一种通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型适用于飞行器领域，提供了一种通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统。多旋翼机器人包括多个相交的支架。通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统包括多个连接节点及多个连接棒。多个连接节点将多个连接棒相互连接，以组成球笼保护架。球笼保护架与多个支架固定连接。球笼保护架包括一个由三个相等的正十二边形两两正交构成的正十二边形骨架。正十二边形骨架以多个相交的支架的交点为中心。球笼保护架以多个相交的支架的交点为球心。正十二边形骨架的各顶点与球心之间的距离为球笼保护架的球半径。该通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统能给多旋翼机器人提供全方位保护，加工制造成本低、耗材少且安装调试方便。
【专利说明】一种通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于飞行器领域，尤其涉及一种适用于机器人的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统。
【背景技术】
[0002]通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统主要是防止螺旋桨在高速旋转的过程中与异物碰撞，同时还能保护多旋翼机器人整体支架的安全。现有的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统大致可分为两类:基于二维平面保护支撑架和基于三维空间保护支撑架。基于二维平面保护支撑架不能给多旋翼机器人提供全方位的保护。基于三维空间保护支撑架分为胶囊型和球笼型两种。胶囊型保护支撑架强度不好。它与多旋翼机器人的连接只有两个杆，当多旋翼机器人以很高的速度与外部异物碰撞时，支撑架变形比较大，会与螺旋桨的旋转空间重叠，造成螺旋桨的损坏；同时由于胶囊型保护支撑架的外形类似于胶囊，多旋翼机器人平放在底面是很难保证螺旋桨与底面平行，这样在起飞过程中比较困难。球笼型保护支撑架对多旋翼机器人的保护是最好的，但是现有的球笼型保护支撑架中每个连接节点都是用螺丝螺母紧固的装配方式，零部件加工成本高；安装调试不方便；连接节点多，连接棒多，导致多旋翼机器人重量加重，耗材多。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，旨在能够给多旋翼机器人提供全方位的保护，加工制造成本低、耗材少且安装调试方便。
[0004]本实用新型是这样实现的，一种通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，用于保护一个多旋翼机器人。该多旋翼机器人包括多个相交的支架。该通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统包括多个连接节点及多个连接棒。该多个连接节点与该多个连接棒组成一个球笼保护架。该球笼保护架与该多个支架固定连接。该球笼保护架包括一个由三个相等的正十二边形两两正交构成的正十二边形骨架。该正十二边形骨架以该多个相交的支架的交点为中心。该球笼保护架以该多个相交的支架的交点为球心。该正十二边形骨架的各顶点与该球心之间的距离为该球笼保护架的球半径。
[0005]进一步地，该球笼保护架还包括六个正四面锥体骨架。该六个正四面锥体骨架的四条棱为该正十二边形骨架上相交的四条边，每个正四面锥体骨架的四条棱的交点为该正四面锥体的顶点，每个正四面锥体骨架的四条棱上与对应的顶点相对的另一端的端点中相邻的端点两两连接起来形成的四条线段为该正四面锥体骨架的底边。
[0006]进一步地，该通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统还包括八个六棱锥骨架。每个该六棱锥骨架包括一个六边形底面及一个锥顶点。该六棱锥骨架的锥顶点与该六边形底面的六个面顶点的连线为该六棱锥的六条侧棱。该六边形底面包括三条第一边及三条第二边。每两条第一边之间均连接一条该第二边。该三条第一边的长度相等，该三条第二边的长度相等，且该第一边的长度不等于该第二边的长度。该三条第一边为该正十二边形骨架的边，该三条第二边为该正四面锥体的底边。该三条第一边与该三条第二边都是共面的。相邻的该第一边与该第二边的夹角均为120度。该六棱锥骨架的锥顶点在该六边形底面上的投影为该六边形底面的对称中心。该六边形底面的六个面顶点与该六棱锥骨架的锥顶点位于同一个球面上。该六棱锥骨架的锥顶点与该球笼保护架的球心的连线垂直于该六边形底面所在的平面，该六棱锥骨架的锥顶点到该球笼保护架的球心的距离等于该球笼保护架的球半径。
[0007]进一步地，该通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统还包括一个底部反向正四面锥体骨架。该底部反向正四面锥体骨架位于该通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统的底部，且与该六个正四面锥体骨架的形状相同。该六个正四面锥体骨架均朝向远离该球心的方向凸起，该底面反向正四面锥体骨架朝向靠近该球心的方向凸起。
[0008]进一步地，该球笼保护架上所有该连接节点都分布在一个以该多个相交的支架的交点为球心的球体上。
[0009]进一步地,该正十二边形骨架为一个七十二面体,每个该基本连接点都分布在与该七十二面体共心的球面上。
[0010]进一步地,每个连接节点均包括一个顶点及自该顶点向外延伸的多条连接柱。每个连接柱的末端沿其自身的轴向均开设一用于插设该连接棒的连接孔，该连接孔的孔径比连接棒的外径稍小，使得该连接孔与该连接棒进行紧配合。
[0011]进一步地，该多个连接节点中的用于与该多个支架固定连接的连接节点还包括一个中心柱，该中心柱位于该多个连接柱的中心位置，该中心柱的外径比该支架的末端的容置孔的内径稍大，使得该连接节点与该支架进行紧配合。
[0012]进一步地，该中心柱的侧壁上设置至少一卡扣，且该支架的侧壁上开设至少一与该容置孔贯通的卡槽。该至少一卡扣与对应的卡槽相配合，以将该连接节点与该支架相固定。
[0013]进一步地，该至少一^^扣中的每个卡扣均包括一个圆弧形的弹片。当该至弹片受到挤压时，会产生较大形变，使该连接节点插入该支架内。当该弹片移动到对应的卡槽处时，该弹片插入对应的卡槽内。
[0014]本实用新型与现有技术相比，有益效果在于:该通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统能够给多旋翼机器人提供全方位的保护，加工制造成本低、耗材少且安装调试方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型实施例提供的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统的结构示意图。
[0016]图2是图1的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统的坐标系示意图。
[0017]图3是图1的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统的支架末端的结构示意图。
[0018]图4是图1的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统的连接节点的结构示意图。[0019]图5-8是图4的连接节点中其他四种不同结构的连接节点的结构示意图。
[0020]图9是图4的连接节点与通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统的支架末端的组装示意图。
[0021]图10是图4的连接节点与连接棒的组装示意图。
【具体实施方式】
[0022]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0023]如图1所示，本发明较佳实施例提供的一种通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统100，用于对一个多旋翼飞行机器人200进行保护。通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统100包括多个连接节点10及多个连接棒20。多个连接节点10将多个连接棒20相互连接，以形成一个球笼保护架30。在本实施方式中，多旋翼机器人200为四旋翼机器人，且包括四个相交的支架210，且四个支架210是共面的，且对角的支架210是共线的。每相邻两个支架210之间的夹脚为90°。球笼保护架30与支架210固定连接。
[0024]如图2所示，以其中一个支架210为X轴方向，相邻的支架210为Y轴方向，在X轴与Y轴交点处做一垂直于X轴与Y轴的直线为Z轴，形成坐标系0-ΧΥΖ。以多旋翼机器人200的支架210的交点O为球心，以OXY平面，OXZ平面，OYZ平面为基准平面作等半径圆(设半径为R)，每个圆都分别两两相交于X轴、Y轴、Z轴。每个圆都有四个交点，其中两个交点与相交的圆重叠在一起，这样一共有六个交点。这六个交点称为基本连接点。六个基本连接点平均分布在X轴、Y轴、Z轴的两端，且与球心O的距离相等。每个圆都被四个交点分成四等分的圆弧。接着每段圆弧被三等分，这样每个圆被十二等分。在每个圆上相邻的两个等分点用直线连起来，形成一个正十二边形。三个正十二边形两两正交，以组成一个正十二边形骨架。也就是说，球笼保护架30包括一个由三个相等的正十二边形两两正交构成的正十二边形骨架，正十二边形骨架以多个相交的支架210的交点为中心。球笼保护架30以该多个相交的支架210的交点为球心。该正十二边形骨架的各顶点与该球心之间的距离为该球笼保护架30的球半径。
[0025]在每个基本连接点处都有四条线段。把这四条线段的另一端在相邻处连起来，形成一个以基本连接点为顶点的正四面锥体骨架，共六个正四面锥体骨架。也就是说，六个正四面锥体骨架的四条棱为正十二边形骨架上相交的四条边，每个正四面锥体骨架的四条棱的交点为正四面锥体的顶点，每个正四面锥体骨架的四条棱上与对应的顶点相对的另一端的端点中相邻的端点两两连接起来形成的四条线段为正四面锥体骨架的底边。
[0026]三个圆两两相交之后，把坐标系O-XYZ分成八份。每一个划分的区域里面，都有三条正十二边形的边及三条正四面锥体的底边，这六条边在空间上是共面的，它们组成了一个封闭的六边形。六边形的中心与球心O相连。以六边形的中心沿六边形的中心与球心O的连线方向向外延伸，以得到一个延伸线段。延伸线段的末端与球心O之间的距离等于三个圆的半径。以延伸线段末端为锥顶点，与六边形的六个面顶点相连，这样就形成了一个六棱锥骨架。该球笼保护架30共包括八个六棱锥骨架。也就是说，每个六棱锥骨架包括一个六边形底面及一个锥顶点。六棱锥骨架的锥顶点与六边形底面的六个面顶点的连线为六棱锥的六条侧棱。六边形底面包括三条第一边及三条第二边。每两条第一边之间均连接一条第二边，三条第一边的长度相等，三条第二边的长度相等，且第一边的长度不等于第二边的长度。三条第一边为正十二边形骨架的边，三条第二边为正四面锥体的底边。三条第一边与三条第二边都是共面的，相邻的第一边与第二边的夹角均为120度。六棱锥骨架的锥顶点在六边形底面上的投影为六边形底面的对称中心。六边形底面的六个面顶点与六棱锥骨架的锥顶点位于同一个球面上。六棱锥骨架的锥顶点与球笼保护架30的球心的连线垂直于六边形底面所在的平面，六棱锥骨架的锥顶点到球笼保护架30的球心的距离等于球笼保护架的30球半径。
[0027]以坐标系O-XYZ的Z轴箭头反方向为底部。在正十二边形骨架中，基本连接点处的骨架连接都是正四面锥体。正四面锥体都是以远离球心O的方向往外凸起的。以正四面锥体的底部的正方形为对称面，让正四面锥体的四条棱做镜像，这样就形成了一个底部反向正四面锥体骨架。也就是说，底部反向正四面锥体骨架位于通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统的底部，且与六个正四面锥体骨架的形状相同。六个正四面锥体骨架均朝向远离球心O的方向凸起，底面反向正四面锥体骨架朝向靠近球心O的方向凸起。这样多旋翼机器人200的支架平面(即图2中的OXY平面)就不能水平放置在地上，多旋翼机器人200能够平稳地起飞,而不会出现起飞困难的问题。
[0028]球笼保护架30上所有连接节点10在空间中都是分布在一个以多个相交的支架210的交点为球心的球体上。这样在视觉上看球笼保护架30更加近似于球体。视觉看上去更加圆润平滑，同时这样的设计能有效传递和分解冲击。正十二边形骨架为一个七十二面体，每个基本连接点都分布在与七十二面体共心的球面上。在球笼保护架30上的每个连接节点10至少都有四个连接棒20，最多六个，这样的设计对冲击的抗衡都是很有效的。同时这样的连接方式会让连接节点10的数量和连接棒20的数量少，又由于所有连接节点10与连接棒20组成的最小几何图案是三角形，这对球笼保护架30的强度有很大的保障。
[0029]如图3所示，多旋翼机器人200的每个支架210的末端开设一个容置孔211，且每个支架210的侧壁上开设与容置孔211相贯通的卡槽212。每个支架210的末端均安装一个连接节点10。
[0030]如图4所示，每个与支架210连接的连接节点10包括一个中心柱11及沿着中心柱11的顶点向外延伸的多个连接柱12。每个连接柱12的末端沿其自身的轴向开设一连接孔121。如图5-8所示，多个连接节点10的结构可以不同。不同结构的连接节点10中连接柱12的数量不同，且各连接柱12之间的夹角可以不相同，其中不与支架21连接的连接节点10可以不设置中心柱11，使用者可以根据球笼保护架30设计的实际需要进行设计。
[0031]连接节点10与多旋翼机器人200的支架210的连接方式是紧配合以及卡扣限位。连接节点10是用稍软的材质制成。其中与支架21连接的连接节点10的中心柱11的外径比容置孔211的内径稍大，当中心柱11插入容置孔211后，由于连接节点10有弹性，会对容置孔211的内壁产生压力，使得连接节点10与容置孔211紧配合，连接节点10不易从支架210上脱落。
[0032]如图9所示，与支架21连接的连接节点10的中心柱11的侧壁上设置至少一^^扣13，至少一卡扣13与对应的卡槽212相配合，以将连接节点10与支架210相固定。卡槽212的长度比对应的卡扣 13的长度大。每个卡扣13均包括一个圆弧形的弹片。弹片可伸缩地部分容置在容置槽111内的。当弹片受到挤压时，产生较大形变，使得连接节点10插入支架21内；当弹片移动到对应的卡槽212处时，弹片插入对应的卡槽212内。
[0033]如图10所示，连接孔121的孔径比连接棒20的外径稍小，使得连接孔121与连接棒20紧配合。
[0034]可根据多旋翼机器人200的实际大小需求，裁剪不同比例的连接棒20，用同样的一套连接节点10，拼装出大小不同且几何特性一样的球笼保护架30。如果多旋翼机器人200过大(过小)，相同口径的连接棒20强度可能太弱(太强)。这时可以适当放大(缩小)连接节点10的体积，选用对应口径的连接棒20，也同样可以拼装出大小不同且几何特性一样的球笼保护架30，使得通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统100能够进行等比例的缩放。
[0035]通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统100还能够对其他种类的多旋翼机器人200进行保护，也就是说球笼保护架30里面的多旋翼机器人200可以是三旋翼机器人、六旋翼机器人、八旋翼机器人、九旋翼机器人或十二旋翼机器人。
[0036]本实用新型提供的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统100与现有的球笼型保护支撑架的主要区别在于:(I)现有的球笼型保护支撑架的连接支架末端的几何形状是六边形，而本案的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统100的连接支架210的末端的几何形状是四边形；(2)现有的球笼型保护支撑架的顶部的几何形状是六边形，而本案的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统100的顶部的几何形状是四边形；(3)现有的球笼型保护支撑架的底部的几何形状是六边形，而本案的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统100的底部的几何形状是四边形；(4)现有的球笼型保护支撑架的六边形之间连接的是五边形，且五边形与六边形相互内嵌，而本案的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统100的四边形之间连接的是六边形。
[0037]与现有技术相比较，本实用新型的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统100具有如下优点:(I)采用空间封闭的七十二面体球笼保护架，能把多旋翼机器人200完全包裹在球笼保护架30内，对多旋翼机器人200进行全方位的保护，这样多旋翼机器人200可以任意飞行，而不怕与外部异物碰撞而造成对多旋翼机器人200或外部物体(比如人)的损害；(2)采用底部反向正四面锥体骨架的设计，多旋翼机器人200能平稳地放在水平面上，且多旋翼机器人200的支架平面与水平面平行，这样多旋翼机器人200能平稳地起飞降落；(3)连接节点10与连接棒20都是过紧配合，没有用螺丝螺母，这样组装方便，且调试人员直接用手就可以拆装球笼保护架30，因此安装调试很方便；(4)采用七十二面体球笼设计，连接节点10与连接棒20的数量都比较少，整体下来耗材都比较少，质量比较轻，同时强度都有所保证。
[0038]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，用于保护一个多旋翼机器人，其特征在于，该多旋翼机器人包括多个相交的支架，该通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统包括多个连接节点及多个连接棒，该多个连接节点将该多个连接棒相互连接，以组成一个球笼保护架，该球笼保护架与该多个支架固定连接，该球笼保护架包括一个由三个相等的正十二边形两两正交构成的正十二边形骨架，该正十二边形骨架以该多个相交的支架的交点为中心，该球笼保护架以该多个相交的支架的交点为球心，该正十二边形骨架的各顶点与该球心之间的距离为该球笼保护架的球半径。
2.如权利要求1所述的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，其特征在于，该球笼保护架还包括六个正四面锥体骨架，该六个正四面锥体骨架的四条棱为该正十二边形骨架上相交的四条边，每个正四面锥体骨架的四条棱的交点为该正四面锥体的顶点，每个正四面锥体骨架的四条棱上与对应的顶点相对的另一端的端点中相邻的端点两两连接起来形成的四条线段为该正四面锥体骨架的底边。
3.如权利要求2所述的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，其特征在于，该通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统还包括八个六棱锥骨架，每个该六棱锥骨架包括一个六边形底面及一个锥顶点，该六棱锥骨架的锥顶点与该六边形底面的六个面顶点的连线为该六棱锥的六条侧棱，该六边形底面包括三条第一边及三条第二边，每两条第一边之间均连接一条该第二边，该三条第一边的长度相等，该三条第二边的长度相等，且该第一边的长度不等于该第二边的长度，该三条第一边为该正十二边形骨架的边，该三条第二边为该正四面锥体的底边，该三条第一边与该三条第二边都是共面的，相邻的该第一边与该第二边的夹角均为120度,该六棱锥骨架的锥顶点在该六边形底面上的投影为该六边形底面的对称中心，该六边形底面的六个面顶点与该六棱锥骨架的锥顶点位于同一个球面上，该六棱锥骨架的锥顶点与该球笼保护架的球心的连线垂直于该六边形底面所在的平面，该六棱锥骨架的锥顶点到该 球笼保护架的球心的距离等于该球笼保护架的球半径。
4.如权利要求2所述的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，其特征在于，该通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统还包括一个底部反向正四面锥体骨架，该底部反向正四面锥体骨架位于该通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统的底部，且与该六个正四面锥体骨架的形状相同；该六个正四面锥体骨架均朝向远离该球心的方向凸起，该底部反向正四面锥体骨架朝向靠近该球心的方向凸起。
5.如权利要求1所述的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，其特征在于，该球笼保护架上所有该连接节点都分布在一个以该多个相交的支架的交点为球心的球体上。
6.如权利要求1所述的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，其特征在于，该正十二边形骨架为一个七十二面体。
7.如权利要求1所述的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，其特征在于，每个连接节点均包括一个顶点及自该顶点向外延伸的多条连接柱，且每个连接柱的末端沿其自身的轴向均开设一用于插设该连接棒的连接孔，该连接孔的孔径比该连接棒的外径稍小，使得该连接孔与该连接棒紧配合。
8.如权利要求7所述的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，其特征在于，该多个连接节点中的用于与该多个支架固定连接的连接节点还包括一个中心柱，该中心柱位于该多个连接柱的中心位置，该中心柱的外径比该支架的末端的容置孔的内径稍大，使得该连接节点与该支架紧配合。
9.如权利要求8所述的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，其特征在于，该中心柱的侧壁上设置至少一卡扣，且该支架的侧壁上开设至少一与该容置孔贯通的卡槽，该至少一卡扣与对应的卡槽相配合，以将该连接节点与该支架相固定。
10.如权利要求9所述的通用多旋翼机器人骨干支撑安全防护系统，其特征在于，该至少一卡扣中的每个卡扣均包括一个圆弧形的弹片， 当该弹片受到挤压时，产生较大形变，使得该连接节点插入该支架内；当该弹片移动到对应的卡槽处时，该弹片插入对应的卡槽内。
【文档编号】B25J19/06GK203680323SQ201320892465
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】蒙山, 谢永麟, 邱观军 申请人:深圳大学