一种多用途无人机框架结构

1.本发明涉及无人机领域，特别涉及一种多用途的无人机框架。


背景技术：

2.随着航空航天技术的发展，人类对地外空间环境的探索不断深入。四旋翼无人机体积小、质量轻、结构简单、易于操作，可在复杂环境中执行任务，并且无人机视野广阔、速度快，可穿越复杂地形，适合进行空间大气环境探测，但其续航能力弱、载荷小、无法穿过丛林、洞穴等狭窄复杂的地面环境，并且其能量消耗远高于地面机器人。因此，改进四旋翼无人机结构，增加保护用外框同时利用这一外框为四旋翼无人机增加滚动功能。组合后无人机与外框之间采用轴承绕轴驱动的方式由于自由度的存在会对无人机单体飞行及对接产生十分大的困难，增加额外的约束机构又对机器人负载及控制复杂度及稳定性产生较大的麻烦。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供一种一体式的多用途无人机框架，该框架可保护内部结构，尤其是减少旋翼被破坏的风险，提高无人机抗碰撞能力。多用途框架结合滚动机器人的特点，设计包络外框为四旋翼无人机提供滚动功能，以提高无人机续航能力。
4.为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种多用途无人机框架结构，包括：底部的机臂主体，机臂主体上与圆柱形边框结构的一端连接，圆柱形边框结构的另一端连接有蛛网藻结构，所述蛛网藻结构包括多个同心设置的圆环，整个蛛网藻结构的横切面呈拱形，圆环之间通过辐射状的肋条连接。
5.作为优选的一种技术方案，所述机臂主体包括四个结构相同的机臂，四个机臂呈十字形排布，相互之间固定连接。
6.作为优选的一种技术方案，所述机臂主体的下方设置有电机固定云台，电机固定云台通过电机连接件与机臂主体连接。
7.作为优选的一种技术方案，所述四个机臂的连接处设置有固定无人机电池的矩形凹槽。
8.作为优选的一种技术方案，所述圆柱形边框结构包括两个同心设置的且直径相同的上边框圆环和下边框圆环，上边框圆环和下边框圆环之间设置有多根支撑杆，支撑杆的一端与下边框圆环垂直连接，另一端与上边框圆环垂直连接。
9.作为优选的一种技术方案，所述支撑杆上开设有多个矩形的减重通孔。
10.作为优选的一种技术方案，所述上边框圆环的侧边开设有多组通孔，每组通孔之间的夹角为60
°
，每组通孔包括三个通孔。
11.作为优选的一种技术方案，整个多用途无人机框架结构由3d打印聚酯树脂材料加工而成。
12.本发明相对于现有技术的有益效果是：该多用途无人机框架由侧边圆柱形边框结
构连接顶部蛛网藻结构与底部无人机机臂组合而成，整体通过3d打印一体成型。四旋翼机臂主体保障了无人机飞行功能，侧边圆环结构实现了四旋翼驱动的滚动，顶部蛛网藻结构辐射状肋条提供径向支撑，与环状结构的结合可逐级分散应力，以提高无人机抵抗碰撞的能力。
附图说明
13.图1为本发明的多用途无人机框架的整体结构示意图；图2为本发明的多用途无人机框架的无人机机臂主体示意图；图3为本发明的多用途无人机框架的圆柱形边框结构示意图；图4为本发明的多用途无人机框架的蛛网藻结构示意图。
具体实施方式
14.下面将结合本实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.如图1所示，本实施例提供一种多用途无人机框架，该无人机框架整体由底部的机臂主体100、圆柱形边框200及顶部蛛网藻结构300组成，圆柱形边框200将机臂主体100与蛛网藻结构300连接在一起形成一个封闭的空间，用于放置无人机。
16.应当理解的是，蛛网藻结构300的硅质壳外轮廓为圆形，可以完美镶嵌于圆柱形外框，其自壳体中心至边缘的辐射状肋骨头以及圆周上数圈的环向肋骨可以实现载荷的分割和分层传递，利于低速冲击过程中能量的耗散，并且蛛网藻在自然界中长期承受各种挤压和弯曲等各种载荷，适合作为支撑结构，利用蛛网藻略微凹陷的中心区域这一特点，通过控制最高点到质心的距离，即可减小旋翼翻转机器人所需的力矩。因此将蛛网藻仿生外框作为镂空的圆柱形外框的径向支撑可显著提高外框结构性能。
17.下面分别对机臂主体100、圆柱形边框200和顶部蛛网藻结构300进行介绍。
18.参照图2，图2 是机臂主体的结构图，机臂主体100包括四个结构相同的机臂1，四个机臂1呈十字形排布，相互之间固定连接。单根机臂1绕轴心旋转90
°
与相邻机臂1重合，通过机臂1顶端与外侧圆环相连，相邻机臂1之间倒圆角以防止应力集中。在机臂1上开设有螺栓固定孔2和螺栓固定孔4，螺栓固定孔2和螺栓固定孔4可安装连接件将两相同无人机框架进行连接然后进行滚动。机臂1上还开设有攻丝通孔3，攻丝通孔3可用于对接机构中电磁铁攻丝等。
19.另外，机臂1上还开设有电机连接件固定通孔5和电机连接件固定通孔6，用以固定电机固定云台。
20.在另外一些实施例中，机臂1上还开设有减重孔7和减重孔8，减重孔用以减少结构质量。
21.在另外一些实施例中，四个机臂1的连接处设置有固定无人机电池的矩形凹槽9。
22.在本实施方式中，参照图3，图3是圆柱形边框结构示意图，圆柱形边框200包括两个同心设置的且直径相同的上边框圆环12和下边框圆环10，主要用于无人机滚动，上边框
圆环12和下边框圆环10之间设置有多根支撑杆16，支撑杆16的一端与下边框圆环10垂直连接，另一端与上边框圆环12垂直连接。
23.在另外一些实施例中，在支撑杆16上开设有多个矩形的减重通孔13、14、15。
24.在另外一些实施例中，在上边框圆环12的侧边开设有多组通孔11，每组通孔11之间的夹角为60
°
，每组通孔11包括三个通孔，通孔11主要作用是若遭受剧烈撞击，可通过通孔11拉设绳锁结构增加结构强度并减小振动，也可对顶部蛛网藻结构进行承托。
25.在本实施方式中，如图4所示，图4是蛛网藻结构示意图，蛛网藻结构300包括多个大小不同且同心设置的同心圆环，圆环17下表面与圆环11上表面位于同一平面内。圆环19扫描线半径为圆环17扫描线直径的两倍。圆环18、圆环19、圆环20扫描线在顶部圆环12外圆一半径上的交点关系为圆环18、圆环20的交点位于以圆环19交点为圆心、2/3圆环17扫描线直径为半径的圆上。辐射状肋条结构21扫描截面为十字形结构或可看成两相交矩形，辐射状肋条21与顶部圆环12倒圆角以防止应力集中。
26.在将本发明的多用途无人机框架应用时，各零部件均位于框架内部，在无人机与周围环境发生碰撞或者跌落时外部框架可对内部零部件进行保护，通过顶部的蛛网藻结构逐级分散消耗应力，提高无人机整体的抵抗冲击的能力。
27.在本实施例中，螺栓固定用孔2和4直径为3.3mm。下边框圆环10和上边框圆环12的外径为380mm，内径为370mm，两者的高分别为9mm和5mm。下边框圆环10的下表面到上边框圆环12的上表面的垂直距离为104mm。圆环17内径60mm，外径65mm，为保证连接处强度，扫描完成后又将圆环外径扩展至68mm，使用中可适当更改该尺寸，但扫描线仍按扩展前为准。环状结构18、19、20矩形截面尺寸为4.2mm
×
4mm。辐射状肋条结构21十字形截面由4mm
×
4mm和6mm
×
3mm的矩形十字交叉而成，辐射状肋条结构21扫描线最高点至上边框圆环12上表面的距离为30mm。支撑杆16上的矩形通孔14尺寸为6mm
×
26mm，位于支撑杆16中间位置，矩形通孔14上下表面各延申5mm即为矩形通孔13和矩形通孔15的下表面与上表面，矩形通孔13和矩形通孔15的尺寸为6mm
×
22mm。机臂1矩形截面尺寸为15mm
×
9mm，矩形凹槽9尺寸为141mm
×
41mm，深度为2.5mm。攻丝通孔3和螺栓固定孔2至下边框圆环10外圆最近距离分别为37mm和13mm，直径分别为9mm和3.3mm，螺栓固定孔2另一侧沉孔尺寸为直径8.1mm、深度7mm。螺栓固定孔4与2尺寸相同且至通孔3距离相等。通孔5、6直径为3.5mm，轴心相距20mm，通孔4、5轴心相距为9mm。通孔7、8直径为9mm，轴心相距20mm。通孔6、7轴心相距为20mm。
28.通过采用上述技术方案，本发明的多用途无人机框架具有以下优点：(1)在本发明的多用途无人机框架中，四旋翼与滚动机器人结合起来，设计了一款可进行空中飞行侦察，也可进行滚动运动的陆空两栖机器人，框架提高了四旋翼无人机的续航能力和抵抗碰撞的能力，除了单体滚动，两相同结构还可进行组合，进一步提高了四旋翼无人机的探测和续航能力。
29.(2)蛛网藻镂空结构可充分逐级分散应力，提高了机器人抵抗冲击的能力。侧边上部圆环保留通孔，将通孔用绳索按照一定的方式进行连接，再将顶部蛛网藻结构中心圆环与之进行连接，可减小碰撞后整体结构的振动，进一步提高机器人的稳定性。
30.应当说明的是，上述实例中提到本发明的多用途无人机框架整体采用3d打印聚酯树脂材料加工而成，除此之外，该框架还可采用其他可质量轻、强度高的材料。对于所需的其他零部件可采用诸如尼龙等材料进行打印，但需在保证强度足够的情况下尽量减少负
载。
31.另外，本发明的多用途无人机框架侧边支撑的高度可进行调节，以满足尺寸需要，另外可增加侧边支撑的数量以提高强度和预防结构变形。
32.应当说明的是，本框架适合五寸桨叶以下尺寸的四旋翼无人机，对于小尺寸桨叶，为避免能量浪费，应按比例结构缩小尺寸，同样地，大尺寸桨叶增大结构尺寸。
33.应当说明的是，未标注通孔为非必须，可根据需要进行合理增删。
34.应当说明的是，本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种多用途无人机框架结构，其特征在于，包括：底部的机臂主体，机臂主体上与圆柱形边框结构的一端连接，圆柱形边框结构的另一端连接有蛛网藻结构，所述蛛网藻结构包括多个同心设置的圆环，整个蛛网藻结构的横切面呈拱形，圆环之间通过辐射状的肋条连接。2.根据权利要求1所述的多用途无人机框架结构，其特征在于：所述机臂主体包括四个结构相同的机臂，四个机臂呈十字形排布，相互之间固定连接。3.根据权利要求1或2所述的多用途无人机框架结构，其特征在于：所述机臂主体的下方设置有电机固定云台，电机固定云台通过电机连接件与机臂主体连接。4.根据权利要求2所述的多用途无人机框架结构，其特征在于：所述四个机臂的连接处设置有固定无人机电池的矩形凹槽。5.根据权利要求1所述的多用途无人机框架结构，其特征在于：所述圆柱形边框结构包括两个同心设置的且直径相同的上边框圆环和下边框圆环，上边框圆环和下边框圆环之间设置有多根支撑杆，支撑杆的一端与下边框圆环垂直连接，另一端与上边框圆环垂直连接。6.根据权利要求5所述的多用途无人机框架结构，其特征在于：所述支撑杆上开设有多个矩形的减重通孔。7.根据权利要求5所述的多用途无人机框架结构，其特征在于：所述上边框圆环的侧边开设有多组通孔，每组通孔之间的夹角为60
°
，每组通孔包括三个通孔。8.根据权利要求1所述的多用途无人机框架结构，其特征在于：整个多用途无人机框架结构由3d打印聚酯树脂材料加工而成。

技术总结
本发明公开了一种多用途无人机框架结构，包括：底部的机臂主体，机臂主体上与圆柱形边框结构的一端连接，圆柱形边框结构的另一端连接有蛛网藻结构，所述蛛网藻结构包括多个同心设置的圆环，整个蛛网藻结构的横切面呈拱形，圆环之间通过辐射状的肋条连接；该多用途无人机框架由侧边圆柱形边框结构连接顶部蛛网藻结构与底部无人机机臂组合而成，整体通过3D打印一体成型。四旋翼机臂主体保障了无人机飞行功能，侧边圆环结构实现了四旋翼驱动的滚动，顶部蛛网藻结构辐射状肋条提供径向支撑，与环状结构的结合可逐级分散应力，以提高无人机抵抗碰撞的能力。抗碰撞的能力。抗碰撞的能力。


技术研发人员：董洋洋 王彦超 张子建 夏泽群 张桐乐 张冉昊
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.02.08
技术公布日：2023/5/9