[发明专利]一种具有滚动功能的多旋翼飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器和航模领域，特别是一种具有滚动功能的多旋翼飞行器。

背景技术

具有垂直起降和悬停等功能的多旋翼飞行器，不但在军事领域发挥着重要的作用，在灾害现场救助，危险环境探查、交通监视、电力巡航以及空中拍摄等多个领域也展示出巨大应用潜力，备受关注。

目前的多旋翼飞行器主要有四旋翼、六旋翼、八旋翼、十二旋翼等结构形式，比如Xaircraft、德国Microdrone公司、加拿大Dranganflyer公司的多旋翼飞行器等，其特点是通过控制多个旋翼的转速大小改变旋翼升力和转矩大小，实现飞行器姿态和运动的改变，从结构上来看，其旋转中心均在同一平面上，存在的共性问题是：飞行器自身是一个运动耦合系统，飞行中的运动方向和姿态耦合，制约着飞行器灵活性和操纵性的提高。因此，研制出一种具有高度灵活性和操纵性的新型结构飞行器势在必行。

发明内容

针对上述问题，为解决现有技术的多旋翼飞行器的灵活性和操纵性较差的问题，本发明提供了一种具有滚动功能的多旋翼飞行器。

为了解决上述技术问题，本发明的具有滚动功能的多旋翼飞行器具体如下：

一种具有滚动功能的多旋翼飞行器，包括：

所处平面相互正交，互相交叉的连在一起半径相等的三个圆环；任意两个所述圆环在相互交叉的位置分别设有一个连接节点；

球形的机体，设置在三个所述圆环中心的位置；

连接臂，分别设置在每个所述连接节点与所述机体之间；

六个所述连接臂分别处于三条相互垂直的直线上；一条直线方向上的两个所述连接臂，在相对三个所述圆环中心的对称位置上分别设有一个动力单元；

所述机体的内部设有为多个所述动力单元提供动力的能量源，以及控制多个所述动力单元的飞行控制系统。

上述技术方案中，所述机体的底部还设有起到平衡作用的载荷。

上述技术方案中，所述动力单元设置在所述连接臂的中间位置。

上述技术方案中，同一直线方向的两个所述连接臂上的所述动力单元的旋转轴线相互平行；不同直线方向的所述连接臂上的所述动力单元的旋转轴线相互垂直。

上述技术方案中，所述连接节点包括：配合压紧的上压件和下压件。

上述技术方案中，所述动力单元包括：永磁无刷直流电机、电机座、支座、驱动器和旋翼；

所述永磁无刷直流电机固定于电机座上，其上端同轴安装旋翼，下端安装驱动器；所述电机座固定在所述支座上；所述支座为空心圆柱体。

上述技术方案中，所述动力单元的旋翼叶片为双头反向对称翼型或双头反向非对称翼型。

上述技术方案中，所述连接臂通过内接件、外接件与所述机体配合连接；

所述内接件外表面为球形，与机体内表面曲率半径相同；所述外接件外表面为球形，与所述机体外表面曲率半径相同。

上述技术方案中，所述内接件、所述外接件和所述机体，均设有多个用来走线和机械连接的通孔。

上述技术方案中，所述连接臂为可安装导线的中空结构。

本发明的具有滚动功能的多旋翼飞行器，具有如下有益效果：

通过六个动力单元根据所描述的规则安装结构坐标系进行空间布局，可使飞行器在空间任意方向均具有力和力矩的矢量，避免了传统多旋翼飞行器沿某一方向没有力和力矩矢量的问题，从而使得飞行器可以在任意方向任意姿态下保持平衡或飞行，配合连接臂端部的三个圆环，还可以沿地面滚动前进或越过障碍物，因此该飞行器具有极高的灵活性。

由于六个动力单元中每两个旋转轴线分别与x轴，y轴，z轴平行，所以六个动力单元中每两个动力单元的升力和力矩矢量与其他两对动力单元的升力矢量和力矩矢量正交，因此在保持相同动力单元情况下，该组合动力单元在任意方向上所需的升力和力矩最小，可有效节约飞行器的能量，提高飞行器的飞行效率。

由于飞行器六个动力单元中每两个动力单元的升力矢量和力矩矢量与其他两对动力单元的升力矢量和力矩矢量正交，因此飞行器在机体坐标系XYZ三轴上均有力和力矩的分量，有效地增加了飞行器操纵性和稳定性。

由于飞行器六个动力单元中每两个动力单元的升力和力矩矢量与其他两对动力单元的升力和力矩矢量正交，使得飞行器的运动方向和姿态完全解耦，有效地降低了飞行控制系统难度，提高了控制系统可靠性。

当飞行器某个或某些动力单元出现故障时，只要保证飞行器升力方向相同的两个动力单元或三个升力矢量正交的动力单元正常工作，该飞行器即可安全着陆，因此，该飞行器具有较强的容错能力和安全性。