一种电磁动力多轴飞行器的制作方法

本发明属于一种飞行器实验装置，应用于惯性技术、导航、飞行器控制等实验教学。

背景技术：

惯性技术在军事、人民生活中有非常多的应用，比如各类飞行器的姿态控制、舰船姿态控制、潜水设备姿态控制、机器人的姿态控制，手机娱乐、医疗康复、导航等等都会大量用到惯性传感器，惯性技术的开发与应用有着广泛的市场，我国很多大专院校开设相关的课程。

目前小型飞行器主要利用电动机或油动机带动螺旋桨，煽动空气，产生动力；然后借助惯性传感器进行姿态检测，通过计算机的运算，控制发动机转速、舵机、或螺旋桨的升角等来改变飞行器的受力情况，借以达到控制姿态的目的。飞行器控制教学核心内容为惯性传感器技术、姿态控制方法。固定翼飞行器需要较大的运动空间，旋翼机因为有较大的高速螺旋桨，其危险性大，并且高速旋转的螺旋桨有强噪音，这些因素使得飞行器类的教学不适合在室内进行。本发明提供一种新型的实验教学装置，使得飞行器不带有高速旋转动力部件、没有噪音，又能充分的体现教学内容，使得相关教学可以顺利的在室内进行，提高教学课程趣味性，增强教学效果。

技术实现要素：

电磁动力多轴飞行器，原理见附图1：空间封闭线圈图1中1部件，通过如图所示的电流，根据安培定则，在线圈周围将产生磁场，其方向符合右手定则，根据电流方向，图1中1部件将产生一个类似磁铁的电磁场，其极性向下。如果将此线圈至于磁场极性向上的磁场内，根据同极相斥的原理，线圈将产生向上的排斥力。此排斥力的计算公式为：

f＝μ0niπrb

μ0：力因子，该参数与线圈的形状有关系。

n：线圈匝数。

i：电流。

r：线圈半径。

b：线圈所处位置的磁场强度。

此排斥力与电流成正比，调节电流的大小，可以调节此力的大小。线圈排斥力与线圈重力构成了一个动态相互作用，通过调节线圈的电流可以实现线圈的运动控制。当通过的电流较大时，产生的排斥力大于线圈自重，多余的排斥力可以用于负载其它的部件。

将多个线圈如图1中，图1中2部件，图1中3部件，按照一定空间排列，并通过连接部件图1中4部件，将线圈固定，构成了一个多自由度的运动控制体。这个控制体上每一个线圈对应一个控制自由度，将其置于空间磁场中，通过调节各个线圈中的大小，每个线圈产生不同的力，使得运动体整体产生不平衡的力矩，以控制运动体在磁场中的运动状态，此运动体在空间磁场中构成了一个飞行器。

该种飞行器的主要特征为：

1.一种飞行器，采用通过电流的封闭线圈产生的磁力来控制飞行器运动，在一定强度的磁场内飞行。

2.由一个或多个线圈与连接部件构成整体的多自由度飞行器，主要依靠线圈产生的磁力与磁场的相互作用力来控制飞行。

与现有的一些行器相比，该种飞行器具有以下特点：

1.只能在有一定强度的磁场内飞行，故飞行器飞行空间有限，不易丢失，适合小范围的室内实验研究、家庭娱乐应用。

2.采用电磁力，没有高速旋转的螺旋桨作为动力部件，安全性高，适合室内实验室应用。

3.没有高频噪音。

附图说明

图1飞行器原理说明

图2具体实施例

图3永磁铁构成的磁场空间

具体实施方式

一个具体实施例见图2。采用4个动力线圈(图2中1部件)，对称排列。有控制线路板(图2中2部件)将四个线圈固定。

线路板上的各种集成电路(图2中4部件)，完成如下功能：

1.运动测量：由惯导传感器完成，测量飞行器的姿态与运动速度，采用mpu6050传感器。

2.姿态控制：由单片机完成，采用cc2530型单片机。

3.线圈电流控制：采用贴片型三极管s8050。

4.无线通讯：利用cc2530型单片机的射频单元进行无线数据传送。

采用200mah的锂电池为系统供电(图2中3部件)。

磁场的构建采用2x4x0.5cm的钕磁铁，排列成30x50cm的平面，周围用尼龙网围挡。

技术特征：

技术总结
一种电磁动力多轴飞行器，采用通过电流的封闭线圈作为动力，将多个线圈通过连接部件进项固定，构成多自由度控制飞行器，在一定强度的磁场内飞行。调节各个线圈内的电流产生不大小的磁力，使得飞行器有不同的受力状况，控制运动状态。

技术研发人员：侯明;李擎;付兴建;柏森;曹荣敏
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：2017.05.02
技术公布日：2017.08.04