[發(fā)明專利]四旋翼飛行器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710067503.4
• 申請日: 2017-02-07
• 公開（公告）號(hào): CN106708077A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘玲瓏
• 申請（專利權(quán)）人: 鐘玲瓏
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08;G05D1/10;B64C27/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種四旋翼飛行器，屬于無人機(jī)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微小型四旋翼飛行器是一種電動(dòng)的，由無線電地面遙控飛行或/和自主控制飛行的可垂直起降（VTOL）飛行器，在構(gòu)造形式上屬于旋翼飛行器，在功能上屬于垂直起降飛行器。它利用空氣動(dòng)力來克服自身重量，結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活，獲得了越來越多的關(guān)注。

相對固定翼無人機(jī)而言，旋翼無人飛行器發(fā)展要緩慢得多。固定翼無人機(jī)在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，而且在過去二十多年的局部戰(zhàn)爭中展現(xiàn)其優(yōu)越的作戰(zhàn)性能，為美國、以色列等國軍隊(duì)取得戰(zhàn)爭的勝利立下了功勛[2]。然而旋翼式垂直起降飛行器與固定翼無人機(jī)相比具有更大的優(yōu)點(diǎn)：垂直起降、空中懸停、朝任意方向飛行，起飛著陸場地小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、高度智能化等。在軍用方面，無人直升機(jī)既能執(zhí)行各種非殺傷性任務(wù)，又能執(zhí)行各種軟硬殺傷性任務(wù)，包括偵察、監(jiān)視、目標(biāo)截獲、誘餌、攻擊、通信中繼等。民用方面，無人直升機(jī)在大氣監(jiān)測、交通監(jiān)控、資源勘探、電力線路監(jiān)測、森林防火等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

四旋翼飛行器與傳統(tǒng)直升機(jī)相比，尾槳控制和旋翼傾斜問題可以被忽略，這是因?yàn)閷蔷€上的兩對電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反，正好抵消了它們產(chǎn)生的扭力矩。也就是說，四旋翼飛行器無需尾槳來抵消反扭力矩以及避免復(fù)雜的旋翼傾斜控制來實(shí)現(xiàn)各種飛行姿態(tài)。由于其獨(dú)特的對稱性和多旋翼性，飛行姿態(tài)是靠調(diào)整四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的。

從另一方面來說，四旋翼飛行器具有高度耦合的動(dòng)態(tài)特性，一個(gè)旋翼速度的改變將至少影響三個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)。例如，減小右面旋翼的轉(zhuǎn)速，左右升力出現(xiàn)了不平衡，這將會(huì)導(dǎo)致直升機(jī)向右滾動(dòng)；同時(shí)左右為一組的旋翼產(chǎn)生的力矩和前后為一組的旋翼產(chǎn)生的力矩出現(xiàn)了不平衡，這將會(huì)導(dǎo)致直升機(jī)向右偏航；此外，滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致直升機(jī)向右平移，從而改變了前進(jìn)的方向。

迄今為止，微小型四旋翼飛行器基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)研究已取得較大進(jìn)展，但要真正走向成熟與實(shí)用，還需面臨諸多關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種四旋翼飛行器。

本發(fā)明提供了一種四旋翼飛行器，包括接收機(jī)、處理器、輔助電源、通信串口、傾角傳感器、高度傳感器、角速度傳感器、工控機(jī)、信號(hào)輸入器、信號(hào)輸出器和多個(gè)驅(qū)動(dòng)器，所述處理器分別與輔助電源、通信串口、傾角傳感器、高度傳感器、角速度傳感器、信號(hào)輸入器以及信號(hào)輸出器連接，所述接收機(jī)通過信號(hào)輸入器與處理器連接，所述工控機(jī)通過通信串口與處理器連接。

優(yōu)選的，上述多個(gè)驅(qū)動(dòng)器包括第一驅(qū)動(dòng)器、第二驅(qū)動(dòng)器、第三驅(qū)動(dòng)器和第四驅(qū)動(dòng)器，所述第一驅(qū)動(dòng)器、第二驅(qū)動(dòng)器、第三驅(qū)動(dòng)器和第四驅(qū)動(dòng)器分別與信號(hào)輸出器連接。

優(yōu)選的，上述第一驅(qū)動(dòng)器、第二驅(qū)動(dòng)器、第三驅(qū)動(dòng)器和第四驅(qū)動(dòng)器分別對應(yīng)連接有旋翼。

優(yōu)選的，上述飛行系統(tǒng)供電選用鋰電池，輔助電源用來向機(jī)載電子設(shè)備供電。

優(yōu)選的，上述飛行系統(tǒng)具有無線通訊部分，用來接收地面遙控信號(hào)，得出飛行指令。

優(yōu)選的，上述傾角傳感器能夠進(jìn)行X、Y正交方向上的傾角檢測，檢測范圍為±90°，檢測精度為0.0025°，敏感元件采用過阻尼頻響輸出，抗震動(dòng)能力強(qiáng)，芯片采用5V供電，擁有模擬和SPI兩種輸出接口，可輸出傾角和溫度信息。

優(yōu)選的，上述高度傳感器檢測不同高度的大氣壓強(qiáng)，然后根據(jù)高度----壓強(qiáng)的對應(yīng)關(guān)系，將壓強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為高度信號(hào)；該芯片供電電壓為2.4V-3.3V，測量范圍為30kPa-120kPa，精度3Pa，內(nèi)置溫度傳感器，可通過SPI接口輸出壓強(qiáng)信息和溫度信息。

優(yōu)選的，上述角速度傳感器包括角速度檢測壓電陀螺，安裝時(shí)，兩兩互相垂直以檢測X、Y、Z三個(gè)方向上的角速度；，供電電壓為2.7V-5.25V，最大檢測角速度為±300deg./sec.，零點(diǎn)輸出電壓為1.35V，比例因子為0.67mV/deg./sec.，頻率響應(yīng)最大為50Hz。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的四旋翼飛行器，重量輕、體積小、功耗低的產(chǎn)品；考慮模塊化、接口標(biāo)準(zhǔn)化，預(yù)留可擴(kuò)展端口，增強(qiáng)了整體裝置的可擴(kuò)展性，便于升級(jí)，實(shí)現(xiàn)飛行器自主飛行，并能完成軌跡跟蹤和避障等任務(wù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明四旋翼飛行器控制流程示意圖。