[發(fā)明專利]一種機(jī)身姿態(tài)與螺旋槳姿態(tài)解耦的旋翼無人機(jī)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111400907.3
• 申請(qǐng)日: 2021-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN114044128A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 代思程;王為;孟濬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 余姚市浙江大學(xué)機(jī)器人研究中心;浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B64C27/08
• 分類號(hào): B64C27/08;B64C27/12;B64C19/02;G05D1/10
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 孫孟輝

本發(fā)明屬于飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，公開了一種機(jī)身姿態(tài)與螺旋槳姿態(tài)解耦的旋翼無人機(jī)及方法。包括固定機(jī)架，所述固定機(jī)架的四個(gè)角延伸形成十字形支架，所述支架末端安裝四個(gè)旋翼系統(tǒng)，所述固定機(jī)架上端具有相同形狀結(jié)構(gòu)的移動(dòng)機(jī)架，所述移動(dòng)機(jī)架的支架末端套接旋翼系統(tǒng)，所述固定機(jī)架與移動(dòng)機(jī)架之間連接解耦裝置，所述解耦裝置可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)機(jī)身姿態(tài)與螺旋槳姿態(tài)分離控制。從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)機(jī)身姿態(tài)和無人機(jī)運(yùn)動(dòng)的解耦。通過本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)機(jī)身在空中以任意姿態(tài)懸停，完成特殊任務(wù)。可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在空中懸停狀態(tài)下改變機(jī)身俯仰角，完成特定任務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)身姿態(tài)與螺旋槳姿態(tài)解耦的旋翼無人機(jī)及方法。

背景技術(shù)

無人機(jī)是一種由地面人員通過無線電遠(yuǎn)程遙控設(shè)備遠(yuǎn)程操作或通過無人機(jī)上搭載控制程序?qū)崿F(xiàn)自主或半自主的飛行機(jī)器人，隨著通訊、電子信息和能源技術(shù)的發(fā)展，其研究正廣受關(guān)注并且發(fā)展迅速。相較于傳統(tǒng)飛行器，無人機(jī)靈活快速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)良，被廣泛應(yīng)用到精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、災(zāi)區(qū)監(jiān)查、敵情偵察、高空拍攝、電力巡檢、環(huán)保整治等應(yīng)用。目前無人機(jī)飛行平臺(tái)可以分為固定翼無人機(jī)和多旋翼無人機(jī)，相對(duì)于固定翼無人機(jī)，多旋翼無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)垂直起降、空中懸停和前后、左右、上下等方向的飛行。固定翼無人機(jī)起飛和降落要求有足夠大的起飛場(chǎng)地，多旋翼無人機(jī)受場(chǎng)地限制較少，具有更加靈活的機(jī)動(dòng)性。

四旋翼無人機(jī)是多旋翼無人機(jī)中的一種，是一個(gè)高度欠驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。其機(jī)身姿態(tài)和螺旋槳姿態(tài)是一種強(qiáng)耦合的關(guān)系，一旦存在非零俯仰或者橫滾姿態(tài)角，必然會(huì)產(chǎn)生水平方向的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)四旋翼無人機(jī)在空中飛行時(shí)，機(jī)身需要以某一個(gè)姿態(tài)懸停完成某個(gè)復(fù)雜的動(dòng)作時(shí)，這種機(jī)身姿態(tài)和螺旋槳姿態(tài)強(qiáng)耦合的關(guān)系會(huì)導(dǎo)致該動(dòng)作無法完成，降低了無人機(jī)的實(shí)用性和可操作性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種機(jī)身姿態(tài)與螺旋槳姿態(tài)解耦的旋翼無人機(jī)及方法,實(shí)現(xiàn)旋翼無人機(jī)可以以任意姿態(tài)在空中懸停，在正常飛行中，可以實(shí)時(shí)控制自身姿態(tài)角，而旋翼無人機(jī)整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不會(huì)受到影響。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種機(jī)身姿態(tài)與螺旋槳姿態(tài)解耦的旋翼無人機(jī)及方法的具體技術(shù)方案如下：

一種機(jī)身姿態(tài)與螺旋槳姿態(tài)解耦的旋翼無人機(jī)，包括固定機(jī)架，所述固定機(jī)架的多個(gè)邊角水平延伸形成多個(gè)長(zhǎng)支架，所述多個(gè)長(zhǎng)支架末端各安裝有旋翼系統(tǒng)，所述固定機(jī)架上端具有相同形狀結(jié)構(gòu)的移動(dòng)機(jī)架，所述移動(dòng)機(jī)架的長(zhǎng)支架末端套接旋翼系統(tǒng)，所述固定機(jī)架與移動(dòng)機(jī)架之間連接解耦裝置，所述解耦裝置可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)機(jī)身姿態(tài)與螺旋槳姿態(tài)分離控制。

進(jìn)一步的，所述固定機(jī)架上端面具有第一上載物平臺(tái)，第一上載物平臺(tái)用于固定解耦裝置，固定機(jī)架下方具有下載物平臺(tái)，下載物平臺(tái)通過螺柱固定在固定機(jī)架下端，下載物平臺(tái)上放置電池。

進(jìn)一步的，所述固定機(jī)架的長(zhǎng)支架末端具有通孔，所述通孔中間具有萬向節(jié)，所述萬向節(jié)上端連接旋翼槳桿的一端，所述萬向節(jié)下端連接腳架，所述旋翼槳桿的另一端連接旋翼系統(tǒng)，所述萬向節(jié)隨旋翼槳桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)機(jī)架的長(zhǎng)支架末端具有通孔，所述通孔套接在旋翼槳桿上，當(dāng)移動(dòng)機(jī)架發(fā)生水平位移時(shí)帶動(dòng)四個(gè)旋翼槳桿進(jìn)行聯(lián)動(dòng)從而帶動(dòng)四個(gè)旋翼系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)機(jī)架上端具有第二上載物平臺(tái)，所述第二上載物平臺(tái)上安裝有飛行控制器，所述飛行控制器(4)用于感知無人機(jī)飛行高度、速度、角度、位置信息，控制無人機(jī)姿態(tài)和解耦裝置(5)，根據(jù)飛行指令，改變槳葉姿態(tài)和機(jī)身姿態(tài)。

進(jìn)一步的，所述旋翼系統(tǒng)包括一個(gè)直流無刷電機(jī)、電調(diào)和一個(gè)螺旋槳，所述螺旋槳安裝在直流無刷電機(jī)上，所述電調(diào)安裝在無刷電機(jī)上，所述電調(diào)的作用是根據(jù)飛行控制器傳輸?shù)腜WM信號(hào)控制無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

進(jìn)一步的，所述飛行控制器集成微型計(jì)算機(jī)、全球定位系統(tǒng)GPS模塊、三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、電子羅盤、氣壓計(jì)和超聲波測(cè)量模塊。