[發明專利]一種具有矢量推力的旋翼與充氣氣囊復合式浮空飛行器

有效

• 申請號: 201711372583.0
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108146608B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 王少萍;張益鑫;周之涵;王康樂;劉寶旭
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64B1/32
• 分類號: B64B1/32;B64B1/34;B64C27/08
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種具有矢量推力的旋翼與充氣氣囊復合式浮空飛行器，其特征在于：由浮空體與旋翼動力模塊構成；

所述浮空體為一充氣氣囊，所充氣體為氦氣，頂部設計有太陽能供電電源模塊接口連接柔性太陽能電池模塊；底部設計有充電及中央控制單元；其中，充電單元通過充電單元接口實現與地面充電設備間的電氣和機械連接；中央控制單元用來接收地面設備發出的控制指令，同時控制所有旋翼動力模塊有規律地輸出動力，以及浮空飛行器與地面站間的數據傳輸和通信；

旋翼動力模塊周向等角度間隔安裝在浮空體水平最大半徑圓周上，每個旋翼動力模塊間隔45°；其中，相間隔的旋翼動力模塊中旋翼轉軸方向相同設置；其中四個旋翼動力模塊旋翼轉軸方向水平設置；另外四個旋翼動力模塊旋翼轉軸方向垂直設置；且垂直設置旋翼轉軸方向與水平設置旋翼轉軸方向的旋翼動力模塊周向上交替布置；每個旋翼動力模塊中均集成有轉速反饋模塊及紅外測距模塊；

上述旋翼為由激光一次成型的8字型旋翼外框架結構，鏤空處覆著有柔性TPU薄膜，形成槳葉；

柔性太陽能電池模塊包括周向設置的薄膜太陽能電池與太陽能供電單元；薄膜太陽能電池安裝于太陽能供電單元周向上，薄膜太陽能電池與太陽能供電單元電氣與機械接口間連接；

中央控制單元具體包括系統核心控制器、電源綜合管理單元、穩壓模塊、大容量航模鋰電池與wifi模塊；其中，系統核心控制器用于整機飛行控制及環境感知；電源綜合管理單元用于管理和充電單元對整機的能源供給；使大容量航模鋰電池作為整機的主要能源供給，提供65%的電能，而太陽能薄膜為室外飛行提供35%的能量，通過穩壓模塊為整機提供飛行所需的穩定電壓；Wifi模塊用來利用wifi信號實現中央控制器與電腦、手機終端間的信息數據交互；同時，中央控制單元內還集成有GPS室外定位模塊、氣壓傳感器、IMU慣性測量單元、電子羅盤、圖像采集模塊、圖傳模塊與風速監測傳感器多種飛行器感知功能單元，用于測量飛行器的六自由度信息、圖像采集以及信息傳輸，可以實現對浮空飛行器的有效控制，并實現室內監控、室外長時間拍攝；

每個旋翼動力模塊以及中央控制單元中還具有Zigbee無線通訊系統，用于多個浮空飛行器之間的信息通訊，以及中央控制單元和旋翼模塊的通訊控制鏈路；

控制系統包括下位機控制板與上位機電腦端；下位機控制板主要用來完成：輸入檢測、輸出驅動、數據處理與算法執行；其中，輸入檢測包括上位機指令，傳感器數據信息，電源供給檢測；輸出驅動包括各個旋翼動力模塊的驅動電機控制；數據處理包括各傳感器數據解算，各旋翼動力模塊的動力分配；算法執行包括上位機電腦端傳遞的任務規劃、軌跡規劃、編隊控制、返航充電算法的執行；對于任務規劃、軌跡規劃、編隊控制、返航充電復雜的智能化且實時性要求不高的任務，則以上位機電腦端處理并下發給浮空飛行器的中央控制單元的方式，完整組建起整套控制系統，即從作動器到氣動力學到機體動力學再到反饋檢測的控制算法層面，實現系統閉環。

2.如權利要求1所述一種具有矢量推力的旋翼與充氣氣囊復合式浮空飛行器，其特征在于：浮空體充氣后為空間對稱的球形薄膜浮空器氣囊。

3.如權利要求1所述一種具有矢量推力的旋翼與充氣氣囊復合式浮空飛行器，其特征在于：旋翼動力模塊包括旋翼、槳葉與支架；旋翼由驅動電機帶動旋轉；通過支架安裝于浮空體外壁上。