多用途软翼无人机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及低空无人机领域，具体说是一种多用途软翼无人机。
【背景技术】
[0002]为了适用于多方面应用要求，人们研制出了一种能够动力飞行的冲压翼伞。由人在伞下拉绳对伞的飞行进行操控，多用于飞行表演、广告宣传、边防巡逻和娱乐飞行。动力伞空中飞行过程中，如若受到空气扰流的影响，极易发生坠落事故，飞行员的安全存在一定问题。现如今，有些研究机构在动力伞的基础上，装备了遥控操纵机构，研制出遥控型动力伞。它用机械可控装置取代了人类对伞进行操控，解决了飞行员的安全问题，并且与传统无人机相比，具有重量轻、造价低、库存方便等优点。它可以从地面由人或者车辆拖拽起飞，对起飞场地和着陆场地要求低；也可以从空中投放，在复合式运输系统中完成重要任务；此外还可以用于勘察和侦察地面形势，进行空中大气污染采样以及火山监测等。
[0003]但由于遥控动力伞只能在可视范围内飞行，飞行距离较短，可执行的任务载荷功能有限，并不能够应用于需要远距离大范围巡航的地形勘察、灾区搜救、或物资投放等任务领域。
【发明内容】
[0004]为了解决动力伞存在的问题，本发明提供一种新型的多用途软翼无人机。该多用途软翼无人机能实现多种任务下的自主飞行，操作简单，安全可靠、成本低。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:多用途软翼无人机，包括翼伞系统和机舱系统；翼伞系统的下部通吊挂绳悬挂机舱系统；
[0006]所述翼伞系统包括翼伞及与其连接的伞绳；
[0007]所述机舱系统包括机舱及固定于机舱上的空速管、云台、油箱、发动机和螺旋桨；所述机舱通过吊挂绳与伞绳连接；所述空速管固定于机舱前部，装有摄像机的云台固定于机舱中部且摄像机镜头垂直向下；发动机固定于机舱后端，并连有螺旋桨，螺旋桨外侧装有防护罩。
[0008]所述防护罩为金属焊接而成的网罩。
[0009]所述空速管的头部距离防护罩至少一米。
[0010]所述机舱系统还包括收索机安装在机舱后部，通过连接的操纵绳与翼伞连接。
[0011]所述机舱系统还包括三个车轮，第一个车轮固定于机舱前部的下方，另外两个固定于机舱后部的下方且相对于第一个车轮对称。
[0012]所述机舱系统还包括GPS和磁罗盘模块、无线数据传输模块、飞行控制器、惯性测量单元、转速测量单元；所述GPS和磁罗盘模块固定于机舱内部的前端；无线数据传输模块、飞行控制器、惯性测量单元固定于机舱内部；所述飞行控制器和惯性测量单元均通过四组钢绳隔振器安装在舱体中部；所述转速测量单元安装在发动机转盘侧面。
[0013]所述GPS和磁罗盘模块和惯性测量单元的X轴线、空速管的轴线均与螺旋桨的推力线平行。
[0014]所述翼伞系统还包括两个惯性测量单元和集成在一块电路板上的GPS模块、数据采集板模块、无线数据传输模块、磁罗盘；所述电路板位于翼伞下层的中心，两个惯性测量单元固定于电路板两侧且对称，并与电路板在弦长方向上位于同一直线。
[0015]本发明具有以下有益效果及优点:
[0016]1.本发明结构简单、体积小、重量轻、成本低、飞行范围广、操作控制容易、能实现多种任务下的自主导航飞行。
[0017]2.本发明可自主打火，由发动力和螺旋桨产生的推力在地面滑行，并在无风或微风情况下以较小的速度即可实现起飞，对于起飞降落地点要求很低，安全可靠，使用方式多样，可作为空中平台进行自然灾害的侦察搜救，也可以作为靶机、实时通信中继等。
[0018]3.将传感器安装在翼伞上是为了更加及时准确的测量出翼伞的姿态变化，减小由于伞体与机舱之间的柔性连接而造成的姿态估计偏差和控制误差，从而使控制更加的及时准确，增强软翼无人机飞行的稳定性。
[0019]4.使用空速管能够测量软翼无人机在飞行过程中遇到的大气阻力，自动判断自主飞行中的风扰力大小，完善飞行策略，提高软翼无人机飞行的安全性。
[0020]5.GPS和磁罗盘模块和惯性测量单元的X轴线、空速管的轴线与螺旋桨的推力线平行能够确保导航信息测量获取的准确性，减少三轴信息的耦合。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的多用途软翼无人机的结构示意图。
[0022]图2是本发明的翼伞系统结构示意图。
[0023]图3是本发明的机舱系统结构示意图。
[0024]图4是多用途软翼无人机的控制系统原理框图。
[0025]图5是本发明的工作原理图。
[0026]图中:I翼伞，2-1GPS和磁罗盘模块，2-2数据采集板，2-3无线数据传输模块，3、4惯性测量单元，5-1伞绳，5-2吊挂绳，5-3操纵绳，6GPS和磁罗盘模块，7油箱，8-1空速管，8-2大气计算机，9无线数据传输模块，10飞行控制器，11惯性测量单元，12云台，13收索机，14车轮，15转速测量单元，16发动机，17螺旋桨，18防护罩，20机舱。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0028]如图1所示，本发明结构大体上主要包括:柔性冲压翼伞系统、机舱系统。其中柔性冲压翼伞的下部通过伞绳连接悬挂机舱。
[0029]翼伞的姿态数据是飞行中的重要参数，本发明在翼伞上安装有两个惯性测量单元，一个GPS定位单元，一个磁罗盘单元，一个数据采集板，一个数据传输模块。将传感器安装在翼伞上是为了更加及时准确的测量出翼伞的姿态变化，减小由于伞体与机舱之间的柔性连接而造成的姿态估计偏差和控制误差，从而使控制更加的及时准确，增强软翼无人机飞行的稳定性。数据采集板用于采集惯性测量单元、GPS以及磁罗盘的数据，打包发送给数据传输模块，经数据传输模块无线发送给飞行控制系统，以进行数据处理。
[0030]机舱为框体机架结构，该结构减少了软翼无人机因碰撞而造成内部重要器件损坏的可能性，各类传感器、驱动电路、收索机、飞行控制系统、发动机、及云台等均安装在机架内部，机架可以有效的保护舱内器件。机舱周边主要安装有车轮、空速管、油箱等。发动机和螺旋桨安装在舱体的尾部，为机舱提供向前的推力，是软翼无人机在空中飞行的动力。车轮安装在机舱下部，在自主打火起飞的时候在地面上起滑行作用。驱动电路是为了对控制电路的信号进行放大，驱动收索机。收索机连接动力伞后沿的操纵绳，收索机拉动操纵绳使翼伞产生形变，改变空气动力参数，达到控制动力伞偏航角俯仰角以及飞行速度的目的。
[0031]各类传感器包括:空速管、惯性测量单元、GPS、磁罗盘、转速测量单元。空速管指向机舱正前方，在稳定飞行的状态，可精确测量机舱的空速，结合GPS对动力伞地速的测量，可计算出风速的大小以及方向，从而改变控制策略，以减小风对动力伞飞行的影响。云台可适用于对大范围进行扫描监视，可以扩大摄像机的可视范围，对灾区搜救时大范围内寻找目标起至关重要的作用。摄像机的转动由云台内的电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位，从而锁定目标。机舱内的惯性测量单元、GPS和磁罗盘传感单元可通过飞行控制器计算得出机舱的姿态及位置信息。转速测量单元用于对电机转速进行测量，形成闭环控制。机舱上的载荷用来对软翼无人机进行配重，以保证飞行时的平衡，且有利于软翼无人机的快速稳定降落。
[0032]无人机还配有地面控制站。地面控制站可实时观测动力伞的各项数据，包括飞行中的各种姿态信息、速度信息、位置坐标、剩余油量、飞行轨迹等。另外，通过地面控制站，可以人为的操纵软翼无人机。
[0033]柔性冲压翼伞充分利用了空气动力，使其自身拥有载重量大的特点，例如对于本发明中的小型软翼无人机，其最大载重量与机身重量的比值可达到将近1:1，这是其他飞行器很难达到的。
[0034]如图2所示，2-1GPS模块，2-2数据采集板模块，2-3无线数据传输模块，2-4磁罗盘四个模块集成在一块电路板上，安装在翼伞重心位置。与两个惯性测量单元呈一条直线安装在柔性冲压翼伞下方的中心线上，两个惯性测量单元等距放置在重心两侧，相约0.5米。安装方式为缝纫固定。
[0035]伞绳5-1，连接在冲压翼伞前缘以及中间的部分伞绳是为了吊挂起机舱，与这部分伞绳相连接的下部的绳子即为吊挂绳5-2，连接在冲压翼伞后缘的部分伞绳是为了控制翼伞形态，与这部分伞绳相连接的下部的绳子即为操纵绳5-3。
[0036]如图3所示，机舱系统包括若干