CN116968947B - 一种球形无人机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种球形无人机，包括机体、机架、任务载荷和滚动框架，机体和机架均设于滚动框架内，滚动框架呈球形，机架的两端分别通过铰轴转动连接滚动框架，滚动框架上安装有防护网，机体偏心安装于机架上，机体的重心低于铰轴的轴线，任务载荷安装于机体或机架上。滚动框架能够作为滚轮、防护网的承力框架以及无人机的起落架，使得无人机具备地面行进能力，并保护无人机的旋翼、任务载荷、航电设备等重要部件，降低螺旋桨被损坏的概率，无人机的地面行进模式的耗电量较空中飞行模式的耗电量小，能够在需要时选择地面行进模式工作，从而提高无人机的续航能力，具备小微化、多功能化的拓展空间，具有较高的实用性。

Description

一种球形无人机

技术领域

本发明涉及无人机的技术领域，尤其是涉及一种球形无人机。

背景技术

无人驾驶飞机简称无人机，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，最初多用于军事上。随着社会的进步和经济的发展，无人机也被大量的运用在民用上。但是，无人机存在狭窄空间执行任务能力不足的问题，在管道内部巡查过程中，无人机容易被一些杂物误伤甚至损毁，尤其是螺旋桨部分容易损坏，而且缺乏地面行进能力。

发明内容

为了降低无人机的损坏概率，提高无人机的地面行进能力，本申请提供一种球形无人机。

本申请提供的一种球形无人机采用如下的技术方案：

一种球形无人机，包括机体、机架、任务载荷和滚动框架，所述机体和机架均设于所述滚动框架内，所述滚动框架呈球形，所述机架的两端分别通过铰轴转动连接所述滚动框架，所述滚动框架上安装有防护网，所述机体偏心安装于所述机架上，所述机体的重心低于所述铰轴的轴线，所述任务载荷安装于所述机体或所述机架上。

通过采用上述技术方案，滚动框架能够绕机架转动，能够充当滚轮的作用，控制机体的旋翼的拉力，驱动滚动外框滚动前进，从而使得无人机能够在地面上行进；滚动框架作为防护网的承力框架，防护网具有足够的刚性和韧性以保护无人机的旋翼、任务载荷、航电设备等重要部件，能够降低机体撞击到障碍物上的概率，降低螺旋桨被损坏的概率；防护网的网眼尺寸和格栅尺寸可以根据工作环境的突起物尺寸、无人机旋翼系统的工作效率和光电设备的图像质量等因素进行定制；滚动框架还能够作为无人机的起落架；本申请的无人机具有可以自由切换的空中与地面两种工作模式，无人机具有紧凑的外部尺寸、充足的承载能力、优秀的自主避障能力以及自身保护框架具有良好的碰撞缓冲保护功能；本申请的无人机的地面行进模式的耗电量较空中飞行模式的耗电量小，能够在需要时选择地面行进模式工作，从而提高无人机的续航能力。

优选的，所述铰轴的中心轴线经过所述滚动框架的球心。

通过采用上述技术方案，无人机采用地面行进模式工作时，减少滚动框架发生偏心滚动，提高地面行进模式时无人机的稳定性。

优选的，所述任务载荷通过避障机构连接所述机体或所述机架，所述避障机构带动所述任务载荷移动至所述滚动框架外和缩回所述滚动框架内。

通过采用上述技术方案，由于机体和任务载荷设于滚动框架内，滚动框架会对任务载荷执行任务造成干扰，根据实际需要，避障机构能够将任务载荷延伸出滚动框架外，使得任务载荷在滚动框架外执行任务，以减少滚动框架对任务载荷执行任务的干扰。

优选的，所述避障机构包括滑移工作台和电动伸缩杆，所述滑移工作台安装于所述机体或所述机架上，所述电动伸缩杆的一端连接所述滑移工作台，所述电动伸缩杆的另一端连接所述任务载荷。

通过采用上述技术方案，滑移工作台带动电动伸缩杆避开滚动框架和防护网，电动伸缩杆带动任务载荷从防护网的网孔中伸出滚动框架外，从而减少滚动框架对任务载荷的干扰。

优选的，所述滚动框架包括X向水平环、Y向竖直环和两个Z向竖直环，所述X向水平环、所述Y向竖直环和所述Z向竖直环相互垂直且相互固定连接，所述X向水平环、所述Y向竖直环和所述Z向竖直环位于同一球面上，两个所述Z向竖直环对称设置，所述铰轴的一端转动连接所述X向水平环和所述Y向竖直环的交汇处。

通过采用上述技术方案，滚动框架滚动时，两个Z向竖直环共同提供支撑力，而且支撑平衡，提高滚动框架滚动的平衡性。

优选的，所述机架和所述滚动框架之间安装有离合器，所述离合器分别连接所述机架和所述滚动框架，所述离合器使得所述机架和所述滚动框架相互固定和活动连接。

通过采用上述技术方案，无人机在气流稳定以及气流流速较低的环境中飞行时，通过离合器将机架和滚动框架相互固定，减少滚动框架的滚动，从而提高无人机飞行的稳定性，提高无人机的续航能力；特别是在无人机悬停任务载荷执行任务时，离合器将滚动框架和机架相互固定，能够减少滚动框架被风吹晃动而对任务载荷造成干扰的情况；待无人机需要地面行进时，再控制离合器松开使得机架和滚动框架转动连接，从而实现滚动框架的滚动。

优选的，所述离合器包括摩擦片、离合片和驱动件，所述摩擦片和所述离合片均套设于所述铰轴外，所述摩擦片固定连接所述滚动框架，所述离合片连接所述驱动件的一端，所述驱动件的另一端连接所述机架，所述驱动件驱动所述离合片紧贴和脱离所述摩擦片。

通过采用上述技术方案，通过驱动件驱动离合片紧贴摩擦片，通过离合片和摩擦片之间的摩擦力保持离合片和摩擦片相互固定，从而使得机架和滚动框架相互固定；通过驱动件驱动离合片脱离摩擦片，离合片和摩擦片分离无连接，机架和滚动框架转动连接；离合器的控制方便，能够方便地结合到机体的控制系统中。

优选的，所述驱动件包括液压伸缩杆、油泵和油管，所述液压伸缩杆的一端固定连接所述机架，所述液压伸缩杆的另一端固定连接所述离合片，所述液压伸缩杆连接所述油管的一端，所述油管的另一端连接所述油泵，所述油泵安装于所述机架上，所述油泵通过油管驱动所述液压伸缩杆伸长和缩短。

通过采用上述技术方案，油泵通过油管驱动液压伸缩杆伸缩，从而实现离合片紧贴和脱离摩擦片，结构简单，而且液压较气压稳定，便于保持离合片和摩擦片紧贴。

优选的，所述液压伸缩杆包括固定部和活动部，所述固定部和活动部均设有沿轴向贯穿的通孔，所述铰轴贯穿所述通孔，所述固定部的侧壁内设有液压腔，所述活动部的一端安装于所述液压腔内并滑动连接所述液压腔的侧壁，所述油管连通所述液压腔。

通过采用上述技术方案，液压伸缩杆套设于铰轴外，降低机架和滚动框架转动对液压伸缩杆的干扰，降低机架和滚动框架的转动对离合器的影响。

综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：滚动框架能够绕机架转动，能够充当滚轮的作用，控制机体的旋翼的拉力矢量，驱动滚动外框滚动前进，从而使得无人机能够在地面上行进；滚动框架作为防护网的承力框架，防护网具有足够的刚性和韧性以保护无人机的旋翼、任务载荷、航电设备等重要部件，能够降低机体撞击到障碍物上的概率，降低螺旋桨被损坏的概率；防护网的网眼尺寸和格栅尺寸可以根据工作环境的突起物尺寸、无人机旋翼系统的工作效率和光电设备的图像质量等因素进行定制；滚动框架还能够作为无人机的起落架；本申请的无人机的地面行进模式的耗电量较空中飞行模式的耗电量小，能够在需要时选择地面行进模式工作，从而提高无人机的续航能力；申请人研制的无人机的样机的滚动框架直径500mm，空中飞行模式续航时间40分钟，地面行进模式续航时间超过3小时，具备小微化、多功能化的拓展空间，具有较高的实用性。

附图说明

图1是本申请实施例的一种球形无人机的结构示意图。

图2是本申请实施例的一种球形无人机的另一结构示意图（省略防护网）。

图3是本申请优选实施例的球形无人机的结构示意图。

图4是本申请优选实施例的避障机构的结构示意图。

图5是本申请另一优选实施例的球形无人机的结构示意图（省略防护网）。

图6是液压伸缩杆的剖视示意图。

附图标记说明：

1、机体；2、滚动框架；21、X向水平环；22、Y向竖直环；23、Z向竖直环；3、机架；31、连杆；32、承载杆；4、任务载荷；5、防护网；6、铰轴；7、避障机构；71、电动伸缩杆；72、滑移工作台；721、滑板；722、支撑板；723、无杆气缸；8、离合器；81、摩擦片；82、离合片；83、驱动件；831、液压伸缩杆；8311、固定部；8312、活动部；8313、通孔；8314、液压腔；832、油管；833、油泵。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种球形无人机。

参照图1，一种球形无人机包括机体1、机架3、任务载荷4和滚动框架2，机体1和机架3均设于滚动框架2内，滚动框架2呈球形，机架3的两端分别通过铰轴6转动连接滚动框架2，铰轴6的中心轴线经过滚动框架2的球心。滚动框架2上安装有防护网5，滚动框架2和防护网5围绕成球形。机体1安装于机架3上，机体1的重心低于铰轴6的轴线，从而提高机体1的姿态稳定极限，机体1可以保持旋翼在上、机体1在下的稳定姿态，结合其高效的控制能力，无人机能够以较大的速度飞行，对混乱气流具有较强的适应性。任务载荷4安装于机架3上。

参照图2，滚动框架2包括X向水平环21、Y向竖直环22和两个Z向竖直环23，X向水平环21、Y向竖直环22和Z向竖直环23相互垂直且相互固定连接，X向水平环21、Y向竖直环22、Z向竖直环23以及防护网5位于同一球面上。两个Z向竖直环23大小相等且相互对称，两个Z向竖直环23之间的距离等于机体1的机身的直径。X向水平环21和Y向竖直环22大小相等，铰轴6的轴线与X向水平环21的轴线处于同一个水平面内，铰轴6的一端通过轴承转动连接X向水平环21和Y向竖直环22的交汇处。防护网5安装于X向水平环21、Y向竖直环22和Z向竖直环23上。

参照图2，机架3包括连杆31和承载杆32，连杆31呈U型，机体1安装于连杆31的中部，连杆31的两端分别通过铰轴6连接X向水平环21和Y向竖直环22的交汇处。承载杆32呈弧形，承载杆32设于连杆31的上方，承载杆32的两端分别固定连接连杆31的两端，任务载荷4安装于承载杆32上。

本实施例中的机体1采用常规的共轴双旋翼无人机，为现有技术，比如公开号为CN109050906A的发明专利公开的共轴双旋翼推力矢量无人机，此处不再复述机体1的具体结构。机体1采用一对反转的共轴旋翼来产生升力，并通过双旋翼的差速转动来实现航向的控制，无人机通过伺服器直接驱动双旋翼倾转来实现旋翼拉力矢量的倾斜，改变无人机的飞行动作，实现前进和后退。由于通过矢量拉力的方式直接控制无人机姿态，因此赋予了无人机控制灵活、机动能力强等特点。

在一优选实施例中，参照图3，任务载荷4通过避障机构7连接机架3，避障机构7包括滑移工作台72和电动伸缩杆71，滑移工作台72安装于机架3上，电动伸缩杆71的一端连接滑移工作台72，电动伸缩杆71的另一端连接任务载荷4。参照图4，滑移工作台72包括支撑板722和滑板721，支撑板722固定于机架3上，支撑板722上安装有两根相互平行的滑轨，滑板721上安装有两块滑块，两块滑块与两根滑轨在位置上一一对应，滑块滑动连接滑轨，滑板721通过滑块和滑轨的配合实现滑动连接。支撑板722和滑板721之间安装有无杆气缸723，无杆气缸723设于两根滑轨之间并与滑轨平行，无杆气缸723的缸体固定安装于支撑板722上，无杆气缸723的外部滑块固定连接滑板721，电动伸缩杆71安装于滑板721上。当滚动框架2和防护网5对任务载荷4执行任务造成干扰时，通过电动伸缩杆71带动任务载荷4往滚动框架2和防护网5外移动，将任务载荷4延伸出滚动框架2外，以减少滚动框架2对任务载荷4执行任务的干扰。电动伸缩杆71带动任务载荷4移动过程中受到滚动框架2和防护网5阻碍时，通过无杆气缸723带动电动伸缩杆71和任务载荷4移动，避开滚动框架2和防护网5的阻碍，使得任务载荷4顺利延伸到滚动框架2和防护网5外。

在另一优选实施例中，参照图5，机架3和滚动框架2之间安装有离合器8，离合器8设有两个且对称设置。离合器8包括摩擦片81、离合片82和驱动件83，摩擦片81和离合片82均套设于铰轴6外，摩擦片81固定连接滚动框架2，离合片82连接驱动件83的一端，驱动件83的另一端连接机架3，驱动件83驱动离合片82紧贴和脱离摩擦片81。驱动件83包括液压伸缩杆831、油泵833和油管832，液压伸缩杆831的一端固定连接机架3，液压伸缩杆831的另一端固定连接离合片82，液压伸缩杆831连接油管832的一端，油管832的另一端连接油泵833，油泵833安装于机架3上并设于机体1的一侧，油泵833通过油管832驱动液压伸缩杆831伸长和缩短。参照图6，液压伸缩杆831包括固定部8311和活动部8312，固定部8311和活动部8312均设有沿轴向贯穿的通孔8313，铰轴6贯穿通孔8313，固定部8311的侧壁内设有液压腔8314，活动部8312的一端安装于液压腔8314内并滑动连接液压腔8314的侧壁，油管832连通液压腔8314。在无人机悬停任务载荷4执行任务时，离合器8将滚动框架2和机架3相互固定，能够减少滚动框架2被风吹晃动而对任务载荷4造成干扰的情况；待无人机需要地面行进时，再控制离合器8松开使得机架3和滚动框架2转动连接，从而实现滚动框架2的滚动。另外，本实施例的任务载荷4也可以通过避障机构7连接机架3。

需要说明的是，任务载荷4也可以直接安装于机体1上或者通过避障机构7安装于机体1上。

本申请实施例一种球形无人机的实施原理为：滚动框架2能够绕机架3转动，能够充当滚轮的作用，通过倾转机构和旋翼机构控制旋翼的拉力，驱动滚动外框滚动前进，从而使得无人机能够在地面上行进。滚动框架2作为防护网5的承力框架，防护网5具有足够的刚性和韧性以保护无人机的旋翼、任务载荷4、航电设备等重要部件，能够降低机体1撞击到障碍物上的概率，降低螺旋桨被损坏的概率，使得无人机具有在常见狭小空间内飞行作业的能力，无人机的通过性能高。滚动框架2还能够作为无人机的起落架，使得无人机具有快速展开的能力，能够在飞行操纵人员接收到任务开始10分钟内完成起飞，开始执行任务。本实施例的无人机的地面行进模式的耗电量较空中飞行模式的耗电量小，能够在需要时选择地面行进模式工作，从而提高无人机的续航能力。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种球形无人机，其特征在于：包括机体(1)、机架(3)、任务载荷(4)和滚动框架(2)，所述机体(1)和机架(3)均设于所述滚动框架(2)内，所述滚动框架(2)呈球形，所述机架(3)的两端分别通过铰轴(6)转动连接所述滚动框架(2)，所述滚动框架(2)上安装有防护网(5)，所述机体(1)偏心安装于所述机架(3)上，所述机体(1)的重心低于所述铰轴(6)的轴线，所述任务载荷(4)安装于所述机体(1)或所述机架(3)上；

所述机架(3)和所述滚动框架(2)之间安装有离合器(8)，所述离合器(8)分别连接所述机架(3)和所述滚动框架(2)，所述离合器(8)使得所述机架(3)和所述滚动框架(2)相互固定和活动连接；

所述离合器(8)包括摩擦片(81)、离合片(82)和驱动件(83)，所述摩擦片(81)和所述离合片(82)均套设于所述铰轴(6)外，所述摩擦片(81)固定连接所述滚动框架(2)，所述离合片(82)连接所述驱动件(83)的一端，所述驱动件(83)的另一端连接所述机架(3)，所述驱动件(83)驱动所述离合片(82)紧贴和脱离所述摩擦片(81)；

所述驱动件(83)包括液压伸缩杆(831)、油泵(833)和油管(832)，所述液压伸缩杆(831)的一端固定连接所述机架(3)，所述液压伸缩杆(831)的另一端固定连接所述离合片(82)，所述液压伸缩杆(831)连接所述油管(832)的一端，所述油管(832)的另一端连接所述油泵(833)，所述油泵(833)安装于所述机架(3)上，所述油泵(833)通过油管(832)驱动所述液压伸缩杆(831)伸长和缩短；

所述滚动框架(2)包括X向水平环(21)、Y向竖直环(22)和两个Z向竖直环(23)，所述X向水平环(21)、所述Y向竖直环(22)和所述Z向竖直环(23)相互垂直且相互固定连接，所述X向水平环(21)、所述Y向竖直环(22)和所述Z向竖直环(23)位于同一球面上，两个所述Z向竖直环(23)对称设置，所述铰轴(6)的一端转动连接所述X向水平环(21)和所述Y向竖直环(22)的交汇处。

2.根据权利要求1所述的一种球形无人机，其特征在于：所述铰轴(6)的中心轴线经过所述滚动框架(2)的球心。

3.根据权利要求1所述的一种球形无人机，其特征在于：所述任务载荷(4)通过避障机构(7)连接所述机体(1)或所述机架(3)，所述避障机构(7)带动所述任务载荷(4)移动至所述滚动框架(2)外和缩回所述滚动框架(2)内。

4.根据权利要求3所述的一种球形无人机，其特征在于：所述避障机构(7)包括滑移工作台(72)和电动伸缩杆(71)，所述滑移工作台(72)安装于所述机体(1)或所述机架(3)上，所述电动伸缩杆(71)的一端连接所述滑移工作台(72)，所述电动伸缩杆(71)的另一端连接所述任务载荷(4)。

5.根据权利要求1所述的一种球形无人机，其特征在于：所述液压伸缩杆(831)包括固定部(8311)和活动部(8312)，所述固定部(8311)和活动部(8312)均设有沿轴向贯穿的通孔(8313)，所述铰轴(6)贯穿所述通孔(8313)，所述固定部(8311)的侧壁内设有液压腔(8314)，所述活动部(8312)的一端安装于所述液压腔(8314)内并滑动连接所述液压腔(8314)的侧壁，所述油管(832)连通所述液压腔(8314)。