[發明專利]一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器及控制方法

在審

• 申請號: 202011251464.1
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112208759A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 雷瑤;王家鼎;馬晨凇
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B64C27/52
• 分類號: B64C27/52;B64C27/08;B64C27/32
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

本發明提出一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器及控制方法，飛行器的旋翼中包括可傾斜旋翼；當飛行器工作于抗風擾工況以優化抗風性能時，所述可傾斜旋翼的旋翼所在平面相對于飛行器的機身水平面成傾斜角；所述可傾斜旋翼以多自由度電機驅動；所述多自由度電機可調整轉子傾斜角以使可傾斜旋翼的旋翼相對飛行器機身水平面傾斜；所述飛行器設有機載風速檢測裝置和可控制旋翼傾斜姿態的飛控模塊；當飛行器工作于低風速環境時，所述可傾斜旋翼的旋翼驅動軸垂直于飛行器的機身水平面，使飛行器以普通八軸旋翼飛行器的形態及工況運行以節省電力；本發明可優化多旋翼飛行器的抗風擾能力。

技術領域

本發明涉及多旋翼飛行器技術領域，尤其是一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器及控制方法。

背景技術

多旋翼飛行器被廣泛地應用于航空攝影、測量等各種領域。就在不久前，有研究人員提出了將其應用于噴灑或林冠取樣。這些應用需要飛行器接近在自然環境中的物體，這使得精確定位極其重要。然而，由于風場的湍流干擾的寬帶寬和不可預測性，飛行器在這種環境中運行是一個挑戰。標準多旋翼構型即旋翼沿共同軸線定向，只能通過姿態變化來保持水平位置，不是完美適用于干擾抑制情景。并且在復雜風場中，改變飛行器姿態有可能導致飛行器失事等嚴重后果。故而有必要設計一種能夠在野外環境中工作，兼顧續航與準確操作性的旋翼飛行器，這也是本發明所致力的。

發明內容

本發明提出一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器及控制方法，可優化多旋翼飛行器的抗風擾能力。

本發明采用以下技術方案。

一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器，所述飛行器的旋翼中包括可傾斜旋翼；當飛行器工作于抗風擾工況以優化抗風性能時，所述可傾斜旋翼的旋翼所在平面相對于飛行器的機身水平面成傾斜角。

所述可傾斜旋翼以多自由度電機驅動；所述多自由度電機可調整轉子傾斜角以使可傾斜旋翼的旋翼相對飛行器機身水平面傾斜。

所述飛行器設有機載風速檢測裝置和可控制旋翼傾斜姿態的飛控模塊；當飛行器工作于低風速環境時，所述可傾斜旋翼的旋翼驅動軸垂直于飛行器的機身水平面，使飛行器以普通八軸旋翼飛行器的形態及工況運行以節省電力。

所述多自由度電機為轉子具備三個方向上的自由度的三自由度電機；所述三個方向上的自由度，即在一個單一作用點處進行X軸、Y軸的轉子傾斜動作以驅動旋翼傾斜，還在該作用點處進行Z軸的轉子旋轉動作以驅動旋翼旋轉。

所述三自由度電機包括用于驅動所述三自由度電機轉子旋轉運動的直流無刷執行器、可傾斜的內部框架和固定于機身處的外部框架；

所述三自由度電機的轉子設于內部框架處；

所述外部框架處設有音圈執行器和力矩執行器；所述音圈執行器轉子、力矩執行器轉子的輸出軸經萬向節與內部框架相連，驅動內部框架按所需角度傾斜，使三自由度電機的轉子傾斜至所需姿態。

所述力矩執行器以永磁電機驅動，所述永磁電機包括傾斜執行器轉子、傾斜執行器定子和纏繞線圈；所述傾斜執行器定子處的纏繞線圈可在單相電或雙相電下工作；當需減小尺寸以便于傾斜時，所述永磁電機以單相電供電；

所述內部框架處設有可對內部框架的傾斜過程進行監測的微傳感器；所述微傳感器包括慣性測量單元、編碼器和分解器；所述內部框架的最大傾斜角為45度；所述直流無刷執行器以兩個轉子結構驅動可傾斜旋翼的旋翼驅動軸，直流無刷執行器具有可減少兩個轉子結構同步速度運行時的鐵損的雙氣隙結構。

所述音圈執行器包括永磁體、音圈執行器定子、固定有線圈的線圈架和音圈執行器轉子的轉子背軛；音圈執行器以永磁體的磁化方向確定北極方向的x軸和南極方向的y軸；