六自由度四轴飞行器

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六自由度四轴飞行器
申请号	CN201310120929.3	申请日	2013-04-09	公开(公告)号	CN103213681B	公开(公告)日	2015-10-14
申请人	皖西学院;			发明人	孙益博; 林华; 周宇; 华磊; 翁志刚; 翁志远; 张小亮; 杨风潇; 鲁文凡; 张子美; 冯晨; 余超; 张小康; 张园宇; 顾云飞;
摘要	六自由度四轴飞行器，包括由四根杆组成的正四面体，所述正四面体的中心位置设有一个空心圆球，空心圆球上设有四根支杆分别与正四面体的四个顶点相连，所述空心圆球内设有电池和控制系统，所述控制系统中设有陀螺仪，所述陀螺仪同单片机相连，所述单片机还同遥控器相连，同时控制系统上设有四根电机杆穿过空心圆球垂直四面体各个表面，所述电机杆上安装有无刷电机和螺旋桨。本发明利用有螺旋桨作为飞行引擎来进行空中飞行，尺寸小、重量轻、适合携带；还能够携带一定的任务载荷，具备自主导航飞行能力，在复杂、危险的环境下完成特定的飞行任务，同时还也可以用于娱乐。
权利要求	1.六自由度四轴飞行器，包括由六根杆组成的正四面体，其特征是：所述正四面体的中心位置设有一个空心圆球，空心圆球上设有四根支杆分别与正四面体的四个顶点相连，所述空心圆球内设有电池和控制系统，所述控制系统中设有陀螺仪，所述陀螺仪同单片机相连，所述单片机还同遥控器相连，同时控制系统上设有四根电机杆穿过空心圆球垂直四面体各个表面，所述电机杆上安装有无刷电机和螺旋桨；六自由度四轴飞行器的控制方式如下：（1）以正四面体的平行地面的表面为基面，当所有螺旋桨同向转动时，其内部空心圆球所受扭矩值和为零，其合力方向垂直于基面向上，改变垂直地面电机杆上的螺旋桨的转速就能实现本六自由度四轴飞行器的上升和下降；（2）以正四面体的垂直地面的表面为基面，当所有螺旋桨同向转动时，其内部空心圆球所受扭矩值和为零，其合力方向垂直于基面向外，改变平行地面电机杆上的螺旋桨的转速就能实现本六自由度四轴飞行器在平面飞行；（3）以正四面体的任意表面为基面，当所有螺旋桨同向转动时其内部空心圆球所受扭矩值和为零，其合力方向沿其中任一电机杆方向向外，改变剩下三根电机杆上的任一螺旋桨的转速就能实现本六自由度四轴飞行器的翻转飞行。
说明书全文	六自由度四轴飞行器技术领域 [0001] 本发明涉及一种微型飞行器，具体为一种六自由度四轴飞行器。背景技术 [0002] 目前我们所接触到的现有飞行器，其一大部分只能在四自由度飞行，并且受空气气流影响很大，不能够平稳飞行。其二体积较大，构造不够紧凑，不能够在狭隘空间里飞行，如考古探洞，矿井等狭隘空间。其三自我保护的设计比较差，螺旋桨裸露在机体外，容易接触到其他物体造成损坏，且飞行器抗摔能力较差。最后不能够在空中翻转，不能够在任意三维空间内运动。发明内容 [0003] 本发明所解决的技术问题在于提供一种六自由度四轴飞行器，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0004] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现： [0005] 六自由度四轴飞行器，包括由四根杆组成的正四面体，所述正四面体的中心位置设有一个空心圆球，空心圆球上设有四根支杆分别与正四面体的四个顶点相连，所述空心圆球内设有电池和控制系统，所述控制系统中设有陀螺仪，所述陀螺仪同单片机相连，所述单片机还同遥控器相连，同时控制系统上设有四根电机杆穿过空心圆球垂直四面体各个表面，所述电机杆上安装有无刷电机和螺旋桨。 [0006] 进一步的，以正四面体的平行地面的表面为基面，当所有螺旋桨同向转动时其内部空心圆球所受扭矩值和为零，其合力方向垂直于基面向上，改变垂直地面电机杆上的螺旋桨的转速就能实现本发明的上升和下降。 [0007] 进一步的，以正四面体的垂直地面的表面为基面，当所有螺旋桨同向转动时其内部空心圆球所受扭矩值和为零，其合力方向垂直于基面向外，改变平行地面电机杆上的螺旋桨的转速就能实现本发明的在平面飞行。 [0008] 进一步的，以正四面体的任意表面为基面，当所有螺旋桨同向转动时其内部空心圆球所受扭矩值和为零，其合力方向沿其中任一电机杆方向向外。当改变剩下三根电机杆上的任一螺旋桨的转速就能实现本发明的翻转飞行。 [0009] 有益效果： [0010] 本发明利用有螺旋桨作为飞行引擎来进行空中飞行，尺寸小、重量轻、适合携带；还能够携带一定的任务载荷，具备自主导航飞行能力，在复杂、危险的环境下完成特定的飞行任务，同时还也可以用于娱乐。附图说明 [0011] 图1为本发明的结构示意图。具体实施方式 [0012] 为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。 [0013] 如图1所示，六自由度四轴飞行器，包括由四根杆组成的正四面体1，所述正四面体1的中心位置设有一个空心圆球，空心圆球上设有四根支杆5分别与正四面体1的四个顶点相连，所述空心圆球内设有电池和控制系统4，所述控制系统4中设有陀螺仪，所述陀螺仪同单片机相连，所述单片机还同遥控器相连，同时控制系统4上设有四根电机杆3穿过空心圆球垂直正四面体1各个表面，所述电机杆3上安装有无刷电机和螺旋桨2。 [0014] 实施例1， [0015] 以正四面体1的平行地面的表面为基面，根据理论力学进行计算，当所有螺旋桨同向转动时其内部空心圆球所受扭矩值和为零，其合力方向垂直于基面向上，改变垂直地面电机杆3上的螺旋桨2的转速就能实现本发明的上升和下降。 [0016] 实施例2， [0017] 以正四面体1的垂直地面的表面为基面，根据理论力学进行计算，当所有螺旋桨2同向转动时其内部空心圆球所受扭矩值和为零，其合力方向垂直于基面向外，改变平行地面电机杆3上的螺旋桨2的转速就能实现本发明的在平面飞行。 [0018] 实施例3， [0019] 以正四面体1的任意表面为基面，根据理论力学进行计算，当所有螺旋桨2同向转动时其内部空心圆球所受扭矩值和为零，其合力方向沿其中任一电机杆3方向向外，改变剩下三根电机杆3上的任一螺旋桨2的转速就能实现本发明的翻转飞行。 [0020] 本发明控制系统中的陀螺仪可以感知外界状况，其结构力学，受力原理，飞行时所受作用力和现有的飞行器完全不同。本发明能进行垂直升降、平面飞行以及翻转飞行，实现无自由度约束飞行。 [0021] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。