[發明專利]一種多形態無人機及其飛行控制方法

有效

• 申請號: 201610846726.6
• 申請日: 2016-09-23
• 公開（公告）號: CN106394895B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 張智鑫;張宇坤
• 申請（專利權）人: 廣東天米教育科技有限公司
• 主分類號: B64C27/22
• 分類號: B64C27/22;B64C27/14;B64D27/16;B64D27/24;B64C1/00;B64C1/34;B64C5/02;B64C5/06;B64C9/12;G05D1/08
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 張綺麗

本發明提供了一種多形態無人機，包括：動力單元、副機臂、機臂固定件、主機臂和機身連接件，兩根副機臂平行間隔設置，主機臂通過機臂固定件固定在兩根副機臂之間，機身連接件固定在主機臂的中心，所述機身連接件上設置有卡扣，四個動力單元分別安裝在兩根副機臂的前后兩端，所述四個動力單元的結構相同，均包括旋翼、無刷電機和電機轉向軸。本多形態無人機采用簡單的套件組裝方式，只需要簡單的更換飛行套件，可實現無人機在多旋翼、固定翼、飛艇等各種形態的變換。本發明還提供了一種多形態無人機飛行控制方法，通過控制前述無人機中四個動力單元，實現無人機的精確飛行。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，具體涉及一種多形態無人機及其飛行控制方法。

背景技術

無人機應用領域越來越廣泛，但是傳統的無人機形態，均有各自的優缺點，多旋翼靈活性高，能夠垂直起降但續航時間短；固定翼續航時間長，飛行速度快，速度快巡航大面積區域自然是優勢，但是對于小范圍應用，過高的航速為應用帶來不便，不能垂直起降也限制了其應用。直升機續航時間稍長，可垂直起降，但其主軸結構過于復雜，維護難度大。

傳統的飛機采用改變機翼外形的辦法，如采用變后掠角、變翼型彎度等方法，以適應起降、巡航和高速飛行等不同的飛行狀態，力求獲得比較理想的性能。但這種辦法機構復雜、功能受限、效率較低，難以適應較廣范圍飛行環境變換(如速度、氣候、高度等)的要求，導致傳統無人機應用范圍有限。

發明內容

為解決現有技術中存在的不足，本發明提供了一種多形態無人機，用戶可在不同的場合采用不同的配套組件組裝成不同形態的無人機，降低使用成本，獲得更高的應用效率。同時本發明還提供了一種多形態無人機的飛行控制方法，可以通過精確計算獲取無人機的飛行姿態，然后自動進行飛行控制。

為實現上述技術方案，本發明提供了一種多形態無人機，包括：動力單元、副機臂、機臂固定件、主機臂和機身連接件，兩根副機臂平行間隔設置，主機臂通過機臂固定件固定在兩根副機臂之間，機身連接件固定在主機臂的中心，所述機身連接件上設置有卡扣，四個動力單元分別安裝在兩根副機臂的前后兩端，所述四個動力單元關于主機臂的中心呈中心對稱分布，所述四個動力單元的結構相同，均包括旋翼、無刷電機和電機轉向軸，所述電機轉向軸與副機臂固定連接，電機轉向軸內部安裝有快速舵機，無刷電機固定于電機轉向軸的連接法蘭盤上，電機轉向軸通過快速舵機調整朝向，旋翼固定在無刷電機的電機軸上。

優選的，所述機身連接件上還安裝有飛艇氣囊，所述飛艇氣囊的尾部設置有相互垂直的飛艇垂直尾翼和飛艇水平尾翼。

優選的，所述飛艇氣囊的尾部還設置有噴氣裝置。

優選的，所述機身連接件上還可以通過主機翼固定裝置固定主機翼，所述主機翼通過連接桿與水平尾翼連接，垂直尾翼垂直安裝在水平尾翼上。

優選的，所述主機翼與主機臂平行設置。

本發明還提供了一種多形態無人機飛行控制方法，其特征在于通過控制前述無人機中四個動力單元，實現無人機的精確飛行，具體包括如下步驟：

S1、飛行姿態獲取，通過三軸陀螺儀和三軸加速度計分別讀取安裝在四個動力單元中無刷電機的數據，通過計算得到無人機飛行過程中的俯仰角橫滾角β和方位角λ，具體計算過程如下：

S11，根據歐拉角的定義和余弦矩陣，得重力加速度，

公式1中，G為無人機的重力加速度，A為無人機的旋轉扭矩，其中旋轉扭矩的卡斯曼表達式為：

H(m,n,s,r)＝m+ni+sj+rk (公式2)

根據卡斯曼旋轉矩陣可知：

將公式3代入公式1簡化后得出重力加速度為：