一种基于投射与多旋翼相结合的新型无人机及其姿态控制方法与流程

文档序号:14749326发布日期:2018-06-22 10:28阅读:来源:国知局
技术特征:

1.一种基于投射与多旋翼相结合的新型无人机,其特征在于:包括可拆卸的外壳羽翼和基于结构总线设计的七个模组:展翼模组、电池模组、机架模组、飞行控制舱模组、伞降模组、监测探头模组和旋向旋翼模组;

所述机架模组为无人机其余模组提供安装结构基础和稳固条件,实现无人机其余模组之间的结构固连和信号交互;

所述展翼模组安装在机架模组后端,通过展翼模组的展开,实现无人机由投射飞行姿态向多旋翼飞行姿态切换;

所述飞行控制舱模组安装在机架模组前部,飞行控制舱模组内部带有PCB导向滑槽,用于安装、定位飞控模块;

所述旋向旋翼模组安装在展翼模组后端,实现在展翼模组展开、无人机进入多旋翼飞行姿态后,平衡多旋翼飞行过程中产生的轴向扭矩;

所述伞降模组安装在旋向旋翼模组后端,实现返航过程中的伞降减速过程;

所述监测探头模组安装在飞行控制舱模组前端,根据无人机的飞行任务,适配完成对应的飞行监测任务;

所述电池模组安装在机架模组内部,为整个无人机系统提供电能输出;

所述飞行控制舱模组、监测探头模组、展翼模组、旋向旋翼模组、伞降模组和电池模组内部功能完全封装且各个模组之间有统一的结构、信号接口;所述飞行控制舱模组能够分别与监测探头模组、展翼模组、旋向旋翼模组、伞降模组和电池模组同时进行信号通讯。

2.根据权利要求1所述一种基于投射与多旋翼相结合的新型无人机,其特征在于:所述展翼模组通过细丝螺纹安装在机架模组后端;所述展翼模组采用三旋翼同步连杆展开机构实现展翼功能:

所述三旋翼同步连杆展开机构包括滑座(12)、磁性挡块(11)、推杆(31)、平衡环(32)、旋翼支杆(22)、旋翼支杆铰座(14)、末端芯轴(29)、旋翼支杆末端套筒、电机安装托盘(28)、展翼弹簧(30)、旋翼驱动电机(25)、旋翼叶片(24)和限位卡盘(19);

滑座(12)、磁性挡块(11)和平衡环(32)装配在末端芯轴(29)相应的定位轴颈上;推杆(31)、旋翼支杆铰座(14)和滑座(12)构成曲柄滑块机构,驱动旋翼支杆(22)完成展翼功能;

三旋翼结构由三组旋翼支杆(22)相对末端芯轴(29)中心轴线周向间隔120°均匀布置,三组旋翼支杆(22)一端分别对应安装在平衡环(32)上的三个旋翼支杆铰座(14)上,另一端连接电机安装托盘(28),电机安装托盘(28)上安装有旋翼驱动电机(25),旋翼驱动电机(25)上安装有旋翼叶片(24);展翼弹簧(30)套在末端芯轴(29)上,且两端分别受平衡环(32)与滑座(12)约束;展翼开始前,展翼弹簧(30)和对应的弹性卡扣将展翼模组压力预紧,由弹性卡扣的松合完成对展翼弹簧(30)的压力释放,实现展翼触发;展翼弹簧(30)推动滑座(12)沿末端芯轴(29)滑动,通过推杆(31)拉动旋翼支杆末端套筒,从而驱动旋翼支杆(22)绕着旋翼支杆铰座(14)旋转,当旋翼支杆(22)到达限位卡盘(19)且滑座(12)与磁性挡块(11)接触时,完成展翼工作。

3.根据权利要求2所述一种基于投射与多旋翼相结合的新型无人机,其特征在于:所述三旋翼同步连杆展开机构中采用双弹簧实现阻尼抗扰;所述双弹簧由展翼弹簧(30)和软弹簧组成,其中软弹簧套在末端芯轴(29)上,且两端分别受平衡环(32)与旋向旋翼模组约束;展翼弹簧(30)的弹性系数大于软弹簧的弹性系数。

4.根据权利要求2或3所述一种基于投射与多旋翼相结合的新型无人机,其特征在于:所述旋向旋翼模组包括一对共轭叶片(33)、叶片夹板(36)、模组骨架(35)、旋转中轴(34)、调整垫片(37)和驱动电机(17);其中,一对共轭叶(33)安装在模组骨架(35)两端,通过调整垫片(37)完成对共轭叶片(33)的夹紧调节;旋转中轴(34)通过一对键槽安装在模组骨架(35)两端,且旋转中轴(34)与共轭叶片(33)端部配合;驱动电机(17)能够驱动模组骨架(35)旋转,当模组骨架旋转到设定速度时,能够自动甩出一对共轭叶片(33)完成旋向旋翼模组的展开。

5.根据权利要求1所述一种基于投射与多旋翼相结合的新型无人机,其特征在于:所述电池模组通过机架模组内部侧面的形舱和电池模组两端的压力弹簧(27)进行装配固定;

所述电池模组外形设计为圆柱形,内核采用高聚合锂电池或质子交换膜燃料电池PEMFC;当采用质子交换膜燃料电池PEMFC时,电池模组接口采用可拆卸设计,电池模组结构包括电池上盖(6)、储氢罐(8)、反应室(9)和电池下盖(20);电池上盖(6)和储氢罐(8)的一侧与外界构成充气管道,用于填注燃料;电池下盖(20)一侧预留供电传输和控制接口,用于能源输出。

6.根据权利要求1所述一种基于投射与多旋翼相结合的新型无人机,其特征在于:所述飞行控制舱模组包括飞控模块(5)、LED显示面板(3)、侧透盖板(1)和飞行控制舱骨架(4);飞控模块(5)的电路板通过飞行控制舱模组和机架模组的导向槽进行安装;飞行控制舱模组后端利用四向深孔卡扣与机架模组实现定位连接,飞行控制舱模组前端利用细丝螺纹与监测探头模组实现定位连接。

7.根据权利要求1所述一种基于投射与多旋翼相结合的新型无人机,其特征在于:根据选用的监测探头模组,机架模组、伞降模组、旋向旋翼模组、展翼模组、电池模组和飞行控制舱模组进行相应选择;

当监测探头模组为实现图像捕捉功能的监测探头模组时,伞降模组采用高空重载模组,旋向旋翼模组和展翼模组相应采用重载模组,机架模组采用远航程模组,电池模组采用长航时模组,飞行控制舱模组采用大容量模组;

当监测探头模组为实现无线中继功能的监测探头模组时,伞降模组采用中空中载模组,旋向旋翼模组和展翼模组相应采用中载模组,机架模组采用中航程模组,电池模组采用中航时模组,飞行控制舱模组采用中容量模组;

当监测探头模组为实现信号探测功能的监测探头模组时,伞降模组采用低空轻载模组,旋向旋翼模组和展翼模组相应采用轻载模组,机架模组采用近航程模组,电池模组采用短航时模组,飞行控制舱模组采用小容量模组。

8.权利要求1所述一种基于投射与多旋翼相结合的新型无人机的控制方法,其特征在于:所述无人机的飞行阶段包括三个飞行阶段,第一飞行阶段为以投射飞行姿态的飞行过程;第二飞行阶段为进行投射飞行姿态向多旋翼飞行姿态转换的飞行过程;第三飞行阶段为以多旋翼飞行姿态的飞行过程;

在投射飞行姿态的第一飞行阶段,外壳羽翼尚未分离,展翼模组处于收拢状态,且旋翼支杆与机身轴线平行;

在多旋翼飞行姿态的第三飞行阶段,外壳羽翼分离脱离,展翼模组处于展开状态,且旋翼支杆与机身轴线垂直,同时整机稳定状态下的轴线与地面垂直;

在投射飞行姿态向多旋翼飞行姿态转换的第二飞行阶段,包括旋翼展开和旋翼驱动两个过程;在第二飞行阶段采用飞行补偿算法进行轨迹校准;

所述飞行补偿算法包括:利用无人机内置的加速度传感器完成对第二飞行阶段的实时位移检测,通过与理论飞行数据对比得出第二飞行阶段中的实际飞行位移误差,确定为第三飞行阶段的初始误差;在第三飞行阶段开始时,通过加速度传感器结合水平陀螺仪实时检测无人机所在的象限角,并进行相应的旋翼升力和飞行姿态角解算,实现对第二飞行阶段飞行位移误差的修正;所述理论飞行数据在通过仿真和试验所得到的无人机在无高空风场作用下的理论飞行数据。

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