[發明專利]一種槳面角度可變的多旋翼無人機及其控制方法

有效

• 申請號: 201910577528.8
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110329497B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 王小鵬;張富強;張東升;楊靜;金雨斌;李鵬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B64C27/08
• 分類號: B64C27/08;B64C27/12;B64C27/52;B64C19/00;B64D27/24;G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種槳面角度可變的多旋翼無人機及其控制方法，包括多旋翼無人機機架、起落架、可傾轉旋翼電機平臺以及定轉速旋翼驅動系統；其中，多旋翼無人機機架底部設置有起落架；多旋翼無人機機架上設置還有多個旋翼臂，每個旋翼臂的端部設置有傾轉結構；每個可傾轉旋翼電機平臺上設置有定轉速旋翼驅動系統，定轉速旋翼驅動系統上設置有槳距固定的螺旋槳。以舵機控制傾轉平臺的角度(即槳面角度)來控制電機的姿態和位置。本發明使用定轉速的電機或發動機帶動螺旋槳，無人機的動力學控制純粹由槳面角度的調節來完成，所以添加了由舵機和編碼器驅動和反饋角度的可傾轉旋翼電機平臺，以槳面傾轉角度代替轉速控制無人機。

技術領域

本發明涉及多旋翼無人機的結構和控制方式，具體涉及一種槳面角度可變的多旋翼無人機及其控制方法。

背景技術

多旋翼無人機由于其結構簡單，控制技術成熟，已經廣泛的應用于航拍、偵查、農業植保等領域上。

傳統的多旋翼無人機是通過調節各個旋翼電機的轉速來實現機體姿態和高度控制的。這對旋翼電機的轉速控制的響應速度有較高的要求，以此來保證及時對無人機的姿態和高度進行穩定的控制。無人機的姿態控制來產生水平速度，進而控制無人機的位置。若無人機的姿態響應速度慢，則無人機無法保證平衡控制。

而旋翼電機快速響應的要求，是多旋翼無人機向重型化、多樣化發展的難點。目前只有少數的電機(如無刷直流電機)才能滿足無人機控制的要求，而電機由電池提供能源，這為無人機的發展帶來了多種限制：(1)目前電池的能量密度小，多旋翼無人機的大部分重量都在于電池的重量上，限制了無人機的載重效率；(2)而且電池提供的能量只能支持無人機在較短的時間內飛行，限制了無人機的航時；(3)另外，旋翼電機的響應速度，隨著螺旋槳的大小增大、慣量增大而減慢，限制了無人機的最大載重。

發明內容

本發明針對傳統多旋翼無人機能量密度低、多數電機發動機轉速調節響應速度慢等問題，目的在于提出一種槳面角度可變的多旋翼無人機及其控制方法。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種槳面角度可變的多旋翼無人機，包括：多旋翼無人機機架、起落架、可傾轉旋翼電機平臺以及定轉速旋翼驅動系統；其中，多旋翼無人機機架底部設置有起落架；多旋翼無人機機架上設置還有多個旋翼臂，每個旋翼臂的端部設置有傾轉結構；每個可傾轉旋翼電機平臺上設置有定轉速旋翼驅動系統，定轉速旋翼驅動系統上設置有槳距固定的螺旋槳。

本發明進一步的改進在于，傾轉結構包括轉軸以及舵機，轉軸設置在旋翼臂的端部，舵機設置在每個旋翼臂的底面上。

本發明進一步的改進在于，定轉速旋翼驅動系統包括電機以及電池，其中，電池與電機相連，電機與槳距固定的螺旋槳相連，槳距固定的螺旋槳設置在電機上。

本發明進一步的改進在于，定轉速旋翼驅動系統包括電池以及發動機，電池與發動機相連，發動機與槳距固定的螺旋槳相連，槳距固定的螺旋槳設置在電機上。

本發明進一步的改進在于，在多旋翼無人機機架中心位置安裝有慣性傳感器。

本發明進一步的改進在于，每個轉軸上設置有編碼器。

一種槳面角度可變的多旋翼無人機的控制方法，根據對無人機的動力學分析，得到六個自由度上的動力學模型：