[發明專利]一種具有滾動功能的多旋翼飛行器

有效

• 申請號: 201210279656.2
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102785775A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 高慶嘉;白越;孫強
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: B64C27/08
• 分類號: B64C27/08
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及飛行器和航模領域，特別是一種具有滾動功能的多旋翼飛行器。

背景技術

具有垂直起降和懸停等功能的多旋翼飛行器，不但在軍事領域發揮著重要的作用，在災害現場救助，危險環境探查、交通監視、電力巡航以及空中拍攝等多個領域也展示出巨大應用潛力，備受關注。

目前的多旋翼飛行器主要有四旋翼、六旋翼、八旋翼、十二旋翼等結構形式，比如Xaircraft、德國Microdrone公司、加拿大Dranganflyer公司的多旋翼飛行器等，其特點是通過控制多個旋翼的轉速大小改變旋翼升力和轉矩大小，實現飛行器姿態和運動的改變，從結構上來看，其旋轉中心均在同一平面上，存在的共性問題是：飛行器自身是一個運動耦合系統，飛行中的運動方向和姿態耦合，制約著飛行器靈活性和操縱性的提高。因此，研制出一種具有高度靈活性和操縱性的新型結構飛行器勢在必行。

發明內容

針對上述問題，為解決現有技術的多旋翼飛行器的靈活性和操縱性較差的問題，本發明提供了一種具有滾動功能的多旋翼飛行器。

為了解決上述技術問題，本發明的具有滾動功能的多旋翼飛行器具體如下：

一種具有滾動功能的多旋翼飛行器，包括：

所處平面相互正交，互相交叉的連在一起半徑相等的三個圓環；任意兩個所述圓環在相互交叉的位置分別設有一個連接節點；

球形的機體，設置在三個所述圓環中心的位置；

連接臂，分別設置在每個所述連接節點與所述機體之間；

六個所述連接臂分別處于三條相互垂直的直線上；一條直線方向上的兩個所述連接臂，在相對三個所述圓環中心的對稱位置上分別設有一個動力單元；

所述機體的內部設有為多個所述動力單元提供動力的能量源，以及控制多個所述動力單元的飛行控制系統。

上述技術方案中，所述機體的底部還設有起到平衡作用的載荷。

上述技術方案中，所述動力單元設置在所述連接臂的中間位置。

上述技術方案中，同一直線方向的兩個所述連接臂上的所述動力單元的旋轉軸線相互平行；不同直線方向的所述連接臂上的所述動力單元的旋轉軸線相互垂直。

上述技術方案中，所述連接節點包括：配合壓緊的上壓件和下壓件。

上述技術方案中，所述動力單元包括：永磁無刷直流電機、電機座、支座、驅動器和旋翼；

所述永磁無刷直流電機固定于電機座上，其上端同軸安裝旋翼，下端安裝驅動器；所述電機座固定在所述支座上；所述支座為空心圓柱體。

上述技術方案中，所述動力單元的旋翼葉片為雙頭反向對稱翼型或雙頭反向非對稱翼型。

上述技術方案中，所述連接臂通過內接件、外接件與所述機體配合連接；

所述內接件外表面為球形，與機體內表面曲率半徑相同；所述外接件外表面為球形，與所述機體外表面曲率半徑相同。

上述技術方案中，所述內接件、所述外接件和所述機體，均設有多個用來走線和機械連接的通孔。

上述技術方案中，所述連接臂為可安裝導線的中空結構。

本發明的具有滾動功能的多旋翼飛行器，具有如下有益效果：

通過六個動力單元根據所描述的規則安裝結構坐標系進行空間布局，可使飛行器在空間任意方向均具有力和力矩的矢量，避免了傳統多旋翼飛行器沿某一方向沒有力和力矩矢量的問題，從而使得飛行器可以在任意方向任意姿態下保持平衡或飛行，配合連接臂端部的三個圓環，還可以沿地面滾動前進或越過障礙物，因此該飛行器具有極高的靈活性。

由于六個動力單元中每兩個旋轉軸線分別與x軸，y軸，z軸平行，所以六個動力單元中每兩個動力單元的升力和力矩矢量與其他兩對動力單元的升力矢量和力矩矢量正交，因此在保持相同動力單元情況下，該組合動力單元在任意方向上所需的升力和力矩最小，可有效節約飛行器的能量，提高飛行器的飛行效率。

由于飛行器六個動力單元中每兩個動力單元的升力矢量和力矩矢量與其他兩對動力單元的升力矢量和力矩矢量正交，因此飛行器在機體坐標系XYZ三軸上均有力和力矩的分量，有效地增加了飛行器操縱性和穩定性。

由于飛行器六個動力單元中每兩個動力單元的升力和力矩矢量與其他兩對動力單元的升力和力矩矢量正交，使得飛行器的運動方向和姿態完全解耦，有效地降低了飛行控制系統難度，提高了控制系統可靠性。

當飛行器某個或某些動力單元出現故障時，只要保證飛行器升力方向相同的兩個動力單元或三個升力矢量正交的動力單元正常工作，該飛行器即可安全著陸，因此，該飛行器具有較強的容錯能力和安全性。