四旋翼无人机保护罩结构设计

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机械装备研发
Research & Development of Machinery and Equipment
周茂繁
（西南科技大学制造科学与工程学院，四川 绵阳 621000）
摘　要：随着无人机的快速发展，其在日常生活中的应用越来越广泛。

因其螺旋桨与机身暴露在外，一旦发生碰撞，坠落风险很高。

文章利用三维造型软件solidworks 对无人机保护外壳的三维造型进行设计建模，设计了一种结构简单、能够拆卸、便于组装的无人机保护外壳，能有效防止无人机因碰撞而发生坠落。

关键词：无人机；保护罩；结构；设计中图分类号：U674.76 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）10-0145-01
——————————————作者简介： 周茂繁（1998—），女，四川成都人，本科，研究方向：
机械设计。

随着无人机的大量投入使用，无人机坠机事故频频发生[1]。

无人机撞地事故分为两种情况，一是无人机出现机械故障或遭遇灾难性的气象致使无人机失去控制而坠地；二是操控手正常操纵无人机时，由于对地形把握不准而出现误撞山坡或障碍物，或近地着陆时高度和位置信息测量不准确导致降落触地。

前者属于失控撞地，后者属于在控撞地[2]。

如何避免无人机与其他机体或障碍物碰撞已成为世界各国十分重视的问题。

美军建立了防止无人机与有人机碰撞机制来避免撞击事故发生。

但其效能还未达到安全程度，且对近地撞击障碍物事故至今任未研制出切实可行、安全高效的将无人机本体保护在内部，避免了螺旋桨与外部环境直接接触。

其外部是由碳纤维材质组成的两个半球，使得无人机在发生碰撞时可以回弹或旋转，如图1所示。

在实际使用中，当无人机发生碰撞时，两个单独的半球形外壳被动旋转，这种机制能够在不影响飞行稳定性的情况下与障碍物相撞，从而避免了复杂的传感与规避策略，旋转原理如图2所示。

2 无人机保护罩三维结构造型
利用三维设计软件Solidworks 对无人机保护罩进行设计建模，具体零部件结构如图3～图6所示。

3 实验样机与试飞
考虑到无人机载重问题，所负载外壳重量应尽可能小，
但外壳材料也需要满足具有一定强度，所以在保护外壳实物制作中选择碳纤维材料。

球形外壳部分采用碳纤维管与3D 打印关节组成，中心连接部分选用碳纤维板切割制成，轴承选用轻质量的尼龙塑料轴承。

实物成品与实验效果如图7～8所示。

4 结论
本项目是针对四旋翼无人机所设计的一套保护外壳，结构简单，容易拆卸，能降低无人机坠毁风险。

通过实物制作与实验，保护外壳结构合理，能有效规避无人机直接与障碍物发生碰撞。

参考文献：
[1]薄文娟.国内外无人机系统的研究现状[D].内蒙古:内蒙古电子
技术信息学院,2016.
[2]许卫东,呼曦.机载增强型近地警告系统发展概述[J].航空制造
技术,2006,24(16):51-52.[3]李洋.自主防撞击无人机传感器的信息融合算法研究[D].沈阳:
沈阳航空航天大学,2013.[4]张玉民,何鑫,杨百川.基于WPF 技术的无人机地面站软件设计
与实现[J].计算机工程与设计,2019(4):1167-1173.
（收稿日期：
2019-5-18）
图1 无人机保护罩示意图
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2 半球形外壳旋转原理
图3 碳纤维外壳结构图
4 无人机连接部分
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5 外壳支撑与连接图
6 完整装配图
图8 无人机实验
图7
无人机保护罩安装。