[发明专利]一种组合式涵道空中侦察机器人

说明书

技术领域

本发明属于机械设计，机器人技术领域，具体来说，是一种组合式涵道空中侦察机器人。

背景技术

能够自主飞行的无人机（UAV）在很多方面得到广泛的应用，目前主要用于军事。使用无人机执行任务有很多好处，比如执行任务时如果损失一架无人机所造成的财政和政治上的影响会减少很多，所以无人机可以被派遣去执行一些比较危险的任务。固定翼的无人机虽然有很多优点，技术上也很成熟，但是它有一个很明显的缺点，就是这类无人机起飞需要一些弹射装置或者跑道来“助跑”，降落的时候又需要一些网状的装置或者降落伞。对于一些空间受到限制，负载的环境中，这类无人机的应用就受到很大的限制。垂直起降技术（VTOL，vertical takeoff and landing）进入人们的视野中，这类的无人机除了具有垂直起降的能力，还能在空中悬停，“停在那里盯着看”。早在1992年，美国的“未来战争系统要求在垂直起降无人机上，采用多用途安全和侦察任务平台(MSSMPs，Multipurpose Security and Surveillance Mission Platforms)构成一个遥控传感的分布式网络系统。这样的一个系统要求执行任务时并不只是提供对环境的感知作用，而是为指挥者提供一个能够快速地派遣和回收、空中机动的、昼夜的、全天候的、实时的无人系统，具备自主监视、侦察以及评估能力。这些能力能够提供实时的重要的敌人领域及活动情报。同时该系统为指挥者提供警报装置来帮助部队自身的安全和保护。

传统的涵道机器人是指以涵道风扇作为飞行动力的主要来源，并将涵道风扇本身作为无人机的主体，具有垂直起降和悬停飞行能力的无人机。涵道可以看作是一种环形机翼，将机器人的升力系统和推进系统有效地结合起来，在低空速下增加机器人的推力，当无人机起飞时又可以提供气动升力，以平衡重力，使螺旋桨提供的升力大部分转化成前进的动力，提高了效率。与普通的旋翼相比，涵道式旋翼除了旋翼产生拉力外，涵道壁还产生附加升力。普通螺旋桨产生的滑流会耗散一部分功率，而涵道可有效地将螺旋桨滑流转换成推力，这是同等直径的涵道风扇效率大于螺旋桨的一个原因。对于涵道机器人，能够提供足够大的升力，使飞行效率高于其他机器人。但传统的涵道机器人结构复杂，控制困难。由于需要消除旋翼机器人飞行过程中反扭的现象，在涵道的出气口会设置有多个整流片。虽然整流片的安装有效的解决了反扭的现象，但是代价就是损失了一部分的升力。同时在飞行控制方面需要通过下方的方向舵来控制，由于转动惯量比较小，很难稳定控制。但是我们设计的机器人由于增加了四旋翼，增大了转动惯量，在相同转矩的作用下，角加速度会减小，提高了飞行稳定性。

传统的四旋翼机器人：四旋翼直升机，国外又称Quadrotor，Four-rotor，4rotors helicopter，X4-flyer等等，是一种具有四个螺旋桨的机器人并且四个螺旋桨呈十字形交叉结构，相对的四旋翼具有相同的旋转方向，分两组，两组的旋转方向不同。与传统的直升机不同，四旋翼直升机只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作。四旋翼机器人采用四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，一对相对的旋翼逆时针旋转，另一对旋翼顺时针旋转，四个电机对称的安装在机器人的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。四旋翼机器人由于其对称的设计，使原本笨重的涵道机器人变得灵活自如，但传统的四旋翼虽然灵活，但是提供的升力十分有限。这一缺点尤其是在刮风的情况下更为突出，快速机动就受到了明显的限制。另外，电驱动的飞行模式续航时间有限，如果向我们的机器人一样通过汽油驱动飞行，当飞机悬停时，几乎可以大幅度的减慢电控旋翼的转速以节省电源，当需要姿态调整时，再提高转速，使飞行效率最优化。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种将涵道机器人和四旋翼机器人各自的特点进行结合，同时互相弥补了不足的全新的涵道飞行侦察机器人，具有空中侦查和远距离动态监控，特定目标的搜索定位，通信中继等功能。

本发明一种组合式涵道空中侦察机器人，包括共轴反桨机构、汽油发动机、发动机机架、涵道、涵道支撑机构、旋翼支桨机构、主支撑机构。