一种可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器

1.本发明属于飞行器结构设计领域，尤其涉及一种可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器。


背景技术：

2.随着无人机领域的不断发展，在许多领域已经可以看见无人机的广泛应用，有些领域的工作进行需要在一些比较特殊的环境中进行，比如狭小地域的探查等，例如现代的一些地质探索过程中，面对未知的地形，探索与采样行动往往存在一定的危险性，未知的地形往往会隐藏着一些令人猝不及防的危险地貌，可能会给勘测人员带来危险，同时如果所需勘探地域狭小，则勘探人员甚至无法入内或者携带相应工作的勘测工具，大大影响工作效率，这就需要使用到一定的无人机技术来代替人进行未知地域探测与勘探，绘制相关的观测图减少勘探员面临危险的可能性，保证其安全。
3.为了应对一些特殊的未知工作领域，各国在不断开发无人机的应用，当前无人机主要分为两类，一类是固定翼型，另一类是多旋翼型，也是当前民用行业比较广泛应用的一类飞行器。其中，固定翼型续航较好且勘测平地等类型效率较高，但固定翼由于升力来源的问题，不能做到长时间悬停，应而在一些领域不能达到所需标准，且固定翼通常需要较大翼面积来获得升力，在工作所需场地方面存在一定的限制条件，而多旋翼型虽然构型较小，可以适应多种工作环境，但是由于需要螺旋桨的反推为飞行器提供升力，因此平面构型的多旋翼飞行器通常情况下具有悬停角度限制，这大大限制了飞行器的工作范围。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，所述飞行器可以以任意角度悬停，并且通过使用飞行器搭载相应勘测工具完成勘测工作。
5.为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：一种可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，包括一个正四面体结构的框架，沿四面体框架的法向延伸出一个三边结构，所述三边结构的两侧边与中间边都形成120度夹角；所述中间边与四面体的一边平行；将每一个三边结构看作一个单元，总计有六个单元与四面体框架进行组合；每一个连接点均为固定结构，四面体的顶点处连接零件呈六向式固连；三边结构的连接零件与杆件固连，两个固连杆件呈120度；且四面体框架的每一个杆件与上述单元的平行杆件有一个电机固定支座零件进行连接，此零件采用杆件插入式进行固定；所述四面体框架的底面上固定有底板结构，用于固定电子设备。
6.以上所述结构中，所述正四面体结构框架由四个六向连接件和六根杆件连接，所述六向连接件用于固定六个杆件且相邻两个方向的角度应为60度，所述六向连接件连接三边结构的相邻的两个方向的夹角是119.2度；所述三边结构单元由两个夹角为120度的转接零件和三个杆件连接；中间的杆件两端通过转接零件与另外两个杆件连接，中间的杆件与四面体框架的杆件平行；
所述电机固定支座零件两端有两粗孔，可以将正四面体结构框架的一根杆件和三边结构单元中间位置的杆件插入此零件，从而固定两个杆件，并且在此零件上固定电机；所述底板结构由六片固定片和上下两块固定板组成，所述固定片一端有粗孔用于插入杆件，另一端的边缘处有卯榫结构可以与固定板相互固定，所述固定板其上有与固定片连接的卯榫，以及以减重为目的镂空形状，以及用于固定飞控和其他电子设备的孔位；所述飞行器整体由碳纤维管和打印件组成，相邻杆件用3d打印件进行连接和加固。
7.有益效果：本发明提供一种可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，该飞行器主体框架为正四面体，并且沿该四面体的边向外垂直延伸出六个结构单元，使整体呈中心对称，延伸出的结构单元用于固定电机，此时将螺旋桨安装于电机上（一般的小型航模用电机通过转子上的出轴和对应的螺母将螺旋桨紧固在电机上）产生的推力可以使飞行器以任意姿态在空中进行悬停，解决了普通多旋翼无人机无法任意角度悬停，能够满足在地形测绘等方面进行全方位观测的要求。
附图说明
8.图1为本发明实施例中具有任意姿态悬停的多旋翼飞行器的展结构示意图；图2为本发明实施例中具有任意姿态悬停的多旋翼飞行器的正向方向示意图；图3为本发明实施例中具有任意姿态悬停的多旋翼飞行器的正四面体结构框架示意图；图4为本发明实施例中具有任意姿态悬停的多旋翼飞行器的电机固定支座示意图；图5为本发明实施例中具有任意姿态悬停的多旋翼飞行器的三边结构单元其中两边的结构示意图；图6为本发明实施例中具有任意姿态悬停的多旋翼飞行器的底板结构示意图。
具体实施方式
9.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：如图1和图2所示，一种可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，包括一个正四面体结构的框架，沿四面体框架的法向延伸出一个三边结构，所述三边结构的两侧边与中间边都形成120度夹角；所述中间边与四面体的一边平行；将每一个三边结构看作一个单元，总计有六个单元与四面体框架进行组合；每一个连接点均为固定结构，四面体的顶点处连接零件呈六向式固连；三边结构的连接零件与杆件固连，两个固连杆件呈120度；且四面体框架的每一个杆件与上述单元的平行杆件有一个电机固定支座零件进行连接，此零件采用杆件插入式进行固定；所述四面体框架的底面上固定有底板结构，用于固定电子设备。
10.如图3所示，所述正四面体结构框架由四个六向连接件和六根杆件连接，所述六向连接件用于固定六个杆件且相邻两个方向的角度应为60度；所述六向连接件连接三边结构的相邻的两个方向的夹角是119.2度；如图5所示，所述三边结构单元由两个夹角为120度的转接零件和三个杆件连接；中间的杆件两端通过转接零件与另外两个杆件连接，中间的杆件与四面体框架的杆件平
行；如图5所示，所述电机固定支座零件两端有两粗孔，可以将正四面体结构框架的一根杆件和三边结构单元中间位置的杆件插入此零件，从而固定两个杆件，并且在此零件上固定电机；如图6所示，所述底板结构由六片固定片和上下两块固定板组成，所述固定片一端有粗孔用于插入杆件，另一端的边缘处有卯榫结构可以与固定板相互固定，所述固定板其上有与固定片连接的卯榫，以及以减重为目的镂空形状，以及用于固定飞控和其他电子设备的孔位。
11.工作时，各组件装配成如图1所示的飞行器框架，并将飞行控制器等电子设备安装于如图6的底板结构上，将电机安装于如图4的电机固定支座上，并将螺旋桨安装在电机上，并在调试飞行控制器后即可正常飞行。本发明中电机配合螺旋桨形成的推力源有六个，且每个推力源可以产生正反两个推力（此功能依托于可以实现电机反转的电子调速器），则可以产生十二个不同方向上的推力（同一时刻下可以产生六个不同方向的推力），所以不论飞行器的哪一个面朝下，飞行器上的电机配合螺旋桨可以产生至少三个方向的推力组成向下的合力以抵消重力（其他三个推力源产生的推力负责保持飞行器稳定）。
12.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，其特征在于，包括一个正四面体结构的框架，沿四面体框架的法向延伸出三边结构单元，共延伸出六个三边结构单元与四面体框架进行组合；所述三边结构单元的中间边与四面体的一边平行；所述三面结构单元的中间边和平行的四面体一边之间连接电机固定支座零件；所述四面体框架的底面上固定有底板结构。2.根据权利要求1所述的可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，其特征在于，所述正四面体结构框架由四个六向连接件和六根杆件连接，每个六向连接件的其中三个连接口用于固定六个杆件。3.根据权利要求2所述的可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，其特征在于，所述三个连接口中相邻两个方向的角度为60度。4.根据权利要求2或3所述的可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，其特征在于，所述六向连接件连接三边结构的相邻的两个方向的夹角是119.2度。5.根据权利要求1所述的可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，其特征在于，所述三边结构单元由两个转接零件和三个杆件连接；中间的杆件两端通过转接零件与另外两个杆件连接。6.根据权利要求5所述的可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，其特征在于，所述转接零件夹角为120度。7.根据权利要求1所述的可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，其特征在于，所述电机固定支座零件两端有两粗孔，用于插入正四面体结构框架的一根杆件和三边结构单元中间的杆件。8.根据权利要求1所述的可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，其特征在于，所述底板结构由六片固定片和上下两块固定板组成，所述固定片一端有粗孔用于插入杆件，另一端的边缘处有卯榫结构与固定板相互固定，所述固定板其上有与固定片连接的卯榫。9.根据权利要求8所述的可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，其特征在于，所述固定板上设置镂空形状。10.根据权利要求1所述的可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，其特征在于，所述飞行器整体由碳纤维管和打印件组成，相邻杆件用3d打印件进行连接和加固。

技术总结
本发明公开了一种可实现任意姿态悬停的多旋翼飞行器，属于飞行器结构设计领域，本发明飞行器整体由碳纤维管和打印件组成，相邻碳管用3D打印件进行连接和加固，以上顶点为基准点观察，中心部位为正四面体，沿四面体框架的法向延伸出三边结构单元，共延伸出六个三边结构单元与四面体框架进行组合，使整体呈中心对称，能够解决普通多旋翼无人机无法任意角度悬停的问题。停的问题。停的问题。


技术研发人员：黄阿鹏 马杨飞菲 丁嘉朗 钮超逸 李晨 孙加亮
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.01.10
技术公布日：2023/5/4