一种紧凑布局的球形无人机

1.本发明涉及无人机相关技术领域，具体涉及一种紧凑布局的球形无人机。


背景技术：

2.球形无人机至少包括了三部分，球壳、连接框架和内部无人机。目前的球壳设计多采用条幅状球壳，使用经线和纬线组成球壳，组成简单，但抗击强度不太够。连接框架有的采用两个环组成，内部四旋翼的尺寸受最内环大小限制，导致球壳内的空间利用率不高；连接框架也有采用一个框架环和一根连接直杆组成的，内部四旋翼的尺寸由框架环的尺寸决定，相比提高了球壳内部空间利用率，而使用的直杆多数是穿过无人机机身的，这就需要单独设计适合的机架，不适用于普通的旋翼无人机。
3.球形无人机的外壳抗冲击能力越强，其整体的抗撞能力就越强；球形无人机内部布局更加紧凑，尺寸设计就可以更小巧，也能增加抗撞击能力；四旋翼与连接框架之间的连接方式简单，也就能增加保护外壳的通用性，使普通旋翼无人机也可以设计安装一个保护球壳。目前在该领域仍未有满足上述设计的球形无人机。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有技术存在技术问题的一种或几种，提供了一种紧凑布局的球形无人机。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种紧凑布局的球形无人机，包括无人机本体、球壳和消旋框架，所述消旋框架包括环形框和弯曲连杆，所述环形框具有第一连接位点、第二连接位点、第三连接位点和第四连接位点，所述第一连接位点和第二连接位点的连线为第一连线，所述第三连接位点和第四连接位点的连线为第二连线，所述第一连线和第二连线相互垂直且均经过球壳的球心；
6.所述第一连接位点和第二连接位点处的环形框分别通过第一滚动轴承与所述球壳顶部中心和底部中心转动连接，所述弯曲连杆的两端分别通过第二滚动轴承与所述第三连接位点和第四连接位点处的环形框转动连接，所述第一滚动轴承的轴线经过第一连线，所述第二滚动轴承的轴线经过第二连线；所述无人机本体的顶部通过第三滚动轴承与所述弯曲连杆的中部转动连接，所述无人机本体的底部设有多个旋翼。
7.本发明的有益效果是：本发明的紧凑布局的球形无人机，采用环形框和弯曲连杆配合，弯曲连杆的本质作用是扩大了无人机的垂直尺寸缩小了水平尺寸，旋翼下置布局本质是牺牲了稳定性缩小了水平尺寸，可以缩小相邻旋翼间距，使无人机旋翼的间距(旋翼直径/相邻旋翼间距*100％)达到了92％，无人机尺寸缩小之后就可以设计更小的球壳。使球壳内的无人机本体结构紧凑，抗冲击能力强。
8.消旋框架上设有三个自由度的滚动轴承，三轴消旋框架是球壳和无人机之间的连接耦合部件。三轴消旋框架是由一个环形框、一个弯曲连杆、以及若干个滚动轴承连接构成具有三旋转自由度的框架，可以解除球壳和四旋翼无人机的固定连接，使两者的旋转运动
互不影响。当球形无人机与外部障碍物发生碰撞时，碰撞所产生的影响效果被外壳所吸收，可以保持四旋翼无人机平稳。
9.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
10.进一步，所述环形框包括四根弧形杆和四个第一连接件，四根弧形杆依次通过第一连接件连接形成所述环形框，所述第一连接位点、第二连接位点、第三连接位点和第四连接位点分别位于四个第一连接件处。
11.采用上述进一步方案的有益效果是：采用四根弧形杆连接形成环形框，方便连接固定，结构稳定性更好。
12.进一步，所述第一连接件包括两个对称布置的夹板，两个夹板的两端分别与相邻两个弧形杆的端部固定连接，两个夹板的中部形成用于安装第一滚动轴承外圈或第二滚动轴承外圈的装配通道，两个所述第一滚动轴承的内圈分别与所述球壳顶部中心和底部中心固定连接。
13.采用上述进一步方案的有益效果是：采用两个夹板结构的第一连接件，将滚动轴承与弧形杆连接固定。
14.进一步，两个夹板的两端之间形成夹持间隙，所述弧形杆的端部插入所述夹持间隙并通过螺钉与所述夹板固定连接。
15.进一步，所述弯曲连杆包括第一直杆段、斜杆段和第二直杆段，所述第一直杆段的两端均连接有斜杆段，所述斜杆段的自由端均连接有第二直杆段，所述第二直杆段平行于所述第一直杆段布置，所述斜杆段与第一直杆段的夹角大于90
°
；所述无人机本体的顶部通过第三滚动轴承与所述第一直杆段的中部转动连接，两根所述第二直杆段的自由端通过第二滚动轴承与所述第三连接位点和第四连接位点处的环形框转动连接；所述第三滚动轴承的轴线与所述第二滚动轴承的轴线相交。
16.采用上述进一步方案的有益效果是：采用直杆段和斜杆段配合的结构，方便无人机本体和环形框之间的连接。
17.进一步，所述第一直杆段包括两根间隔同轴布置的直杆，两根所述直杆的一端均与两个斜杆段连接，两个所述直杆的另一端间隔布置且通过第二连接件固定连接，所述第三滚动轴承的外圈与所述第二连接件固定连接，所述第三滚动轴承的内圈与所述无人机本体的顶部固定连接。
18.进一步，所述无人机本体的顶部设有装配板，所述装配板的周侧边缘与所述无人机本体的顶部固定连接，所述装配板与所述无人机本体的顶部平行布置，所述装配板的中部通过第三滚动轴承与所述弯曲连杆的中部转动连接，所述第三滚动轴承的轴线与所述装配板垂直布置。
19.采用上述进一步方案的有益效果是：装配板的设置，方便无人机本体与弯曲连杆之间的连接。
20.进一步，所述球壳包括多个正多面体，多个正多面体合围形成所述球壳，每个正多面体由多根连接杆依次连接形成，相邻两个连接杆通过结点连接。
21.采用上述进一步方案的有益效果是：球壳采用正多面体设计，具有全方位的保护能力，可以避免无人机螺旋桨与障碍物接触，当碰撞发生时，冲击力分解均匀，具有更强的抗撞击效果。
22.进一步，所述球壳为正三十二面体球壳结构，包括90条连接杆和60个结点；所述球壳通过90条连接杆和60个结点连接形成12个正五边形和20个正六边形，每个正五边形的四周均为正六边形；所述球壳顶部的正五边形和底部的正五边形均设有辐条连接件，所述辐条连接件的中心通过第一滚动轴承与环形框转动连接。
23.采用上述进一步方案的有益效果是：选择正三十二面体作为球壳兼具多个优点，一方面三十二面体的球度较高，外框近似一个球体，不会因为明显的棱角在发生碰撞时给四旋翼无人机带来较大扰动，在发生碰撞时碰撞作用力也具有较好的各向同一性，并且其结构复杂性适中，降低了设计制作难度，降低了球壳重量。正三十二面体球壳由60个结点，90条棱构成，球形框架中包含12个五边形和20个六边形，框架结构具有很好的对称性，框架仅由相同的棱和连接结点两部分构成，球形无人机直径只与正三十二面体棱长有关。
24.进一步，所述连接杆的长度为a，和分别为五边形和六边形的单位法向量；形成所述正六边形的连接杆与相邻正五边形所在面的夹角为θ
l65
，所述正六边形所在面与相邻正五边形所在面的夹角为θ
p65
，所述正六边形所在面与相邻正六边形所在面的夹角为θ
p66
，正五边形的高为h5，正五边形的高为h6，球壳顶部的正五边形与底部的正五边形之间的距离d
55
，相对平行布置的两个正六边形之间的距离d
66
，球壳中距离最远的两个连接杆之间的距离为da，球壳中距离最远的两个连接杆之间的距离为d
p
；
25.其中，
[0026][0027][0028][0029][0030]
θ
p66
＝π-2θ
p65-2θ
l65
；
[0031]
h5＝a(cos(18
°
)+cos(54
°
))；
[0032]
h6＝2acos(30
°
)。
附图说明
[0033]
图1为本发明紧凑布局的球形无人机的立体结构示意图；
[0034]
图2为本发明无人机本体与弯曲连杆连接的结构示意图；
[0035]
图3为本发明球壳相关参数的结构示意图一；
[0036]
图4为本发明球壳相关参数的结构示意图二；
[0037]
图5为本发明球壳相关参数的结构示意图三；
[0038]
图6为本发明球壳相关参数的结构示意图四；
[0039]
图7a为无人机本体旋翼上置的动力布局示意图；
[0040]
图7b为无人机本体动力布局采用图7a时旋翼处于静稳定状态的结构示意图；
[0041]
图8a为无人机本体旋翼下置的动力布局示意图；
[0042]
图8b为无人机本体动力布局采用图8a时旋翼处于静不稳定状态的结构示意图；
[0043]
图9a为采用图8a的旋翼下置布局时，由于重心位置不同而造成的不同静止状态；
[0044]
图9b为采用图8b的旋翼下置布局时，由于重心位置不同而造成的不同静止状态。
[0045]
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0046]
1、无人机本体；11、旋翼；12、装配板；13、第二连接件；
[0047]
2、连接杆；21、结点；22、辐条连接件；
[0048]
3、环形框；31、弯曲连杆；32、弧形杆；33、第一连接件；34、夹板；35、螺钉；36、直杆；37、斜杆段；38、第二直杆段；
[0049]
4、第一滚动轴承；41、第二滚动轴承；42、第三滚动轴承。
具体实施方式
[0050]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0051]
如图1和图2所示，本实施例的一种紧凑布局的球形无人机，包括无人机本体1、球壳和消旋框架，所述消旋框架包括环形框3和弯曲连杆31，所述环形框3具有第一连接位点、第二连接位点、第三连接位点和第四连接位点，所述第一连接位点和第二连接位点的连线为第一连线，所述第三连接位点和第四连接位点的连线为第二连线，所述第一连线和第二连线相互垂直且均经过球壳的球心；
[0052]
所述第一连接位点和第二连接位点处的环形框3分别通过第一滚动轴承4与所述球壳顶部中心和底部中心转动连接，所述弯曲连杆31的两端分别通过第二滚动轴承41与所述第三连接位点和第四连接位点处的环形框3转动连接，所述第一滚动轴承4的轴线经过第一连线，所述第二滚动轴承41的轴线经过第二连线；所述无人机本体1的顶部通过第三滚动轴承42与所述弯曲连杆31的中部转动连接，所述无人机本体1的底部设有多个旋翼11。
[0053]
其中，所述无人机本体1可以为三旋翼无人机、四旋翼无人机等，即所述旋翼11的个数可以任意设置。所述连接杆2为直线型结构，可采用碳纤维材质制成，相邻连接杆2采用结点21进行连接，结点21可通过3d打印制作而成，兼具轻质量和高强度的优点。选择四旋翼无人机作为内部动力源及控制主体，具有结构组成及控制方式简单、动力强劲的优点。在无人机顶部设计一个连接部件(装配板)即可，拆卸简单，且可以针对不同的无人机设计不同形状的连接部件，使得球壳可以适用于更加普遍化的无人机。
[0054]
本实施例的紧凑布局的球形无人机，采用环形框和弯曲连杆配合，弯曲连杆的本质作用是扩大了无人机的垂直尺寸缩小了水平尺寸，旋翼下置布局本质是牺牲了稳定性缩小了水平尺寸，可以缩小相邻旋翼间距，使无人机旋翼的间距(旋翼直径/相邻旋翼间距*
100％)达到了92％，无人机尺寸缩小之后就可以设计更小的球壳。使球壳内的无人机本体结构紧凑，抗冲击能力强。消旋框架上设有三个自由度的滚动轴承，三轴消旋框架是球壳和无人机之间的连接耦合部件。三轴消旋框架是由一个环形框、一个弯曲连杆、以及若干个滚动轴承连接构成具有三旋转自由度的框架，可以解除球壳和四旋翼无人机的固定连接，使两者的旋转运动互不影响。当球形无人机与外部障碍物发生碰撞时，碰撞所产生的影响效果被外壳所吸收，可以保持四旋翼无人机平稳。
[0055]
如图1和图2所示，本实施例的所述环形框3包括四根弧形杆32和四个第一连接件33，四根弧形杆32依次通过第一连接件33连接形成所述环形框，所述第一连接位点、第二连接位点、第三连接位点和第四连接位点分别位于四个第一连接件33处。其中，环形框可采用类方形结构，其类方形结构的四个角处为弧形，而第一连接件33处的环形框为直线型结构，方便与第一连接件33的连接，采用四根弧形杆连接形成环形框，方便连接固定，结构稳定性更好。
[0056]
如图1和图2所示，本实施例的所述第一连接件33包括两个对称布置的夹板34，两个夹板34的两端分别与相邻两个弧形杆32的端部固定连接，两个夹板34的中部形成用于安装第一滚动轴承4外圈或第二滚动轴承41外圈的装配通道，两个所述第一滚动轴承4的内圈分别与所述球壳顶部中心和底部中心固定连接。采用两个夹板结构的第一连接件，将滚动轴承与弧形杆连接固定。其中，所述夹板34的中部为弧形结构，两个夹板34对接后方便形成圆环形的装配通道。
[0057]
如图2所示，本实施例的两个夹板34的两端之间形成夹持间隙，所述弧形杆32的端部插入所述夹持间隙并通过螺钉35与所述夹板34固定连接。每个夹板34的两端均通过螺钉35与弧形杆32连接固定。
[0058]
如图1和图2所示，本实施例的所述弯曲连杆31包括第一直杆段、斜杆段37和第二直杆段38，所述第一直杆段的两端均连接有斜杆段37，所述斜杆段37的自由端均连接有第二直杆段38，所述第二直杆段38平行于所述第一直杆段布置，所述斜杆段37与第一直杆段的夹角大于90
°
；所述无人机本体2的顶部通过第三滚动轴承42与所述第一直杆段的中部转动连接，两根所述第二直杆段38的自由端通过第二滚动轴承41与所述第三连接位点和第四连接位点处的环形框3转动连接；所述第三滚动轴承42的轴线与所述第二滚动轴承41的轴线相交。采用直杆段和斜杆段配合的结构，方便无人机本体和环形框之间的连接。
[0059]
如图1和图2所示，本实施例的所述第一直杆段包括两根间隔同轴布置的直杆36，两根所述直杆36的一端均与两个斜杆段37连接，两个所述直杆36的另一端间隔布置且通过第二连接件13固定连接，所述第三滚动轴承42的外圈与所述第二连接件13固定连接，所述第三滚动轴承42的内圈与所述无人机本体1的顶部固定连接。其中，具体的，如图2所示，所述直杆、斜杆段37和第二直杆段38一体连接，形成类z型结构。所述第二连接件13的结构与第一连接件33的结构相同，也采用两个夹板分别将直杆36的端部夹持住并通过螺钉进行固定连接即可。
[0060]
如图1和图2所示，本实施例的所述无人机本体1的顶部设有装配板12，所述装配板12的周侧边缘与所述无人机本体1的顶部固定连接，所述装配板12与所述无人机本体1的顶部平行布置，所述装配板12的中部通过第三滚动轴承42与所述弯曲连杆31的中部转动连接，所述第三滚动轴承42的轴线与所述装配板12垂直布置。装配板的设置，方便无人机本体
与弯曲连杆之间的连接。
[0061]
如图1～图6所示，本实施例的所述球壳包括多个正多面体，多个正多面体合围形成所述球壳，每个正多面体由多根连接杆2依次连接形成，相邻两个连接杆2通过结点21连接。球壳采用正多面体设计，具有全方位的保护能力，可以避免无人机螺旋桨与障碍物接触，当碰撞发生时，冲击力分解均匀，具有更强的抗撞击效果。
[0062]
如图1～图6所示，本实施例的所述球壳为正三十二面体球壳结构，包括90条连接杆2和60个结点21；所述球壳通过90条连接杆2和60个结点21连接形成12个正五边形和20个正六边形，每个正五边形的四周均为正六边形；所述球壳顶部的正五边形和底部的正五边形均设有辐条连接件22，所述辐条连接件22的中心通过第一滚动轴承4与环形框3转动连接。选择正三十二面体作为球壳兼具多个优点，一方面三十二面体的球度较高，外框近似一个球体，不会因为明显的棱角在发生碰撞时给四旋翼无人机带来较大扰动，在发生碰撞时碰撞作用力也具有较好的各向同一性，并且其结构复杂性适中，降低了设计制作难度，降低了球壳重量。正三十二面体球壳由60个结点，90条棱构成，球形框架中包含12个五边形和20个六边形，框架结构具有很好的对称性，框架仅由相同的棱和连接结点两部分构成，球形无人机直径只与正三十二面体棱长有关。
[0063]
如图3～图6所示，本实施例的所述连接杆2的长度为a(该长度可以根据需要进行设置)，和分别为五边形和六边形的单位法向量；形成所述正六边形的连接杆2与相邻正五边形所在面的夹角为θ
l65
，所述正六边形所在面与相邻正五边形所在面的夹角为θ
p65
，所述正六边形所在面与相邻正六边形所在面的夹角为θ
p66
，正五边形的高为h5，正五边形的高为h6，球壳顶部的正五边形与底部的正五边形之间的距离d
55
，相对平行布置的两个正六边形之间的距离d
66
，球壳中距离最远的两个连接杆2之间的距离为da，球壳中距离最远的两个连接杆2之间的距离为d
p
；
[0064]
其中，
[0065][0066][0067][0068]
θ
p66
＝π-2θ
p65-2θ
l65
；h5＝a(cos(18
°
)+cos(54
°
))；h6＝2acos(30
°
)。
[0069]
本实施例的紧凑布局的球形无人机，缩小球型无人机直径的本质是要缩小无人机桨间距(旋翼之间的距离)。如果无人机水平方向无法容纳额外部件，无人机本体可采用堆叠方式设计如图7a、图7b、图8a和图8b中所示。无人机本体的安装有两种方式，一种是旋翼在上方的安装如图7a所示，重心g在升力作用点p以下，飞行时旋翼处于静稳定状态如图7b所示。但旋翼与弯曲杆靠近，会增加三轴环形框的直径，进而增加球壳直径。另一种安装方式是旋翼在下方的安装如图8a所示，重心g在升力作用点p上方，飞行时无人机本体处于静不稳定状态如图8b所示，通过调节弯曲杆得以使无人机本体的旋翼平面靠近消旋框架的中间位置，以得到球壳内部最大的布局空间。考虑到无人机本体自身具备稳定控制能力，能在静不稳定的状态下平稳飞行。因此，本文选择图8a旋翼在下方的安装方式达到小尺寸的球形无人机设计指标。
[0070]
如果球形无人机四旋翼能在任意环境中保持图8a中的姿态，则说明无人机本体具备任意起降的能力，任意起降姿态的保持由无人机本体重心与弯曲杆的相对位置决定如图9a和图9b所示。
[0071]
当弯曲杆与弯曲杆连线距离h1小于弯曲杆与重心g距离h2时，四旋翼无人机连同弯曲连接杆稳定置于球框下部如图9a所示，具备任意环境起降能力；当h1大于h2时如图9b所示，无人机本体连同弯曲连接杆稳定置于球壳上部，不具备任意环境起降能力。球形无人机设计时只需调整h1小于h2即可实现球形无人机在任意环境起飞降落的功能。
[0072]
本实施例的紧凑布局的球形无人机对于无人机本体在复杂环境中的安全飞行具有重要意义。本实施例的紧凑布局的球形无人机提出了一种弯曲连杆以及旋翼下置布局的球形无人机，将无人机本体上水平布局的旋翼部件移动至垂直方向，使无人机本体的旋翼的水平布局更加紧凑，对于使用同样尺寸螺旋桨(即旋翼)的无人机，能够得到更小轴距的无人机，进而得到更小的消旋框架和更小的球壳，使球形无人机能够适应更加狭小的环境，且越小的无人机的内应力更小，抗撞能力更强，该方案对球形无人机抗撞能力及环境探索能力提高都具有重要意义。同时，本方案设计的球形无人机由于球壳与无人机之间连接简单，保护球壳具有一定的通用性，可以使用该设计方法为普通无人机设计保护球壳。
[0073]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0074]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0075]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0076]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0077]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0078]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种紧凑布局的球形无人机，其特征在于，包括无人机本体、球壳和消旋框架，所述消旋框架包括环形框和弯曲连杆，所述环形框具有第一连接位点、第二连接位点、第三连接位点和第四连接位点，所述第一连接位点和第二连接位点的连线为第一连线，所述第三连接位点和第四连接位点的连线为第二连线，所述第一连线和第二连线相互垂直且均经过球壳的球心；所述第一连接位点和第二连接位点处的环形框分别通过第一滚动轴承与所述球壳顶部中心和底部中心转动连接，所述弯曲连杆的两端分别通过第二滚动轴承与所述第三连接位点和第四连接位点处的环形框转动连接，所述第一滚动轴承的轴线经过第一连线，所述第二滚动轴承的轴线经过第二连线；所述无人机本体的顶部通过第三滚动轴承与所述弯曲连杆的中部转动连接，所述无人机本体的底部设有多个旋翼。2.根据权利要求1所述一种紧凑布局的球形无人机，其特征在于，所述环形框包括四根弧形杆和四个第一连接件，四根弧形杆依次通过第一连接件连接形成所述环形框，所述第一连接位点、第二连接位点、第三连接位点和第四连接位点分别位于四个第一连接件处。3.根据权利要求2所述一种紧凑布局的球形无人机，其特征在于，所述第一连接件包括两个对称布置的夹板，两个夹板的两端分别与相邻两个弧形杆的端部固定连接，两个夹板的中部形成用于安装第一滚动轴承外圈或第二滚动轴承外圈的装配通道，两个所述第一滚动轴承的内圈分别与所述球壳顶部中心和底部中心固定连接。4.根据权利要求3所述一种紧凑布局的球形无人机，其特征在于，两个夹板的两端之间形成夹持间隙，所述弧形杆的端部插入所述夹持间隙并通过螺钉与所述夹板固定连接。5.根据权利要求1所述一种紧凑布局的球形无人机，其特征在于，所述弯曲连杆包括第一直杆段、斜杆段和第二直杆段，所述第一直杆段的两端均连接有斜杆段，所述斜杆段的自由端均连接有第二直杆段，所述第二直杆段平行于所述第一直杆段布置，所述斜杆段与第一直杆段的夹角大于90
°
；所述无人机本体的顶部通过第三滚动轴承与所述第一直杆段的中部转动连接，两根所述第二直杆段的自由端通过第二滚动轴承与所述第三连接位点和第四连接位点处的环形框转动连接；所述第三滚动轴承的轴线与所述第二滚动轴承的轴线相交。6.根据权利要求5所述一种紧凑布局的球形无人机，其特征在于，所述第一直杆段包括两根间隔同轴布置的直杆，两根所述直杆的一端均与两个斜杆段连接，两个所述直杆的另一端间隔布置且通过第二连接件固定连接，所述第三滚动轴承的外圈与所述第二连接件固定连接，所述第三滚动轴承的内圈与所述无人机本体的顶部固定连接。7.根据权利要求1所述一种紧凑布局的球形无人机，其特征在于，所述无人机本体的顶部设有装配板，所述装配板的周侧边缘与所述无人机本体的顶部固定连接，所述装配板与所述无人机本体的顶部平行布置，所述装配板的中部通过第三滚动轴承与所述弯曲连杆的中部转动连接，所述第三滚动轴承的轴线与所述装配板垂直布置。8.根据权利要求1所述一种紧凑布局的球形无人机，其特征在于，所述球壳包括多个正多面体，多个正多面体合围形成所述球壳，每个正多面体由多根连接杆依次连接形成，相邻两个连接杆通过结点连接。9.根据权利要求8所述一种紧凑布局的球形无人机，其特征在于，所述球壳为正三十二面体球壳结构，包括90条连接杆和60个结点；所述球壳通过90条连接杆和60个结点连接形
成12个正五边形和20个正六边形，每个正五边形的四周均为正六边形；所述球壳顶部的正五边形和底部的正五边形均设有辐条连接件，所述辐条连接件的中心通过第一滚动轴承与环形框转动连接。10.根据权利要求9所述一种紧凑布局的球形无人机，其特征在于，所述连接杆的长度为a，和分别为五边形和六边形的单位法向量；形成所述正六边形的连接杆与相邻正五边形所在面的夹角为θ
l65
，所述正六边形所在面与相邻正五边形所在面的夹角为θ
p65
，所述正六边形所在面与相邻正六边形所在面的夹角为θ
p66
，正五边形的高为h5，正五边形的高为h6，球壳顶部的正五边形与底部的正五边形之间的距离d
55
，相对平行布置的两个正六边形之间的距离d
66
，球壳中距离最远的两个连接杆之间的距离为d
a
，球壳中距离最远的两个连接杆之间的距离为d
p
；其中，d
55
＝h6(sin(θ
p65
)+sin(θ
p65
+θ
p66
))+h5sin(θ
p66
+2θ
p65
)+asin(θ
p66
+2θ
p65
+θ
l65
)；)；)；)；θ
p66
＝π-2θ
p65-2θ
l65
；h5＝a(cos(18
°
)+cos(54
°
))；h6＝2acos(30
°
)。

技术总结
本发明涉及一种紧凑布局的球形无人机，包括无人机本体、球壳和消旋框架，消旋框架包括环形框和弯曲连杆，环形框具有第一连接位点、第二连接位点、第三连接位点和第四连接位点，第一连接位点和第二连接位点的连线为第一连线，第三连接位点和第四连接位点的连线为第二连线，第一连线和第二连线相互垂直；第一连接位点和第二连接位点处的环形框分别通过第一滚动轴承与球壳顶部中心和底部中心转动连接，弯曲连杆两端分别通过第二滚动轴承与第三连接位点和第四连接位点处的环形框转动连接，第一滚动轴承轴线经过第一连线，第二滚动轴承轴线经过第二连线；无人机本体顶部通过第三滚动轴承与弯曲连杆中部转动连接，无人机本体底部设有多个旋翼。设有多个旋翼。设有多个旋翼。


技术研发人员：张晶 蒋泽鑫 杨凌宇
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/14