一种空陆两栖的球形共轴飞行器制造技术

本实用新型专利技术涉及飞行器技术领域，提供一种空陆两栖的球形共轴飞行器，包括：球壳、电机组件、十字盘、正向转动螺旋桨和反向转动螺旋桨；所述球壳包括扣合在一起的上半球壳和下半球壳；所述电机组件通过十字盘设置在机架上，所述机架通过四个相差90°布置的舵面设置在纵向运动支撑环上；所述电机组件包括：共轴电机定子、电机转轴、上电机转子和下电机转子；所述共轴电机定子上部套设上电机转子、下部套设下电机转子，所述电机转轴从共轴电机定子的轴心穿过；所述共轴电机定子的腰线上设置十字盘；所述十字盘包括：十字盘外圈和在十字盘外圈内侧设置十字盘内圈。本实用新型专利技术适用范围广、效率高、功耗相对较低、安全系数较高、操作较简便。

【技术实现步骤摘要】
一种空陆两栖的球形共轴飞行器
本技术涉及飞行器
，尤其涉及一种空陆两栖的球形共轴飞行器。
技术介绍
自2014年以来，中国国内低空、慢速、小型无人机快速发展并迅速占领国内市场，部分无人机企业现如今已成为世界的领军者。至此无人机无论是在军用领域还是在民用领域都涌现出较经济、高效且实用的价值，无人机可灵活飞行在作业地段并传回实时数据信息，得到研究人员的青睐。球形机器人运动方式以滚动为主可实现爬坡、跳跃等功能，并且球形机器人在运动过程中无倾覆问题，运动过程中能量消耗低，航程远兼具全地形运动优势。球形飞行机器人是在以往无人机飞行器的基础上对无人机结构和功能的一次创新，并以此来满足现代市场的需求。球形飞行机器人是无人机发展的必然产物，是低功耗侦查和全地形着陆的重要设备。空陆两栖球形机器人的主要功能是可实现在复杂的环境下进行飞行运动和滚动运动。由于空陆两栖球形机器人不需要开阔的起降场地，地面滚动和空中飞行安全系数较高，所以应用范围可十分广泛。球形飞行机器人不仅可以应用在民用领域内，其作为军用侦查设备或作为独立的战斗单元都有相当大的研究价值，随着一些新兴技术的出现和科技的进步，飞行球形机器人有望在航天领域的空间探测上展现出其独有的优势特征。现有的球形飞行器大多采用多旋翼、共轴双桨电机加矢量舵面或云台控制位置和姿态，飞行器位置和姿态的改变需要改变电机的转速或改变球体内部共轴双桨飞行器机体姿态，相应的位置会发生飘移。改变位置姿态只能在一定空间距离内才能完成，不能实现高机动的点位控制和小半径的转弯。原有的共轴球形飞行器结构繁杂、能量利用率低，机动性差。球形飞行机器人大多数都只能在空中飞行无法在地面运动，不能很好地满足无人机行业需求。
技术实现思路
本技术主要解决现有技术的共轴球形飞行器结构繁杂、能量利用率低、机动性差的技术问题，提出一种空陆两栖的球形共轴飞行器，适用范围广、效率高、功耗相对较低、安全系数较高、操作较简便，能够满足多种工作任务对无人机的迫切需要。本技术提供了一种空陆两栖的球形共轴飞行器，包括：球壳、电机组件、十字盘、正向转动螺旋桨和反向转动螺旋桨；所述球壳包括扣合在一起的上半球壳和下半球壳；所述电机组件通过十字盘设置在机架上，所述机架通过四个相差90°布置的舵面设置在纵向运动支撑环上，所述纵向运动支撑环与横向运动支撑环铰接在球壳内壁；所述电机组件包括：共轴电机定子、电机转轴、上电机转子和下电机转子；所述共轴电机定子上部套设上电机转子、下部套设下电机转子，所述电机转轴从共轴电机定子的轴心穿过；所述共轴电机定子的腰线上设置十字盘；所述十字盘包括：十字盘外圈和在十字盘外圈内侧设置十字盘内圈；所述上电机转子与反向转动螺旋桨固定连接，所述下电机转子与电机转轴的底端固定连接，所述电机转轴的顶端与正向转动螺旋桨固定连接。优选的，所述机架上设置纵向运动舵机和横向运动舵机；所述纵向运动舵机的摇臂通过第一拉杆和设置在第一拉杆顶端的球铰与十字盘外圈连接；所述横向运动舵机的摇臂通过第二拉杆和设置在第二拉杆顶端的球铰与十字盘内圈连接；所述纵向运动舵机与横向运动舵机相差90°布置。优选的，所述纵向运动支撑环与横向运动支撑环通过第四转动副铰接在球壳内壁；未与纵向运动支撑环连接的舵面通过第一转动副铰接在横向运动支撑环上。优选的，所述纵向运动支撑环与横向运动支撑环内部中空。优选的，所述机架通过第二转动副与十字盘外圈连接。优选的，所述上半球壳和下半球壳结构对称，并采用网状结构。优选的，所述上半球壳和下半球壳分别采用PVC材料。优选的，所述舵面采用轻木加蒙皮结构，所述机架采用碳纤维桁架梁结构。优选的，所述舵面尾端开出运动增升舵面。优选的，所述反向转动螺旋桨和正向转动螺旋桨采用双叶桨、三叶桨或四叶桨。本技术提供的一种空陆两栖的球形共轴飞行器，通过舵机驱动连在十字盘上的电机组件，实现螺旋桨升力方向的矢量调节，在调节过程中由于对转的螺旋桨的径向尺寸较小，轴向形变可忽略不计，且螺旋桨螺距不会随矢量调节而发生改变，飞行器仅依靠提升电机的转速来增加升力，从而不会打桨，继而避免出现安装大尺寸桨叶的共轴直升机需要解决的打桨问题。对转的螺旋桨在偏航通道不产生陀螺力矩，在俯仰通道和滚转通道产生的陀螺力矩可相互抵消，螺旋桨运行稳定。运动支撑环采用中空及壳体的设计，整体结构呈现出轻量化，紧凑且可靠性较高的特点。本技术依托于横向、纵向运动支撑环和网状球壳加入了地面滚动的运动元素，在工作过程中始终保持重心位置沿机体轴线方向低于中心位置，从而实现在飞行时，球壳在运动环的支撑下呈现出类云台的运动特性，在地面滚动时机体能自然呈现出不倒翁式的运动特性。将飞行球形机器人的地面滚动模式融入到了飞行器内，使其兼具球形机器人运动过程中无倾覆问题和低空慢速小型无人机应用范围广泛等的优点，并能够降低能耗，能够解决传统无人机工作航时短的问题。本技术的空陆两栖的球形共轴飞行器，巧妙地将无人飞行器与球形机器人结合为一体，有效互补了无人机飞行器与球形机器人彼此之间的运动短板，可实现空陆两栖的全地形运动，可以在地面自由滚动、在空中自由飞行、在复杂街巷或室内自由穿梭、在室内贴紧墙壁飞行。本技术应用场景相对独特，在军用领域和民用领域具有广阔的应用和发展前景，市场应用潜力巨大，前景广阔。附图说明图1是本技术提供的空陆两栖的球形共轴飞行器的结构示意图；图2是本技术提供的空陆两栖的球形共轴飞行器的去掉上半球壳的结构示意图；图3是本技术提供的空陆两栖的球形共轴飞行器的内部结构示意图；图4是本技术提供的空陆两栖的球形共轴飞行器的电机组件部分的结构示意图；图5是本技术提供的空陆两栖的球形共轴飞行器的舵机部分的结构示意图。附图标记：1、纵向运动舵机；2、下半球壳；3、第一转动副；4、舵面；5、球铰；6、第二转动副；7、反向转动螺旋桨；8、纵向运动支撑环；9、正向转动螺旋桨；10、共轴电机定子；11、上电机转子；12、十字盘内圈；13、十字盘外圈；14、第三转动副；15、下电机转子；16、横向运动支撑环；17、机架；18、第一拉杆；19、第二拉杆；20、第四转动副；21、横向运动舵机；22、电机转轴。具体实施方式为使本技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部内容。如图1-5所示，本技术实施例提供的空陆两栖的球形共轴飞行器，包括：球壳、电机组件、十字盘、正向转动螺旋桨9和反向转动螺旋桨7。所述球壳包括扣合在一起的上半球壳和下半球壳2；所述上半球壳和下半球壳2结构对称，并采用网状结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空陆两栖的球形共轴飞行器，其特征在于，包括：球壳、电机组件、十字盘、正向转动螺旋桨(9)和反向转动螺旋桨(7)；/n所述球壳包括扣合在一起的上半球壳和下半球壳(2)；/n所述电机组件通过十字盘设置在机架(17)上，所述机架(17)通过四个相差90°布置的舵面(4)设置在纵向运动支撑环(8)上，所述纵向运动支撑环(8)与横向运动支撑环(16)铰接在球壳内壁；/n所述电机组件包括：共轴电机定子(10)、电机转轴(22)、上电机转子(11)和下电机转子(15)；所述共轴电机定子(10)上部套设上电机转子(11)、下部套设下电机转子(15)，所述电机转轴(22)从共轴电机定子(10)的轴心穿过；所述共轴电机定子(10)的腰线上设置十字盘；所述十字盘包括：十字盘外圈(13)和在十字盘外圈(13)内侧设置十字盘内圈(12)；/n所述上电机转子(11)与反向转动螺旋桨(7)固定连接，所述下电机转子(15)与电机转轴(22)的底端固定连接，所述电机转轴(22)的顶端与正向转动螺旋桨(9)固定连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种空陆两栖的球形共轴飞行器，其特征在于，包括：球壳、电机组件、十字盘、正向转动螺旋桨(9)和反向转动螺旋桨(7)；
所述球壳包括扣合在一起的上半球壳和下半球壳(2)；
所述电机组件通过十字盘设置在机架(17)上，所述机架(17)通过四个相差90°布置的舵面(4)设置在纵向运动支撑环(8)上，所述纵向运动支撑环(8)与横向运动支撑环(16)铰接在球壳内壁；
所述电机组件包括：共轴电机定子(10)、电机转轴(22)、上电机转子(11)和下电机转子(15)；所述共轴电机定子(10)上部套设上电机转子(11)、下部套设下电机转子(15)，所述电机转轴(22)从共轴电机定子(10)的轴心穿过；所述共轴电机定子(10)的腰线上设置十字盘；所述十字盘包括：十字盘外圈(13)和在十字盘外圈(13)内侧设置十字盘内圈(12)；
所述上电机转子(11)与反向转动螺旋桨(7)固定连接，所述下电机转子(15)与电机转轴(22)的底端固定连接，所述电机转轴(22)的顶端与正向转动螺旋桨(9)固定连接。


2.根据权利要求1所述的空陆两栖的球形共轴飞行器，其特征在于，所述机架(17)上设置纵向运动舵机(1)和横向运动舵机(21)；
所述纵向运动舵机(1)的摇臂通过第一拉杆(18)和设置在第一拉杆(18)顶端的球铰(5)与十字盘外圈(13)连接；
所述横向运动舵机(21)的摇臂通过第二拉杆(19)和设置在第二拉杆(19)顶端的球铰(5)与十字盘内圈(12)连接；
所述纵向运动舵机...

【专利技术属性】
技术研发人员：于涛，解阳阳，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21