴的两边；所述刀片电池组件与飞控盒分别螺接在无人机机身的下方和上方；所述升降式摄像头组件隐藏在球框架的上方。

进一步的，全机通过旋翼组件提供升力，旋翼组件包括四个水平对称配置的旋翼，可实现垂直起飞降落；其飞行姿态由四个旋翼的转速差异来调整，其中一对旋翼比另一对旋翼略高10mm，可保证飞行动力需求的同时，更合理地利用无人机的空间。

进一步的，球框架采用工程塑料管和碳纤丝、凯夫拉丝加环氧胶混制而成，可以支撑整个无人机起飞、降落，以及对旋翼的保护，有效减轻碰撞对无人机的冲击；且球框架内置增益天线，增加无线电接收范围、效率，提高信号捕获能力。

进一步的，飞控盒集成多种算法，具有定速巡航、自动避障以及多点侦查等功能，且可利用其算力直接处理、传输图像信息。

进一步的，无人机的机载模块可替换性强，利用魔术贴的装拆便捷性，把红外线搜索与跟踪系统、uwb定位系统替换成其他机载模块，如移动基站、信号拦截器等。同时可运载定量炸药，结合无人机的定位系统，进行定点爆炸。

进一步的，所述红外线搜索与跟踪系统利用敌方或者目标的红外信号进行追踪，uwb定位系统利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率，高安全性和高速的数据传输；两者搭配使用，可实现室内、地下和狭窄的巷口进行精确定位，达到厘米级别追踪侦查。

进一步的，无人机的主要材料为碳纤维与环氧胶混制而成；使得整体无人机轻量化的同时，有效吸收碰撞带来的冲击。

进一步的，所述刀片电池组件为多片的磷酸铁锂电池并联而成。

进一步的，所述升降式摄像头组件隐藏球设置在框架顶部；当需要使用摄像头时，由内部微型电机驱动，在弹簧相关元件的助力下，使摄像头从隐藏结构中自动弹出，其中，升降式摄像头组件集成摄像头、激光雷达扫描仪lidar和夜视仪，可在夜间使用，以及对周围环境扫描，进行三维立体建模。

进一步的，所述金属框条的两侧与旋转轴卡扣连接，球框架底部的上方和顶部的下方内嵌轴承，与金属框条连接。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的有益效果是，能够不受环境限制的条件，可快速垂直起降执行任务，随时进入作战状态。其机载模块包括红外线搜索与跟踪系统、uwb定位系统、激光雷达扫描仪(lidar)和夜视仪，可替换性强，能满足不同作战任务的需求。

附图说明

图1是本发明一种垂直起降球环四旋翼无人机的立体图。

图2是本发明一种垂直起降球环四旋翼无人机的三视图。

如图所示：1、金属框条；2、球框架；3、刀片电池组件；4、旋翼组件；5、红外线搜索与跟踪系统；6、旋转轴；7、飞控盒；8、升降式摄像头组件；9、uwb定位系统；10、魔术贴；11、无人机机身。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明一种垂直起降球环四旋翼无人机，可以利用于侦查追踪、精确定位、临时卫星和定点爆炸等。该无人机包括球框架2、无人机机身11、动力组件以及所搭载的机载模块。所述无人机设有金属框条1、球框架2、刀片电池组件3、旋翼组件4、飞控盒7、侦查组件、旋转轴6、升降式摄像头、无人机机身11等。其中，球框架2通过金属框条1、旋转轴6与无人机机身11连接，金属框条1的两侧与旋转轴6卡扣连接；所述侦查组件通过魔术贴10固定在旋转轴6上；所述刀片电池组件3和飞控盒7用螺接方式固定在机身。所述升降式摄像头隐藏在球框架2顶部。所述无人机主要材料为碳纤维与环氧胶混制而成，保证无人机的轻量化要求。

如图1所示，一种垂直起降球环四旋翼无人机，包括金属框条1、球框架2、刀片电池组件3、旋翼组件4、uwb定位系统9、旋转轴6、飞控盒7、升降式摄像头组件8、红外线搜索与跟踪系统5、魔术贴10、无人机机身11。所述的球框架2与金属框条1轴承连接、而金属框与旋转轴6卡扣连接，从而与无人机机身11相连，球框架2作为整个无人机的主要支撑，承担无人机的起飞、降落以及吸收碰撞带来的冲击；所述uwb定位系统9、红外线搜索与跟踪系统5通过魔术贴10分别固定在旋转轴6的两侧，可替换性极强，有利于满足各种任务需求，而且可用于调平无人机的重心，使其飞行增稳；所述金属框条1的两侧与旋转轴6卡扣连接，装拆快捷，方便携带；所述球框架2底部的上方和顶部的下方都内嵌轴承，与金属框条1连接，可相对转动来带动摄像头实现全方位侦查；所述旋翼组件4分别由四个电机和四个桨叶水平对称组成，四组旋翼间的转速差异可以用于调整无人机飞行时的姿态。所述刀片电池组件3为六片的磷酸铁锂电池并联而成，通过螺接的方式，固定在无人机机身11的下方；所述飞控盒7用螺接的方式固定在无人机机身11的上方；所述升降式摄像头组件8包含激光雷达扫描仪(lidar)和夜视仪，平时藏于球框架2的顶部，必要时通过微型电机与弹簧机构，从隐藏机构中自动弹出。

本实施方案的特点为，包括无人机机身11、飞行控制系统、供电系统、侦查系统、定位系统、追踪系统、图像位置解算系统和图像数据传输系统组成。无人机包括球框架2、旋翼组件4、摄像头组件、侦查组件、动力及控制装置等。该无人机操控便捷，飞行安稳，拆装快速，空间紧凑，续航时间较长，且方便携带，解决了无人机携带不便利问题；将地面滚转与飞行系统完美结合，解决了普通固定翼无人机不能垂起的问题，增加了机载模块可替换性，增加了无人机精确定位功能；刀片电池组保证飞行器和机载模块的有效供电能力，能在超低温下长时间工作；无人机机身11采用新型复合材料，控制了无人机的自身重量，也满足了无人机机体的强度，且能吸收碰撞冲击；球框架2内置增益天线，增加收发距离；旋翼放置于内部，解决了无法应对多障碍物场景。

在本实施方案中，当无人机正常运行的时候，在机身的内部安装有供电电池，在机身上安装了侦查装置，当无人机飞行的时候就能侦查出周围的一切，减少人力物力，在无人机上安装飞行控制系统、侦查系统、定位系统、追踪系统、图像位置解算系统和图像数据传输系统，不仅丰富无人机的性能，而且极大提高无人机的作战能力和使用效率。无人机的机载模块主要是通过魔术贴10固定，装拆快捷方便，可替换成其他模块，拓展了无人机的机载功能。无人机整体的主要材料为碳纤维与环氧胶混制而成，满足无人机轻量化需求，且当无人机执行定点爆炸任务时，所产生的无人机碎片可以在狭窄的空间里造成严重的二次伤害。最突出的是无人机的球框架2自带增益天线，有效提升数据传输距离和效率，也可以作为临时卫星使用，同时其旋翼内置于球框架2里面，可以有效减少障碍物对旋翼的影响，增加使用场景。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，具体实施方式中所示的也只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种垂直起降球环四旋翼无人机，其特征在于，包括金属框条(1)、球框架(2)、刀片电池组件(3)、旋翼组件(4)、红外线搜索与跟踪系统(5)、旋转轴(6)、飞控盒(7)、升降式摄像头组件(8)、uwb定位系统(9)、魔术贴(10)、无人机机身(11)；整个无人机主要由球框架(2)作为主要支撑，通过金属框条(1)、旋转轴(6)与无人机机身连接，无人机的各个组件通过魔术贴(10)和螺接的方式固定无人机机身上；其中，所述金属框条(1)的两侧与旋转轴(6)卡扣连接；所述的球框架(2)底部的上方和顶部的下方都内嵌轴承，与金属框条(1)连接，可相对转动；所述旋翼组件(4)分别由四个电机和四个桨叶组成，水平对称配置；所述红外线搜索与跟踪系统(5)、uwb定位系统(9)通过魔术贴(10)固定在旋转轴(6)的两边；所述刀片电池组件(3)与飞控盒(7)分别螺接在无人机机身(11)的下方和上方；所述升降式摄像头组件(8)隐藏在球框架(2)的上方。

2.根据权利要求1所述的一种垂直起降球环四旋翼无人机，其特征在于，全机通过旋翼组件(4)提供升力，旋翼组件(4)包括四个水平对称配置的旋翼，可实现垂直起飞降落；其飞行姿态由四个旋翼的转速差异来调整，其中一对旋翼比另一对旋翼略高10mm，可保证飞行动力需求的同时，更合理地利用无人机的空间。

3.根据权利要求1所述的一种垂直起降球环四旋翼无人机，其特征在于，球框架(2)采用工程塑料管和碳纤丝、凯夫拉丝加环氧胶混制而成，可以支撑整个无人机起飞、降落，以及对旋翼的保护，有效减轻碰撞对无人机的冲击；且球框架(2)内置增益天线，增加无线电接收范围、效率，提高信号捕获能力。

4.根据权利要求1所述的一种垂直起降球环四旋翼无人机，其特征在于，飞控盒(7)集成多种算法，具有定速巡航、自动避障以及多点侦查等功能，且可利用其算力直接处理、传输图像信息。

5.根据权利要求1所述的一种垂直起降球环四旋翼无人机，其特征在于，无人机的机载模块可替换性强，利用魔术贴(10)的装拆便捷性，把红外线搜索与跟踪系统(5)、uwb定位系统(9)替换成其他机载模块，如移动基站、信号拦截器等。同时可运载定量炸药，结合无人机的定位系统，进行定点爆炸。

6.根据权利要求1所述的一种垂直起降球环四旋翼无人机，其特征在于，所述红外线搜索与跟踪系统(5)利用敌方或者目标的红外信号进行追踪，uwb定位系统(9)利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率，高安全性和高速的数据传输；两者搭配使用，可实现室内、地下和狭窄的巷口进行精确定位，达到厘米级别追踪侦查。

7.根据权利要求1所述的一种垂直起降球环四旋翼无人机，其特征在于，无人机的主要材料为碳纤维与环氧胶混制而成；使得整体无人机轻量化的同时，有效吸收碰撞带来的冲击。

8.根据权利要求1所述的一种垂直起降球环四旋翼无人机，其特征在于，所述刀片电池组件(3)为多片的磷酸铁锂电池并联而成。

9.根据权利要求1所述的一种垂直起降球环四旋翼无人机，其特征在于，所述升降式摄像头组件(8)隐藏球设置在框架(2)顶部；当需要使用摄像头时，由内部微型电机驱动，在弹簧相关元件的助力下，使摄像头从隐藏结构中自动弹出，其中，升降式摄像头组件(8)集成摄像头、激光雷达扫描仪(lidar)和夜视仪，可在夜间使用，以及对周围环境扫描，进行三维立体建模。

10.根据权利要求1所述的一种垂直起降球环四旋翼无人机，其特征在于，所述金属框条(1)的两侧与旋转轴(6)卡扣连接，球框架(2)底部的上方和顶部的下方内嵌轴承，与金属框条(1)连接。

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