一种自我避障定点寻迹球形飞行器 |
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| 申请号 | CN201610563100.4 | 申请日 | 2016-07-18 | 公开(公告)号 | CN106005406A | 公开(公告)日 | 2016-10-12 |
| 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; | ||||
| 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、重量轻，体积小，机械结构简单，有较好的灵活性和适应性可远程控制，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 | 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上的红外线传感器输入，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。 |
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| 说明书全文 | 一种自我避障定点寻迹球形飞行器技术领域[0001] 本发明涉及一种球形飞行器。 背景技术[0002] 球形机器人是球状的移动机器人，能在泥、沙、雪甚至水中行动，也可在有毒气体泄露、辐射、生物危害环境下活动，适合危险环境探测、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。 [0003] 在微小型飞行器的研究方面，目前位于欧美洲的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对平坦，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[0004] 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。 [0005] 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。 [0006] 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平板。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上的红外线传感器输入，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。 [0007] 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持重心的稳定，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。 [0008] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：运转灵活无死点，重量轻，体积小，机械结构简单，有较好的灵活性和适应性可远程控制，具备自动避障功能，且预留有扩展接口，后期可扩展微型摄像头、WIFI模块，使之有更广阔的应用空间，可广泛应用于地质勘测、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巡检，实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 [0009] 图1为球形飞行器的主视图。 [0010] 图2为球形飞行器的俯视图。 [0011] 图3为球壳内部的主视图。 [0012] 图4为球形骨架外壳主视图。 [0013] 图5为图1中1-A的局部放大图。 [0014] 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[0015] 在图1、图2、图3、图4和图5所示的本发明的示意简图中，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平板。在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上的红外线传感器输入，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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