[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

本發明涉及一種切割無人機姿態穩定機構及其控制方法，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，通過繞X軸旋轉驅動器、繞Y軸旋轉驅動器驅動配重擺動，產生與無人機失控方向反向的慣性，提升無人機飛行的穩定性；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。

技術領域

本發明涉及農業無人機設計領域，具體涉及一種切割無人機姿態穩定機構及其控制方法。

背景技術

小型多旋翼無人機選用的翼型多為標準升力翼型，僅提供飛行氣動力，不提供其它功能。

園林與農林業使用的切割類工具，其切割體都是僅具有切割功能的刃具，不兼顧其它功能。

目前園林與農林行業的高空樹枝切割，只能依靠人工攀爬至樹冠高處，再進行切割作業，效率低，風險大，尤其在交通不便，大型機械難以抵達的山地種植區，由此產生的人員傷亡時有發生。

所以現在提出了一種采用帶有切割旋翼的農業無人機替換人工進行核桃等硬核果實進行切割的無人機設備，但此種無人機設備目前最大的問題就是切割樹枝撞擊時，產生的反向力會導致無人機的飛行穩定性降低，因為農用無人機本身的自重較大，相比于輕型無人機更容易因為喪失穩定性而失控；所以就需要對無人機進行適當的改造，以提升其作業時的穩定性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術中農業無人機切割作業中飛行不穩定的技術問題，提供一種切割無人機姿態穩定機構。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種切割無人機姿態穩定機構，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。

作為本發明的進一步改進，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；通過支撐圈與滑動圈的互相嵌套，實現旋轉支撐，以保證X軸旋轉框與支撐塊之間的穩定連接，相比于軸承結構降低了自重。