基本信息

第一作者姓名：李泽钧

性别：男

民族：汉族

第一作者学校：北京市第二中学分校

第一作者人所在年级：八年级

第二作者姓名：

性别：

民族：

第二作者人所在学校：

第二作者人所在年级：

辅导教师姓名：刘鑫

作品摘要

*结构组成：

三栖球形防撞无人机主要由无人机本体、球形结构、转动环组成。其中：无人机本体包括碳纤维外壳、摄像头、电机、桨叶。球形结构包括转动环、球体、转动轴、轴承、漂浮装置。

*主要特征：

三栖球形防撞无人机，满足恶劣天气、狭小空间、复杂地形飞行，可实现水中、陆地、空中三种环境实时切换前进，整机球形防撞设计，即使不小心碰到障碍物也会立刻反弹并自动进行机械调平，时刻保持平稳行驶，避免炸机。陆地行驶时球体滚动，向各个方向运动；水中行驶时，球形依靠浮力装置浮在水上，球体滚动向各方位行驶；空中飞行依靠无人机本体直接飞行，最终实现三栖功能。

*主要用途：

用于恶劣天气、狭小空间、复杂地形探测、侦察及数据采集等复杂任务，实现水、陆、空三种模式实时自由切换，遇障碍自动机械调平，球形整体防撞设计，应用于复杂环境及地形，如：陆地、水面及空中探测及侦测数据采集。

*创新点：

球形结构设计，依据不倒翁原理，遇障自动机械调平，避免炸机。陆地球体滚动行驶，水中浮力装置行驶，空中无人机本体飞行，实现三栖功能。水、陆、空三种模式实时切换，无需拆装。结构、性能可靠，制造成本低。

作品说明

*问题提出：

*提出的问题和解决的问题：

问题：目前的三栖无人机在切换水、陆、空形态时，普遍需要手动组装或者通过遥控控制变形进行切换，切换过程繁琐，控制程序复杂。且只能在天气情况良好时飞行，遇突然大风或其他恶劣天气时桨叶裸露容易发生碰撞坠机。

研究问题的原因和意义：

我希望制作一款在空中、陆地、水中可实时切换无需手动辅助变形，也无需遥控控制变形的三栖球形防撞无人机，以解决无人机在极端天气、极端地貌环境正常行驶问题， 提高三栖功能的适应性、便捷性与防炸机性能。

*解决方案：

解决问题的办法：

       整机外壳参考鼠笼结构设计，主材质为碳纤维。依据不倒翁原理，合理配重，结合球形表面、连接轴、转动环控制3个自由度，保证无人机在球形结构内部自动进行机械调平。

       共设计了四代，采用逐代验证升级的办法。第一代验证原理可行性，球形结构设计实现地面滚动，发现负载重，强度不高，且球面凹陷不平整；第二代寻找重量轻、浮力大的漂浮材料，验证漂浮性能；第三代实现水、陆、空三栖功能，但强度有待提高；第四代结构优化解决强度问题实现水、陆、空三栖防撞功能。

  

发明研究的重点：

无人机本体与球形结构连接后，转动自由度问题解决。

发明研究的难点：

解决球形结构与无人机本体的连接方式，保证无人机在球体内可以自由转动，实时保持平衡。

发明研究的难点：

解决球形结构与无人机本体的连接方式，保证无人机在球体内可以自由转动，实时保持平衡。

本发明使用方法、附图说明性文字：

三栖功能整体考虑到不能增加不必要重量，所以靠球体进行水中和陆地上的运动，并且连接在球体上有3个自由度，陆地行驶时球体滚动，向各个方向运动；水中行驶时，球形依靠浮力装置浮在水上，球体滚动向各方位行驶；空中飞行时电机加速转动即可飞行，实现效果流畅，操作简单。球形结构全方位保护无人机，机械结构防撞，可有效避免炸机，即使碰到障碍物也会立刻反弹并做出调整，时刻保持平稳行驶，在恶劣天气、极端地貌也可正常行驶。

*使用或试用效果：

已实现功能：水中、陆地、空中的实时切换；自由落体试验30米坠落，无人机本体完好无损；被动行走机制，高效率，长续航；机械智能自调平，无人机指向性良好；陆地奔跑试验速度25.1km/h。

 

*优点：

采用弹性球形防撞结构，全方位包裹避免炸机；

水中、陆地、空中的实时切换，无需拆装；

不倒翁原理，机械智能自调平；

被动行走机制，高效率；

满足恶劣天气、狭小空间飞行；

结构可靠，成本低，利于批量生产。

*还需进一步研究的问题：

一是进一步优化作品的骨架结构及质量，降低气流给无人机带来的影响。二是逐步能够扩大作品的应用领域。三是进一步优化整体结构，使之更加轻量化，增加续航的时间。四是根据实际应用的不同需求，适时增加选配的功能。

作品图片

查新说明