一种柔性附顶式无人机

1.本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种柔性附顶式无人机。


背景技术：

2.小型无人机广泛用于城市及室内作战，相比于地面行驶，空中飞行的无人机具备更好的灵活性，更适应复杂的战场环境。但受储能电池重量的限制，无人机飞行续航时间只能保持在半小时之内，限制了其在作战任务中的连续使用服务，高载荷的储能电池，也极大提升了无人机的成本。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种柔性附顶式无人机，结构简单、成本低廉，耗电少，续航时间长，隐蔽性较高，可广泛用于室内巡逻监控、未知地形的长时间侦查勘测、侦查打一体等领域。
4.本发明是通过下述技术方案实现的：
5.一种柔性附顶式无人机，包括：机架、两个以上柔性体、两个以上螺旋桨、动力电池、飞行控制模块和相机；
6.所述机架为平板结构；
7.每个所述柔性体为柱状壳体，且内部均填充有气体，两个以上柔性体沿圆周均匀分布安装在机架上，两个以上柔性体的总浮力大于所述无人机的重力；
8.两个以上螺旋桨沿圆周均匀分布安装在机架上；
9.动力电池、飞行控制模块和相机均安装在机架上；
10.动力电池、飞行控制模块、相机和柔性体均不干涉螺旋桨的旋转；
11.所述动力电池为所述飞行控制模块和螺旋桨供电；所述飞行控制模块控制螺旋桨的旋转；所述相机用于侦察记录图像。
12.进一步的，所述柔性体的端面与机架的边缘铰接，柔性体可发生相对于机架的转动，当柔性体收拢至其端面与机架平行时，柔性体位于极限位置ⅰ；当柔性体展开至其端面与机架垂直时，柔性体位于极限位置ⅱ；柔性体的展开收拢不受螺旋桨的旋转与机架上安装的动力电池、飞行控制模块和相机的干涉；
13.所述飞行控制模块控制柔性体在极限位置ⅰ和极限位置ⅱ之间的角度范围内、相对机架的转动与固定。
14.进一步的，，所述无人机还包括与柔性体等数量的变形控制机构，所述变形控制机构一一对应安装在柔性体与机架的铰接处，飞行控制模块通过控制变形控制机构，来控制柔性体在极限位置ⅰ和极限位置ⅱ角度范围内相对机架的转动与固定。
15.进一步的，所述柔性体和螺旋桨的个数均为三个，三个螺旋桨与三个柔性体沿圆周间隔设置，且均匀分布。
16.进一步的，所述机架为平面的六边形框架结构，六边形框架结构包括三个等长度
的长边和三个等长度的短边，三个长边与三个短边间隔设置；每个柔性体的一个端面均与所述机架的相应短边铰接，三个所述螺旋桨一一对应安装在机架的长边的中点处。
17.进一步的，机架上加工有三个梯形的孔。
18.进一步的，所述柔性体的横截面为三角形，三角形的三个顶点为圆角过渡，三个柔性体均安装在机架的一侧，三个柔性体均在极限位置ⅰ时，三个柔性体的端面围成一个等边三角形的轮廓，所述轮廓的中心沿柔性体的长度方向延伸形成一个空间，用于容置相机，相机安装在机架下方。
19.进一步的，所述柔性体采用ptfe塑料，内部填充有氦气。
20.进一步的，飞行控制模块还用于控制相机的开关。
21.进一步的，所述一种柔性附顶式无人机还包括定位装置，所述定位装置安装在机架上，内嵌有gps系统，且不干涉螺旋桨的旋转和柔性体的展开收拢。
22.有益效果：
23.(1)本发明中，柔性体内部填充有气体，使得柔性体的总浮力大于无人机系统的重力，使得无人机系统在无动力时附顶停靠，动力电池无需负责无人机系统的重力消耗，只需输出较小的功率就可以进行机动，极大减少无人机飞行的耗电，使续航时间成倍增加，同时低功率驱动可无人机系统实现静音飞行，大大提高隐蔽性。
24.(2)本发明中，柔性体的端面与机架的边缘铰接，当柔性体收拢至其端面与机架平行时，柔性体位于极限位置ⅰ；当柔性体展开至其端面与机架垂直时，柔性体位于极限位置ⅱ；飞行控制模块控制柔性体在极限位置ⅰ和极限位置ⅱ之间的角度范围内、相对机架的转动与固定。通过设置可绕机架转动的柔性体，在面对室内可飞行区域少、穿越通道狭窄等情况时，可主动调节自身构型，减少触障面积，提高无人机系统灵活性。在可飞行区域广阔时，主动调节自身构型，增加附顶面积，提高无人机系统稳定性及隐蔽性。本发明结构简单、成本低廉，任务适配性强，适合用于大规模集群作战，可广泛用于室内巡逻监控、未知地形的长时间侦查勘测、侦查打一体等领域。
25.(3)本发明的三个螺旋桨与三个柔性体沿圆周间隔设置，且均匀分布，使得无人机在飞行过程中保持平衡，无需螺旋桨输出力矩来维持无人机的平衡。
26.(4)本发明的机架上加工有三个梯形的孔，不仅可以减重，还可以减少无人机升降时的空气阻力，进一步减少无人机飞行的耗电。
27.(5)本发明的柔性体为柱状壳体，柱状壳体的端面为三角形，三角形的三个顶点为圆角过渡，三个柔性体均安装在机架的一侧，三个柔性体均在极限位置ⅰ时，三个柔性体的端面围成一个等边三角形的轮廓，轮廓的中心沿柔性体的长度方向延伸形成一个空间，用于容置相机，采用柱状壳体，不仅可以为无人机提供大于重力的浮力，同时为相机的安装预留空间，保证了相机能够安装在机架下方，实现无人机对其下方环境的侦测。
28.(6)本发明的柔性体采用ptfe塑料，具有耐热、耐寒性优良的特点，可在-180～260℃长期使用，且具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，具有可靠性，可满足大部分工况的要求。
29.(7)本发明的无人机还包括定位模块，定位模块也安装在机架上，且内嵌有gps系统，可在侦察勘测过程中对无人机进行定位，确定勘测目标位置，实现侦查打一体化。
附图说明
30.图1是机架的示意图；
31.图2是本发明的构型示意图ⅰ；
32.图3是本发明的构型示意图ⅱ；
33.其中，1-机架，2-柔性体，3-螺旋桨，4-变形控制机构，5-动力电池，6-定位装置，7-飞行控制模块，8-相机。
具体实施方式
34.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
35.本实施例提供了一种多结构可变形柔性附顶式无人机，参见附图1-3，包括：机架1、两个以上柔性体2、两个以上螺旋桨3、与柔性体2等数量的变形控制机构4、动力电池5、飞行控制模块7和相机8；
36.本实施例中优选柔性体2的数量为三个，螺旋桨3的数量也为三个；
37.三个所述柔性体2、三个螺旋桨3、动力电池5、飞行控制模块7和相机8均安装在机架1上，所述动力电池5为所述飞行控制模块7、螺旋桨3和变形控制机构4供电；
38.柔性体2的端面与机架1的边缘铰接，柔性体2可发生相对于机架1的转动，三个所述变形控制机构4一一对应安装在柔性体2与机架1的铰接处；当柔性体2收拢至其端面与机架1平行时，柔性体2位于极限位置ⅰ；当柔性体2展开至其端面与机架1垂直时，柔性体2位于极限位置ⅱ；飞行控制模块7通过控制变形控制机构4，来控制柔性体2在极限位置ⅰ和极限位置ⅱ之间的角度范围内、相对机架1的转动与固定；柔性体2内部填充有氦气，柔性体2的总浮力大于无人机整体的重力；
39.飞行控制模块7还用于控制螺旋桨3的旋转；所述相机8用于执行侦察记录图像。
40.所述一种多结构可变形柔性附顶式无人机还包括定位装置6，所述定位装置6安装在机架1上，且内嵌有gps系统。
41.其中，动力电池5、定位装置6、飞行控制模块7和相机8的安装、螺旋桨3的旋转以及柔性体2的展开与收拢三者之间互不干涉。
42.所述机架1为平板结构，本实施例优选为平面的六边形框架结构，六边形框架结构包括三个等长度的长边和三个等长度的短边，三个长边与三个短边间隔设置，机架1上加工有三个梯形的孔，用于减重和减少无人机升降时的空气阻力；三个螺旋桨3与三个柔性体2在机架1上沿圆周间隔设置，且均匀分布。
43.所述柔性体2为柱状壳体，所述柱状壳体的横截面为三角形，三角形的三个顶点为圆角过渡，三个柔性体2均安装在机架1的一侧，每个柔性体2的一个端面均与所述机架1的相应短边铰接，三个柔性体2均在极限位置ⅰ时，三个柔性体2的端面围成一个等边三角形的轮廓，所述轮廓的中心沿柔性体2的长度方向延伸形成一个空间，用于容置相机；所述柔性体2材料采用ptfe塑料；
44.三个所述螺旋桨3一一对应安装在机架1的长边的中点处，每个所述螺旋桨3内均设置有无刷电机，无刷电机通过相应的电机底座与机架1连接，飞行控制模块7通过控制无刷电机的启停控制螺旋桨的旋转。
45.工作原理：
46.无人机工作前，先向柔性体2内充入氦气，使柔性体2的浮力大于无人机系统的重力。
47.无人机工作时，包括以下三种模式：
48.(1)附顶待机模式：当无人机飞至指定位置，关闭螺旋桨，螺旋桨不工作，由于柔性体2的浮力大于无人机系统的重力，使得无人机系统能够依靠自身浮力附顶停靠，即无人机由于浮力的作用，其顶部可以附着于建筑物的下表面停靠，此时，动力电池无需负责无人机系统的重力消耗；
49.(2)飞行机动模式：飞行机动模式包括悬停、水平机动、垂直机动和前进中上升等行为，当无人机需要进入机动模式时，飞行控制模块7、无刷电机和变形控制机构4通电，飞行控制模块7通过指令控制无刷电机的运转，从而控制螺旋桨3的旋转，为无人机提供机动所需力和力矩。此时，由于动力电池无需负责无人机系统的重力消耗，只需输出较小的功率就可以进行机动，极大减少无人机飞行的耗电，从而使续航时间成倍增加，使无人机能携带较少电池下长时间的进行作业，如室内巡逻监控、未知地形的长时间侦查勘测等，同时，较小的功率驱动可无人机系统实现静音飞行，大大提高隐蔽性。
50.(3)柔性体变形模式：当无人机在广阔区域飞行的工况下，飞行控制模块7发送指令给变形控制机构4，变形控制机构4接收指令带动柔性体2展开至极限位置ⅱ并固定，以增加附顶面积，提高无人机系统稳定性及隐蔽性；当无人机在狭窄区域飞行的工况下，如室内可飞行区域少和穿越通道狭窄等的工况下，飞行控制模块7发送指令给变形控制机构4，变形控制机构4接收指令控制柔性体2收拢至能满足工况通过要求并固定，以减少触障面积，提高无人机系统灵活性。
51.综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。