CN215098268U - 一种用于管道内检的球形无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于管道内检的球形无人机，该球形无人机包括四旋翼主机架、内环、外环，内环和外环均为圆环，四旋翼主机架的边部连接有连接件，连接件的外端部转动连接有内环滑轮，内环滑轮和内环的内圈滑动连接；内环的外部固定连接有连接件，连接件转动连接有外环滑轮，外环滑轮和外环的内圈滑动连接；飞行过程中，当遇到障碍物并发生碰撞时，由于无人机外框为不规则构型，其在受力时，将力和力矩传递到外环和内环，将力分解为两个方向，沿外环小滑轮轨迹方向的力和沿内环滑轮轨迹方向，力矩可以分别分解为外环和内环所在平面的法向，同时，无人机的旋翼竖直向上推力将四旋翼无人机机架稳定在水平面。

Description

一种用于管道内检的球形无人机

技术领域

本实用新型属于及无人机应用领域，具体涉及一种用于管道内检的球形无人机。

背景技术

随着无人机技术的逐渐进步和发展，如今，在环境情况比较复杂的管道内部作业现场，无人机在很多情况下已经成为首选的探测、施救以及巡检设备。

由于管道内部环境弯曲多变，在管道内部巡查任务过程中，很多时候无人机都会被一些杂物误伤甚至损毁，尤其是螺旋桨部分最容易损坏，在复杂环境下，无人机无法做到完美避障，碰撞在所难免，即使不损伤无人机螺旋桨，也会对无人机姿态稳定带来不小的麻烦。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于管道内检的球形无人机，以解决现有的无人机难以适应管道内部复杂工作环境，难以开展巡检任务，同时机身、螺旋桨会因受到磕碰等问题受到严重损害的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种用于管道内检的球形无人机，包括四旋翼主机架、内环和外环，内环和外环均为圆环，内环的轴线和外环的轴线相互垂直，外环的直径大于内环的直径；

所述四旋翼主机架的边部连接有连接件，连接件外端部转动连接有内环滑轮，内环滑轮和内环的内圈滑动连接；

内环的外部连接有连接件，连接件转动连接有外环滑轮，外环滑轮和外环的内圈滑动连接；

外环的两侧分别连接有左外框和右外框，所述左外框和右外框均为网状半球形，左外框和右外框结构相同且相对于外环镜像对称；

所述四旋翼主机架上转动连接有摄像头。

本实用新型进一步的改进在于：

优选的，所述四旋翼主机架上设置有摄像头固定底座，摄像头通过摄像头固定装置和摄像头固定底座转动连接。

优选的，所述内环包括主体圆环和两个圆柱杆，两个圆柱杆的内端均和主体圆环固定连接，两个圆柱杆在同一直线上，所述直线为内环的径向；每一个圆柱杆的外端固定连接有连接件。

优选的，所述连接件通过连接杆和四旋翼主机架连接。

优选的，所述连接件包括连接槽，连接槽的两个侧壁前端共同连接一个固定轴，所述固定轴和内环滑轮或外环滑轮转动连接。

优选的，左外框的外端面设置有环状圆盘，环状圆盘垂直于外环的轴线。

优选的，环状圆盘和左外框底面之间的距离为外环半径的95％。

优选的，左外框还包括8个框架圆环，所述8个框架圆环围绕左外框的轴线等分设置；相邻的框架圆环之间通过连接弧连接。

优选的，所有的连接弧形成一个虚拟圆环，所述圆环平行于外环所在的平面。

优选的，所述内环的内径大于A，所述A为摄像头长度和摄像头固定底座长度和的最小值。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种用于管道内检的球形无人机，该球形无人机包括四旋翼主机架、内环、外环，内环和外环均为圆环，四旋翼主机架的边部连接有连接件，连接件的外端部转动连接有内环滑轮，内环滑轮和内环的内圈滑动连接；内环的外部固定连接有连接件，连接件转动连接有外环滑轮，外环滑轮和外环的内圈滑动连接；飞行过程中，当遇到障碍物并发生碰撞时，由于无人机外框为不规则构型，其在受力时，将力和力矩传递到外环和内环，将力分解为两个方向，沿外环小滑轮轨迹方向的力和沿内环滑轮轨迹方向，力矩可以分别分解为外环和内环所在平面的法向，同时，无人机的旋翼竖直向上推力将四旋翼无人机机架稳定在水平面，于是就表现为外环和内环在受力时，分别沿其自身内轨道的轨迹，开始围绕四旋翼做滚转运动，四旋翼则保持稳定飞行的姿态。无人机飞控装置、动力能源装置等相关电子设备安装于四旋翼平台上。本实用新型能适应管道复杂工作环境，顺利开展巡检任务，同时机身、螺旋桨不会因受到磕碰等问题受到严重损害。球形无人机内部四旋翼无人机在内外环装置作用下可以自由自由转向，外壳与无人机运动完全分离，无人机搭载镜头可偏转，便于采集图像信息。本实用新型对于飞手的技术水平要求不高，其既能保证自身在复杂环境下的安全，也不会对人体造成伤害。在开展复杂管道内部巡检任务，尤其是弯曲管道、上下管道巡检任务时，相对于传统无人机，本实用新型将更加安全可靠，能在续航时间内顺利开展巡检、探测等任务。

进一步的，摄像头通过摄像头固定底座与摄像头固定装置固定进而进行视觉导航。

进一步的，内环通过两个圆柱杆，以及一个连接件和外滑轮转动连接，实现内环在外环中的滑动。

进一步的，连接件通过连接杆和四旋翼主机架连接，使得四旋翼主机架在内环内能够滑动。

进一步的，连接件设置的槽体和轴结构，槽体的后端能够和被连接件连接，前端的轴作为滑轮的中心轴，使得内环滑轮或者外环滑轮能够围绕其转动。

进一步的，边框最外端为环状圆盘结构，方便整个无人机的放置。

进一步的，限定环状圆盘和边框底部之间的高度，保证无人机放置时有足够的稳定性。

进一步的，边框能够形成一个虚拟的圆环，进而形成网状结构。

进一步的，相邻的圆环之间通过弧线连接，提高圆环之间连接的稳定性。

进一步的，内环的半径大于摄像头和摄像头固定底座的长度和，不会阻碍摄像头的偏转。

附图说明

图1是球形无人机的主视图；

图2是去除框架后球形无人机的主视图；

图3是球形无人机的正视图；

图4是球形无人机的俯视图；

图5是球形无人机的侧视图；

图6是球形无人机内环安装情况；

图7是球形无人机外环结构主视图；

图8是球形无人机内环结构主视图；

图9是小滑轮三视图；

(a)为正视图；(b)为左视图；(c)为俯视图；

图10是内环与无人机连接件10的结构主视图。

其中，1.四旋翼主机架；2.内环；3.外环；4.左外框；5.右外框；6.摄像头；7. 摄像头固定底座；8.外环滑轮；9.左前旋翼；10.连接件；11.内环滑轮；12.摄像头固定装置；13.左后旋翼；14.右后旋翼；15.右前旋翼；16.环状圆盘；17-框架圆环；18-连接弧；19-主体圆环；20-圆柱杆；21-连接杆；22-稳定圆环；10-1-连接槽；10-2-固定轴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1和图2，本实用新型为一种用于管道内检的球形无人机，包括四旋翼主机架1、内环2、外环3、左外框4、右外框5、摄像头6、摄像头固定底座7、外环滑轮8、左前旋翼9、内环与无人机连接件10、内环滑轮11、摄像头固定装置12、左后旋翼13、右后旋翼14和右前旋翼15。无人机飞控装置、动力能源装置等相关电子设备安装于四旋翼机架平台1上。左前旋翼9、左后旋翼13、右后旋翼14和右前旋翼15均在四旋翼主机架1的四个角一体连接。

四旋翼机架平台1两侧分别通过一个连接杆21与连接件10固连，连接件10 的内端和四旋翼机架平台1固定连接，再将两个内环滑轮11分别安装在连接件 10端末，内环滑轮11和连接件10的外端转动连接，内环滑轮11与内环2相接触，在内环2内部的轨道内能够滑动，四旋翼机架1、连接件10和内环滑轮11 作为一个整体，可在小滑轮11的作用下沿内环2的内轨道做自由滚转。内环2 的内部滑轨侧壁的最大高度为内环厚度50％。

参见图7和图8，内环2由一个主体圆环19和两根延伸出来的圆柱杆20构成，两个圆柱杆20相对于主体圆环19的中心线镜像对称，即两个圆柱杆20位于同一直线；所述圆柱杆20延伸出的两端分别固定连接有连接件10，连接件10 的外端转动连接有外环滑轮8，内环2和外环滑轮8共同组成内环结构，如图6 所示。两个外环滑轮8之间的距离为外环3内滑轨的直径，两个外环滑轮8和外环3的内滑轨滑动连接，使得该内环结构可沿外环3内滑轨做滚转运动，对于无人机来说是俯仰运动。内环2直径的最大值为外环3直径57％，为四旋翼无人机平台1的最小宽度的1.85倍。内环2和外环3所在的平面相互垂直。

参见图10，外环滑轮8与内环滑轮11连接的连接件10没有大小和结构差异，只是安装位置不同，连接件10具体三视图见图9，包括一个连接槽10-1和固定轴10-2，连接槽10-1由两个侧壁面和一个底面组成，所述底面和两个侧壁面的底部固定连接形成槽体，两个侧壁面前端的内部共同固定连接固定轴。内环滑轮 11和外环滑轮8均以固定轴10-2为轴转动。滑轮设计为单向运动，不能转向，即滑轮沿滑轨的运动轨迹固定于内外环平面之上，内环滑轮11的运动轨迹固定于内环2平面，外环滑轮8的运动轨迹固定于外环3平面。

外环3的内部滑轨侧壁的最大高度为外环厚度50％，外环3最大直径是整个球形无人机的最大直径，外环3两侧分别固定安装左外框4和右外框5，形成外保护罩，将无人机主体整个包裹在内。

左外框4与右外框5结构大小没有差异，二者关于外环3镜像对称；外框4、 5结构上成如图3、图4、图5所示网状半球形。以左外框4为例，左外框4的外端面设置有环状圆盘16，环状圆盘16平行于外环3所在的平面，左外框4的轴线穿过环状圆盘16的中心，且垂直于环状圆盘16，且穿过外环3的圆心。环状圆盘16的底面距离左外框4底面之间的距离最大为整个球形无人机半径95％；进一步的，左外框4中设置有8个框架圆环17，8个框架圆环17围绕左外框4 的轴线等分设置，相邻的框架圆环17通过连接弧18固定连接。连接弧18位于同一个虚拟的平面上，该平面和左外框4底面之间的距离为无人机最大长度的 20％。左外框沿其周向还设置有稳定圆环22，稳定圆环22设置在连接弧18和左外框4的底部之间，通过稳定圆环的设置，使得左外框4的结构更加稳定。

右外框5的结构和左外框4相同，此处不再赘述。

无人机内部四旋翼主机架1的平台中心安装有摄像头固定底座7，用于安装摄像头6。

内环2的最小半径大于摄像头6加上其摄像头固定底座7的最大长度，即内环2不会阻碍摄像头的偏转。

本实用新型的工作原理：

四旋翼无人机在内外环装置帮助下可以自由自由转向，外壳与无人机运动完全分离。无人机搭载镜头可偏转。

球形无人机工作时，主要通过摄像头6收集信息，完成管道巡检任务。摄像头可进行一定角度的偏转，具体角度范围是摄像头型号而定。

球形无人机飞行过程中，当遇到障碍物并发生碰撞时，由于无人机外框(4、 5)为不规则构型，其在受力时，将力和力矩传递到外环3和内环2，将力分解为两个方向，沿外环小滑轮8轨迹方向的力和沿内环滑轮11轨迹方向，力矩可以分别分解为外环3和内环2所在平面的法向，同时，旋翼(9、13、14、15)竖直向上推力将四旋翼无人机机架1稳定在水平面，于是就表现为外环3和内环2 在受力时，分别沿其自身内轨道的轨迹，开始围绕四旋翼1做滚转运动，四旋翼 1则保持稳定飞行的姿态。

管道巡检无人机工作在半封闭环境，该环境GPS信号差，只使用GPS存在定位精度差的问题。通过搭载单目摄像头6，摄像头6通过摄像头固定底座7与摄像头固定装置12进行固定来进行视觉导航，摄像头固定装置12的后端固定设置在摄像头固定底座7上，其上端和摄像头6转动连接，通过计算实时传输回的图像集计算无人的飞行速度。通过微弱的GPS信号提供无人机所在大体区域，飞手通过分析无人机传输回的实时图像，确定无人机所在的具体位置。飞手可以通过调整相机焦距来对管道标记物进行捕捉，对管道内重点区域进行放大拍摄。

无人机机架1上搭载飞行控制装置，电动装置与信息传输装置。整个旋翼主机架1油球形外环装置进行保护，通过内环2与外环3结构可以规避碰撞管壁或者管内液体时引起的振动损伤。碰撞引起的力矩与力通过内环滑轮11与外环滑轮8分解成内外环自身的滚转，旋翼无人机主体可以始终保持稳定飞行，避免了无人机碰撞引起的坠落，飞手操控起来更加安全。

无人机地面站通过信息传输装置与飞行控制装置建立连接，通过无人机地面站向无人机发送控制指令，控制无人机的飞行姿态，飞行速度与相机转动装置。无人机通过相机转动装置操控摄像头6具体拍摄某个指定区域，不需要对无人机姿态做出大幅调整，只需要调整摄像头的朝向就可以对指定区域进行集中拍摄。无人机的姿态与控制系统状态信息可以实时传输给地面站，飞手通过地面站得到无人机状态信息，进而对无人机姿态进行调整。当无人机出现异常时，会向无人机地面站传来报警信息，飞手可以操控无人机返回指定地点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于管道内检的球形无人机，其特征在于，包括四旋翼主机架(1)、内环(2)和外环(3)，内环(2)和外环(3)均为圆环，内环(2)的轴线和外环的轴线相互垂直，外环(3)的直径大于内环(2)的直径；

所述四旋翼主机架(1)的边部连接有连接件(10)，连接件(10)外端部转动连接有内环滑轮(11)，内环滑轮(11)和内环(2)的内圈滑动连接；

内环(2)的外部连接有连接件(10)，连接件(10)转动连接有外环滑轮(8)，外环滑轮(8)和外环(3)的内圈滑动连接；

外环(3)的两侧分别连接有左外框(4)和右外框(5)，所述左外框(4)和右外框(5)均为网状半球形，左外框(4)和右外框(5)结构相同且相对于外环(3)镜像对称；

所述四旋翼主机架(1)上转动连接有摄像头(6)。

2.根据权利要求1所述的一种用于管道内检的球形无人机，其特征在于，所述四旋翼主机架(1)上设置有摄像头固定底座(7)，摄像头(6)通过摄像头固定装置(12)和摄像头固定底座(7)转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于管道内检的球形无人机，其特征在于，所述内环(2)包括主体圆环(19)和两个圆柱杆(20)，两个圆柱杆(20)的内端均和主体圆环(19)固定连接，两个圆柱杆(20)在同一直线上，所述直线为内环(2)的径向；每一个圆柱杆(20)的外端固定连接有连接件(10)。

4.根据权利要求1所述的一种用于管道内检的球形无人机，其特征在于，所述连接件(10)通过连接杆(21)和四旋翼主机架(1)连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于管道内检的球形无人机，其特征在于，所述连接件(10)包括连接槽(10-1)，连接槽(10-1)的两个侧壁前端共同连接一个固定轴(10-2)，所述固定轴(10-2)和内环滑轮(11)或外环滑轮(8)转动连接。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的用于管道内检的球形无人机，其特征在于，左外框(4)的外端面设置有环状圆盘(16)，环状圆盘(16)垂直于外环(3)的轴线。

7.根据权利要求6所述的一种用于管道内检的球形无人机，其特征在于，环状圆盘(16)和左外框(4)底面之间的距离为外环(3)半径的95％。

8.根据权利要求6所述的一种用于管道内检的球形无人机，其特征在于，左外框(4)还包括8个框架圆环(17)，所述8个框架圆环(17)围绕左外框(4)的轴线等分设置；相邻的框架圆环(17)之间通过连接弧(18)连接。

9.根据权利要求8所述的一种用于管道内检的球形无人机，其特征在于，所有的连接弧(18)形成一个虚拟圆环，所述圆环平行于外环(3)所在的平面。

10.根据权利要求1所述的一种用于管道内检的球形无人机，其特征在于，所述内环(2)的内径大于A，所述A为摄像头(6)长度和摄像头固定底座(7)长度和的最小值。

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