[發明專利]一種切割無人機姿態穩定機構及其控制方法

有效

• 申請號: 202010671990.7
• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號: CN111857169B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 單杭英;孫中濤;王華明
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;南京長空科技有限公司;南京浦口高新技術產業開發區管理委員會
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;B64D47/00;B64D45/00;B64C39/02
• 代理公司: 南京中高專利代理有限公司 32333
• 代理人: 潘甦昊

1.一種切割無人機姿態穩定機構，其特征是：包括：

上連接框，用于與無人機機身連接，在上連接框下部設置一個連接吊耳，通過連接吊耳吊裝穩定機構主體；

下配重機構，用于連接配重，在下配重機構底部設置有用于采集配重部分加速度的加速度傳感器和相對地面角度的方向傳感器；

穩定驅動機構，連接于上連接框與下配重機構之間，包括繞X軸旋轉驅動器、繞Y軸旋轉驅動器，其中所述繞X軸旋轉驅動器包括一個X軸旋轉框，在X軸旋轉框內設置有Y軸旋轉驅動器，Y軸旋轉驅動器包括一個位于X軸旋轉框內的支撐塊，支撐塊與X軸旋轉框之間轉動連接；其中在X軸旋轉框內設置有至少N組第一旋轉驅動器，相鄰第一旋轉驅動器之間的夾角至多為180°，通過第一旋轉驅動器驅動支撐塊相對X軸旋轉框旋轉；在所述支撐塊內設置有一個軸線垂直于支撐塊軸線的旋轉柱；Y軸旋轉驅動器還包括一個轉動連接于旋轉柱外部的Y軸旋轉框，在旋轉柱內設置有至少兩組第二旋轉驅動器，相鄰兩組第二旋轉驅動器的夾角至多為180°，通過第二旋轉驅動器驅動旋轉柱相對Y軸旋轉框旋轉；Y軸旋轉框與上連接框固定連接，X軸旋轉框與配重機構固定連接；

在所述無人機機身內內置有反饋控制器，反饋控制器通過收集無人機機身的擺動角度和擺動加速度控制X軸旋轉驅動器和Y軸旋轉驅動器進行旋轉，使得下配重機構可以產生一個與無人機機身擺動角度和擺動加速度相反的重力分力，保證無人機的飛行穩定，配重機構的擺動速度和擺動加速度通過配重底部的加速度傳感器和方向傳感器進行采集。

2.如權利要求1所述的一種切割無人機姿態穩定機構，其特征是：在所述X軸旋轉框內壁設置有一個環形的支撐圈，支撐圈朝向X軸旋轉框內壁凸起，在支撐塊的環形外壁設置有一個環形的滑動圈，滑動圈表面設置有一個環形的滑動槽，支撐圈的內圓嵌入到支撐圈中。

3.如權利要求1所述的一種切割無人機姿態穩定機構，其特征是：所述第一旋轉驅動器包括N個內嵌于X軸旋轉框內壁的第一驅動輥，其中N≥1，第一驅動輥上同軸固定有一根旋轉軸，旋轉軸通過傳動齒輪組連接到一個內裝于X軸旋轉框中的第一減速電機的驅動軸上；在所述支撐塊的外壁上同軸設置有N個環形的第一齒環，第一齒環與第一驅動輥之間齒輪嚙合連接。

4.如權利要求1所述的一種切割無人機姿態穩定機構，其特征是：所述旋轉柱上加工有一個圓心在旋轉柱軸線上的滑動槽，在所述Y軸旋轉框的內壁上設置有嵌入到滑動槽內的凸起片，通過凸起片與滑動槽的嵌接實現旋轉柱與Y軸旋轉框的轉動連接。

5.如權利要求1所述的一種切割無人機姿態穩定機構，其特征是：所述第二旋轉驅動器包括N個內嵌于旋轉柱內部的第二驅動輥，其中N≥1，第二驅動輥連接到第二減速電機上；所述Y軸旋轉框的內壁設置有一個環形的第二齒環，第二齒環與第二驅動輥之間嚙合連接。

6.如權利要求1所述的一種切割無人機姿態穩定機構，其特征是：所述下配重機構包括一個連接于X軸旋轉框下的下儲水箱，下儲水箱的底部為開口結構，并設置一個密封蓋，在密封蓋的中部設置有一個連接栓，連接栓的端部通過螺紋連接到下儲水箱內部的封閉端；通過連接栓在下儲水箱內部設置有一個多孔結構的第一儲水塊，在密封蓋內還設置有流動孔，流動孔上連接有流動管；下配重機構還配套有一組連接于上連接框上的上儲水箱，在上儲水箱內設置有一個多孔結構的第二儲水塊；上儲水箱通過一個轉接架連接到上連接框上，所述轉接架內設置有一個驅動泵，驅動泵的一端連接到上儲水箱的底部，另一端連接到流動管上。

7.如權利要求6所述的一種切割無人機姿態穩定機構，其特征是：所述第一儲水塊和第二儲水塊均包括若干層儲水層，每層儲水層由若干個塑料薄管陣列固定而成，相鄰兩個儲水層之間的塑料薄管錯列布置。

8.一種如權利要求6所述的切割無人機姿態穩定機構的控制方法：其特征是：起始狀態下，通過驅動泵，將下儲水箱中的配重液體吸入到上儲水箱中，通過增大無人機自身的重量提高無人機的慣性，提高切割步驟時的沖擊力，在無人機飛向樹枝或者果實進行切割時，會因為旋翼打擊樹枝或者果實而產生一個反向作用力，此時可以通過無人機機身內的反饋控制器采集當前無人機擺動角度和擺動加速度的數據，并記錄無人機在無人機標準方向的X軸的擺動角度為X、Y軸的擺動角度為Y，X軸方向的加速度為X’,Y軸方向的加速度為Y’;隨后通過驅動泵將上儲水箱中的配重液體排入到下儲水箱中，通過降低無人機機身的重量降低機身反彈時的慣性，同時提升底部配重的重量以提高配重擺動時的慣性，反饋控制器驅動第一旋轉驅動器和第二旋轉驅動器運動，并令第一旋轉驅動器和第二旋轉驅動器加速旋轉，直到下配重機構的加速度傳感器和相對地面角度的方向傳感器獲得的數據達到要求，其中在X軸反方向產生數值為X’的加速度,在Y軸反方向產生數值Y’的加速度，驅動X軸旋轉框旋轉-Y的擺動角度，同時驅動Y軸旋轉框旋轉-X的擺動角度；一次切割結束，隨后下儲水箱的配重液體回流到上儲水箱。