本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐碰撞四旋翼球形無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)我國(guó)的民用無(wú)人飛行器出現(xiàn)井噴式發(fā)展，廣泛應(yīng)用于娛樂(lè)、影視、測(cè)繪、安全等領(lǐng)域。由于多旋翼無(wú)人飛行器具有飛行靈活、操作相對(duì)簡(jiǎn)單、可原地懸停等特點(diǎn)，備受消防部隊(duì)的青睞，已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用于滅火、搶險(xiǎn)救援現(xiàn)場(chǎng)的偵查、監(jiān)控、指揮和繪圖等工作。

國(guó)外消防部門(mén)將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于救援已經(jīng)非常廣泛，各國(guó)消防部門(mén)都配備了消防無(wú)人機(jī)執(zhí)行偵察、監(jiān)視等任務(wù)。2017年3月，紐約市消防局(fdny)運(yùn)用無(wú)人機(jī)協(xié)助消防員撲滅發(fā)生在布朗克斯區(qū)的一場(chǎng)四級(jí)火災(zāi)，參與救援的168名消防員無(wú)一死亡，有效減少了災(zāi)情的損失。

無(wú)人機(jī)可以提供消防任務(wù)區(qū)域重要的搜索營(yíng)救信息，工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)應(yīng)用于消防，主要有以下特點(diǎn)：

（1）攜帶可見(jiàn)光+紅外相機(jī)，對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行偵察、監(jiān)視，但只能在建筑物進(jìn)行拍攝，無(wú)法進(jìn)入內(nèi)部；

（2）攜帶氣體探測(cè)器、有毒氣體探測(cè)器、溫度傳感器等，對(duì)開(kāi)闊區(qū)域上空、火災(zāi)區(qū)域外圍進(jìn)行探測(cè)，無(wú)法進(jìn)入內(nèi)部。

（3）大型無(wú)人機(jī)攜帶滅火藥械通過(guò)發(fā)射以自毀的方式進(jìn)入建筑物內(nèi)部滅火，或者攜帶滅火器在開(kāi)闊火區(qū)上空噴灑滅火劑。

但是對(duì)這種新型裝備，消防部隊(duì)在使用中也存在一些局限性：目前消防應(yīng)用的無(wú)人機(jī)僅能在開(kāi)闊區(qū)域上空進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)情況探測(cè)、氣體探測(cè)、溫度探測(cè)或者實(shí)施滅火，而在復(fù)雜環(huán)境（如隧道、坑道、樓體、地下建筑物內(nèi)部）下進(jìn)行火災(zāi)偵察時(shí)，現(xiàn)有無(wú)人機(jī)無(wú)法進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)或者即使進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)也極易受到撞擊而墜機(jī)。

如何提高無(wú)人機(jī)在上述復(fù)雜環(huán)境下的生存能力、適應(yīng)能力，是無(wú)人機(jī)在消防警務(wù)領(lǐng)域更有效、更可靠、更安全使用的重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種耐碰撞四旋翼球形無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，具有較好的耐碰撞性，在復(fù)雜環(huán)境下依然具有較強(qiáng)的生存能力、適應(yīng)能力，尤其是在消防警務(wù)領(lǐng)域，本發(fā)明所述的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)可以進(jìn)入環(huán)境復(fù)雜的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)并靈活、安全的移動(dòng)，從而更有效的進(jìn)行火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境探測(cè)、滅火作業(yè)。本發(fā)明有利于的解決了多旋翼無(wú)人機(jī)防撞擊抗墜毀的能力，提高了多旋翼無(wú)人機(jī)的生產(chǎn)能力和復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力。

本發(fā)明通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：一種耐碰撞四旋翼球形無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，包括執(zhí)行飛行任務(wù)的飛行平臺(tái)、搭載在飛行平臺(tái)上進(jìn)行探測(cè)的任務(wù)載荷以及對(duì)飛行平臺(tái)或任務(wù)載荷進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控、遙測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡孛嬖O(shè)備；所述飛行平臺(tái)包括球形框架機(jī)構(gòu)、完全位于球形框架機(jī)構(gòu)內(nèi)部的飛行器本體、將球形框架機(jī)構(gòu)與飛行器本體連接成一個(gè)整體的支撐機(jī)構(gòu)；所述球形框架機(jī)構(gòu)整體呈地球儀經(jīng)緯度框架的結(jié)構(gòu)；所述支撐機(jī)構(gòu)包括一個(gè)位于球形框架機(jī)構(gòu)中心的環(huán)形連接件和兩個(gè)分別沿地球儀自轉(zhuǎn)軸設(shè)置的支撐管，安裝飛行器本體的環(huán)形連接件通過(guò)支撐管與球形框架機(jī)構(gòu)連接為一體，且飛行器本體的重心低于環(huán)形連接件的重心。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述球形框架機(jī)構(gòu)包括一個(gè)沿赤道設(shè)置的緯度環(huán)形框、一個(gè)沿子午線設(shè)置的經(jīng)度環(huán)形框、至少一個(gè)沿非子午線經(jīng)線不重合分布的經(jīng)度管、兩個(gè)分別位于兩個(gè)極的軸承組件；所述軸承組件包括套接的軸承座和軸承；所述軸承座端面分別連接經(jīng)度環(huán)形框和經(jīng)度管；所述支撐桿一端固定在環(huán)形連接件上，支撐桿另一端接入軸承內(nèi)并可繞軸承中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。所述經(jīng)度管的數(shù)量可以為一個(gè)，也可以為兩個(gè)或兩個(gè)以上。當(dāng)經(jīng)度管的數(shù)量為兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)，多個(gè)經(jīng)度管可以在0°-東經(jīng)180°（包括端值）和0°-西經(jīng)180°（包括端值）兩個(gè)范圍中的任意一個(gè)范圍內(nèi)均勻分布或不均勻分布。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述球形框架機(jī)構(gòu)包括一個(gè)沿赤道設(shè)置的緯度環(huán)形框、一個(gè)沿子午線設(shè)置的經(jīng)度環(huán)形框、十個(gè)沿非子午線經(jīng)線不重合分布的經(jīng)度管、兩個(gè)分別位于兩個(gè)極的軸承組件；所述軸承組件包括套接的軸承座和軸承；所述軸承座端面分別連接經(jīng)度環(huán)形框和經(jīng)度管；所述支撐桿一端固定在環(huán)形連接件上，支撐桿另一端接入軸承內(nèi)并可繞軸承中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。本球形框架機(jī)構(gòu)中十個(gè)經(jīng)度管均不重合，且十個(gè)經(jīng)度管對(duì)應(yīng)經(jīng)線均非子午線。也就是說(shuō)，一個(gè)外輪廓近似圓形的經(jīng)度環(huán)形框和十個(gè)外輪廓近似半圓形的經(jīng)度管共同形成一個(gè)以一條子午線和一條赤道為主框架并具有十條輔助經(jīng)線的球形的框架式結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，對(duì)上述球形框架機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化的結(jié)構(gòu)為：所述球形框架機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)沿赤道設(shè)置的緯度環(huán)形框、四個(gè)沿非赤道緯線設(shè)置的緯度環(huán)形圈、一個(gè)沿子午線設(shè)置的經(jīng)度環(huán)形框、十個(gè)沿非子午線經(jīng)線不重合分布的經(jīng)度管、兩個(gè)分別位于兩個(gè)極的軸承組件；所述軸承組件包括套接的軸承座和軸承；所述軸承座端面分別連接經(jīng)度環(huán)形框和經(jīng)度管；所述支撐桿一端固定在環(huán)形連接件上，支撐桿另一端接入軸承內(nèi)并可繞軸承中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是說(shuō)，一個(gè)外輪廓近似圓形的經(jīng)度環(huán)形框和十個(gè)外輪廓近似半圓形的經(jīng)度管共同形成一個(gè)以一條子午線和一條赤道為主框架、具有十條輔助經(jīng)線和四條輔助緯線的球形的框架式結(jié)構(gòu)。所述維度環(huán)形圈的設(shè)置是為了增加整個(gè)球形框架機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度，進(jìn)而提高整體的耐碰撞性能。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述緯度環(huán)形框?yàn)橐粋€(gè)完整的環(huán)形碳纖維薄板；所述經(jīng)度環(huán)形框由四塊扇環(huán)碳纖維薄片拼接組成；所述經(jīng)度管為玻璃纖維桁條；所述軸承座、軸承均為輕質(zhì)塑料；所述軸承座端面分別與穿過(guò)環(huán)形碳纖維薄板的玻璃纖維桁條、一端固定在環(huán)形碳纖維薄板上的扇環(huán)碳纖維薄片固定。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述環(huán)形連接件包括設(shè)置環(huán)型滑道的環(huán)形滑軌、兩端同時(shí)在環(huán)形滑道中自由滑動(dòng)且中間為橫桿的中心轉(zhuǎn)軸、以及將支撐桿固定在環(huán)形滑軌上的鎖緊塊；所述中心轉(zhuǎn)軸穿過(guò)飛行器本體與其固連，且飛行平臺(tái)的重心位于中心轉(zhuǎn)軸的橫桿之下。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述飛行器本體包括四旋翼機(jī)體、推進(jìn)系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、遙控接收機(jī)和機(jī)載電源組件；

所述飛控系統(tǒng)分別與推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、機(jī)載電源組件、任務(wù)載荷連接；

所述四旋翼機(jī)體包括中心機(jī)艙、艙蓋和分布在中心機(jī)艙四周的四個(gè)支臂，中心機(jī)艙和艙蓋共同形成安裝飛控系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、遙控接收機(jī)、機(jī)載電源組件、任務(wù)載荷的腔體；

所述推進(jìn)系統(tǒng)包括四個(gè)螺旋槳、四個(gè)螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)和四個(gè)同時(shí)連接飛控系統(tǒng)的電調(diào)；所述支臂、螺旋槳、螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電調(diào)一一對(duì)應(yīng)，由電調(diào)供電的螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝在支臂頂端的螺旋槳旋轉(zhuǎn)，且位于對(duì)角的兩個(gè)螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向始終相反；

所述機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端與地面設(shè)備的地面數(shù)據(jù)鏈終端進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，任務(wù)載荷采集的環(huán)境數(shù)據(jù)、飛控系統(tǒng)采集的飛行數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端和地面數(shù)據(jù)鏈終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；

所述遙控接收機(jī)，用于接收遙控器的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)操作者對(duì)飛行器本體的操作；

所述機(jī)載電源組件包括鋰電池和電源管理單元，鋰電池通過(guò)電源管理單元連接飛控系統(tǒng)并向飛控系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端供電。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述飛行平臺(tái)還包括安裝在飛行器本體上并與飛控系統(tǒng)電性連接的照明系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述飛控系統(tǒng)包括飛控計(jì)算機(jī)和與飛控計(jì)算機(jī)連接的飛控傳感器組件；所述推進(jìn)系統(tǒng)為飛控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

所述飛控計(jì)算機(jī)包括進(jìn)行飛行控制律的解算、故障診斷和自動(dòng)引導(dǎo)的計(jì)算、輸出指令控制飛控執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飛行控制計(jì)算機(jī)和負(fù)責(zé)配合飛行控制計(jì)算機(jī)對(duì)任務(wù)載荷進(jìn)行控制任務(wù)管理計(jì)算機(jī)；

所述飛控傳感器組件包括集成為一體的紅外測(cè)距儀、氣壓高度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸磁力計(jì)和慣性解算處理器。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述任務(wù)載荷包括分別與飛控系統(tǒng)連接的可見(jiàn)光/紅外攝像機(jī)、氣體探測(cè)器、溫度傳感器中一種或多種；所述可見(jiàn)光/紅外攝像機(jī)安裝在飛行器本體機(jī)頭正前方；所述氣體探測(cè)器、溫度傳感器分別安裝在飛行器本體機(jī)腹后部。

進(jìn)一步地，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述地面設(shè)備包括地面數(shù)據(jù)鏈終端、集成飛控軟件的地面站、用于人工控制的遙控器、向地面數(shù)據(jù)鏈終端和地面站供電的地面電源，地面站和遙控器的控制信號(hào)相互切換。

本發(fā)明將球形框架機(jī)構(gòu)與飛行器本體相結(jié)合，設(shè)置在外圍的球形框架機(jī)構(gòu)相當(dāng)于時(shí)飛行器本體的保護(hù)結(jié)構(gòu)，能在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中有效保護(hù)飛行器本體上高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，避免螺旋槳因碰撞到障礙物而可能發(fā)生的螺旋槳受損、飛行器本體墜落；此時(shí)，即使飛行器本體墜落地面，球形框架機(jī)構(gòu)也能通過(guò)滾動(dòng)吸收碰撞能量，從而最大限度的保護(hù)好飛行器本體的關(guān)鍵元器件。

另一方面，本發(fā)明中機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端與地面數(shù)據(jù)鏈終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，構(gòu)成用于遙控、遙測(cè)和圖像、數(shù)據(jù)等信息傳輸?shù)臏y(cè)控通信系統(tǒng)。測(cè)控通信系統(tǒng)的主要作用有：一、由地面站或遙控器控制飛行平臺(tái)攜帶任務(wù)載荷執(zhí)行飛行任務(wù)；二、顯示飛行平臺(tái)的狀態(tài)和實(shí)時(shí)信息。其中，飛行平臺(tái)的狀態(tài)和實(shí)時(shí)信息，是指圖像信息和氣體、溫度探測(cè)信息等。

本發(fā)明通過(guò)精準(zhǔn)可靠的飛控系統(tǒng)、測(cè)控通信系統(tǒng)對(duì)飛行器本體進(jìn)行遙感、遙控，使得飛行器本體在隧道、坑道、地下建筑、樓宇內(nèi)部等狹窄空間內(nèi)依然可以良好通訊并靈活移動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果如下：

（1）本發(fā)明中球形框架機(jī)構(gòu)通過(guò)支撐機(jī)構(gòu)與飛行器本體相結(jié)合，形成一體化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，有效降低障礙物對(duì)飛行器本體的撞擊或飛行姿態(tài)的干擾，從而大大降低飛行器本體因撞擊障礙物而損毀墜落的可能性，整體提高飛行平臺(tái)的耐碰撞性，從而能更好的適應(yīng)狹窄空間、高溫、濃煙等復(fù)雜環(huán)境；

（2）本發(fā)明中球形框架機(jī)構(gòu)和支撐機(jī)構(gòu)共同組成對(duì)飛行器本體進(jìn)行保護(hù)的輕便的球形保護(hù)結(jié)構(gòu)，整個(gè)飛行平臺(tái)的中心位于中心轉(zhuǎn)軸之下，一是球形框架機(jī)構(gòu)可沿支撐機(jī)構(gòu)其支撐管對(duì)應(yīng)軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，二是支撐機(jī)構(gòu)中環(huán)形滑軌可以與飛行器本體連接的中心轉(zhuǎn)軸為參照物而自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成雙自由度運(yùn)動(dòng)，不僅有效保護(hù)飛行器本體而且保證飛行的穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)精巧、靈活；因此，飛行平臺(tái)撞擊障礙物后可盡快恢復(fù)穩(wěn)定飛行姿態(tài)；

（3）本發(fā)明中飛行器本體中傳感器等高度集成，具有結(jié)構(gòu)更小、質(zhì)量更輕等特點(diǎn)；

（4）本發(fā)明中的飛行平臺(tái)是一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)合理的空中任務(wù)單元，可攜帶不同設(shè)備完成飛行任務(wù)，例如：拍攝現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面或視頻、探測(cè)可燃性氣體含量、探測(cè)有毒氣體含量、探測(cè)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度、現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域滅火等；

（5）本發(fā)明中飛控系統(tǒng)和測(cè)控通信系統(tǒng)相互配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器本體靈活、精準(zhǔn)的控制。

附圖說(shuō)明

圖1為飛行平臺(tái)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為飛行平臺(tái)的正向示意圖；

圖3位飛行平臺(tái)的左向示意圖；

圖4為飛行平臺(tái)的俯向示意圖；

圖5為球形框架機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為支撐結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為球形框架機(jī)構(gòu)自轉(zhuǎn)時(shí)狀態(tài)變化示意圖；

圖8為環(huán)形滑軌轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行重心調(diào)節(jié)時(shí)狀態(tài)變化示意圖；

圖9為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)整體架構(gòu)圖；

圖10為人機(jī)系統(tǒng)拓?fù)鋱D；

圖11為飛行平臺(tái)進(jìn)行粘貼信標(biāo)任務(wù)時(shí)狀態(tài)示意圖；

圖12為相互連接的飛控系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)各自其內(nèi)部組成；

圖13為飛控系統(tǒng)中飛控傳感器組件、飛控計(jì)算機(jī)與推進(jìn)系統(tǒng)、任務(wù)載荷之間的連接關(guān)系示意圖；

圖14為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口及連接關(guān)系示意圖。

其中：001、飛行平臺(tái)；002、任務(wù)載荷；003、地面站；004、遙控器；1、球形框架機(jī)構(gòu)；101、緯度環(huán)形框；102、經(jīng)度環(huán)形框；103、經(jīng)度管；104、軸承座；105、軸承；2、支撐機(jī)構(gòu)；201、環(huán)形滑軌；202、中心轉(zhuǎn)軸；203、鎖緊塊；204、支撐管；3、飛行器本體；4、可見(jiàn)光/紅外攝像機(jī)；5、氣體探測(cè)器；6、溫度傳感器；100、信標(biāo)。

具體實(shí)施例

實(shí)施例中四旋翼球形無(wú)人機(jī)系統(tǒng)均簡(jiǎn)稱為無(wú)人機(jī)。本發(fā)明中無(wú)人機(jī)系統(tǒng)不僅限于四旋翼的無(wú)人機(jī)飛行器，還可廣泛用于其他多旋翼無(wú)人機(jī)飛行器上。

實(shí)施例1：

一種耐碰撞四旋翼球形無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，如圖10所示，包括執(zhí)行飛行任務(wù)的飛行平臺(tái)001、搭載在飛行平臺(tái)001上進(jìn)行探測(cè)的任務(wù)載荷002以及對(duì)飛行平臺(tái)001或任務(wù)載荷002進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控、遙測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡孛嬖O(shè)備。

如圖1-圖5所示，所述飛行平臺(tái)001包括球形框架機(jī)構(gòu)1、完全位于球形框架機(jī)構(gòu)1內(nèi)部的飛行器本體3、將球形框架機(jī)構(gòu)1與飛行器本體3連接成一個(gè)整體的支撐機(jī)構(gòu)2。

所述球形框架機(jī)構(gòu)1整體呈地球儀經(jīng)緯度框架的結(jié)構(gòu)。所述支撐機(jī)構(gòu)2包括一個(gè)位于球形框架機(jī)構(gòu)1中心的環(huán)形連接件和兩個(gè)分別沿地球儀自轉(zhuǎn)軸設(shè)置的支撐管204，環(huán)形連接件通過(guò)支撐管204與球形框架機(jī)構(gòu)1連接為一體且安裝在環(huán)形連接件上的飛行平臺(tái)001其重心低于環(huán)形連接件的重心。

本實(shí)施例中，如圖10所示，四旋翼球形無(wú)人機(jī)系統(tǒng)主要包括飛行平臺(tái)001、任務(wù)載荷002、地面設(shè)備。飛行平臺(tái)001是一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊合理的空中任務(wù)單元，在飛控系統(tǒng)控制下可以攜帶不同任務(wù)載荷002在復(fù)雜環(huán)境中完成飛行任務(wù)。地面設(shè)備是一個(gè)遠(yuǎn)程遙控、遙測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂茊卧?，與飛行平臺(tái)001、任務(wù)載荷002之間進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通訊，便于操作者遠(yuǎn)程操控。

為了提高飛行平臺(tái)001的耐碰撞性，采用球形框架結(jié)構(gòu)的球形框架機(jī)構(gòu)1對(duì)其內(nèi)部的飛行器本體3進(jìn)行保護(hù)，球形框架機(jī)構(gòu)1通過(guò)支撐機(jī)構(gòu)2與飛行器本體3連為一體并隨著飛行器本體3一起飛行，也就是說(shuō)，球形框架機(jī)構(gòu)1為飛行器本體3提供保護(hù)，飛行器本體3為整個(gè)飛行平臺(tái)001提供飛行動(dòng)力。具體說(shuō)，所述球形框架機(jī)構(gòu)1通過(guò)支撐機(jī)構(gòu)2將飛行器本體3包裹在其內(nèi)部，飛行過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，球形框架的結(jié)構(gòu)可以有效保護(hù)飛行器本體3與障礙物的直接撞擊，重要的是有效保護(hù)飛行器本體3上螺旋槳與障礙物的碰撞，從而提高整個(gè)飛行平臺(tái)001的耐碰撞性能。

進(jìn)一步，整個(gè)飛行平臺(tái)001的重心低于環(huán)形連接件的重心，整個(gè)飛行平臺(tái)001飛行過(guò)程中更穩(wěn)定。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上對(duì)飛行平臺(tái)001的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，如圖1-圖4所示，飛行平臺(tái)001主要由球形框架機(jī)構(gòu)1、飛行器本體3和將球形框架機(jī)構(gòu)1與飛行器辦本體連接為一體的支撐機(jī)構(gòu)2組成。所述球形框架機(jī)構(gòu)1和支撐機(jī)構(gòu)2共同組成保護(hù)飛行器本體3的球形保護(hù)結(jié)構(gòu)，提高整個(gè)飛行平臺(tái)001的耐碰撞性，有效保護(hù)飛行器本體3在復(fù)雜環(huán)境中安全飛行。任務(wù)載荷002集成在飛行器本體3上，便于拆卸和維護(hù)。

本實(shí)施例中重點(diǎn)說(shuō)明球形框架機(jī)構(gòu)1、支撐機(jī)構(gòu)2的具體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合其結(jié)構(gòu)說(shuō)明球形保護(hù)機(jī)構(gòu)使飛行器本體3耐碰撞的原理。

進(jìn)一步，本實(shí)施例中重點(diǎn)說(shuō)明兩種球形框架機(jī)構(gòu)1的具體結(jié)構(gòu)。

一、第一種球形框架機(jī)構(gòu)1結(jié)構(gòu)：如圖5所示，所述球形框架機(jī)構(gòu)1整體呈模仿地球儀經(jīng)緯度框架的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)沿赤道設(shè)置的緯度環(huán)形框101、一個(gè)沿子午線設(shè)置的經(jīng)度環(huán)形框102、十個(gè)沿非子午線經(jīng)線不重合分布的經(jīng)度管103、兩個(gè)分別位于兩個(gè)極的軸承組件。

本實(shí)施例中，如圖5所示，球形框架機(jī)構(gòu)1整體模擬地球儀經(jīng)緯線分布。球形框架機(jī)構(gòu)1參照經(jīng)線均勻分布12個(gè)桁條，若經(jīng)度環(huán)形框102對(duì)應(yīng)的兩個(gè)桁條分別對(duì)應(yīng)0°經(jīng)線、180°經(jīng)線，則十個(gè)經(jīng)度管103則分別對(duì)應(yīng)東經(jīng)30°經(jīng)線、東經(jīng)60°經(jīng)線、東經(jīng)90°經(jīng)線、東經(jīng)120°經(jīng)線、東經(jīng)150°經(jīng)線、西經(jīng)30°經(jīng)線、西經(jīng)60°經(jīng)線、西經(jīng)90°經(jīng)線、西經(jīng)120°經(jīng)線、西經(jīng)150°經(jīng)線。同理，緯度環(huán)形框101對(duì)應(yīng)0°緯線，即赤道線。本實(shí)施例中，桁條沿球表面均勻設(shè)置為12根，既不會(huì)太疏而剛性不足，也不會(huì)太密而與螺旋槳自干擾。

如圖6所示，所述支撐機(jī)構(gòu)2包括一個(gè)安裝在飛行器本體3中部的環(huán)形連接件、兩個(gè)分別位于環(huán)形連接件兩側(cè)且均沿地球儀自轉(zhuǎn)軸設(shè)置的支撐管204。

如圖5所示，所述軸承組件包括套接的軸承座104和軸承105；所述軸承座104端面分別連接經(jīng)度環(huán)形框102和經(jīng)度管103；所述支撐桿一端固定在環(huán)形連接件上，支撐桿另一端接入軸承105內(nèi)并可繞軸承105中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖6所示，所述環(huán)形連接件包括設(shè)置環(huán)型滑道的環(huán)形滑軌201、兩端同時(shí)在環(huán)形滑道中自由滑動(dòng)且中間為橫桿的中心轉(zhuǎn)軸202、以及將支撐桿固定在環(huán)形滑軌201上的鎖緊塊203；所述中心轉(zhuǎn)軸202穿過(guò)飛行器本體3與其固連，且飛行平臺(tái)001的重心位于中心轉(zhuǎn)軸202的橫桿之下。此結(jié)構(gòu)時(shí)，球形框架機(jī)構(gòu)1可以繞著中心轉(zhuǎn)軸202偏航轉(zhuǎn)動(dòng)，即整個(gè)球形框架機(jī)構(gòu)1可以繞著飛行器本體3轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)飛行平臺(tái)001撞擊到障礙物時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的球形框架機(jī)構(gòu)1不僅能利用外擴(kuò)式的框架結(jié)構(gòu)對(duì)其內(nèi)部構(gòu)件直接保護(hù)，而且能利用桁條轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程卸去外力，進(jìn)一步減少撞擊過(guò)程中外力對(duì)飛行器本體3的沖擊。同時(shí)，飛行平臺(tái)001飛行時(shí)重心交底，飛行過(guò)程中不易因頭重腳輕而劇烈晃動(dòng)甚至傾倒，因此飛行平臺(tái)001運(yùn)行更穩(wěn)定。

一、第二種球形框架機(jī)構(gòu)1結(jié)構(gòu)：所述球形框架機(jī)構(gòu)1整體呈模仿地球儀經(jīng)緯度框架的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)沿赤道設(shè)置的緯度環(huán)形框101、四個(gè)沿非赤道緯線設(shè)置的維度環(huán)形圈、一個(gè)沿子午線設(shè)置的經(jīng)度環(huán)形框102、十個(gè)沿非子午線經(jīng)線不重合分布的經(jīng)度管103、兩個(gè)分別位于兩個(gè)極的軸承組件。

本實(shí)施例中，如圖5所示，球形框架機(jī)構(gòu)1整體模擬地球儀經(jīng)緯線分布。球形框架機(jī)構(gòu)1參照經(jīng)線均勻分布十二個(gè)桁條，若經(jīng)度環(huán)形框102對(duì)應(yīng)的兩個(gè)桁條分別對(duì)應(yīng)0°經(jīng)線、180°經(jīng)線，則十個(gè)經(jīng)度管103則分別對(duì)應(yīng)東經(jīng)30°經(jīng)線、東經(jīng)60°經(jīng)線、東經(jīng)90°經(jīng)線、東經(jīng)120°經(jīng)線、東經(jīng)150°經(jīng)線、西經(jīng)30°經(jīng)線、西經(jīng)60°經(jīng)線、西經(jīng)90°經(jīng)線、西經(jīng)120°經(jīng)線、西經(jīng)150°經(jīng)線十個(gè)經(jīng)度。同理，緯度環(huán)形框101對(duì)應(yīng)0°緯線，即赤道線；四個(gè)維度環(huán)形圈分別對(duì)應(yīng)北緯30°、北緯60°、南緯30°、南緯60°四個(gè)緯度。本實(shí)施例中，桁條沿球表面均勻設(shè)置為12根，既不會(huì)太疏而剛性不足，也不會(huì)太密而與螺旋槳自干擾。

如圖6所示，所述支撐機(jī)構(gòu)2包括一個(gè)安裝在飛行器本體3中部的環(huán)形連接件、兩個(gè)分別位于環(huán)形連接件兩側(cè)且均沿地球儀自轉(zhuǎn)軸設(shè)置的支撐管204。

如圖5所示，所述軸承組件包括套接的軸承座104和軸承105；所述軸承座104端面分別連接經(jīng)度環(huán)形框102和經(jīng)度管103；所述支撐桿一端固定在環(huán)形連接件上，支撐桿另一端接入軸承105內(nèi)并可繞軸承105中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖6所示，所述環(huán)形連接件包括設(shè)置環(huán)型滑道的環(huán)形滑軌201、兩端同時(shí)在環(huán)形滑道中自由滑動(dòng)且中間為橫桿的中心轉(zhuǎn)軸202、以及將支撐桿固定在環(huán)形滑軌201上的鎖緊塊203；所述中心轉(zhuǎn)軸202穿過(guò)飛行器本體3與其固連，且飛行平臺(tái)001的重心位于中心轉(zhuǎn)軸202的橫桿之下。此結(jié)構(gòu)時(shí)，球形框架機(jī)構(gòu)1可以繞著中心轉(zhuǎn)軸202偏航轉(zhuǎn)動(dòng)，即整個(gè)球形框架機(jī)構(gòu)1可以繞著飛行器本體3轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)飛行平臺(tái)001撞擊到障礙物時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的球形框架機(jī)構(gòu)1不僅能利用外擴(kuò)式的框架結(jié)構(gòu)對(duì)其內(nèi)部構(gòu)件直接保護(hù)，而且能利用桁條轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程卸去外力，進(jìn)一步減少撞擊過(guò)程中外力對(duì)飛行器本體3的沖擊。同時(shí)，飛行平臺(tái)001飛行時(shí)重心交底，飛行過(guò)程中不易因頭重腳輕而劇烈晃動(dòng)甚至傾倒，因此飛行平臺(tái)001運(yùn)行更穩(wěn)定。

本實(shí)施例中，球形框架機(jī)構(gòu)1和支撐機(jī)構(gòu)2共同組成利用球形結(jié)構(gòu)對(duì)飛行器本體3進(jìn)行保護(hù)的球形保護(hù)結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

一、球形框架機(jī)構(gòu)1可通過(guò)軸承組件以支撐機(jī)構(gòu)2中支撐管204所對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行類似地球自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)；

如圖7所示，若飛行過(guò)程中球形框架機(jī)構(gòu)1撞到障礙物，則球形框架機(jī)構(gòu)1受沖擊力作用而進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)以卸去沖擊力對(duì)其影響，而不影響飛行器本體3的姿態(tài)，進(jìn)而減少對(duì)飛行器本體3的沖擊；

二、支撐機(jī)構(gòu)2其中心轉(zhuǎn)軸202與飛行器本體3固連且中心轉(zhuǎn)軸202兩端位于環(huán)形滑軌201中，則環(huán)形滑軌201與中心轉(zhuǎn)軸202可相對(duì)自由移動(dòng)，又因?yàn)檎麄€(gè)飛行平臺(tái)001的重心低于中心轉(zhuǎn)軸202的重心，則中心轉(zhuǎn)軸202和環(huán)形滑軌201可利用其自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行重心的自動(dòng)糾偏，從而保障飛行平衡；

如圖8所示，若飛行過(guò)程中因飛行器本體3姿態(tài)改變等因素導(dǎo)致飛行平臺(tái)001重心的偏移，則支撐機(jī)構(gòu)2中環(huán)形滑軌201和中心轉(zhuǎn)軸202對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)會(huì)根據(jù)重心偏移的方向而自動(dòng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)環(huán)形滑軌201通過(guò)鎖緊塊203、支撐管204、軸承組件帶動(dòng)球形框架機(jī)構(gòu)1進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)整整個(gè)飛行平臺(tái)001重心至平衡位置，此結(jié)構(gòu)工作原理類似扁擔(dān)、不倒翁的工作原理，而且是一個(gè)自適應(yīng)調(diào)整的結(jié)構(gòu)。

綜合上述技術(shù)特征，飛行任務(wù)中，球形保護(hù)結(jié)構(gòu)可通過(guò)球形框架機(jī)構(gòu)1自轉(zhuǎn)、環(huán)形滑軌201相對(duì)中心轉(zhuǎn)軸202轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，大大提高飛行平臺(tái)001執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)耐碰撞性。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，對(duì)球形框架機(jī)構(gòu)1的材料進(jìn)一步優(yōu)化。如圖5所示，所述緯度環(huán)形框101為一個(gè)完整的環(huán)形碳纖維薄板；所述經(jīng)度環(huán)形框102由四塊扇環(huán)碳纖維薄片拼接組成；所述經(jīng)度管103為玻璃纖維桁條；所述軸承座104、軸承105均為輕質(zhì)塑料；所述軸承座104端面分別與穿過(guò)環(huán)形碳纖維薄板的玻璃纖維桁條、一端固定在環(huán)形碳纖維薄板上的扇環(huán)碳纖維薄片固定。附加的每個(gè)環(huán)形緯度圈均采用四塊扇環(huán)碳纖維薄片拼接組成，或者附加的每個(gè)環(huán)形緯度圈采用一根首尾環(huán)接玻璃纖維桁條，或者附加的環(huán)形緯度圈部分采用四塊扇環(huán)碳纖維薄片拼接組成且部分采用首尾環(huán)接玻璃纖維桁條。

本實(shí)施例中，十個(gè)經(jīng)度管103均采用玻璃纖維桁條，組成一個(gè)經(jīng)度環(huán)形框102的四塊扇環(huán)碳纖維薄片均采用碳纖維薄片。所述經(jīng)度環(huán)形框102對(duì)經(jīng)度管103起到約束經(jīng)度管103變形的作用。所述緯度環(huán)形框101為完整的圓環(huán)形的碳纖維薄板切割形成。

進(jìn)一步地，對(duì)應(yīng)地球儀南北極兩個(gè)法蘭為軸承座104，軸承座104端面用于固定十個(gè)玻璃纖維桁條和四塊碳纖維薄板。所述玻璃纖維桁條穿過(guò)緯度環(huán)形框101，且四塊碳纖維薄片固定在赤道框架上，共同形成球形結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例中綜合考慮了飛行狀態(tài)下飛行平臺(tái)001自重和碰撞過(guò)程中防護(hù)強(qiáng)度等綜合因素，采用碳纖維薄板、玻璃纖維桁條、扇環(huán)碳纖維薄片、塑料件拼裝球形框架機(jī)構(gòu)1，使得飛行平臺(tái)001整體質(zhì)量輕又具有一定剛度，續(xù)航能力強(qiáng)、耐碰撞強(qiáng)度高。

本實(shí)施例的其他部分與實(shí)施例2相同，故不再贅述。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例在實(shí)施例1-3任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，對(duì)飛行器本體3的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖9所示，所述飛行器本體3包括四旋翼機(jī)體、推進(jìn)系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、遙控接收機(jī)、照明系統(tǒng)和機(jī)載電源組件。所述飛控系統(tǒng)分別與旋翼機(jī)體、推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、遙控接收機(jī)、照明系統(tǒng)連接而進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，機(jī)載電源組件分別與四旋翼機(jī)體、推進(jìn)系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、照明系統(tǒng)連線而進(jìn)行供電。

如圖14所示，所述飛控系統(tǒng)分別與推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、機(jī)載電源組件、任務(wù)載荷002連接。

如圖12、圖13所示，所述飛控系統(tǒng)，用于控制飛行器本體3的飛行，包括內(nèi)置飛控軟件的飛控計(jì)算機(jī)和分別與飛控計(jì)算機(jī)連接的飛控傳感器、飛控信號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

如圖12所示，所述飛控系統(tǒng)包括飛控計(jì)算機(jī)和與飛控計(jì)算機(jī)連接的飛控傳感器組件；所述推進(jìn)系統(tǒng)為飛控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

如圖12、13所示，所述飛控計(jì)算機(jī)包括進(jìn)行飛行控制律的解算、故障診斷和自動(dòng)引導(dǎo)的計(jì)算、輸出指令控制飛控執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飛行控制計(jì)算機(jī)和負(fù)責(zé)配合飛行控制計(jì)算機(jī)對(duì)任務(wù)載荷002進(jìn)行控制任務(wù)管理計(jì)算機(jī)；

如圖12、13所示，所述飛控傳感器組件包括集成為一體的紅外測(cè)距儀、氣壓高度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸磁力計(jì)和慣性解算處理器。

如圖14所示，所述飛行器本體3通過(guò)機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、地面數(shù)據(jù)鏈終端與地面站003或遙控器004進(jìn)行測(cè)控通信，可由操作者通過(guò)地面站003或遙控器004遠(yuǎn)程與飛控系統(tǒng)建立通訊并由飛控系統(tǒng)控制飛行器本體3的飛行姿態(tài)、飛行路徑等等。

所述四旋翼機(jī)體，包括中心機(jī)艙、艙蓋和分布在中心機(jī)艙四周的四個(gè)支臂，中心機(jī)艙和艙蓋共同形成安裝飛控系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、機(jī)載電源組件的腔體。所述四旋翼機(jī)體，為飛行平臺(tái)001提供空間。所述腔體可攜帶飛控系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、機(jī)載電源組件和任務(wù)載荷002，配置不同的任務(wù)載荷002則可執(zhí)行不同飛行任務(wù)。

所述推進(jìn)系統(tǒng)，包括四個(gè)螺旋槳、四個(gè)螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)和四個(gè)同時(shí)連接飛控系統(tǒng)的電調(diào)；所述支臂、螺旋槳、螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電調(diào)一一對(duì)應(yīng)，由電調(diào)供電的螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝在支臂頂端的螺旋槳旋轉(zhuǎn)，且位于對(duì)角的兩個(gè)螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向始終相反。

所述推進(jìn)系統(tǒng)，為飛行平臺(tái)001提供飛行動(dòng)力。

所述機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端，與地面設(shè)備的地面數(shù)據(jù)鏈終端進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，任務(wù)載荷002采集的環(huán)境數(shù)據(jù)、飛控系統(tǒng)采集的飛行數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端和地面數(shù)據(jù)鏈終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

所述機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、地面數(shù)據(jù)鏈終端構(gòu)成測(cè)控通信系統(tǒng)中的測(cè)控系統(tǒng)。所述記載數(shù)據(jù)鏈終端包括電臺(tái)和連接電臺(tái)的測(cè)控天線。所述記載數(shù)據(jù)鏈終端，用于傳輸飛行平臺(tái)001狀態(tài)信息、任務(wù)載荷002的圖像、探測(cè)氣體信息、探測(cè)溫度信息和接受地面站003控制信號(hào)。

所述遙控接收機(jī)，用于接收遙控器004的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)操作者對(duì)飛行器本體3的操作。

所述照明系統(tǒng)安裝在飛行器本體3上并與飛控系統(tǒng)電性連接。照明系統(tǒng)為在黑暗或光照較弱的空間內(nèi)飛行時(shí)提供補(bǔ)光，確保無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)fpv遙控控制。具體說(shuō)，照明系統(tǒng)包括為攝像設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)光而采用led陣列的照明燈和導(dǎo)航用而采用微型led燈的導(dǎo)航燈。所述照明燈采用6個(gè)第三代mil陣列，單個(gè)燈珠的功率為3w，波長(zhǎng)850nm。單個(gè)燈珠照程紅外距離為30-50m。所述導(dǎo)航燈根據(jù)民航規(guī)章“左紅右綠”，微型led燈功率1.5w，發(fā)光角度180°，顯色指數(shù)大于或等于75。

如圖14所示，所述機(jī)載電源組件包括鋰電池和電源管理單元，鋰電池通過(guò)電源管理單元連接飛控系統(tǒng)并向飛控系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端供電。

所述鋰電池在電源管理單元的統(tǒng)一控制和分配下，為整個(gè)飛行平臺(tái)001運(yùn)行提供電能。

本實(shí)施例的其他部分與實(shí)施例1-3任一項(xiàng)相同，故不再贅述。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例在實(shí)施例1-4任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步公開(kāi)地面設(shè)備。

如圖14所示，所述地面設(shè)備包括地面數(shù)據(jù)鏈終端、集成飛控軟件的地面站003、用于人工控制的遙控器004、向地面數(shù)據(jù)鏈終端和地面站003供電的地面電源，地面站003和遙控器004的控制信號(hào)相互切換。

如圖14所示，地面設(shè)備中的地面數(shù)據(jù)鏈終端與飛行平臺(tái)001中的機(jī)載數(shù)據(jù)鏈鏈終端組成雙向通訊鏈路的測(cè)控系統(tǒng)。地面站003主機(jī)為加固型筆記本，主機(jī)通過(guò)地面數(shù)據(jù)鏈終端的雙向通訊鏈路控制飛行平臺(tái)001的飛行和任務(wù)載荷002工作狀態(tài)，接受飛行器本體3的飛行姿態(tài)信息和任務(wù)載荷002信息。地面控制站內(nèi)置飛控軟件，并通過(guò)測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行平臺(tái)001飛行速度、高度、航向、姿態(tài)、起降等控制，并可對(duì)搭載的任務(wù)載荷002進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)瀏覽。地面站003還包括為整個(gè)信息數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器。

遙控器004用于人工控制，和地面站003的控制可相互切換。遙控器004配置小塊屏幕，用于接收無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)圖像，以第一人稱視角實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的操縱。

測(cè)控系統(tǒng)的地面數(shù)據(jù)鏈終端，用于無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)、機(jī)載設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)遙控遙測(cè)和載荷信息的實(shí)時(shí)接受。地面數(shù)據(jù)鏈終端連接天線加強(qiáng)通訊能力。

地面電源負(fù)責(zé)為地面設(shè)備供電。

本實(shí)施例的其他部分與實(shí)施例1-4任一項(xiàng)相同，故不再贅述。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例在實(shí)施例1-5任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化任務(wù)載荷002。所述任務(wù)載荷002包括可見(jiàn)光/紅外攝像頭、氣體探測(cè)器5、溫度傳感器6中任意一種或多種。

所述可見(jiàn)光/紅外攝像機(jī)4位于無(wú)人機(jī)機(jī)頭的正前方，用于拍攝高清圖像和紅外圖像，通過(guò)測(cè)控系統(tǒng)傳輸至遙控器004和地面站003的顯示屏。

所述氣體探測(cè)器5位于無(wú)人機(jī)后部機(jī)腹。氣體探測(cè)器5可檢測(cè)含一氧化碳及甲烷、液化氣等多種可燃性氣體。

所述溫度傳感器6位于無(wú)人機(jī)后部機(jī)腹。溫度傳感器6可探測(cè)無(wú)人機(jī)經(jīng)過(guò)區(qū)域的空氣溫度。

本實(shí)施例的其他部分與實(shí)施例1-5任一項(xiàng)相同，故不再贅述。

實(shí)施例7：

本實(shí)施例在實(shí)施例1-6任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，如圖9所示，所述附屬配套設(shè)備包括備用電池組、充電器、航空箱和簡(jiǎn)易操作臺(tái)。

所述備用電池組，包括備用的機(jī)上電池和地面設(shè)備電池。

所述充電器，為四旋翼球形無(wú)人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)電池充電。

所述航空箱，數(shù)量為兩個(gè)，一個(gè)為飛行平臺(tái)001，另一個(gè)為地面設(shè)備等提供包裝?？膳渲煤?jiǎn)易操作臺(tái)用于戶外方便工作。

本實(shí)施例的其他部分與實(shí)施例1-6任一項(xiàng)相同，故不再贅述。

實(shí)施例8：

本實(shí)施例在實(shí)施例1-7任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，以1站1機(jī)配置進(jìn)行說(shuō)明。

一種耐碰撞四旋翼球形無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，包括一個(gè)飛行平臺(tái)001、一個(gè)地面站003、一個(gè)遙控器004、地面電源、備用電池、充電器、天線架、任務(wù)載荷002。其中，任務(wù)載荷002安裝在飛行平臺(tái)001上，飛行平臺(tái)001、備用電池、充電器、天線架裝入一只航空箱；地面站003、遙控器004、地面電源裝入另一只航空箱。

攜行機(jī)動(dòng)時(shí)，一名單兵手提一架飛行平臺(tái)001，另一名單兵手提地面設(shè)備，即可快速達(dá)到任務(wù)區(qū)。

本實(shí)施例的其他部分與實(shí)施例1-7任一項(xiàng)相同，故不再贅述。

實(shí)施例9：

如圖9、圖10所示，一種耐碰撞四旋翼球形無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，包括執(zhí)行飛行任務(wù)的飛行平臺(tái)001、搭載在飛行平臺(tái)001上進(jìn)行探測(cè)的任務(wù)載荷002以及對(duì)飛行平臺(tái)001或任務(wù)載荷002進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控、遙測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡孛嬖O(shè)備。

如圖1-圖5所示，所述飛行平臺(tái)001包括球形框架機(jī)構(gòu)1、完全位于球形框架機(jī)構(gòu)1內(nèi)部的飛行器本體3、將球形框架機(jī)構(gòu)1與飛行器本體3連接成一個(gè)整體的支撐機(jī)構(gòu)2。所述球形框架機(jī)構(gòu)1整體呈地球儀經(jīng)緯度框架的結(jié)構(gòu)。

所述支撐機(jī)構(gòu)2包括一個(gè)位于球形框架機(jī)構(gòu)1中心的環(huán)形連接件和兩個(gè)分別沿地球儀自轉(zhuǎn)軸設(shè)置的支撐管204，環(huán)形連接件通過(guò)支撐管204與球形框架機(jī)構(gòu)1連接為一體且安裝在環(huán)形連接件上的飛行平臺(tái)001其重心低于環(huán)形連接件的重心。

如圖5所示，所述球形框架機(jī)構(gòu)1包括一個(gè)沿赤道設(shè)置的緯度環(huán)形框101、一個(gè)沿子午線設(shè)置的經(jīng)度環(huán)形框102、十個(gè)沿非子午線經(jīng)線不重合分布的經(jīng)度管103、兩個(gè)分別位于兩個(gè)極的軸承組件；所述軸承組件包括套接的軸承座104和軸承105；所述軸承座104端面分別連接經(jīng)度環(huán)形框102和經(jīng)度管103；所述支撐桿一端固定在環(huán)形連接件上，支撐桿另一端接入軸承105內(nèi)并可繞軸承105中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖5所示，所述緯度環(huán)形框101為一個(gè)完整的環(huán)形碳纖維薄板；所述經(jīng)度環(huán)形框102由四塊扇環(huán)碳纖維薄片拼接組成；所述經(jīng)度管103為玻璃纖維桁條；所述軸承座104、軸承105均為輕質(zhì)塑料；所述軸承座104端面分別與穿過(guò)環(huán)形碳纖維薄板的玻璃纖維桁條、一端固定在環(huán)形碳纖維薄板上的扇環(huán)碳纖維薄片固定。

如圖6所示，所述環(huán)形連接件包括設(shè)置環(huán)型滑道的環(huán)形滑軌201、兩端同時(shí)在環(huán)形滑道中自由滑動(dòng)且中間為橫桿的中心轉(zhuǎn)軸202、以及將支撐桿固定在環(huán)形滑軌201上的鎖緊塊203；所述中心轉(zhuǎn)軸202穿過(guò)飛行器本體3與其固連，且飛行平臺(tái)001的重心位于中心轉(zhuǎn)軸202的橫桿之下。

本實(shí)施例中，飛行器本體3中旋轉(zhuǎn)的螺旋槳為飛行平臺(tái)001提供飛行動(dòng)力，球形框架機(jī)構(gòu)1為飛行平臺(tái)001提供耐碰撞保護(hù)。

考慮到球形框架機(jī)構(gòu)1很有可能需要穿越窗戶、門(mén)框，則球形框架機(jī)構(gòu)1的尺寸不宜過(guò)大。通常球形框架機(jī)構(gòu)1的直徑500mm。進(jìn)一步，根據(jù)球形框架機(jī)構(gòu)1的尺寸限制，螺旋槳的尺寸和軸距較大則可能會(huì)與環(huán)形框架機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉而碰撞，但螺旋槳的尺寸和軸距。綜合考慮后，螺旋槳的軸距為280mm，螺旋槳的尺寸為7×6in。因此，球形框架機(jī)構(gòu)1可以繞飛行器本體3任意轉(zhuǎn)動(dòng)，而不致于觸碰螺旋槳，同時(shí)球形框架機(jī)構(gòu)1撞擊墻面等障礙物時(shí)，螺旋槳也不致于觸碰墻面而受損。

所述飛行器本體3包括四旋翼機(jī)體、推進(jìn)系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、遙控接收機(jī)、照明系統(tǒng)和機(jī)載電源組件。

所述飛控系統(tǒng)分別與推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、遙控接收機(jī)、照明系統(tǒng)、機(jī)載電源組件、任務(wù)載荷002連接。

如圖12、圖13所示，所述飛控系統(tǒng)包括飛控計(jì)算機(jī)和與飛控計(jì)算機(jī)連接的飛控傳感器組件；所述推進(jìn)系統(tǒng)為飛控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所述飛控計(jì)算機(jī)包括進(jìn)行飛行控制律的解算、故障診斷和自動(dòng)引導(dǎo)的計(jì)算、輸出指令控制飛控執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飛行控制計(jì)算機(jī)和負(fù)責(zé)配合飛行控制計(jì)算機(jī)對(duì)任務(wù)載荷002進(jìn)行控制任務(wù)管理計(jì)算機(jī)。所述飛控傳感器組件包括集成為一體的紅外測(cè)距儀、氣壓高度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸磁力計(jì)和慣性解算處理器。

如圖14所示，所述機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端與地面設(shè)備的地面數(shù)據(jù)鏈終端進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，任務(wù)載荷002采集的環(huán)境數(shù)據(jù)、飛控系統(tǒng)采集的飛行數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端和地面數(shù)據(jù)鏈終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

所述四旋翼機(jī)體包括中心機(jī)艙、艙蓋和分布在中心機(jī)艙四周的四個(gè)支臂，中心機(jī)艙和艙蓋共同形成安裝飛控系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、機(jī)載電源組件的腔體。

本實(shí)施例中，四旋翼機(jī)體前飛方向的兩個(gè)支臂中左臂外端設(shè)置紅色led導(dǎo)航燈，右臂外端設(shè)置綠色led導(dǎo)航燈。

所述推進(jìn)系統(tǒng)包括四個(gè)螺旋槳、四個(gè)螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)和四個(gè)同時(shí)連接飛控系統(tǒng)的電調(diào)；所述支臂、螺旋槳、螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電調(diào)一一對(duì)應(yīng)，由電調(diào)供電的螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝在支臂頂端的螺旋槳旋轉(zhuǎn)，且位于對(duì)角的兩個(gè)螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向始終相反。

所述機(jī)載電源組件包括鋰電池和電源管理單元，鋰電池通過(guò)電源管理單元連接飛控系統(tǒng)并向飛控系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端供電。

所述飛行平臺(tái)001還包括安裝在飛行器本體3上并與飛控系統(tǒng)電性連接的照明系統(tǒng)。

所述任務(wù)載荷002包括分別與飛控系統(tǒng)連接的可見(jiàn)光/紅外攝像機(jī)4、氣體探測(cè)器5、溫度傳感器6中一種或多種；所述可見(jiàn)光/紅外攝像機(jī)4安裝在飛行器本體3機(jī)頭正前方；所述氣體探測(cè)器5、溫度傳感器6分別安裝在飛行器本體3機(jī)腹后部。

所述可見(jiàn)光/紅外攝像機(jī)4包括可見(jiàn)光攝像頭、紅外攝像頭。

所述氣體探測(cè)器5采用選用risym公司的mq-9氣體傳感器可探測(cè)可燃性氣體，risym公司的mq-135氣體傳感器可探測(cè)有毒氣體。傳感器的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫sno2，當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而增加。mq-9采用高低溫循環(huán)檢測(cè)方式，低溫(1.5v加熱)可檢測(cè)一氧化碳，高溫(5.0v加熱)可檢測(cè)可燃?xì)怏w甲烷、丙烷并清晰低溫時(shí)吸附的雜散氣體。mq-135對(duì)氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，可監(jiān)測(cè)多種有害有毒氣體。

所述溫度傳感器6采用risym公司的ds18b20測(cè)溫模塊,測(cè)溫范圍-55℃～+125℃，固有測(cè)溫誤差為1℃。

所述可見(jiàn)光/紅外攝像機(jī)4、氣體探測(cè)器5、溫度傳感器6均為市售產(chǎn)品，本發(fā)明僅對(duì)其進(jìn)行選擇性采購(gòu)和安裝，并未對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，故不再贅述其工作原理。

所述地面設(shè)備包括地面數(shù)據(jù)鏈終端、集成飛控軟件的地面站003、用于人工控制的遙控器004、向地面數(shù)據(jù)鏈終端和地面站003供電的地面電源，地面站003和遙控器004的控制信號(hào)相互切換。

實(shí)施例10：

根據(jù)實(shí)施例1-9任一項(xiàng)所述無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)，無(wú)人機(jī)使用過(guò)程為：設(shè)備準(zhǔn)備→任務(wù)規(guī)劃→放飛飛行平臺(tái)001→飛行平臺(tái)001指令飛行→執(zhí)行飛行任務(wù)→結(jié)束返回→裝箱回收。本實(shí)施例以應(yīng)用于消防救援為例，無(wú)人機(jī)其典型工作流程分為任務(wù)準(zhǔn)備、指令飛行和撤出回收三個(gè)階段。

一、任務(wù)準(zhǔn)備階段

根據(jù)任務(wù)需要攜帶無(wú)人機(jī)設(shè)備到達(dá)任務(wù)區(qū)，在系統(tǒng)檢查、準(zhǔn)備完畢后，評(píng)估作業(yè)的空間范圍。通過(guò)遙控器004和顯示屏控制無(wú)人機(jī)按照第一人稱視角飛行，通過(guò)地面站003控制任務(wù)載荷002的狀態(tài)、顯示飛行姿態(tài)、圖像信息、探測(cè)數(shù)據(jù)信息等。

二、指令飛行階段

地面操作人員放飛整個(gè)飛行平臺(tái)001，飛行器本體3通過(guò)支撐機(jī)構(gòu)2帶著球形框架機(jī)構(gòu)1一起根據(jù)任務(wù)特點(diǎn)來(lái)開(kāi)展飛行，如在航線飛行的情況下，只需要通過(guò)地面站003的圖像信息對(duì)飛行狀態(tài)和任務(wù)執(zhí)行情況進(jìn)行判斷，利用數(shù)據(jù)鏈傳輸飛行指令；如在封閉空間則需要操作人員操作遙控器004控制飛行器本體3的飛行，根據(jù)無(wú)人機(jī)正前方的圖像進(jìn)行飛行路線控制，利用遙控器004控制飛行姿態(tài)，飛控系統(tǒng)確保整個(gè)飛行平臺(tái)001穩(wěn)定飛行。

任務(wù)載荷002中可見(jiàn)光/紅外攝像機(jī)4捕捉的圖像信息、氣體探測(cè)器5采集的氣體濃度信息、溫度傳感器6采集的飛行平臺(tái)001經(jīng)過(guò)區(qū)域的溫度信息以及飛控系統(tǒng)采集的飛行平臺(tái)001的飛行速度、姿態(tài)等信息通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路傳輸至地面站003并在顯示屏進(jìn)行可視化顯示。地面人員通過(guò)上述信息判斷任務(wù)區(qū)的情況，如區(qū)域內(nèi)的建筑物情況、火災(zāi)的發(fā)展情況、可燃?xì)怏w的濃度、區(qū)域的溫度，上述信息作為現(xiàn)場(chǎng)第一手實(shí)時(shí)信息，為處置與救援提供重要的依據(jù)。

三、撤出回收階段

飛行平臺(tái)001完成任務(wù)飛行后，撤出相關(guān)區(qū)域。飛行平臺(tái)001或者按照原路返回至起始點(diǎn)，或者返回至指定位置。

若機(jī)載電源組件的電池電量降到保護(hù)電量時(shí)，飛行平臺(tái)001的飛控系統(tǒng)執(zhí)行自動(dòng)著地降落程序，并持續(xù)通過(guò)航燈閃爍和蜂鳴信號(hào)報(bào)警，方便地面人員快速找尋。

無(wú)人機(jī)結(jié)束飛行任務(wù)后，搭載任務(wù)載荷002的飛行平臺(tái)001及地面設(shè)備裝箱回收，所有數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)至地面站003以用于后期分析和存檔。

其中，本實(shí)施例中執(zhí)行的飛行任務(wù)是“偵察監(jiān)視”。

本實(shí)施例的其他部分與實(shí)施例1-9中任一項(xiàng)相同，故不再贅述。

實(shí)施例11：

本實(shí)施例在實(shí)施例10的基礎(chǔ)上，以飛行平臺(tái)001執(zhí)行“粘貼信標(biāo)”任務(wù)為例進(jìn)行說(shuō)明。無(wú)人機(jī)使用過(guò)程為：設(shè)備準(zhǔn)備→任務(wù)規(guī)劃→放飛飛行平臺(tái)001→飛行平臺(tái)001指令飛行→粘貼信標(biāo)→結(jié)束返回→裝箱回收。

如圖11所示，設(shè)備準(zhǔn)備時(shí)將信標(biāo)100置于軸承座104最外側(cè)，正常任務(wù)規(guī)劃、放飛飛行平臺(tái)001、飛行平臺(tái)001指令飛行，飛行平臺(tái)001到達(dá)指定位置并準(zhǔn)備進(jìn)行信標(biāo)100粘貼時(shí)，通過(guò)飛控系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)促使飛行器本體3調(diào)整姿態(tài)至軸承座104端面垂直于水平面，先緩慢向信標(biāo)100指定位置飛行靠近，當(dāng)接近信標(biāo)100粘貼位置時(shí)加速飛行進(jìn)行撞擊，從而將信標(biāo)100粘貼至指定位置，信標(biāo)100粘貼完成后飛行平臺(tái)001結(jié)束返回并裝箱回收。

本實(shí)施例的其他部分與實(shí)施例10相同，故不再贅述。

實(shí)施例12：

本實(shí)施例在實(shí)施例1-11中任一項(xiàng)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步說(shuō)明無(wú)人機(jī)的信息流程。本實(shí)施中無(wú)人機(jī)的信息流程是：

一、上行的飛行指令由遙控器004發(fā)出，飛行指令直接經(jīng)遙控接收機(jī)進(jìn)入飛控系統(tǒng)；任務(wù)載荷002控制指令由地面站003發(fā)出，任務(wù)載荷002控制指令經(jīng)地面數(shù)據(jù)鏈終端及天線傳輸至機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端再進(jìn)入飛控系統(tǒng)；飛控系統(tǒng)根據(jù)上行的飛行指令、任務(wù)載荷002控制指令分別控制飛行狀態(tài)和任務(wù)載荷002的工作狀態(tài)。

二、下行的飛行狀態(tài)信息、任務(wù)載荷002的圖像、探測(cè)信息等數(shù)據(jù)信息通過(guò)機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端下發(fā)傳輸至地面數(shù)據(jù)鏈終端，從而經(jīng)地面站003、遙控器004在地面站003顯示屏、遙控器004顯示屏上進(jìn)行可視化顯示；地面站003的顯示屏可分屏顯示可見(jiàn)光圖像和紅外圖像，還可顯示飛行狀態(tài)信息、探測(cè)信息轉(zhuǎn)換后對(duì)應(yīng)的數(shù)值；遙控器004的顯示屏只顯示實(shí)時(shí)圖像信息。

本實(shí)施例的其他部分與實(shí)施例1-11中任一項(xiàng)相同，故不再贅述。

實(shí)施例13：

本實(shí)施例在實(shí)施例1-12中任一項(xiàng)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步說(shuō)明無(wú)人機(jī)中主要接口關(guān)系。

如圖14所示，飛行平臺(tái)001中機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端與地面設(shè)備的地面數(shù)據(jù)鏈終端通過(guò)5.8g高頻信號(hào)進(jìn)行通訊，同時(shí)飛行平臺(tái)001的遙控接收機(jī)與地面設(shè)備的遙控器004通過(guò)2.4g高頻信號(hào)進(jìn)行通訊。

地面設(shè)備中：地面站003通過(guò)兩路rs422總線分別與地面數(shù)據(jù)鏈終端、遙控器004通訊；地面站003通過(guò)usb數(shù)據(jù)線接地面站003顯示屏；遙控器004通過(guò)usb數(shù)據(jù)線接遙控器004顯示屏；地面電源分別向地面站003、地面數(shù)據(jù)鏈終端提供24v工作電壓。

飛行平臺(tái)001中：飛控系統(tǒng)通過(guò)rs422總線與機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端、遙控器004接收機(jī)、可見(jiàn)光/紅外攝像機(jī)4、氣體探測(cè)器5、溫度傳感器6進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；同時(shí)，飛控系統(tǒng)通過(guò)hdmi總線與任務(wù)載荷002中可見(jiàn)光/紅外攝像機(jī)4進(jìn)行圖傳；再者，飛控系統(tǒng)對(duì)電調(diào)進(jìn)行pwm控制。

機(jī)載電池由12塊鋰電池串聯(lián)組成，記載電池通過(guò)電源管理單元向飛控系統(tǒng)提供12v工作電壓、向機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端提供5v工作電壓、向照明燈提供12v工作電壓、向?qū)Ш綗籼峁?.5v工作電壓、向推進(jìn)系統(tǒng)的電調(diào)、電機(jī)螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的簡(jiǎn)稱提供44.4v工作電壓。供電電壓及其分配可根據(jù)負(fù)載、電機(jī)功率等進(jìn)行調(diào)整。

本實(shí)施例的其他部分與實(shí)施例1-12中任一項(xiàng)相同，故不再贅述。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。