[发明专利]一种能在地面滚动的陆空四旋翼无人飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种四旋翼无人飞行器，特别是涉及一种能在地面滚动的陆空 四旋翼无人飞行器，属于四旋翼无人飞行器技术领域。

背景技术

四旋翼无人飞行器以其垂直起降，可操作性强，方便带载等特点，在军用 和民用方面都有着很高的应用价值。它可以作为一种轻量化的空中军事力量， 担任空中侦察、情报收集、指挥控制和电子干扰等任务，发展至今更可参与直 接攻击重要目标的任务。在民用方面，可以完成包括大气监测、森林火灾预警、 农产品病情监测，空中摄影和社区安防巡检等任务。由于飞行器机器人的出色 表现，全世界也掀起了研究其的热潮。

Draganflyer是美国一家商业公司开发的商品，其控制系统由遥控信息接收 装置、微型控制器、角速度传感器、红外热传感模块构成了它的导航与控制系 统。使其能够稳定地在室外进行飞行，并且采用了碳纤维、高密尼龙等材料， 使得该本体较为轻便，但是负载能力很小，仅可负载4盎司的重物。

斯坦福大学在STARMAC项目中以Draganflyer的产品为平台，但是对其的 控制系统及航姿参考系统进行了重新的设计，使用了基于加速度计、陀螺仪、 磁力计、GPS和超声波传感器等组合的导航系统，可以实现跟踪预定航点轨迹 飞行，并采用了先进的控制方法，取得了很好的控制效果(如图2)。

宾夕法尼亚大学通过对设计出了一款四旋翼飞行器HMX-4(如图3)，值得 一提的是他们在飞行器中加入了视觉定位，通过两种传感器的融合，得到了更 高精度的姿态数据。在控制算法上，他们运用了线性化算法，配合着高精度的 姿态数据得到了比较理想的控制效果。目前，该种四轴飞行器可以实现在特定 环境下完全自主的飞行,而他们则把研究点放在了多机协同的控制中。

相比于国外，国内在四旋翼飞行器的研究方面起步较晚，近些年各高校也 逐渐进行深入的研究，取得了一定的研究成果。在国内企业方面，诸如大疆创 新科技公司在四旋翼飞行器上面具有很强的实力，他们的产品也逐渐在国内国 外占了很大的市场。

相比较于固定翼飞行器，四旋翼飞行器的显著优点在于其机械结构简单， 可以在比较狭小的空间内垂直升降、飞行、着陆，同时，四旋翼飞行器也是研 究导航控制、通信、传感器技术等优秀的试验平台，在智能控制、飞行路径规 划、多机协同及智能避障等方面均具有较大的科研价值。但由于其在地面无法 实现行走，只能远距离实现观察，大大限制了机器人的应用和发展。研制一种 能在陆空都可以行走和飞行的机器人，对救援和近距离查看显得十分必要和迫 切，具有具有重要的意义。

发明内容

本发明的主要目的是为了解决目前现有技术中四旋翼无人飞行器存在的上 述问题，提供一种应用范围广、不仅可以任意飞行、而且可以实现在地面上滚 动和自由行走，还可以防止高空摔落后损坏的能在地面滚动的陆空四旋翼无人 飞行器。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种能在地面滚动的陆空四旋翼无人飞行器，包括四旋翼机构、柔性球壳 机构、及设置在四旋翼机构上的控制系统，所述四旋翼机构与所述柔性球壳机 构之间耦合连接，所述控制系统控制所述四旋翼机构和所述柔性球壳机构，并 为所述四旋翼机构和所述柔性球壳机构提供动力，所述四旋翼机构上设有转轴， 所述柔性球壳机构上设有轴承，所述四旋翼机构与所述柔性球壳机构之间通过 所述转轴和所述轴承耦合连接，所述四旋翼机构、所述柔性球壳机构和所述轴 承均采用轻质材料，所述四旋翼机构由碳纤维加工而成，所述柔性球壳机构由 聚甲醛材料加工而成，所述轴承为塑料轴承。

作为一种优选方案，所述四旋翼机构由一基座构成，所述基座内部设有容 纳空间，所述容纳空间用于设置所述控制系统，所述基座的四个对称的角上均 设有连接槽，四所述连接槽用于与所述控制系统相连。

作为一种优选方案，所述基座的四个所述连接槽中对称的两个连接槽内均 设有长轴，另外两个对称的连接槽内均设有短轴，所述转轴设置在两所述长轴 上。

作为一种优选方案，两所述长轴和两所述短轴上均设有安装架，所述安装 架上设有驱动电机，所述驱动电机与旋翼相连，所述驱动电机为A2212无刷直 流电机，所述驱动电机的工作电压为直流7.2V～16.8V，工作电流范围为3～30A。