一种六杆张拉整体框架及抗冲击无人机的制作方法

1.本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种六杆张拉整体框架及抗冲击无人机。


背景技术：

2.对普通无人机而言，在障碍物难以探测、难以规避的复杂环境中飞行非常具有挑战性。环境中的障碍物对无人机机械结构的安全和完整极具威胁，稍有不慎就会损坏无人机的旋翼或机臂，使无人机坠毁。
3.经过广泛调研发现，目前无人机的缓冲结构主要有两种，一种是在无人机外部安装具有弹性、类似球形的缓冲结构，利用球形结构对外界力的缓冲实现对无人机的保护，但是这种无人机在受到撞击落地后无法再次起飞。另一种是在无人机外部安装类似鼠笼的结构，使无人机依靠自身重力作用保持机翼的水平，但是鼠笼结构需要保持对无人机的支撑作用，导致鼠笼结构对外界力的缓冲作用有限，且无法为无人机提供稳定的着地面，这种无人机同样只能飞行而不能在地面进行可控滚动。
4.因此，亟需设计一种新型缓冲结构满足对无人机机械结构的保护并使无人机能在地面进行可控的滚动运动以及摔落后能再次起飞。


技术实现要素：

5.本发明克服了现有技术的不足之一，提供了一种张拉整体框架及抗冲击无人机，该框架轻质且能够提供高强度的抗冲击能力，在保护无人机机械结构的同时减少对无人机续航能力的影响，飞控能够根据当前姿态生成对应的驱动策略以驱动无人机的螺旋桨产生推力，使本无人机能够在地面进行有序可控的滚动并实现摔落后的再次起飞。
6.根据本公开的一方面，本发明提供一种六杆张拉整体框架，所述张拉整体框架包括六根刚性压杆和二十四根弹性索，所述每根刚性压杆的两个端点分别引出四根弹性索，所述每个端点的四根弹性索分别与距离该端点最近的四个端点相连接；其中，所述六根刚性压杆平均分为三组，在空间位置上，所述三组刚性压杆中的任意两组刚性压杆相互垂直，所述每一组内的两根刚性压杆相互平行。
7.在一种可能的实现方式中，所述刚性压杆包括空心碳管和杆索连接件，所述杆索连接件分别设置在所述空心碳管两端，所述杆索连接件与所述空心碳管通过过盈配合固定连接。
8.在一种可能的实现方式中，所述杆索连接件包括3d打印件，轴承，橡胶圈，卡簧槽；所述3d打印件设置有凸起柱，所述凸起柱上刻有卡簧槽，所述卡簧槽安放卡簧，用于固定所述轴承，所述轴承的外侧设置有橡胶圈。
9.在一种可能的实现方式中，所述杆索连接件上部呈圆弧形，且所述杆索连接件上设置有六个通孔。
10.在一种可能的实现方式中，所述弹性索包括弹簧、尼龙绳和锁线器；其中，所述弹簧两端的挂钩分别连接两段长度相同的尼龙绳，所述尼龙绳通过所述锁线器与所述弹簧挂
钩固定连接。
11.在一种可能的实现方式中，所述锁线器还用于将所述尼龙绳和所述杆索连接件上的通孔固定连接。
12.根据本公开的另一方面，本公开提出了一种抗冲击无人机，所述抗冲击无人机包括无人机和权利要求1
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6任意一项所述的六杆张拉整体框架，其中，所述无人机位于上述的六杆张拉整体框架的内部，所述无人机包括机臂、螺旋桨、电池、飞塔；其中，所述无人机的机臂的末端设置有通孔，所述电池设置在所述螺旋桨所在平面的下方，所述飞塔设置在所述螺旋桨所在平面的上方；所述无人机与所述空心碳管之间设置有硅胶柱，所述硅胶柱中间设置有通孔；利用所述尼龙绳通过所述机臂末端通孔、硅胶柱通孔和空心碳管连接固定所述无人机和所述六杆张拉整体框架。
13.本公开的六杆张拉整体框架，通过包括六根刚性压杆和二十四根弹性索，每个刚性压杆的两个端点分别引出四根弹性索，所述每个端点的四根弹性索分别与距离所述端点最近的四个端点相连接，六根刚性压杆平均分为三组，在空间位置上，三组刚性压杆中的任意两组刚性压杆相互垂直，每一组内的两根刚性压杆相互平行。能够提供高强度的抗冲击能力，在保护无人机机械结构的同时减少对无人机续航能力的影响，使本无人机能够在空中飞行、在地面进行有序可控的滚动及摔落后再次起飞。
附图说明
14.附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
15.图1示出了根据本公开一实施例的六杆张拉整体框架的结构示意图；
16.图2示出了根据本公开一实施例的六杆张拉整体框架的刚性压杆的结构示意图；
17.图3示出了根据本公开一实施例的六杆张拉整体框架的杆索连接件的侧视图；
18.图4示出了根据本公开一实施例的六杆张拉整体框架的杆索连接件的剖视图；
19.图5示出了根据本公开一实施例的六杆张拉整体框架的杆索连接件的组装结构剖视图；
20.图6示出了根据本公开一实施例的六杆张拉整体框架的弹性索的结构示意图；
21.图7示出了根据本公开另一实施例的六杆张拉整体框架的弹性索的结构示意图；
22.图8示出了根据本公开一实施例的单个无人机结构俯视图；
23.图9示出了根据本公开一实施例的单个无人机的结构侧视图；
24.图10示出了根据本公开一实施例的抗冲击无人机的俯视图；
25.图11示出了根据本公开一实施例的抗冲击无人机的侧视图；
26.图12示出了根据本公开一实施例的抗冲击无人机的整体结构示意图；
27.图13示出了根据本公开一实施例的抗冲击无人机与刚性压杆的连接示意图。
具体实施方式
28.以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申
请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
29.图1示出了根据本公开一实施例的六杆张拉整体框架的结构示意图。如图1所示，该六杆张拉整体框架可以包括：六根刚性压杆和二十四根弹性索，每根刚性压杆的两个端点分别引出四根弹性索，每个端点的四根弹性索分别与距离该端点最近的四个端点相连接。刚性压杆承受沿刚性压杆方向的压力，弹性索承受拉力，整个结构不会因外界力的作用而在内部产生扭矩，在受到外界冲击时能通过自身形变吸收外界的冲击力，具有极强的抗冲击能力。其中，六根刚性压杆平均分为三组，在空间位置上，三组刚性压杆中的任意两组相互垂直，所述每一组内的两根刚性压杆相互平行。六杆张拉整体框架在空间上呈高度对称，六杆张拉整体框架外观上为正二十面体，包括二十个三角形，分别为八个等边三角形和十二个等腰三角形。
30.举例来说，如图1所示，每根刚性压杆末端均引出四根弹性索，分别与在空间位置上距离该刚性压杆末端最近的四个刚性压杆末端相连接，构成高度对称的正二十面体结构。其中，刚性压杆的端点a与其最近的四根刚性压杆的端点e、f、i、k连接，刚性压杆的端点b与端点g、h、i、k连接，刚性压杆的端点c与其最近的四根刚性压杆的端点e、f、j、l连接，刚性压杆的端点d与其最近的四根刚性压杆的端点g、h、j、l连接，端点e与其最近的四根刚性压杆的端点a、c、i、j连接，刚性压杆的端点f与其最近的四根刚性压杆的端点a、c、k、l连接，端点g与其最近的四根刚性压杆的端点j、i、b、d连接，刚性压杆的端点h与其最近的四根刚性压杆的端点b、d、k、l连接，端点i与其最近的四根刚性压杆的端点a、b、e、g连接，刚性压杆的端点j与其最近的四根刚性压杆的端点c、d、e、g连接，刚性压杆的端点k与其最近的四根刚性压杆的端点a、b、f、h连接，刚性压杆的端点l与其最近的四根刚性压杆的端点c、d、f、h连接。
31.图2示出了根据本公开一实施例的六杆张拉整体框架的刚性压杆的结构示意图。图3、图4、图5分别示出了根据本公开一实施例的六杆张拉整体框架的杆索连接件的侧视图、剖视图、组装结构剖视图。
32.如图2所示，刚性压杆包括空心碳管11和杆索连接件9，杆索连接件9分别设置在空心碳管11两端，杆索连接件9与空心碳管11通过过盈配合固定连接。
33.如图3、图4、图5所示，杆索连接件9可以由3d打印件，轴承15，橡胶圈13，卡簧槽14四部分组成。3d打印件可以为利用3d打印出的树脂接头，安装刚性压杆的两端，3d打印件内置轴承15和橡胶圈13，可以避免刚性压杆上扭矩的产生，提高刚性压杆端的抗冲击能力和对外界力的缓冲能力。
34.3d打印件可以用于固定空心碳管11，3d打印件设置有凸起柱，凸起柱上刻有卡簧槽14，卡簧槽14安放卡簧，用于固定轴承15，轴承15可以绕固定轴转动，用于平衡每根刚性压杆两端所连接的四根弹性索之间的扭矩，防止组装整个结构时在空心碳管11内部产生额外的扭矩。轴承15的外侧设置有橡胶圈13，橡胶圈13可以缓冲刚性压杆的两个端点受到的冲击力，提高刚性压杆杆端承受冲击的能力。其中，杆索连接件的上部呈圆弧形，且杆索连接件上设置有六个通孔12，用于连接尼龙绳。
35.图6示出了根据本公开一实施例的六杆张拉整体框架的弹性索的结构示意图；图7示出了根据本公开另一实施例的六杆张拉整体框架的弹性索的结构示意图。
36.如图6、图7所示，弹性索包括弹簧16、尼龙绳17和锁线器18。弹簧16产生拉力，利用锁线器18实现对尼龙绳16的安装。其中，弹簧16两端的挂钩分别连接两段长度相同的尼龙绳17，尼龙绳17通过锁线器18与弹簧挂钩固定连接。锁线器18还用于将尼龙绳17和杆索连接件上的通孔12固定连接，实现弹性索和刚性压杆的连接。
37.本公开的张拉整体框架，通过包括六根刚性压杆和二十四根弹性索，刚性压杆的两个端点分别引出四根弹性索，所述每个端点引出的四根弹性索分别与距离该端点最近的四个端点相连接，六根刚性压杆平均分为三组，在空间位置上，三组刚性压杆中的任意两组刚性压杆相互垂直，每一组内的两根刚性压杆相互平行。能够提供高强度的抗冲击能力，在保护无人机机械结构的同时减少对无人机续航能力的影响；六杆张拉整体框架高度对称性，框架稳定能够驱动无人机的螺旋桨产生推力，使本无人机能够在地面进行有序可控的滚动及再次起飞。
38.在空间上，六杆张拉整体框架内部有较大的载荷空间，能够搭载动力装置及负载，例如可以搭载无人机等，六杆张拉整体框架结合搭载的无人机可以称为具备抗外界冲击的新型抗冲击无人机。
39.图8、图9分别示出了根据本公开一实施例的单个无人机结构俯视图和侧视图。
40.如图8、图9所示，抗冲击无人机包括无人机和权利要求1
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6任意一项所述的六杆张拉整体框架。无人机可以包括机臂、螺旋桨1、电池6、飞塔3；其中，无人机的机臂的末端设置有通孔，电池6设置在螺旋桨1所在平面的下方，飞塔3设置在螺旋桨1所在平面的上方；无人机与空心碳管11之间设置有硅胶柱，硅胶柱中间设置有通孔；利用尼龙绳17通过机臂末端通孔、硅胶柱通孔和空心碳管连11接固定无人机和六杆张拉整体框架22。
41.其中，无人机机身结构，并利用轻质、高强度的碳纤维板进行切割，分别在四个机臂的末端预留安装孔21用于连接固定无人机与空心碳管11，需要说明的是无人机不局限于四翼无人机。
42.如图10所示，在无人机的螺旋桨1下方挖出部分空心区域以提高螺旋桨1产生的总推力。由电调和飞控构成的飞塔3固定在机身上方，无人机的电池6放置于电池盒里，通过电池固定板7和铜柱8以及螺栓固定在无人机的机身下方，使得无人机的整体重心位于螺旋桨1所在平面下方，使得无人机在被控制过程中更稳定。硅胶柱19由模型倒模而成，硅胶柱19的上方与无人机的机臂接触，下方与刚性压杆相接触，硅胶柱19中间为通孔，尼龙绳17穿过机臂末端通孔、硅胶柱通孔、空心碳管进行固定。
43.图10示出了根据本公开一实施例的抗冲击无人机的俯视图；图11示出了根据本公开一实施例的抗冲击无人机的侧视图；图12示出了根据本公开一实施例的抗冲击无人机的整体结构示意图；图13示出了根据本公开一实施例的抗冲击无人机与刚性压杆的连接示意图。
44.如图10、图11所示，用两根互相平行的刚性压杆作为固定无人机的固定座，将无人机固定在六杆张拉整体框架22内部，如图12所示。无人机的每根刚性压杆末端的杆索连接件9均引出四根弹性索，分别与在空间位置上距离该杆末端最近的四个杆索连接件9相连接，构成高度对称的正二十面体结构。如图13所示，无人机与六杆张拉整体22中的空心碳管11无直接接触。
45.将无人机固定在六杆张拉整体框架内部，将弹性索和刚性压杆连接，连接时弹簧
16处于伸长状态，即组装过程中弹性索内部有预紧力，该预紧力用于维持六杆张拉整体框架的结构形状，每根弹性索内部的拉力大小基本一致，在空间上，六杆张拉整体框架的表面为正二十面体形状。
46.正常起飞前的初始状态下，六杆张拉整体框架22的二十个面中的处于无人机螺旋桨1所在平面下的的任意面着地，无人机螺旋桨1所在平面倾斜，并与地面存在一定夹角，准备起飞时，无人机进入自稳模式，螺旋桨1转动并产生推力，使螺旋桨1所在平面与地面平行使得无人机正常起飞；起飞后，操控者通过操纵遥控器实现对本发明的控制，实现探测、运输负载等功能。
47.当无人机撞击障碍物后，六杆张拉整体22外壳吸收障碍物对无人机冲击力，掉落到地面后，依靠弹簧16、橡胶圈13等对冲击力进行极大程度的缓冲，实现对螺旋桨1、机臂等结构的保护；依靠飞控内部的传感器数据实现对无人机自身姿态的辨别，判断当前着地面并生成相应的螺旋桨1驱动策略，使得基于六杆张拉整体框架的新型抗冲击无人机在地面进行有序可控的滚动，最终翻转到适合起飞的姿态，实现无人机受撞击落地之后的再次起飞。
48.虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。