[發明專利]一種具有倒掛棲落功能的多旋翼無人機及方法

在審

• 申請號: 202110683651.5
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113306734A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 范泉涌;阿布都如蘇力·薩吾提;許斌;宋燕隨;王興超;劉建一;南凱中;李澤陽
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64D47/00
• 分類號: B64D47/00;B64C27/08;B64C27/32
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 云燕春

1.一種具有倒掛棲落功能的多旋翼無人機，包括無人機機架、螺旋槳、電機和飛控系統，飛控系統安裝于無人機機架的中部，用于對無人機的飛行狀態、姿態和運動參數實施控制；其特征在于：所述螺旋槳包括一體化正螺旋槳和一體化反螺旋槳，一體化正螺旋槳是由一對兩葉片的正槳反面相對、且同軸堆疊構成的一個四葉片的正槳，一體化反螺旋槳是由一對兩葉片的反槳反面相對、且同軸堆疊構成的一個四葉片的反槳；所述一體化正螺旋槳和一體化反螺旋槳交錯安裝在無人機機架上周向設置的多個旋轉軸上，構成無人機的多旋翼；

所述多旋翼無人機還包括雙向電調和機械手，雙向電調用于控制電機的旋轉方向，機械手設置于無人機機架中部的下方；

無人機正向飛行時，機械手位于下方用于抓取物體，一體化正螺旋槳和一體化反螺旋槳中位于上方的正槳和反槳提供主要升力；無人機機體翻轉180度飛行時，通過雙向電調將改變電機旋轉方向，從而改變螺旋槳旋轉方向，此時一體化正螺旋槳和一體化反螺旋槳中原本位于下方的正槳和反槳翻轉至上方，用于提供主要升力，此時機械手位于上方用于抓取棲落物。

2.根據權利要求1所述具有倒掛棲落功能的多旋翼無人機，其特征在于：所述一體化正螺旋槳和一體化反螺旋槳的數量均為兩個，且同向螺旋槳相對于無人機機架中軸線對稱設置，構成四旋翼無人機。

3.根據權利要求1所述具有倒掛棲落功能的多旋翼無人機，其特征在于：所述一體化正螺旋槳和一體化反螺旋槳的四葉片沿周向均布，互成90°。

4.根據權利要求1所述具有倒掛棲落功能的多旋翼無人機，其特征在于：所述螺旋槳直徑為25.40cm,螺距為11.43cm。

5.根據權利要求1所述具有倒掛棲落功能的多旋翼無人機，其特征在于：所述機械手包括對稱設置的兩個機械手活動構件，通過舵機控制兩個機械手活動構件開合；兩個機械手活動構件能夠張開至180度，緊貼機身兩側。

6.根據權利要求5所述具有倒掛棲落功能的多旋翼無人機，其特征在于：所述機械手活動構件為圓弧形或V形，內壁上設置有增加摩擦力的結構，能夠在閉合時抓取不同形狀的物品或不同粗細的水平桿狀物。

7.根據權利要求1所述具有倒掛棲落功能的多旋翼無人機，其特征在于：所述飛控系統采用Pixhawk開源飛控的PX4固件，并在PX4固件程序代碼的基礎上實現無人機自主翻轉機體以及翻轉后自主進入反飛模式。

8.根據權利要求1所述具有倒掛棲落功能的多旋翼無人機，其特征在于：所述雙向電調有2個模式，即正轉模式和反轉模式；正轉模式，即無人機沒有翻轉機體機械手活動構件朝下正常飛行時的狀態；反轉模式，即無人機翻轉機體后機械手活動構件朝上飛行時的狀態。

9.根據權利要求1所述具有倒掛棲落功能的多旋翼無人機，其特征在于：所述飛控系統發出的PWM信號75％占空比對應電機停止轉動，PWM信號76％-100％占空比對應正轉模式，PWM信號50％-74％占空比對應反轉模式；模式的切換由無人機遙控器選擇開關來實現，飛控系統向雙向電調輸出PWM信號，PWM信號頻率為400Hz,無人機沒有翻轉機體正常飛行時，飛控輸出的PWM信號占空比75％-100％，占空比增大，雙向電調使無刷電機正向旋轉速加快；無人機翻轉機體后雙向電調接收飛控發出的PWM信號74％-50％，占空比減小，雙向電調使無刷電機反向旋轉速度加快。

10.一種權利要求1-9任一項所述具有倒掛棲落功能的多旋翼無人機的飛行控制方法，其特征在于具體步驟為：

步驟一：通過遙控器和飛控系統控制無人機正常飛行，控制舵機將機械手的機械手活動構件打開至180°、緊貼機身，保證無人機重心的穩定；

步驟二、通過遙控器選擇開關向無人機發送翻轉機體的指令信號，所述機械手活動構件閉合；無人機自主運行控制無人機翻轉機體動作的程序，通過無人機飛控中的姿態感知傳感器實時監測無人機姿態，無人機翻轉機體近150度左右時迅速切換當前的飛行模式，當前飛行模式為正飛模式切換到反飛模式；

步驟三、無人機模式切換完畢并保持穩定性，即無人機翻轉機體180度，通過遙控器控制翻轉后的無人機正常飛行；

步驟四、無人機靠近棲落物時，由舵機控制機械手抓取水平桿狀物，完成倒掛棲落；此時關閉電機降低能耗和噪音，能夠隱蔽偵查和監控；

步驟五、無人機離開棲落物時，先啟動無人機電機，電機進入怠速狀態，再張開機械手的活動構件，控制無人機緩慢下落，即可實現棲落后的再起飛，當需要恢復到正飛模式，則撥動遙控器選擇開關來選擇正飛模式，無人機能夠自主翻轉機體恢復正常飛行姿態。