CN106184733B - 一种三维飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器设计领域，具体地说是一种可在任意角度悬停的三维飞行器，包括机架(1)、三维环、驱动电机(9)、旋翼(7)及飞行控制组件，机架(1)上固定连接有沿周向分布的力臂(2)，力臂(2)之间安装有三维环，三维环底部安装有驱动电机(9)，驱动电机(9)的输出端连接电机丝杆(8)，电机丝杆(8)安装在三维环内，电机丝杆(8)上安装有旋翼(7)，旋翼(7)安装在三维环中心点处，机架(1)中心位置处安装有用于控制飞行的飞行控制组件；本发明同现有技术相比，结构新颖，设计合理，使飞行器无论处于哪种飞行状态都能稳定悬停，实现了现今所有旋翼飞行器都不能实现的任意角度悬停状态。

Description

一种三维飞行器

[技术领域]

本发明涉及飞行器设计领域，具体地说是一种可在任意角度悬停的三维飞行器。

[背景技术]

如今飞行器都只是类似结构，只是在水平面内增减电机。

三轴飞行器是能够稳定自身飞行且运用电机最少的可悬停飞行器，没有更多的冗余，可稳定的实行3个方向各相隔120度夹角的水平方向控制，对于竖直方向能够快速地达到位置，相比其他旋翼飞行器其飞行的稳定性较弱。

四轴飞行器的四个螺旋桨都是电机直连的简单机构，十字形的布局允许飞行器通过改变电机转速获得旋转机身的力，从而调整自身姿态。四轴飞行器如今是最受大众所关注的多旋翼飞行器，取决于本身的稳定性，结构稳定性，飞行灵活性。能够完成垂直、前后、俯仰、滚转、偏航运动。

六轴飞行器，八轴飞行器相比于四轴飞行器多了更多的冗余电机，增强了其稳定性以至于航拍功能能够更好地实现，相对地失去了灵活翻转等功能。

目前，可悬停飞行器都是在同一水平面上通过多个旋翼共同合作实现，只是添加或者减少冗余电机，没有任何一种旋翼飞行器能够保持一个固定角度而稳定下来，全机身侧向稳定，甚至于翻转过来以后还能够正常且稳定地飞行。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种三维飞行器，结构新颖，设计合理，使飞行器无论处于哪种飞行状态都能稳定悬停，实现了现今所有旋翼飞行器都不能实现的任意角度悬停状态。

为实现上述目的设计一种三维飞行器，包括机架1、三维环、驱动电机9、旋翼7及飞行控制组件，所述机架1上固定连接有沿周向分布的力臂2，所述力臂2之间安装有三维环，所述三维环底部安装有驱动电机9，所述驱动电机9的输出端连接电机丝杆8，所述电机丝杆8安装在三维环内，所述电机丝杆8上安装有旋翼7，所述旋翼7安装在三维环中心点处，所述机架1中心位置处安装有用于控制飞行的飞行控制组件。

所述三维环设置有至少三个，至少三个所述三维环沿机架1周向均匀分布。

所述三维环包括三维环外环5及三维环内环6，所述三维环内环6的任意一条直径上一端固定驱动电机9，另一端打孔固定微型轴承13，所述电机丝杆8伸入到顶端微型轴承13内部，设三维环内环6中心点为原点建立三维坐标系，以0°水平方向为x轴，90°水平方向为y轴，垂直方向为z轴，所述旋翼7固定在三维环内环6原点上，所述旋翼7沿x轴伸展，所述三维环内环6外壁的y轴方向上设有外孔一，所述三维环外环5内壁的x轴方向设有内孔一，所述三维环内环6外孔一与三维环外环5内孔一通过内环外环连接杆12可旋转式连接，所述三维环外环5外壁的y轴方向设有外孔二，所述力臂2端部设有力臂孔，所述外孔二与力臂孔通过力臂外环连接杆4连接。

所述三维环内环6内壁上设有内孔二，所述内孔二与电机丝杆8通过连接杆连接，所述驱动电机9通过电机固定架10安装在三维环内环6上。

所述外孔一、内孔一、外孔二、内孔二、力臂孔均为不贯穿孔。

所述外孔一深入三维环内环6环壁一半，所述内孔一深入三维环外环5环壁一半，所述外孔二深入三维环外环5环壁一半，所述内孔二深入三维环内环6环壁一半，所述力臂孔深入力臂2一半。

所述旋翼7通过限位环固定连接在电机丝杆8上，所述三维环内环6重心位于驱动电机9处。

所述机架1底端设置有凹孔，所述机架1底端的凹孔内安装有摄像头。

所述力臂2下端设有凹槽，所述力臂2下端凹槽处安装有电调。

所述机架1底部安装有弧形起落架装置。

本发明同现有技术相比，结构新颖，设计合理，通过设置有机架、三维环、驱动电机、旋翼、飞行控制组件等，其中三维环是由双环加上外连杆组成，环与连杆配合达成的特殊性使环能够自由旋转，并在三维环底部加装驱动电机，中间固定旋翼，由于整个三维环的重心位于驱动电机上，所以在飞行过程中旋翼永远平行于地面，三维环的配合使飞行器无论处于哪一种飞行状态都能稳定悬停，实现了现今所有旋翼飞行器都不能实现的任意角度悬停状态，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本发明中三维环的结构示意图；

图2是本发明中三维环的立体结构示意图；

图3是本发明的结构示意图一；

图4是本发明的结构示意图二；

图5是本发明的俯视结构示意图；

图6是本发明的飞行原理示意图；

图中：1、机架 2、力臂 3、飞行控制组件放置处 4、力臂外环连接杆 5、三维环外环6、三维环内环 7、旋翼 8、电机丝杆 9、驱动电机 10、电机固定架 11、摄像头安放位置处12、内环外环连接杆 13、微型轴承。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作以下进一步说明：

本发明提供了一种飞行器，能实现任意角度悬停状态，由于旋翼始终平行于地面，所以无论飞行器相对于地面处于什么角度，只要升力与飞行器重力平衡即可悬停。如附图所示，其结构主要包括：机架1、三维环、驱动电机9、旋翼7及飞行控制组件，机架1上固定连接有沿周向分布的力臂2，力臂2之间安装有三维环，以达到机架1自由旋转，三维环底部安装有驱动电机9，驱动电机9的输出端连接电机丝杆8，电机丝杆8安装在三维环内，电机丝杆8上安装有旋翼7，驱动电机9用以驱动电机丝杆8上的旋翼7，旋翼7安装在三维环中心点上，机架1中间空缺位置处安装有飞行控制组件，以控制整个飞行，飞行控制组件包括电池、主控、传感器、无线供电模块。

本发明中，三维环设置有至少三个，至少三个三维环沿机架周向均匀分布，三维环由至少两个环体构成，三维环为环体加上连杆组成。在此以其中四轴，三维环为双环组成为例。其中，三维环为双环(三维环外环5及三维环内环6)加上内环外环连接杆12组成，三维环内环6的任意一条直径上一端固定驱动电机9，另一端打孔固定高速微型轴承13，电机丝杆8伸入到顶端微型轴承13内部，设三维环内环6中心点为原点建立三维坐标系，以0°水平方向为x轴，90°水平方向为y轴，垂直方向为z轴，旋翼7固定在三维环内环6原点上，旋翼7沿x轴伸展，整个三维环的重心位于整个三维环下端，三维环内环6外壁的y轴方向上设有外孔一，三维环外环5内壁的x轴方向设有与外孔一相同大小的内孔一，三维环内环6外孔一与三维环外环5内孔一通过内环外环连接杆12可旋转式连接，三维环外环5外壁的y轴方向设有外孔二，力臂2端部设有力臂孔，外孔二与力臂孔通过力臂外环连接杆4连接，力臂以十字型分布，每一个三维环位于两力臂之间，三维环内环6内壁上设有内孔二，内孔二与电机丝杆8通过连接杆连接，驱动电机9通过电机固定架10安装在三维环内环6上；电调、电池、主控等位于机架中心，重心位于飞行器中心。

其中，外孔一、内孔一、外孔二、内孔二、力臂孔均为不贯穿孔，外孔一深入三维环内环6环壁一半，内孔一深入三维环外环5环壁一半，外孔二深入三维环外环5环壁一半，内孔二深入三维环内环6环壁一半，力臂孔深入力臂2一半，内环外环连接杆、力臂外环连接杆均足够光滑。三维环内环6无电机侧附加高速微型轴承减小摩擦，旋翼7通过限位环固定连接在电机丝杆8上，三维环内环6重心位于驱动电机9处；电机丝杆8与驱动电机9同位一体；机架1底端设置有凹孔，机架1底端的凹孔内安装有摄像头；力臂2下端设有凹槽，力臂2下端凹槽处安装有电调，供电以无线供电为主；机架1底部安装有弧形起落架装置。

如附图1所示，三维环内环中似正方形为驱动电机，大长方形为旋翼，小长方形为微型轴承，三维环内环与三维环外环之间为光滑的内环外环连接杆，通过内环外环连接杆使整体能够随意转动。

如附图3至附图5所示，简单说明了飞行器的主体结构。由于飞行器这种特殊的结构，飞行器能稳定在任意位置，在机体下端的摄像头能够扫到空间内所有地点，只用一个摄像头就能完成完美的观测并且不用考虑多摄像头之间的图像拼接问题。环与环之间的滑轴将不会特别灵敏，旋转时有一定的小阻力以至于减少很多不必要的影响飞行的麻烦，中间驱动电机的重量使螺旋翼永远平行于地面，而主机体的倾角相对于地面可以任意角度。如附图3所示，力臂位置镂空部分以减轻机身重量，机身中间部分安装电池、主控、传感器、无线供电模块等，通过调节达到整机重心位于机架中心点。如附图4所示，电调安装于力臂下端凹槽处。

如附图6所示，圆点为水平位置底部基点，曲线为旋翼，中心椭圆为机体，小箭头为旋翼动力，大箭头为运动方向，串螺旋翼的轴未标出。状态a是如同四轴飞行器的水平状态，当一个电机的功率加大，或者一个电机的功率加大对称电机的功率减小时，飞行器发生了俯仰运动，这时电机恢复初转速，飞行器会保持当前的形态稳定下来，由于整体上两正两反桨，使飞行器仍然不会因为扭矩而开始自旋，稳定地在一个相对于地面的倾斜角度，于是类推，无论飞行器横着、竖着、斜着，处于如何怪异的角度都能稳定下来，完全翻转也没有任何问题。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三维飞行器，其特征在于：包括机架(1)、三维环、驱动电机(9)、旋翼(7)及飞行控制组件，所述机架(1)上固定连接有沿周向分布的力臂(2)，所述力臂(2)之间安装有三维环，所述三维环底部安装有驱动电机(9)，所述驱动电机(9)的输出端连接电机丝杆(8)，所述电机丝杆(8)安装在三维环内，所述电机丝杆(8)上安装有旋翼(7)，所述旋翼(7)安装在三维环中心点处，所述机架(1)中心位置处安装有用于控制飞行的飞行控制组件，所述三维环包括三维环外环(5)及三维环内环(6)，所述三维环内环(6)的任意一条直径上一端固定驱动电机(9)，另一端打孔固定微型轴承(13)，所述电机丝杆(8)伸入到顶端微型轴承(13)内部，设三维环内环(6)中心点为原点建立三维坐标系，以0°水平方向为x轴，90°水平方向为y轴，垂直方向为z轴，所述旋翼(7)固定在三维环内环(6)原点上，所述旋翼(7)沿x轴伸展，所述三维环内环(6)外壁的y轴方向上设有外孔一，所述三维环外环(5)内壁的x轴方向设有内孔一，所述三维环内环(6)外孔一与三维环外环(5)内孔一通过内环外环连接杆(12)可旋转式连接，所述三维环外环(5)外壁的y轴方向设有外孔二，所述力臂(2)端部设有力臂孔，所述外孔二与力臂孔通过力臂外环连接杆(4)连接。

2.如权利要求1所述的三维飞行器，其特征在于：所述三维环设置有至少三个，至少三个所述三维环沿机架(1)周向均匀分布。

3.如权利要求2所述的三维飞行器，其特征在于：所述三维环内环(6)内壁上设有内孔二，所述内孔二与电机丝杆(8)通过连接杆连接，所述驱动电机(9)通过电机固定架(10)安装在三维环内环(6)上。

4.如权利要求3所述的三维飞行器，其特征在于：所述外孔一、内孔一、外孔二、内孔二、力臂孔均为不贯穿孔。

5.如权利要求4所述的三维飞行器，其特征在于：所述外孔一深入三维环内环(6)环壁一半，所述内孔一深入三维环外环(5)环壁一半，所述外孔二深入三维环外环(5)环壁一半，所述内孔二深入三维环内环(6)环壁一半，所述力臂孔深入力臂(2)一半。

6.如权利要求5所述的三维飞行器，其特征在于：所述旋翼(7)通过限位环固定连接在电机丝杆(8)上，所述三维环内环(6)重心位于驱动电机(9)处。

7.如权利要求6所述的三维飞行器，其特征在于：所述机架(1)底端设置有凹孔，所述机架(1)底端的凹孔内安装有摄像头。

8.如权利要求7所述的三维飞行器，其特征在于：所述力臂(2)下端设有凹槽，所述力臂(2)下端凹槽处安装有电调。

9.如权利要求8所述的三维飞行器，其特征在于：所述机架(1)底部安装有弧形起落架装置。