[發(fā)明專利]一種噴氣式無(wú)人機(jī)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110653168.2
• 申請(qǐng)日: 2021-06-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113306702B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周振華;周民瑞;唐驛宇;戴志輝;劉彥瑩;江偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B64C15/02
• 分類號(hào): B64C15/02;G05D1/10
• 代理公司: 長(zhǎng)沙惟盛赟鼎知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43228
• 代理人: 滕澧陽(yáng)

1.一種噴氣式無(wú)人機(jī)，包括機(jī)身和設(shè)置在機(jī)身側(cè)面可轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)臂，所述機(jī)身上設(shè)置有空氣動(dòng)力模塊，其特征在于，所述空氣動(dòng)力模塊包括：空氣動(dòng)力源(1)和動(dòng)力臂單元，

所述動(dòng)力臂單元包括：

噴氣懸管，其設(shè)置在機(jī)臂上且一端連接空氣動(dòng)力源(1)，

轉(zhuǎn)向組件，其設(shè)置在機(jī)臂上并連接噴氣懸管；

所述轉(zhuǎn)向組件包括：

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Y,其設(shè)置在機(jī)臂中部并與噴氣懸管連接，控制噴氣懸管上升下落；

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)X，其設(shè)置在機(jī)臂遠(yuǎn)離機(jī)身的一端并與噴氣懸管連接，控制噴氣懸管轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述噴氣懸管包括：

薄壁直圓管，其設(shè)置在機(jī)臂上方并與機(jī)臂平行，所述薄壁直圓管的一端連接空氣動(dòng)力源(1)，

薄壁彎圓管，其可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接所述薄壁直圓管的另一端，所述薄壁彎圓管與薄壁直圓管的連接處呈光滑臺(tái)階狀，所述薄壁彎圓管外側(cè)設(shè)置有外凸滑槽；

所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Y包括：

舵機(jī)Y，其設(shè)置在機(jī)臂上，

從動(dòng)機(jī)構(gòu)Y，其包括凸輪和環(huán)形件，所述凸輪與環(huán)形件可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，所述凸輪與舵機(jī)Y的輸出軸連接，所述環(huán)形件套設(shè)在薄壁直圓管上；

所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)X包括：

舵機(jī)X，其固定在機(jī)臂遠(yuǎn)離機(jī)身的一端，

從動(dòng)機(jī)構(gòu)X，其包括Z形機(jī)械臂和滑塊，所述Z形機(jī)械臂的一端與滑塊可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，另一端與舵機(jī)X的輸出軸連接；所述滑塊在所述薄壁彎圓管的外凸滑槽中滑動(dòng)，帶動(dòng)薄壁彎圓管轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述空氣動(dòng)力源(1)包括：

氣壓供給元件，其設(shè)置于空氣動(dòng)力源(1)內(nèi)，

降噪元件，其設(shè)置于空氣動(dòng)力源(1)內(nèi)，

噴氣懸管連接口，其連通對(duì)應(yīng)的薄壁直圓管和氣壓供給元件，所述噴氣懸管連接口的內(nèi)徑小于對(duì)應(yīng)的薄壁直圓管的外徑，

調(diào)節(jié)閥，其設(shè)置在氣壓供給元件和噴氣懸管連接口之間，用于控制氣流輸出。

2.一種權(quán)利要求1所述的噴氣式無(wú)人機(jī)的控制方法，其特征在于，無(wú)人機(jī)的傾斜懸停方法包括：

通過(guò)飛行控制器解算，得到無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)的傾斜狀態(tài)，然后給定期望的傾斜狀態(tài)，

然后結(jié)合期望的傾斜狀態(tài)和實(shí)時(shí)的傾斜狀態(tài)，通過(guò)飛行控制器的算法進(jìn)行控制，改變每個(gè)噴氣懸管對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)X和/或旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Y的角度；使無(wú)人機(jī)在水平方向的分力抵消；

同時(shí)控制每個(gè)噴氣懸管對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，調(diào)節(jié)其重力方向的分力；使無(wú)人機(jī)懸停；

最終使無(wú)人機(jī)達(dá)到期望的傾斜狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種噴氣式無(wú)人機(jī)的控制方法，其特征在于，還包括無(wú)人機(jī)的偏航角控制方法：

通過(guò)飛行控制器解算得到實(shí)時(shí)偏航角，結(jié)合給定的期望偏航角，通過(guò)飛行控制器算法得到控制量Y_yaw，

通過(guò)飛行控制器發(fā)送PWM信號(hào)到所有的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)X,使其同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角度β_yaw，同時(shí)增加所有調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度補(bǔ)充重力方向的損失分力，從而飛行器實(shí)現(xiàn)偏航角的控制。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種噴氣式無(wú)人機(jī)的控制方法，其特征在于，還包括無(wú)人機(jī)的俯仰角控制方法：

通過(guò)飛行控制器的姿態(tài)解算得到實(shí)時(shí)的姿態(tài)角，并給定無(wú)人機(jī)俯仰角的期望值；

然后通過(guò)實(shí)時(shí)的姿態(tài)角和無(wú)人機(jī)俯仰角的期望值，通過(guò)飛行控制器的算法得到控制量Y_pitch2，由飛行控制器發(fā)送控制量Y_pitch2對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)到旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Y上，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Y為相對(duì)的兩個(gè)噴氣懸管所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Y；然后控制所述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Y同時(shí)達(dá)到相同的轉(zhuǎn)動(dòng)角度β_pitch，進(jìn)而改變其俯仰角；

同理，可使無(wú)人機(jī)滾轉(zhuǎn)，并調(diào)節(jié)其滾轉(zhuǎn)角。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種噴氣式無(wú)人機(jī)的控制方法，其特征在于，還包括無(wú)人機(jī)的高度控制方法：

給定期望高度值Ht，通過(guò)飛行控制器和IMU模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)并計(jì)算當(dāng)前無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)高度值H0，

然后通過(guò)期望高度值Ht和實(shí)時(shí)高度值H0計(jì)算出所有調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度Yh1，然后根據(jù)Yh1控制所有調(diào)節(jié)閥同時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變所有噴氣懸管的流量。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種噴氣式無(wú)人機(jī)的控制方法，其特征在于，還包括無(wú)人機(jī)的俯仰角控制方法：

通過(guò)飛行控制器的姿態(tài)解算得到實(shí)時(shí)的姿態(tài)角，并給定無(wú)人機(jī)俯仰角的期望值；

然后，通過(guò)實(shí)時(shí)的姿態(tài)角和無(wú)人機(jī)俯仰角的期望值，利用算法得到空氣動(dòng)力源(1)的調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度Ypitch1，所述調(diào)節(jié)閥為機(jī)身相對(duì)兩端噴氣懸管對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)閥；然后通過(guò)飛行控制器將控制信號(hào)發(fā)送到所述調(diào)節(jié)閥上并控制其開(kāi)度；機(jī)身一端的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增加，另一端的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度減小，無(wú)人機(jī)向調(diào)節(jié)閥開(kāi)度減小的那一端旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而改變其俯仰角；

同理，可使無(wú)人機(jī)滾轉(zhuǎn)，并調(diào)節(jié)其滾轉(zhuǎn)角。