一种基于六杆张拉整体结构的无叶片抗冲击无人机

1.本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种基于六杆张拉整体结构的无叶片抗冲击无人机。


背景技术：

2.无人机是指具备一系列复杂电子系统的可以自主或半自主飞行的不载人飞行器。随着无人机技术的不断发展，该装置在航拍摄影、森林防火、农田施肥等领域得到了广泛应用。然而，对于普通无人机而言，在复杂环境中飞行具有极大的挑战；同时，因碰撞导致无人机坠毁与伤人事件频频发生。
3.经广泛调研发现，为了完成无人机在复杂环境中的飞行任务、避免因碰撞导致的无人机坠毁事件的发生，目前主要有两种改善方法。一种是在无人机上装备更多精密的传感器，使其能够自主探测并避开障碍物；但是，这种方法普遍存在着生产成本高、整体质量增加和续航时间减少等缺点。另一种是在无人机或者旋翼外侧加装机械冲击保护装置；但是，传统的刚性保护装置无法吸收碰撞冲击力，碰撞产生的冲击力仍然会沿着刚性结构传递到无人机机身，并导致其产生一定的损坏。
4.为了解决上述问题，申请号为202110489707.3的专利申请文件公开了一种“六杆张拉整体框架及抗冲击无人机”，该无人机将小型四旋翼安装在具有一定碰撞弹性的六杆张拉整体框架内部；该无人机实现了良好的抗冲击能力、可控的地面滚动以及摔落后再次起飞的功能。但是该专利涉及的技术存在以下缺点：第一，当无人机上方或下方受到较大冲击力的时候，六杆张拉整体框架的过度变形有可能导致弹性拉索与旋翼发生干涉致使无人机受损；第二，六杆张拉整体框架的间隙较大，体积小的障碍物有可能穿过该框架与无人机旋翼发生直接碰撞导致其坠毁；第三，该无人机仍然存在因飞控手的操作不当导致无人机伤人事件的发生。
5.因此，亟需设计一种新型抗冲击无人机，在具有抗冲击能力的同时，减少对无人机续航能力、生产和维护成本的影响，允许无人机能够在复杂环境中完成一定的飞行任务。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于六杆张拉整体结构的无叶片抗冲击无人机，该无人机利用六杆张拉整体结构的碰撞弹性实现了良好的抗冲击能力，同时将动力组件置于刚性空心压杆内部能够有效地避免螺旋桨与障碍物发生碰撞导致坠毁事件的发生；此外，该无人机能够通过对动力组件按一定顺序依次通电，实现在地面有序可控的滚动。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种基于六杆张拉整体结构的无叶片抗冲击无人机，通过将动力组件置于六杆张拉整体的刚性空心压杆内部，使得无人机具备高强度的抗冲击能力与地面有序可控的滚动能力；所述抗冲击无人机具有空间结构对称性，包括六杆张拉整体框架(1)和六个动力组件(2)；所述六杆张拉整体框架(1)包括两两相互平行的六根刚性空心压杆(11)和24根弹性拉
索(12)；所述三组刚性空心压杆(11)在空间处于两两相互垂直位置，且所述刚性空心压杆(11)两端均通过所述四根弹性拉索(12)与其最近的所述刚性空心压杆(11)端点相连接；所述动力组件(2)包括直流无刷电机(21)、螺旋桨(22)和涵道(23)；所述动力组件(2)位于所述刚性空心压杆(11)内部；
9.进一步地，所述六杆张拉整体框架(1)包括十二个节点，将在同一平面内的所述节点分为一组，共分成三组；所述三组节点形成的所述三个平面，在空间内两两相互垂直，且中心点重合。
10.进一步地，所述刚性空心压杆(11)包括下部刚性空心压杆(11-1a)、上部刚性空心压杆(11-1b)、唇口(11-1c)和接线口(11-1d)；所述下部刚性空心压杆(11-1a)与所述涵道(23)、所述上部刚性空心压杆(11-1b)与所述涵道(23)、所述上部刚性空心压杆(11-1b)与所述唇口(11-1c)、所述涵道(23)与所述直流无刷电机(21)均通过过盈配合固定连接；所述直流无刷电机(21)与所述螺旋桨(22)通过螺纹固定连接。
11.进一步地，所述抗冲击无人机的飞行原理为：每组相互平行的所述刚性空心压杆(11-1与11-2，11-3与11-4，11-5与11-6)中的所述动力组件(2)转向相反，以消除螺旋桨反扭矩。位于所述刚性空心压杆(11-1与11-2)内部的所述动力组件(2-1与2-2)沿z轴正方向同向安装，提供所述抗冲击无人机悬停的升力，实现所述抗冲击无人机的上下运动；同时同量地增加所述动力组件(2-1与2-2)的转速，当拉力大于重力时，所述抗冲击无人机向上运动；同时同量地减少所述动力组件(2-1与2-2)的转速，当拉力小于重力时，所述抗冲击无人机向下运动。位于所述刚性空心压杆(11-3与11-4)内部的所述动力组件(2-3与2-4)沿y轴对向安装，提供所述抗冲击无人机旋转的偏航力矩，实现所述抗冲击无人机的单方向偏航运动。位于所述刚性空心压杆(11-5与11-6)内部的所述动力组件(2-5与2-6)沿x轴负方向同向安装，提供所述抗冲击无人机前进的推力，实现所述抗冲击无人机的前进运动。
12.区别于传统的抗冲击无人机，本发明的优点在于：
13.(1)结构简单，生产、维护成本低，减少对无人机续航能力的影响；
14.(2)结构稳定性高，能有效地保护无人机的机械结构；
15.(3)六杆张拉整体框架具有一定的弹性，能够对碰撞冲击力起到更好的缓冲作用，减少碰撞冲击力对无人机机体结构的影响；
16.(4)该无人机能够实现地面有序可控的滚动运动；
17.(5)该无人机具有摔落后再次起飞的能力。
附图说明
18.附图用来提供对本技术的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本技术实例的附图与本技术的实例一起用于解释本技术的技术方案，但并不构成对本技术技术方案的限制。
19.图1为所述基于六杆张拉整体结构的无叶片抗冲击无人机结构示意图；
20.图2为所述六杆张拉整体结构示意图；
21.图3为所述抗冲击无人机飞行原理图；
22.图4为所述刚性空心压杆结构组成示意图；
23.图5为所述动力组件结构示意图；
24.图6为所述刚性空心压杆与所述动力组件连接剖视图；
25.附图标记说明：1—六杆张拉整体框架，11—刚性空心压杆，11-1a—下部刚性空心压杆，11-1—上部刚性空心压杆，11-1c—唇口，11-1d—接线口，2—动力组件，21—直流无刷电机，22—螺旋桨，23—涵道。
具体实施方式
26.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
27.图1与图2分别示出了根据本公开一实施例的基于六杆张拉整体结构的无叶片抗冲击无人机结构示意图与所述六杆张拉整体结构示意图。如图1所示，所述抗冲击无人机具有空间结构对称性，包括六杆张拉整体框架1和六个动力组件2；如图2所示，所述六杆张拉整体框架1包括两两相互平行的六根刚性空心压杆11和24根弹性拉索12；
28.需要说明的是，所述三组刚性空心压杆11在空间处于两两相互垂直位置，且所述刚性空心压杆11两端均通过所述四根弹性拉索12与其最近的所述刚性空心压杆11端点相连接；所述六杆张拉整体框架1包括十二个节点，将在同一平面内的所述节点分为一组，共分成三组；所述三组节点形成的所述三个平面，在空间内两两相互垂直，且中心点重合。
29.图3示出了根据本公开一实施例的所述抗冲击无人机运动原理图。如图3所示，所述抗冲击无人机的飞行原理为：每组相互平行的所述刚性空心压杆11-1与11-2，11-3与11-4,11-5与11-6中的所述动力组件2转向相反，以消除螺旋桨反扭矩。位于所述刚性空心压杆11-1与11-2内部的所述动力组件2-1与2-2沿z轴正方向同向安装，提供所述抗冲击无人机悬停的升力，实现所述抗冲击无人机的上下运动；同时同量地增加所述动力组件2-1与2-2的转速，当拉力大于重力时，所述抗冲击无人机向上运动；同时同量地减少所述动力组件2-1与2-2的转速，当拉力小于重力时，所述抗冲击无人机向下运动。位于所述刚性空心压杆11-3与11-4内部的所述动力组件2-3与2-4沿y轴对向安装，提供所述抗冲击无人机旋转的偏航力矩，实现所述抗冲击无人机的单方向偏航运动。位于所述刚性空心压杆11-5与11-6内部的所述动力组件2-5与2-6沿x轴负方向同向安装，提供所述抗冲击无人机前进的推力，实现所述抗冲击无人机的前进运动。
30.图4示出了根据本公开一实施例的所述刚性空心压杆结构组成示意图。如图4所示，所述刚性空心压杆11包括下部刚性空心压杆11-1a、上部刚性空心压杆11-1b、唇口11-1c和接线口11-1d；
31.具体地，所述下部刚性空心压杆11-1a、所述上部刚性空心压杆11-1b与所述唇口11-1c均采用3d打印成型制造。
32.图5示出了根据本公开一实施例的所述动力组件结构示意图。如图5所示，所述动力组件2包括直流无刷电机21、螺旋桨22和涵道23；所述动力组件2位于所述刚性空心压杆11内部。
33.图6示出了根据本公开一实施例的所述刚性空心压杆与所述动力组件连接剖视图。如图6所示，所述下部刚性空心压杆11-1a与所述涵道23、所述上部刚性空心压杆11-1b与所述涵道23、所述上部刚性空心压杆11-1b与所述唇口11-1c、所述涵道23与所述直流无刷电机21均通过过盈配合固定连接；所述直流无刷电机21与所述螺旋桨22通过螺纹固定连
接。
34.在本说明书的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制；
35.虽然本发明所揭示的实施方式如上,但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭示的精神和范围的前提下,可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

技术特征：
1.一种基于六杆张拉整体结构的无叶片抗冲击无人机，其特征在于：通过将动力组件置于六杆张拉整体的刚性空心压杆内部，使得无人机具备高强度的抗冲击能力与地面有序可控的滚动能力；所述抗冲击无人机具有空间结构对称性，包括六杆张拉整体框架(1)和六个动力组件(2)；所述六杆张拉整体框架(1)包括两两相互平行的六根刚性空心压杆(11)和24根弹性拉索(12)；所述动力组件(2)包括直流无刷电机(21)、螺旋桨(22)和涵道(23)；所述动力组件(2)位于所述刚性空心压杆(11)内部；所述抗冲击无人机的飞行原理为：每组相互平行的所述刚性空心压杆(11-1与11-2，11-3与11-4,11-5与11-6)中的所述动力组件(2)转向相反，以消除螺旋桨反扭矩；位于所述刚性空心压杆(11-1与11-2)内部的所述动力组件(2-1与2-2)沿z轴正方向同向安装，提供所述抗冲击无人机悬停的升力，实现所述抗冲击无人机的上下运动；位于所述刚性空心压杆(11-3与11-4)内部的所述动力组件(2-3与2-4)沿y轴对向安装，提供所述抗冲击无人机旋转的偏航力矩，实现所述抗冲击无人机的单方向偏航运动；位于所述刚性空心压杆(11-5与11-6)内部的所述动力组件(2-5与2-6)沿x轴负方向同向安装，提供所述抗冲击无人机前进的推力，实现所述抗冲击无人机的前进运动。2.根据权利要求1所述的基于六杆张拉整体结构的无叶片抗冲击无人机，其特征在于：所述六杆张拉整体框架(1)包括十二个节点，将在同一平面内的所述节点分为一组，共分成三组；所述三组节点形成的所述三个平面，在空间内两两相互垂直，且中心点重合。3.根据权利要求1所述的基于六杆张拉整体结构的无叶片抗冲击无人机，其特征在于：所述刚性空心压杆(11)包括下部刚性空心压杆(11-1a)、上部刚性空心压杆(11-1b)、唇口(11-1c)和接线口(11-1d)；所述下部刚性空心压杆(11-1a)与所述涵道(23)、所述上部刚性空心压杆(11-1b)与所述涵道(23)、所述上部刚性空心压杆(11-1b)与所述唇口(11-1c)、所述涵道(23)与所述直流无刷电机(21)均通过过盈配合固定连接；所述直流无刷电机(21)与所述螺旋桨(22)通过螺纹固定连接。

技术总结
本发明公开了一种基于六杆张拉整体结构的无叶片抗冲击无人机，该无人机由动力组件和六杆张拉整体框架组成。该框架由两两相互平行的六根刚性空心压杆与二十四根弹性拉索组成，具有良好的空间对称性、结构稳定性与抗冲击能力，并且其质量较轻能够减少对无人机续航能力的影响。该无人机将动力组件置于刚性空心压杆内部，避免了螺旋桨与障碍物发生碰撞导致坠毁事件的发生，同时具备高强度的抗冲击能力，能够在摔落后再次起飞；此外，该无人机能够通过对动力组件按一定顺序依次通电，实现地面有序可控的滚动。因此，该无人机在探索复杂未知环境领域具有极大的工程应用价值。境领域具有极大的工程应用价值。境领域具有极大的工程应用价值。


技术研发人员：张起勋 王宇 董景石 罗煜 黄浩 于敏泽 丁肇辰 李韬 班志天 李俊杰
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/4/17