[发明专利]一种陆空两栖球形无人机

说明书

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种球形无人机。一种陆空两栖球形无人机，包括：内部的旋翼式无人机以及外部的球形机架；球形机架包括：内环、外环以及保护环；内环与外环相互垂直交叉，嵌套构成一组平衡环架，两只保护环与外环粘接，相邻环与环之间的夹角为60°；旋翼式无人机通过支撑杆以及连接轴承安装在内环内部，旋翼式无人机位于球形机架的中心位置，旋翼式无人机的重心配置在球形机架的中心轴线上，且位于旋翼式无人机桨盘平面下方。本发明采用“1球+1环+1杆”的结构，结构上更加简单灵活，质量大大减轻，执行任务时可保证拍照和运动更加灵活。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种球形无人机。

背景技术

球形无人机是一种新型的无人驾驶飞行器，具有以任意姿态垂直起降、地面滚动行走、墙面攀爬、空中定点悬停和高机动飞行等功能，能够有效地抵抗外界不利环境、坠落和碰撞等的影响，因此，球形无人机不仅具有运动模式的多样性和灵活性，而且在工业、国防和农业等领域有着广泛的应用前景。

球形无人机因其具有独特的构型和灵活的运动模式，受到了国内外专家学者的关注。球形无人机的概念来源于2011年日本防卫省技术研究所先进技术推进中心的一项发明。该中心研制了一款黑色的球形无人机，可以在街巷里自由穿梭、定点悬停、垂直起飞和降落以及连续触地反弹。该飞机重量为350g，球壳直径为42cm，飞行时间约8分钟。

此后，佐治亚理工大学研制了一款名为“Hopping Rotochute”的球形无人机，通过驱动螺旋桨和改变桨盘倾斜度来实现空中全方位运动。2016年，瑞士无人机制造商Flyability在美国AUVSI Xponential无人机系统展上推出了Elios可碰撞无人机，其原型机Gimball球形无人机曾在Drones For Good大赛上夺得头筹。

与传统无人机不同，球形无人机具有以下特点和优势：(1)球形无人机外观呈球形，所有内部装置都置于球形保护壳中，可以防止碰撞或者滚动时对内部装置的破坏，并可实现任意姿态起飞和着陆；(2)球形无人机通过螺旋桨提供升力和滚动推力，具有飞行、滚动和攀爬多种运动模式；(3)球形无人机呈轴对称或者中心对称结构，内部结构紧凑，所占存放空间较小。目前，球形无人机的设计和研究还处在起步阶段。

发明内容

本发明的目的是：为扩展球形无人机的应用领域和工作范围，提供一种陆空两栖球形无人机，主要可用于特殊环境下的侦察、监视和检测。

本发明的技术方案是：一种陆空两栖球形无人机，它包括：内部的旋翼式无人机以及外部的球形机架；

球形机架包括：内环、外环以及保护环；内环与外环相互垂直交叉，嵌套构成一组平衡环架，内环与外环分别提供两个正交垂直方向的绕轴旋转；保护环的数量有两只，两只保护环与外环粘接，相邻环与环之间的夹角为60°；

旋翼式无人机通过支撑杆以及连接轴承安装在内环内部，旋翼式无人机位于球形机架的中心位置，旋翼式无人机的重心配置在球形机架的中心轴线上，且位于旋翼式无人机桨盘平面下方。

上述方案中的球形机架支撑起整个飞行器，并将内部的旋翼式无人机与外部环境相隔绝，一方面防止螺旋桨叶片伤害人类，另一方面避免碰撞在障碍物上时损坏无人机，实现对人类和无人机的双重保护。球形机架中的内环、外环组成平衡环架，可以保证飞行器任意姿态着陆后，无人机在重力的作用下自主调整姿态，从而保证以任意姿态再次起飞。为了实现球形无人机在重力作用下自主调整姿态，在安装和装配上述装置时，需要将无人机重心配置在中心轴线上，且重心位于桨盘平面的下方。此外，球形机架可以保证无人机在地面上全向滚动和墙面攀爬，通过搭载摄像机可用于侦察、监视和狭小空间检测。

本发明具有三种运动模式：空中自由飞行、地面滚动行走和墙面坡面攀爬。