这套轮飞复合小型无人载具的结构方案,最初是针对狭窄室内巡检、楼宇夹缝排查、灾后废墟通道探测这类边界受限场景做的适配,常规多旋翼无人机在贴墙飞行、穿越半封闭管道时,桨叶极易剐蹭墙体凸起、裸露钢筋,一旦桨叶碰障就会直接失稳坠机,而纯地面轮式机器人又无法跨越台阶、断层这类垂直障碍,这套方案把六组旋翼动力单元和轮式行走结构做了集成,让载具同时具备空中飞行和地面贴地行驶两种移动模式。
从实际作业用途来看,载具在开阔区域可以切换飞行模式快速抵达目标点位,进入狭窄巷道、室内走廊之后,就可以降落切换为轮式行走状态,依靠外围的环形防护轮圈贴靠墙面移动,既不需要预留旋翼旋转的安全净空,轮圈本身还能充当防撞缓冲结构,碰到墙面障碍时可以直接顺着接触面滑移调整姿态,不会像裸露桨叶那样一碰就炸机。地面行走状态下旋翼可以低转速怠速运转,遇到小台阶、散落 debris 这类轮式无法通过的障碍时,随时可以抬升起飞跨越,兼顾了地面行驶的低功耗、长续航优势和飞行模式的越障能力。
结构设计上没有沿用传统多旋翼的中心板加外伸机臂的常规布局,主机身采用流线型曲面壳体,把飞控、电池、通讯模块全部收纳在封闭舱体内,曲面造型一方面降低飞行时的正面风阻,另一方面没有尖锐棱角,在碰撞挤压时不会勾挂现场的线缆、杂物。六条机臂从中心机身向外辐射延伸,每条机臂末端同时集成旋翼动力组件和行走轮结构:环形轮圈和旋翼同轴布置,轮圈的直径完全覆盖桨叶的旋转外径,相当于给每一片桨叶都做了全周防护,哪怕载具侧翻、贴墙挤压,桨叶都不会直接接触障碍物。轮圈本身采用辐条式镂空结构,在保证环向抗冲击刚度的前提下尽可能降低自重,辐条的排布角度经过优化,不会遮挡旋翼的下洗气流,避免额外的气动效率损失。
设计过程中推翻了初代宽大底盘的方案,初代底盘为了容纳大尺寸电池把机身做的宽厚臃肿,不仅飞行迎风面大,地面行驶时也很难穿过宽度有限的缝隙,重构之后的机身收窄了侧向宽度,所有零部件的安装边界都控制在轮圈围成的外包络尺寸以内,载具整体的最大外轮廓就是六个轮圈的最外侧切点,没有任何突出于轮圈之外的结构件,在穿越狭窄通道时只要轮圈能通过,整个载具就可以顺利通行。机臂和中心机身的连接位置做了局部加厚,轮圈受到侧向撞击时,冲击力会顺着机臂传递到中心机身的承力框架,不会直接作用在旋翼电机的输出轴上,避免电机轴受径向冲击力变形。
曲面机身的建模过程中拆分了二十余个二维草图和三维特征来逐步成型,机身表面的曲面过渡做了连续曲率处理,既方便后续做壳体的注塑或者3D打印成型,也能避免气流在机身表面产生突兀的紊流。机身底部预留了通用载荷安装位,可以根据作业需求更换微型摄像头、气体传感器、热成像模块,安装接口的位置处于整机重心的正下方,更换载荷之后只需要做简单的重心配平就可以正常飞行,不会因为载荷偏置导致飞行姿态倾斜。
地面行走的动力传递没有额外加装独立的行走电机,而是利用旋翼电机的动力输出:在轮式模式下电机低转速运转,通过减速机构驱动外圈的轮圈转动,不需要为行走功能单独配置动力源,大幅降低了整机的重量和结构复杂度。轮圈的外缘做了微幅的防滑纹理处理,在瓷砖、水泥地、金属楼板这些常见巡检地面都有足够的附着力,行走过程中遇到小坡度斜面也不会打滑。六个轮圈的布置让载具在地面停放时拥有三个以上的稳定支撑点,哪怕在不平整的废墟表面降落,也能保持机身水平,不会侧翻。
整机的安装边界做了严格的干涉校验:旋翼旋转的扫掠区域和轮圈辐条之间预留了足够的安全间隙,高速旋转的桨叶不会和辐条产生摩擦;机臂内部走电机的供电线和信号线,所有线缆都隐藏在结构内部,不会外露勾挂障碍物;电池舱设计在机身重心位置,插拔更换时不需要拆解其他结构,野外作业时可以快速替换备用电池,延长作业时长。这套结构方案既解决了普通多旋翼在狭窄空间作业的防撞痛点,也弥补了地面机器人越障能力不足的缺陷,在应急救援、厂区管廊巡检、安防侦察这类场景里有很强的实用适配性。
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