本發(fā)明涉及飛行器設(shè)計領(lǐng)域，具體地說是一種可在任意角度懸停的三維飛行器。

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背景技術(shù)：
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如今飛行器都只是類似結(jié)構(gòu)，只是在水平面內(nèi)增減電機。

三軸飛行器是能夠穩(wěn)定自身飛行且運用電機最少的可懸停飛行器，沒有更多的冗余，可穩(wěn)定的實行3個方向各相隔120度夾角的水平方向控制，對于豎直方向能夠快速地達到位置，相比其他旋翼飛行器其飛行的穩(wěn)定性較弱。

四軸飛行器的四個螺旋槳都是電機直連的簡單機構(gòu)，十字形的布局允許飛行器通過改變電機轉(zhuǎn)速獲得旋轉(zhuǎn)機身的力，從而調(diào)整自身姿態(tài)。四軸飛行器如今是最受大眾所關(guān)注的多旋翼飛行器，取決于本身的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，飛行靈活性。能夠完成垂直、前后、俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航運動。

六軸飛行器，八軸飛行器相比于四軸飛行器多了更多的冗余電機，增強了其穩(wěn)定性以至于航拍功能能夠更好地實現(xiàn)，相對地失去了靈活翻轉(zhuǎn)等功能。

目前，可懸停飛行器都是在同一水平面上通過多個旋翼共同合作實現(xiàn)，只是添加或者減少冗余電機，沒有任何一種旋翼飛行器能夠保持一個固定角度而穩(wěn)定下來，全機身側(cè)向穩(wěn)定，甚至于翻轉(zhuǎn)過來以后還能夠正常且穩(wěn)定地飛行。

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技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足而提供一種三維飛行器，結(jié)構(gòu)新穎，設(shè)計合理，使飛行器無論處于哪種飛行狀態(tài)都能穩(wěn)定懸停，實現(xiàn)了現(xiàn)今所有旋翼飛行器都不能實現(xiàn)的任意角度懸停狀態(tài)。

為實現(xiàn)上述目的設(shè)計一種三維飛行器，包括機架1、三維環(huán)、驅(qū)動電機9、旋翼7及飛行控制組件，所述機架1上固定連接有沿周向分布的力臂2，所述力臂2之間安裝有三維環(huán)，所述三維環(huán)底部安裝有驅(qū)動電機9，所述驅(qū)動電機9的輸出端連接電機絲桿8，所述電機絲桿8安裝在三維環(huán)內(nèi)，所述電機絲桿8上安裝有旋翼7，所述旋翼7安裝在三維環(huán)中心點處，所述機架1中心位置處安裝有用于控制飛行的飛行控制組件。

所述三維環(huán)設(shè)置有至少三個，至少三個所述三維環(huán)沿機架1周向均勻分布。

所述三維環(huán)包括三維環(huán)外環(huán)5及三維環(huán)內(nèi)環(huán)6，所述三維環(huán)內(nèi)環(huán)6的任意一條直徑上一端固定驅(qū)動電機9，另一端打孔固定微型軸承13，所述電機絲桿8伸入到頂端微型軸承13內(nèi)部，設(shè)三維環(huán)內(nèi)環(huán)6中心點為原點建立三維坐標系，以0°水平方向為x軸，90°水平方向為y軸，垂直方向為z軸，所述旋翼7固定在三維環(huán)內(nèi)環(huán)6原點上，所述旋翼7沿x軸伸展，所述三維環(huán)內(nèi)環(huán)6外壁的y軸方向上設(shè)有外孔一，所述三維環(huán)外環(huán)5內(nèi)壁的x軸方向設(shè)有內(nèi)孔一，所述三維環(huán)內(nèi)環(huán)6外孔一與三維環(huán)外環(huán)5內(nèi)孔一通過內(nèi)環(huán)外環(huán)連接桿12可旋轉(zhuǎn)式連接，所述三維環(huán)外環(huán)5外壁的y軸方向設(shè)有外孔二，所述力臂2端部設(shè)有力臂孔，所述外孔二與力臂孔通過力臂外環(huán)連接桿4連接。

所述三維環(huán)內(nèi)環(huán)6內(nèi)壁上設(shè)有內(nèi)孔二，所述內(nèi)孔二與電機絲桿8通過連接桿連接，所述驅(qū)動電機9通過電機固定架10安裝在三維環(huán)內(nèi)環(huán)6上。

所述外孔一、內(nèi)孔一、外孔二、內(nèi)孔二、力臂孔均為不貫穿孔。

所述外孔一深入三維環(huán)內(nèi)環(huán)6環(huán)壁一半，所述內(nèi)孔一深入三維環(huán)外環(huán)5環(huán)壁一半，所述外孔二深入三維環(huán)外環(huán)5環(huán)壁一半，所述內(nèi)孔二深入三維環(huán)內(nèi)環(huán)6環(huán)壁一半，所述力臂孔深入力臂2一半。

所述旋翼7通過限位環(huán)固定連接在電機絲桿8上，所述三維環(huán)內(nèi)環(huán)6重心位于驅(qū)動電機9處。

所述機架1底端設(shè)置有凹孔，所述機架1底端的凹孔內(nèi)安裝有攝像頭。

所述力臂2下端設(shè)有凹槽，所述力臂2下端凹槽處安裝有電調(diào)。

所述機架1底部安裝有弧形起落架裝置。

本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)新穎，設(shè)計合理，通過設(shè)置有機架、三維環(huán)、驅(qū)動電機、旋翼、飛行控制組件等，其中三維環(huán)是由雙環(huán)加上外連桿組成，環(huán)與連桿配合達成的特殊性使環(huán)能夠自由旋轉(zhuǎn)，并在三維環(huán)底部加裝驅(qū)動電機，中間固定旋翼，由于整個三維環(huán)的重心位于驅(qū)動電機上，所以在飛行過程中旋翼永遠平行于地面，三維環(huán)的配合使飛行器無論處于哪一種飛行狀態(tài)都能穩(wěn)定懸停，實現(xiàn)了現(xiàn)今所有旋翼飛行器都不能實現(xiàn)的任意角度懸停狀態(tài)，值得推廣應(yīng)用。

[附圖說明]

圖1是本發(fā)明中三維環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中三維環(huán)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖5是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的飛行原理示意圖；

圖中：1、機架 2、力臂 3、飛行控制組件放置處 4、力臂外環(huán)連接桿 5、三維環(huán)外環(huán) 6、三維環(huán)內(nèi)環(huán) 7、旋翼 8、電機絲桿 9、驅(qū)動電機 10、電機固定架 11、攝像頭安放位置處 12、內(nèi)環(huán)外環(huán)連接桿 13、微型軸承。

[具體實施方式]

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作以下進一步說明：

本發(fā)明提供了一種飛行器，能實現(xiàn)任意角度懸停狀態(tài)，由于旋翼始終平行于地面，所以無論飛行器相對于地面處于什么角度，只要升力與飛行器重力平衡即可懸停。如附圖所示，其結(jié)構(gòu)主要包括：機架1、三維環(huán)、驅(qū)動電機9、旋翼7及飛行控制組件，機架1上固定連接有沿周向分布的力臂2，力臂2之間安裝有三維環(huán)，以達到機架1自由旋轉(zhuǎn)，三維環(huán)底部安裝有驅(qū)動電機9，驅(qū)動電機9的輸出端連接電機絲桿8，電機絲桿8安裝在三維環(huán)內(nèi)，電機絲桿8上安裝有旋翼7，驅(qū)動電機9用以驅(qū)動電機絲桿8上的旋翼7，旋翼7安裝在三維環(huán)中心點上，機架1中間空缺位置處安裝有飛行控制組件，以控制整個飛行，飛行控制組件包括電池、主控、傳感器、無線供電模塊。

本發(fā)明中，三維環(huán)設(shè)置有至少三個，至少三個三維環(huán)沿機架周向均勻分布，三維環(huán)由至少兩個環(huán)體構(gòu)成，三維環(huán)為環(huán)體加上連桿組成。在此以其中四軸，三維環(huán)為雙環(huán)組成為例。其中，三維環(huán)為雙環(huán)(三維環(huán)外環(huán)5及三維環(huán)內(nèi)環(huán)6)加上內(nèi)環(huán)外環(huán)連接桿12組成，三維環(huán)內(nèi)環(huán)6的任意一條直徑上一端固定驅(qū)動電機9，另一端打孔固定高速微型軸承13，電機絲桿8伸入到頂端微型軸承13內(nèi)部，設(shè)三維環(huán)內(nèi)環(huán)6中心點為原點建立三維坐標系，以0°水平方向為x軸，90°水平方向為y軸，垂直方向為z軸，旋翼7固定在三維環(huán)內(nèi)環(huán)6原點上，旋翼7沿x軸伸展，整個三維環(huán)的重心位于整個三維環(huán)下端，三維環(huán)內(nèi)環(huán)6外壁的y軸方向上設(shè)有外孔一，三維環(huán)外環(huán)5內(nèi)壁的x軸方向設(shè)有與外孔一相同大小的內(nèi)孔一，三維環(huán)內(nèi)環(huán)6外孔一與三維環(huán)外環(huán)5內(nèi)孔一通過內(nèi)環(huán)外環(huán)連接桿12可旋轉(zhuǎn)式連接，三維環(huán)外環(huán)5外壁的y軸方向設(shè)有外孔二，力臂2端部設(shè)有力臂孔，外孔二與力臂孔通過力臂外環(huán)連接桿4連接，力臂以十字型分布，每一個三維環(huán)位于兩力臂之間，三維環(huán)內(nèi)環(huán)6內(nèi)壁上設(shè)有內(nèi)孔二，內(nèi)孔二與電機絲桿8通過連接桿連接，驅(qū)動電機9通過電機固定架10安裝在三維環(huán)內(nèi)環(huán)6上；電調(diào)、電池、主控等位于機架中心，重心位于飛行器中心。

其中，外孔一、內(nèi)孔一、外孔二、內(nèi)孔二、力臂孔均為不貫穿孔，外孔一深入三維環(huán)內(nèi)環(huán)6環(huán)壁一半，內(nèi)孔一深入三維環(huán)外環(huán)5環(huán)壁一半，外孔二深入三維環(huán)外環(huán)5環(huán)壁一半，內(nèi)孔二深入三維環(huán)內(nèi)環(huán)6環(huán)壁一半，力臂孔深入力臂2一半，內(nèi)環(huán)外環(huán)連接桿、力臂外環(huán)連接桿均足夠光滑。三維環(huán)內(nèi)環(huán)6無電機側(cè)附加高速微型軸承減小摩擦，旋翼7通過限位環(huán)固定連接在電機絲桿8上，三維環(huán)內(nèi)環(huán)6重心位于驅(qū)動電機9處；電機絲桿8與驅(qū)動電機9同位一體；機架1底端設(shè)置有凹孔，機架1底端的凹孔內(nèi)安裝有攝像頭；力臂2下端設(shè)有凹槽，力臂2下端凹槽處安裝有電調(diào)，供電以無線供電為主；機架1底部安裝有弧形起落架裝置。

如附圖1所示，三維環(huán)內(nèi)環(huán)中似正方形為驅(qū)動電機，大長方形為旋翼，小長方形為微型軸承，三維環(huán)內(nèi)環(huán)與三維環(huán)外環(huán)之間為光滑的內(nèi)環(huán)外環(huán)連接桿，通過內(nèi)環(huán)外環(huán)連接桿使整體能夠隨意轉(zhuǎn)動。

如附圖3至附圖5所示，簡單說明了飛行器的主體結(jié)構(gòu)。由于飛行器這種特殊的結(jié)構(gòu)，飛行器能穩(wěn)定在任意位置，在機體下端的攝像頭能夠掃到空間內(nèi)所有地點，只用一個攝像頭就能完成完美的觀測并且不用考慮多攝像頭之間的圖像拼接問題。環(huán)與環(huán)之間的滑軸將不會特別靈敏，旋轉(zhuǎn)時有一定的小阻力以至于減少很多不必要的影響飛行的麻煩，中間驅(qū)動電機的重量使螺旋翼永遠平行于地面，而主機體的傾角相對于地面可以任意角度。如附圖3所示，力臂位置鏤空部分以減輕機身重量，機身中間部分安裝電池、主控、傳感器、無線供電模塊等，通過調(diào)節(jié)達到整機重心位于機架中心點。如附圖4所示，電調(diào)安裝于力臂下端凹槽處。

如附圖6所示，圓點為水平位置底部基點，曲線為旋翼，中心橢圓為機體，小箭頭為旋翼動力，大箭頭為運動方向，串螺旋翼的軸未標出。狀態(tài)a是如同四軸飛行器的水平狀態(tài)，當一個電機的功率加大，或者一個電機的功率加大對稱電機的功率減小時，飛行器發(fā)生了俯仰運動，這時電機恢復(fù)初轉(zhuǎn)速，飛行器會保持當前的形態(tài)穩(wěn)定下來，由于整體上兩正兩反槳，使飛行器仍然不會因為扭矩而開始自旋，穩(wěn)定地在一個相對于地面的傾斜角度，于是類推，無論飛行器橫著、豎著、斜著，處于如何怪異的角度都能穩(wěn)定下來，完全翻轉(zhuǎn)也沒有任何問題。

本發(fā)明并不受上述實施方式的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。