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一种自我避障定点寻迹球形飞行器.pdf

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一种 自我 定点 球形 飞行器
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摘要
申请专利号:

CN201610563100.4

申请日:

2016.07.18

公开号:

CN106005406A

公开日:

2016.10.12

当前法律状态:

撤回

?#34892;?#24615;:

无权

法?#19978;?#24773;: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):B64C 39/00申请公布日:20161012|||实质审查的生效IPC(主分类):B64C 39/00申请日:20160718|||公开
IPC分类号: B64C39/00; G05D1/10 主分类号: B64C39/00
申请人: 燕山大学
发明人: 解明利; 宋忠义; 陈镇喜; 李泽运; 林实秋
地址: 066004 河北省秦?#23454;?#24066;海港区河北大街西段438号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 秦?#23454;?#19968;诚知识产权事务所(普通合伙) 13116 代理人: 崔凤英
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法律状态
申请(专利)号:

CN201610563100.4

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2018.08.28|||2016.11.09|||2016.10.12

法律状态类型:

发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

摘要

一种自我避障定点寻迹球形飞行器,主要包括主要包括球形骨架外壳、陀螺稳定系统外圈、陀螺稳定系统内圈、电机支撑架A、桨叶A、桨叶紧钉旋钮、无刷电机A、内六角螺栓A、云台座、电机支撑架B、无刷电机B、桨叶B、控制系统单片机、红外线传感器、平台、无刷电机C、桨叶C、电机支撑架C、无刷电机D、桨叶D、电机支撑架D、内六角螺栓B、内六角螺栓C、电池、三通接头、碳纤维管、销A和销B。本发明运转灵活无死点、重?#22771;幔?#20307;积小,机械结构简单,有较好的灵活性和?#35270;?#24615;?#31245;?#31243;控制,具备自动避障功能,预留有扩展接口,后期可扩展微型摄像头、WIFI模块。

权利要求书

1.一种自我避障定点寻迹球形飞行器,主要包括球形骨架外壳、陀螺稳定系统外
圈、陀螺稳定系统内圈、电机支撑架A、桨叶A、桨叶紧钉旋钮、无刷电机A、
内六角螺栓A、云台座、电机支撑架B、无刷电机B、桨叶B、控制系统单片机、
红外线传感器、平台、无刷电机C、桨叶C、电机支撑架C、无刷电机D、桨叶
D、电机支撑架D、内六角螺栓B、内六角螺栓C、电池、三通接头、碳纤维管、
销A和销B,其特征在于:在球形骨架外壳上设有红外线传感器,在球形骨架
内部设有陀螺稳定系统外圈,陀螺稳定系统外圈的外侧与球形骨架外壳通过一
对销A活动连接,在陀螺稳定系统外圈的内部设有陀螺稳定系统内圈,陀螺稳
定系统内圈的外侧与陀螺稳定系统外圈的内侧通过一对销B活动连接,销A与
销B在空间上相互垂直,在球形骨架外壳的内部设有平台,在平台的上部设有
控制系统单片机和电池,球形飞行器的控制系统及避障系统均集成在控制系统
单片机上,控制系统单片机的信号输入端与遥控器无线相连,运动信号由遥控
器输入,障碍信号由置于球形骨架外壳?#31995;?#32418;外线传感器输入,红外线传感器
与控制系统单片机输入端口相连,在平台的底部分别通过六角螺栓A和六角螺
栓C,活动连接四个电机支撑架和云台座,四个电机支撑架均匀分布在平台的底
部,四个电机支撑架的另一端分别与陀螺稳定系统的内圈相连,在电机支撑架A、
电机支撑架B、电机支撑架C和电机支撑架D上部分别通过六角螺栓B对应连
接无刷电机A、无刷电机B、无刷电机C和无刷电机D,无刷电机A、无刷电
机B、无刷电机C和无刷电机D通过电子调速器与控制系统单片机相连,无刷
电机A、无刷电机B、无刷电机C和无刷电机D的输出端分别通过桨叶紧钉旋
钮与桨叶A、桨叶B、桨叶C和桨叶D相连。
2.根据权利要求1所述的一种自我避障定点寻迹球形飞行器,其特征在于:球
形骨架外壳由碳纤维管组成的球形网状结构,球形网状结构由三通管接头和碳
纤维管组成的小单元体拼接而成,小单元体的外形为三脚架形,且空间呈120
度、120度和108度。
3.根据权利要求1所述的一种自我避障定点寻迹球形飞行器,其特征在于:陀
螺稳定系统外圈为圆环形,陀螺稳定系统内圈为圆环形。
4.根据权利要求1所述的一种自我避障定点寻迹球形飞行器,其特征在于:平
台为正八边形或圆形的水平?#26728;濉?br />

说明书

一种自我避障定点寻迹球形飞行器

技术领域

本发明涉及一种球形飞行器。

背景技术

球形机器人是球状的移动机器人,能在泥、沙、雪甚至水?#34892;?#21160;,也可在
有毒气体泄露、辐射、生物危害环境下活动,适合危险环?#31243;?#27979;、太空开发、
消防救灾、军事活动、科学考察、家庭服务和休闲娱乐等领域。

在微小型飞行器的研究方面,?#22771;?#20301;于欧?#20048;?#30340;发达国家处于全球领先地
位,成功研制了固定翼式、旋翼式和扑翼式各类微小型飞行器,我国的一些高
校和研究所也展幵了相关研究,并制作出了一些相关的样机。纵观国内外的无
人飞行器的结构,大部分为腿式支撑螺旋桨或者旋翼旳安装平面和支撑腿与地
面的接触点所在的平面平行。它的不足之处:对飞行器的垂直起飞升空需求的
环境造成了一定的限制,即起飞地面必须要相?#20113;?#22374;,才能保证螺旋桨或者旋
翼的翼面能相对保持水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有能在失稳后获得最大的稳定性,可以实现全
向滚动,能够更加灵活转弯的自我避障定点寻迹球形飞行器。

本发明主要包括球形骨架外壳、陀螺稳定系统外圈、陀螺稳定系统内圈、
电机支撑架A、桨叶A、桨叶紧钉旋钮、无刷电机A、内六角螺栓A、云台座、
电机支撑架B、无刷电机B、桨叶B、控制系统单片机、红外线传感器、平台、
无刷电机C、桨叶C、电机支撑架C、无刷电机D、桨叶D、电机支撑架D、内
六角螺栓B、内六角螺栓C、电池、三通接头、碳纤维管、销A和销B。

其中,球形骨架外壳由碳纤维管组成的球形网状结构,球形网状结构由若
干三通管接头和碳纤维管组成的小单元体拼接而成,小单元体的外形为三脚架
形,且空间呈120度、120度和108度。在球形骨架外壳上设有红外线传感器。
在球形骨架内部设有陀螺稳定系统外圈,陀螺稳定系统外圈为圆环形,陀螺稳
定系统外圈的外侧与球形骨架外壳通过一对销A活动连接。在陀螺稳定系统外
圈的内部设有陀螺稳定系统内圈,陀螺稳定系统内圈为圆环形,陀螺稳定系统
内圈的外侧与陀螺稳定系统外圈的内侧通过一对销B活动连接,销A与销B在
空间上相互垂直。在球形骨架外壳的内部设有平台,平台为正八边形或圆形的
水平?#26728;濉?#22312;平台的上部设有控制系统单片机和电池,球形飞行器的控制系统
及避障系统均集成在控制系统单片机上。控制系统单片机的信号输入端与遥控
器无线相连,运动信号由遥控器输入,障碍信号由置于球形骨架外壳?#31995;?#32418;外
线传感器输入,红外线传感器与控制系统单片机输入端口相连。在平台的底部
分别通过六角螺栓A和六角螺栓C,活动连接四个电机支撑架和云台座,四个
电机支撑架均匀分布在平台的底部。四个电机支撑架的另一端分别与陀螺稳定
系统的内圈相连。在电机支撑架A、电机支撑架B、电机支撑架C和电机支撑
架D上部分别通过六角螺栓B对应连接无刷电机A、无刷电机B、无刷电机C
和无刷电机D。无刷电机A、无刷电机B、无刷电机C和无刷电机D通过电子
调速器与控制系统单片机相连。无刷电机A、无刷电机B、无刷电机C和无刷
电机D的输出端分别通过桨叶紧钉旋钮与桨叶A、桨叶B、桨叶C和桨叶D相
连。

本发明在使用时,无刷电机由单片机进行控制,四个无刷电机分别带动飞
行器桨叶旋转,通过单片机的程序控制四个电机的输出关系控制飞行器的运动。
在飞行过程中,红外线感应器感测前方路况,采集到障碍物信号,驱动单片机
进行运算使四个电机产生相应的速度信号,速度合成后使球形机器人绕过障碍
物,实现对障碍的躲避。该机器人的内部采用配重来保?#31181;?#24515;的稳定,采用陀
螺稳定系统支撑外壳空间结构,也有保持运动平衡的作用。

与现有技术相比,本发明具有如下优点:运转灵活无死点,重?#22771;幔?#20307;积
小,机械结构简单,有较好的灵活性和?#35270;?#24615;?#31245;?#31243;控制,具备自动避障功能,
?#20197;?#30041;有扩展接口,后期可扩展微型摄像头、WIFI模块,使之有更广阔的应用
空间,可广?#27827;?#29992;于地质勘测、家庭服务、医疗卫生等诸多领域。例如:实现办
大楼无死角智能远程巡楼,实现高压输电线的空中?#24067;歟?#23454;现地面机器人或地
面智能小车无法到达的危险环境的探测工作等,可以极大的节省人力成本和保证
人们的生命安全,是一种具有广阔应用前景的无人飞行器。

附图说明

图1为球形飞行器的主视图。

图2为球形飞行器的俯视图。

图3为球壳内部的主视图。

图4为球形骨架外壳主视图。

图5为图1中1-A的局部放大图。

附图标号:1-球形骨架外壳、2-陀螺稳定系统外圈、3-陀螺稳定系统内圈、4-电
机支撑架A、5-桨叶A、6-桨叶紧钉旋钮、7-无刷电机A、8-内六角螺栓A、9-
云台座、10-电机支撑架B、11-无刷电机B、12-桨叶B、13-控制系统单片机、
14-红外线传感器、15-平台、16-无刷电机C、17-桨叶C、18-电机支撑架C、19-
无刷电机D、20-桨叶D、21-电机支撑架D、22-内六角螺栓B、23-内六角螺栓
C、24-电池、25-三通接头、26-碳纤维管、27-销A、28-销B。

具体实施方式

在图1、图2、图3、图4和图5所?#38236;?#26412;发明的示意简图中,球形骨架外
壳1由碳纤维管组成的球形网状结构,球形网状结构由若干三通管接头25和碳
纤维管26组成的小单元体拼接而成,小单元体的外形为三脚架形,且空间呈120
度、120度和108度。在球形骨架外壳上设有红外线传感器14。在球形骨架内
部设有陀螺稳定系统外圈2,陀螺稳定系统外圈为圆环形,陀螺稳定系统外圈的
外侧与球形骨架外壳通过一对销A27活动连接。在陀螺稳定系统外圈的内部设
有陀螺稳定系统内圈3,陀螺稳定系统内圈为圆环形,陀螺稳定系统内圈的外侧
与陀螺稳定系统外圈的内侧通过一对销B28活动连接,销A与销B在空间上相
互垂直。在球形骨架外壳的内部设有平台15,平台为正八边形水平?#26728;濉?#22312;平
台的上部设有控制系统单片机13和电池24,球形飞行器的控制系统及避障系统
均集成在控制系统单片机上。控制系统单片机的信号输入端与遥控器无线相连,
运动信号由遥控器输入,障碍信号由置于球形骨架外壳?#31995;?#32418;外线传感器输入,
红外线传感器与控制系统单片机输入端口相连。在平台的底部分别通过六角螺
栓A8和六角螺栓C23,活动连接四个电机支撑架和云台座9,四个电机支撑架
均匀分布在平台的底部。四个电机支撑架的另一端分别与陀螺稳定系统的内圈
相连。在电机支撑架A、电机支撑架B、电机支撑架C和电机支撑架D上部分
别通过六角螺栓B22对应连接无刷电机A7、无刷电机B11、无刷电机C16和无
刷电机D19。无刷电机A、无刷电机B、无刷电机C和无刷电机D通过电子调
速器与控制系统单片机相连。无刷电机A、无刷电机B、无刷电机C和无刷电
机D的输出端分别通过桨叶紧钉旋钮6与桨叶A5、桨叶B12、桨叶C17和桨叶
D20相连。

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