一种复合结构球平衡飞行器

本发明属于飞行器，尤其涉及一种复合结构球平衡飞行器。

背景技术：

1、近年来，小型飞行器得到飞速发展，飞行器的小型化在军事领域使飞行器能适应战场每个角落，同时机动灵活不易被地方发现，而在民用领域也会方便广大使用者，并且适应多种勘探、搜救工作。小型共轴双旋翼无人飞行器类似于共轴双旋翼直升机，是一种以旋翼力为主要升力部件的旋翼类飞行器，这种旋翼类的飞行器相较于其他种类的飞行器具有很明显的优势，即小型共轴双旋翼无人飞行器有着垂直起降、定点悬停及狭隘空间避障飞行的特点。这种飞行能力使其无需起降跑道，就能够适应多种民用及军用任务，如在极地、高原、山区、城市建筑群复杂地形环境中的搜救、救援及监视的任务。

2、目前的共轴双桨飞行器具备较为完善的飞行性能，拥有垂直起降、悬停和低空飞行的功能。这些飞行器的遥控飞行功能较为完善，但不具备多栖能力，对于狭窄且高度较低不易飞行的地形难以通过，不能完成上述情况下的飞行任务。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供一种复合结构球平衡飞行器。

2、一种复合结构球平衡飞行器，包括顶部的旋翼系统装置，动力及传动系统装置设置在旋翼系统装置底部，飞行控制系统装置通过框架结构固定在动力及传动系统装置上，陆地行驶系统设置在框架结构底部；

3、所述框架结构包括中心轴和多个负载板，中心轴上同轴连接有内倾斜盘和外倾斜盘，外倾斜盘侧面通过销钉转轴对称连接在两个支撑柱上端，外倾斜盘可绕转轴转动；内倾斜盘侧面通过销钉转轴连接在外倾斜盘的内面，内倾斜盘可绕转轴转动；外倾斜盘的转轴与内倾斜盘的转轴垂直布置；支撑柱底部依次同轴布置有多个负载板；旋翼系统装置通过紧固连接的方式与内倾斜盘相连；

4、负载板的外部包裹有飞行器保护罩，飞行器保护罩内部底端设置有滚动支撑机构，陆地行驶系统的球型轮设置在滚动支撑机构上，位于负载板下方。

5、所述负载板包括三块，自上而下分别为第一负载板、第二负载板和第三负载板，三块负载板的中心均在中心轴的轴心上；支撑柱通过紧固连接的方式与第一负载板相连，第一负载板、第二负载板、第三负载板通过销钉相连接；所述支撑柱的底部通过螺栓连接在第一负载板的上表面，两个支撑柱相对于第一负载板中心对称布置。

6、所述飞行器保护罩为可拆卸保护罩。

7、所述滚动支撑机构包括支撑轴、滚轴和轴承，轴承通过孔洞连接，每两个对称为一组，共两组，每组夹角为90度，固定在飞行器保护罩的下端；支撑轴与轴承内圈固定，可随轴承转动；滚轴内环与支撑轴相切，固定在支撑轴上，可随支撑轴一同转动。

8、所述旋翼系统装置包括双电机，双电机设置在所述中心轴上，位于内倾斜盘上方；双电机顶部连接有同轴双旋翼，即包括水平设置的上旋翼组件和水平设置的下旋翼，两组旋翼组件转轴同心，构成共轴双旋翼飞行器；所述双电机的下机与下旋翼相连，上电机与上旋翼相连，采用双电机差速操纵；桨叶通过柔性垫片和螺钉固定在卡座上，共四片；卡座通过轴承固定在双电机的输出轴上；翼毂固定在中心轴上；所述双电机输出轴连接的齿轮与双电机布置在两侧，保证重心在中心轴中心。

9、所述动力及传动系统装置包括两组彼此垂直布置的舵机，固定在第一负载板下表面，舵机通过舵机支座固定；所述内倾斜盘侧面转动连接有内倾斜盘传动杆，外倾斜盘侧面转动连接有外倾斜盘传动杆，内倾斜盘传动杆、外倾斜盘传动杆另一端分别通过扭力臂与两个舵机连接；第一负载板上表面通过胶接固定有电调；所述第二负载板为电路控制集成板即pcb板，上表面固定有缓震器及飞行控制系统装置的px4飞控板；所述第三负载板为电路控制集成板即pcb板，电池通过胶接固定在第三负载板上；第三负载板上设置有飞行控制系统装置的stm32f7芯片控制器、加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计集成器件；px4飞控板通过数据传输线与电调和pcb板连接，实现控制信号的传输和姿态位置信息的获取，px4飞控板与遥控器无线连接；第三负载板下表面通过螺栓连接有多个电机支撑架，所述电机支撑架按45°倾斜固定。

10、所述陆地行驶系统装置还包括电机，电机通过螺栓固定在电机支撑架中；电机的输出端连接有全向轮，三个全向轮以120度的间隔固定，构成全向轮支撑结构；所述球型轮布置在全向轮支撑结构与滚动支撑机构之间。

11、本发明的有益效果是：

12、1、相比现有飞行器，本申请结构得到简化，只改变上旋翼的横、纵向周期变距来控制飞行器的前飞和侧飞；而机体航向的操控通过上、下旋翼差速来实现，简化了操纵机构设计、降低了机身结构的复杂度。

13、2、具备垂直起降、悬停、定点巡航能力。

14、3、下部采用球平衡机构设计，创造了一款空-地两栖无人驾驶智能小型多用途飞行器，实现陆地行驶及越障功能，与地面单点接触，运动非常灵活，转弯半径几乎为零，机身四周设计圆形机身罩更好保护机身内部配件。

15、本发明稳定性好、便于携带、径向尺寸较小、可带部分载荷，具备陆地全向行驶及飞行功能，可以实现狭小空间的飞行及陆地行驶任务。

技术特征：

1.一种复合结构球平衡飞行器，其特征在于：包括顶部的旋翼系统装置，动力及传动系统装置设置在旋翼系统装置底部，飞行控制系统装置通过框架结构固定在动力及传动系统装置上，陆地行驶系统设置在框架结构底部；

2.根据权利要求1所述的一种复合结构球平衡飞行器，其特征在于：所述负载板包括三块，自上而下分别为第一负载板、第二负载板和第三负载板，三块负载板的中心均在中心轴的轴心上；支撑柱通过紧固连接的方式与第一负载板相连，第一负载板、第二负载板、第三负载板通过销钉相连接；所述支撑柱的底部通过螺栓连接在第一负载板的上表面，两个支撑柱相对于第一负载板中心对称布置。

3.根据权利要求1所述的一种复合结构球平衡飞行器，其特征在于：所述飞行器保护罩为可拆卸保护罩。

4.根据权利要求1所述的一种复合结构球平衡飞行器，其特征在于：所述滚动支撑机构包括支撑轴、滚轴和轴承，轴承通过孔洞连接，每两个对称为一组，共两组，每组夹角为90度，固定在飞行器保护罩的下端；支撑轴与轴承内圈固定，可随轴承转动；滚轴内环与支撑轴相切，固定在支撑轴上，可随支撑轴一同转动。

5.根据权利要求1所述的一种复合结构球平衡飞行器，其特征在于：所述旋翼系统装置包括双电机，双电机设置在所述中心轴上，位于内倾斜盘上方；双电机顶部连接有同轴双旋翼，即包括水平设置的上旋翼组件和水平设置的下旋翼，两组旋翼组件转轴同心，构成共轴双旋翼飞行器；所述双电机的下机与下旋翼相连，上电机与上旋翼相连，采用双电机差速操纵；桨叶通过柔性垫片和螺钉固定在卡座上，共四片；卡座通过轴承固定在双电机的输出轴上；翼毂固定在中心轴上；所述双电机输出轴连接的齿轮与双电机布置在两侧，保证重心在中心轴中心。

6.根据权利要求2-5任一项所述的一种复合结构球平衡飞行器，其特征在于：所述动力及传动系统装置包括两组彼此垂直布置的舵机，固定在第一负载板下表面，舵机通过舵机支座固定；所述内倾斜盘侧面转动连接有内倾斜盘传动杆，外倾斜盘侧面转动连接有外倾斜盘传动杆，内倾斜盘传动杆、外倾斜盘传动杆另一端分别通过扭力臂与两个舵机连接；第一负载板上表面通过胶接固定有电调；所述第二负载板为电路控制集成板即pcb板，上表面固定有缓震器及飞行控制系统装置的px4飞控板；所述第三负载板为电路控制集成板即pcb板，电池通过胶接固定在第三负载板上；第三负载板上设置有飞行控制系统装置的stm32f7芯片控制器、加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计集成器件；px4飞控板通过数据传输线与电调和pcb板连接，实现控制信号的传输和姿态位置信息的获取，px4飞控板与遥控器无线连接；第三负载板下表面通过螺栓连接有多个电机支撑架，所述电机支撑架按45°倾斜固定。

7.根据权利要求6所述的一种复合结构球平衡飞行器，其特征在于：所述陆地行驶系统装置还包括电机，电机通过螺栓固定在电机支撑架中；电机的输出端连接有全向轮，三个全向轮以120度的间隔固定，构成全向轮支撑结构；所述球型轮布置在全向轮支撑结构与滚动支撑机构之间。

技术总结
本发明涉及一种复合结构球平衡飞行器，属于飞行器技术领域，包括顶部的旋翼系统装置，动力及传动系统装置设置在旋翼系统装置底部，飞行控制系统装置通过框架结构固定在动力及传动系统装置上，陆地行驶系统设置在框架结构底部；框架结构包括中心轴和多个负载板，中心轴上同轴连接有内倾斜盘和外倾斜盘，外倾斜盘、内倾斜盘可分别绕互相垂直的转轴转动；负载板的外部包裹有飞行器保护罩，飞行器保护罩内部底端设置有滚动支撑机构，陆地行驶系统的球型轮设置在滚动支撑机构上，位于负载板下方。本发明稳定性好、便于携带、径向尺寸较小、可带部分载荷，具备陆地全向行驶及飞行功能，可以实现狭小空间的飞行及陆地行驶任务。

技术研发人员：姬书得,岳玉梅,刘震磊,王涵玉,王宝广,胡为,龚鹏,任赵旭,王留芳
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16