球形飛行器的制造方法
【專利摘要】一種球形飛行器，屬于無人機(jī)飛行裝置領(lǐng)域，本實(shí)用新型的目的是提供一種將旋翼式飛行原理與固定翼飛行原理相結(jié)合的球形飛行器。本實(shí)用新型是由外框、十字機(jī)身、電機(jī)、伺服電機(jī)、舵面組成。本實(shí)用新型主要有以下優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)在地面翻滾，在惡劣的環(huán)境不損傷主要的動(dòng)力部件；相比于多旋翼結(jié)構(gòu)具有造價(jià)低廉，硬件簡單和易于操作；其姿態(tài)控制由四個(gè)伺服電機(jī)控制的舵面完成，更加靈活；其消除螺旋槳反扭力靠下四個(gè)舵面，與直升機(jī)機(jī)型相比結(jié)構(gòu)更簡單。
【專利說明】球形飛行器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于無人機(jī)飛行裝置領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)無人機(jī)近幾年來發(fā)展比較快。而除軍事用途外，由于無人機(jī)成本相對(duì)較低、無人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)、生存能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性能好、使用方便等的優(yōu)勢，使得無人機(jī)在航空拍照、地質(zhì)測量、高壓輸電線路巡視、油田管路檢查、高速公路管理、森林防火巡查、毒氣勘察、緝毒和應(yīng)急救援、救護(hù)等民用領(lǐng)域應(yīng)用前景極為廣闊。旋翼式無人機(jī)分為單旋翼和多旋翼結(jié)構(gòu)。單旋翼主要指直升機(jī)類的機(jī)型，其飛行姿態(tài)調(diào)整主要靠傾斜盤。多軸飛行器的姿態(tài)主要是靠調(diào)節(jié)不同電機(jī)的速度使重心偏移改變飛行姿態(tài)。但是，對(duì)于直升機(jī)類機(jī)構(gòu)，其螺旋槳外露易損壞，消除螺旋槳反扭力結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在惡劣環(huán)境下不利于飛行和著陸；對(duì)于多軸飛行其控制較為簡單，但是成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種將旋翼式飛行原理與固定翼飛行原理相結(jié)合的球形飛行器。
[0004]本實(shí)用新型是由外框、十字機(jī)身、電機(jī)、伺服電機(jī)、舵面組成；
[0005]外框:是由一號(hào)球形外框、二號(hào)球形外框、三號(hào)球形外框、球形橫向加固件組成,在一號(hào)球形外框、二號(hào)球形外框、三號(hào)球形外框、球形橫向加固件上有互相對(duì)應(yīng)的陽插槽和陰插槽，一號(hào)球形外框和二號(hào)球形外框縱向通過互相對(duì)應(yīng)的陽插槽和陰插槽連接，在一號(hào)球形外框和二號(hào)球形外框縱向之間通過條形加固件安裝有三號(hào)球形外框，球形橫向加固件橫向通過互相對(duì)應(yīng)的陽插槽和陰插槽與一號(hào)球形外框、二號(hào)球形外框、三號(hào)球形外框連接；
[0006]十字機(jī)身:是由十字機(jī)身上插片和十字機(jī)身下插片組成，十字機(jī)身上插片和十字機(jī)身下插片通過十字機(jī)身上插片上的下插槽和十字機(jī)身下插片上的上插槽插接，在十字機(jī)身上插片和十字機(jī)身下插片上端均有伺服電機(jī)槽；
[0007]—號(hào)球形外框和二號(hào)球形外框上均有向內(nèi)部延伸的支板，電機(jī)安裝在支板上，電機(jī)上端的電機(jī)軸上安裝有螺旋槳，電機(jī)置于十字機(jī)身上端；十字機(jī)身上端的伺服電機(jī)槽內(nèi)安裝有上伺服電機(jī)，上舵面安裝在上伺服電機(jī)上，十字機(jī)身下端安裝有下伺服電機(jī)，下舵面安裝在下伺服電機(jī)上。
[0008]本實(shí)用新型在三號(hào)球形外框上安裝有支撐架，支撐架開有下舵面通過槽。
[0009]本發(fā)明主要有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010](I)可以實(shí)現(xiàn)在地面翻滾，在惡劣的環(huán)境不損傷主要的動(dòng)力部件；
[0011](2)相比于多旋翼結(jié)構(gòu)具有造價(jià)低廉，硬件簡單和易于操作；
[0012](3)其姿態(tài)控制由四個(gè)伺服電機(jī)控制的舵面完成，更加靈活；
[0013](4)其消除螺旋槳反扭力靠下四個(gè)舵面，與直升機(jī)機(jī)型相比結(jié)構(gòu)更簡單。
[0014]這種飛行器設(shè)計(jì)的目的在于，降低成本，拓展飛行器飛行和著陸的環(huán)境，對(duì)新型氣動(dòng)飛行器的開發(fā)原理和反扭力消除方式起到一定的啟發(fā)式作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型圖1A-A向視圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型一號(hào)球形外框示意圖；
[0018]圖4是本實(shí)用新型二號(hào)球形外框示意圖；
[0019]圖5是本實(shí)用新型三號(hào)球形外框示意圖；
[0020]圖6是本實(shí)用新型球形橫向加固件示意圖；
[0021]圖7是本實(shí)用新型十字形機(jī)身上插片示意圖；
[0022]圖8是本實(shí)用新型十字形機(jī)身下插片示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本實(shí)用新型是由外框、十字機(jī)身、電機(jī)13、伺服電機(jī)、舵面組成；
[0024]外框:是由一號(hào)球形外框1、二號(hào)球形外框14、三號(hào)球形外框3、球形橫向加固件5組成，在一號(hào)球形外框1、二號(hào)球形外框14、三號(hào)球形外框3、球形橫向加固件5上有互相對(duì)應(yīng)的陽插槽16和陰插槽15，一號(hào)球形外框I和二號(hào)球形外框14縱向通過互相對(duì)應(yīng)的陽插槽16和陰插槽15連接，在一號(hào)球形外框I和二號(hào)球形外框14縱向之間通過條形加固件2安裝有三號(hào)球形外框3,球形橫向加固件5橫向通過互相對(duì)應(yīng)的陽插槽16和陰插槽15與一號(hào)球形外框1、二號(hào)球形外框14、三號(hào)球形外框3連接；
[0025]十字機(jī)身:是由十字機(jī)身上插片9和十字機(jī)身下插片8組成，十字機(jī)身上插片9和十字機(jī)身下插片8通過十字機(jī)身上插片9上的下插槽91和十字機(jī)身下插片8上的上插槽81插接，在十字機(jī)身上插片9和十字機(jī)身下插片8上端均有伺服電機(jī)槽17 ；
[0026]—號(hào)球形外框I和二號(hào)球形外框14上均有向內(nèi)部延伸的支板11,電機(jī)13安裝在支板11上，電機(jī)13上端的電機(jī)軸上安裝有螺旋槳12，電機(jī)13置于十字機(jī)身上端；十字機(jī)身上端的伺服電機(jī)槽17內(nèi)安裝有上伺服電機(jī)10，上舵面4安裝在上伺服電機(jī)10上，十字機(jī)身下端安裝有下伺服電機(jī)7，下舵面6安裝在下伺服電機(jī)7上。
[0027]本實(shí)用新型在三號(hào)球形外框3上安裝有支撐架31，支撐架31開有下舵面通過槽32。
[0028]本實(shí)用新型的外形改進(jìn):采用球形的外框。其作用之一保護(hù)了飛行器的動(dòng)力裝置，防止了螺旋槳、電機(jī)和舵面的損壞；第二則保護(hù)了人身的安全，防止操作者被飛行器劃傷；第三能夠?qū)崿F(xiàn)在非平穩(wěn)的地形上著陸；第四能夠?qū)崿F(xiàn)在平地上滾動(dòng)；
[0029]本實(shí)用新型的飛行姿態(tài)原理創(chuàng)新:利用了螺旋槳產(chǎn)生的下洗氣流，與舵面相結(jié)合使飛行器重心偏移改變姿態(tài)；
[0030]本實(shí)用新型的飛行器反扭力消除改進(jìn):利用下舵面與下洗氣流相結(jié)合，實(shí)用微控制器和三軸加速度三軸角速度傳感器控制伺服電機(jī)的偏轉(zhuǎn)角度，消除反扭力；
[0031]本實(shí)用新型的遙控器手動(dòng)控制與微控制器的協(xié)同控制改進(jìn)。遙控器控制螺旋槳速度，而其伺服電機(jī)采用微控制器與傳感器結(jié)合自動(dòng)控制。
[0032]本實(shí)用新型主要由機(jī)械部分和電子控制部分兩部分組成，電子控制部分采用現(xiàn)有電器元件即可。下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型，在此本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本實(shí)用新型，但并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明所述的球形飛行器包括:球形外框部件(一號(hào)球形外框、二號(hào)球形外框和三號(hào)球形外框)、球形橫向加固件、條形加固件、十字形機(jī)身上插片、十字形機(jī)身下插片、上舵面、下舵面、電機(jī)托架、電機(jī)托架左右固件、電機(jī)托架前后固件、電機(jī)、螺旋槳、伺服電機(jī)、微控制器、遙控器接收機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電池、遙控器、三軸角加速度傳感器、三軸線性加速度傳感器、轉(zhuǎn)接頭。
[0034]所述球形外框部件、球形橫向加固件、條形加固件、十字形機(jī)身、十字形機(jī)身、上舵面、下舵面、電機(jī)托架、電機(jī)托架左右固件、電機(jī)托架前后固件所選用材料為聚苯乙烯發(fā)泡材質(zhì)，可選用碳纖維；所述電機(jī)為直流無刷調(diào)速電機(jī)；所述螺旋槳為10*4.5L正槳；所述伺服電機(jī)為供電電壓4.8V?6.0V，扭矩1.6/2.0Kgf.cm，響應(yīng)度為0.12/0.1s/60的數(shù)字伺服電機(jī)，其三根導(dǎo)線分別為電源、地和控制信號(hào)；所述電池為11.lV、850mAh容量可選動(dòng)力電池。
[0035]所述球形外框部件有連接凹槽(陽插槽或者陰插槽)，用于各個(gè)球形外框部件、球形橫向加固件和條形加固件分別相互嵌入。其中以兩個(gè)橫桿為分界，過圓心連線與橫桿為90度的上下兩個(gè)凹槽與球形外框部件的對(duì)應(yīng)上下兩個(gè)凹槽嵌入,這時(shí),一號(hào)球形外框與二號(hào)球形外框交角為90度；球形橫向加固件的凹槽與過圓心連線與橫桿平行的球形外框部件、球形外框部件的兩個(gè)凹槽分別相互嵌入，此時(shí)球形橫向加固件與一號(hào)球形外框、二號(hào)球形外框交角為90度；然后，將三號(hào)球形外框部件的凹槽與球形橫向加固件的剩余凹槽插入，組成一個(gè)外球形外框，從上往下看為夾角分別為60度交角的弧形相連關(guān)系，每個(gè)弧形由球形橫向加固件相互加固；然后剩余的凹槽與相鄰的最近的兩個(gè)凹槽分別用條形加固件相連接加固，至此完成一個(gè)球形外框的組成，其連接不牢固處使用膠粘住。螺旋槳固定在電機(jī)上。將伺服電機(jī)固定在十字機(jī)身上面較窄處，其電機(jī)旋轉(zhuǎn)處朝外，電機(jī)機(jī)身剛好夾在較窄處，伺服電機(jī)兩兩相對(duì)，連線互相成90度角。一號(hào)和二號(hào)球形外框部件支架成十字固定在電機(jī)左右，三號(hào)球形外框部件的伸長部分與十字成45度角固定在十字形機(jī)架上。將另外的伺服電機(jī)分別固定在三號(hào)球形外框部件的延長部分下面，正好位于一號(hào)球形外框部件和二號(hào)球形外框部件的橫桿交角的角對(duì)角線上。至此，伺服電機(jī)分別位于一號(hào)球形外框部件的兩個(gè)橫桿、二號(hào)球形外框部件的兩個(gè)橫桿、三號(hào)球形外框部件的四個(gè)橫桿下，其安裝距離可以保證安裝完上舵面、下舵面后，舵面可以牢固且自由轉(zhuǎn)動(dòng)為安裝準(zhǔn)則。將上舵面較窄一端固定在上面伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)端，上舵面為直線的一側(cè)與一號(hào)球形外框部件和二號(hào)球形外框部件的橫桿平行；將下舵面較寬一端固定在下面伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)端，下舵面為斜線的一側(cè)與三號(hào)球形外框部件的橫桿平行。將螺旋槳安裝在電機(jī)上。將電機(jī)的三相連線與電機(jī)驅(qū)動(dòng)相連接，同時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)較粗的電源線通過接頭與電池的陰極和陽極相連接，同時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的5V電源線和地線與微控制器的電源和地相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)控制信號(hào)線與遙控器接收機(jī)的輸出信號(hào)引腳相連。遙控器接收機(jī)的電源和地與微控制器的電源正負(fù)極分別通過導(dǎo)線連接。轉(zhuǎn)接頭將與上舵面相連的伺服電機(jī)中的連線為與球形外框部件橫桿平行的兩個(gè)伺服電機(jī)連接到轉(zhuǎn)接頭，電源線接2.54mm插針的一號(hào)插針，信號(hào)線接二號(hào)插針，地線接三號(hào)插針，將轉(zhuǎn)接頭接微控制器的對(duì)應(yīng)設(shè)定引腳，將轉(zhuǎn)接頭接遙控器接收機(jī)的輸出信號(hào)引腳相連。將與上舵面相連的伺服電機(jī)中的連線為與三號(hào)球形外框部件橫桿平行的伺服電機(jī)按上述相同方式連接。將與下舵面相連的伺服電機(jī)的電源線、地線和信號(hào)線與微控制器的對(duì)應(yīng)設(shè)定引腳相連。將三軸角加速度傳感器、三軸線性加速度傳感器與微控制器相連。將十字形機(jī)身下部與球形外框底部用膠水固定。其余部件放置在十字形機(jī)體上，其安放準(zhǔn)則是使機(jī)體重心盡量位于十字形機(jī)體的中心部位，可以適當(dāng)加入配重調(diào)節(jié)重心，使其位置接近于中心位置。
[0036]當(dāng)所述球形飛行器開始飛行時(shí)，首先通過所述遙控器發(fā)出控制指令控制飛行器起飛，控制指令送達(dá)遙控器接收機(jī)，遙控器接收機(jī)再通過信號(hào)線將指令傳達(dá)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)速控制信號(hào)給所述電機(jī)，所述電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)起來。在所述球形飛行器起飛過程中，需要向上升起，電機(jī)進(jìn)行手動(dòng)控制加速，當(dāng)達(dá)到所需飛行高度后，所述螺旋槳轉(zhuǎn)速下降，通過控制達(dá)到高度保持知道懸停，下降高度和降落則反之；在此過程中，螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)使機(jī)體產(chǎn)生反扭力，四個(gè)下舵面根據(jù)三軸角加速度傳感器和三軸線性加速度傳感器給微控制器的角加速度和加速度數(shù)值信息通過計(jì)算出飛行器的翻滾角、俯仰角和航向角三個(gè)姿態(tài)角度值。然后微控制器根據(jù)事先設(shè)定好的PID算法，自行輸出控制八個(gè)伺服電機(jī)的控制信號(hào)，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)四個(gè)下舵面和四個(gè)上舵面，四個(gè)下舵面使飛行器消除螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)體產(chǎn)生反扭力，四個(gè)上舵面使機(jī)體保持平衡姿態(tài)。如果飛行器需要完成向前，向后，向左，向右等航線飛行動(dòng)作，可手動(dòng)控制遙控器，遙控器接收機(jī)再通過信號(hào)線將指令傳達(dá)給與飛行器四個(gè)上舵面相連的四個(gè)伺服電機(jī)，使四個(gè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的角度，這里屬于多路混控，實(shí)現(xiàn)航線飛行。
[0037]對(duì)于上述技術(shù)方案的改進(jìn)，包括在十字形機(jī)體上裝配小型攝像機(jī)，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)或?qū)ζ錂C(jī)械部件材料進(jìn)行更換:輕質(zhì)航空金屬等將為飛行器提供更優(yōu)的航行性能。
【權(quán)利要求】
1.一種球形飛行器，其特征在于:是由外框、十字機(jī)身、電機(jī)(13)、伺服電機(jī)、舵面組成； 外框:是由一號(hào)球形外框(I)、二號(hào)球形外框(14)、三號(hào)球形外框(3)、球形橫向加固件(5)組成,在一號(hào)球形外框(I)、二號(hào)球形外框(14)、三號(hào)球形外框(3)、球形橫向加固件(5)上有互相對(duì)應(yīng)的陽插槽(16)和陰插槽(15), —號(hào)球形外框(I)和二號(hào)球形外框(14)縱向通過互相對(duì)應(yīng)的陽插槽(16)和陰插槽(15)連接，在一號(hào)球形外框(I)和二號(hào)球形外框(14)縱向之間通過條形加固件(2 )安裝有三號(hào)球形外框(3 ),球形橫向加固件(5 )橫向通過互相對(duì)應(yīng)的陽插槽(16)和陰插槽(15)與一號(hào)球形外框(I)、二號(hào)球形外框(14)、三號(hào)球形外框(3)連接； 十字機(jī)身:是由十字機(jī)身上插片(9)和十字機(jī)身下插片(8)組成，十字機(jī)身上插片(9)和十字機(jī)身下插片(8)通過十字機(jī)身上插片(9)上的下插槽(91)和十字機(jī)身下插片(8)上的上插槽(81)插接，在十字機(jī)身上插片(9)和十字機(jī)身下插片(8)上端均有伺服電機(jī)槽(17)； 一號(hào)球形外框(I)和二號(hào)球形外框(14)上均有向內(nèi)部延伸的支板(11),電機(jī)(13)安裝在支板(11)上，電機(jī)(13)上端的電機(jī)軸上安裝有螺旋槳(12)，電機(jī)(13)置于十字機(jī)身上端；十字機(jī)身上端的伺服電機(jī)槽(17)內(nèi)安裝有上伺服電機(jī)(10)，上舵面(4)安裝在上伺服電機(jī)(10 )上，十字機(jī)身下端安裝有下伺服電機(jī)(7 )，下舵面(6 )安裝在下伺服電機(jī)(7 )上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形飛行器，其特征在于:在三號(hào)球形外框(3)上安裝有支撐架(31)，支撐架(31)開有下舵面通過槽(32)。
【文檔編號(hào)】B64D27/24GK203567933SQ201320642644
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】周求湛, 車遙, 陳永志, 王寧, 馬彥 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)