多旋翼飞行器的制造方法_3

文档序号:9111248阅读:来源:国知局
不变,这样电机Al和A3在X和Y轴的 共平面上的产生的自旋力矩之和保持不变,大小等于电机A2和A4在此面上的力矩,且方向 相反,因此不会发生偏转运动。但X轴方向Al和A3以0点为起点的力臂发生变化,导致电 机Al和A3的拉力在Z轴方向的产生力矩不再互相抵消,Al的拉力力矩减小,A3的拉力力 矩将增大,从而产生力矩差;电机A2和A4在Z轴方向的力矩不变,依然相互抵消;因此,多 旋翼飞行器在电机Al方向下垂,在电机A3方向上抬,实现沿X轴其中一个方向的俯仰运 动。
[0052] 同样的操作,但电机Al和A3调节方向相反,将使得多旋翼飞行器在电机Al方向 上抬,在电机A3方向下垂,从而实现沿X轴另一个方向的俯仰运动。
[0053] 多旋翼飞行器的Y轴方向的滚转运动:
[0054] 与多旋翼飞行器的俯仰运动操作一致,但是电机Al和A3不调节,只有电机A2和 A4进行位移变化从而产生滚动运动。
[0055] 多旋翼飞行器的X轴方向前后运动:
[0056] 控制过程如同X轴方向俯仰运动,因为发生了X轴方向的俯仰运动,产生倾斜,导 致电机的拉力不在是垂直方向,产生X轴的水平分量,使得多旋翼飞行器在X轴方向发生整 体的前后位移运动。
[0057] 多旋翼飞行器的Y轴方向的侧向运动:
[0058] 控制过程如同Y轴方向的滚转运动,因为发生了Y轴方向的滚转运动,产生倾斜, 导致电机的拉力不在是垂直方向,产生Y轴的水平分量,使得多旋翼飞行器在Y轴方向发生 整体的侧向位移运动。
[0059] 其他方向的姿态变化:
[0060] 如图4所示,同时等量向内拉动电机Al和A2,等量向外推动电机A3和A4,就可以 产生虚线方向的上抬和下垂。
[0061] 任何X,Y,Z轴方向之外的变化,都可以通过位移电机CUC2、C3、C4带动电机AU A2、A3、A4的位置变化,从而使电机AUA2、A3、A4产生各个方向的力臂变化,导致形成力矩 差来实现。
[0062] 因为位移电机的响应速度非常快,作用时间非常短,在本实用新型中将低于0. 1 秒,优选0. 05秒甚至更短。在飞控软件中,可设置位移电机的响应优先级别高于电调调节 电机的电流大小的优先级别:当位移电机工作后产生的多旋翼飞行器的姿态变化足以满足 多旋翼飞行器的稳定性和机动性要求时,可以不用通过电调来调节电流,从而保持电机的 转速和拉力不变;当位移电机工作后产生的多旋翼飞行器的姿态变化不足以满足多旋翼飞 行器的稳定性和机动性要求时,此时可配合电调调节电流,产生电机转速和拉力的改变,满 足姿态变化的要求。
[0063] 电机可以通过滑轨,滚轴等构造设置在支撑臂上,从而降低位移电机带动电机的 阻力,降低位移电机的能耗。
[0064] 其他类型的多旋翼飞行器例如6旋翼、8旋翼等其他飞行器的设计和姿态调节方 法可参照上述实施例。
[0065] 本实用新型上述实施例通过调整电机在其支撑臂方向的前后位置来改变力臂长 度,也即通过对力臂的调整来调节力矩变化。可以理解地,还可以采用抬升或者下降支撑 臂,使得电机在垂直方向发生位移来改变力臂长度,还可以使力臂发生水平面上的移动来 使电机发生位移;或者在其他方向上面产生电机的位移。电机在任意方向上的位置变化均 可达到力矩变化的效果。
[0066] 本实用新型上述实施例中,位移电机通过拉杆推拉方式使得电机产生位移。可以 理解地,亦可以采用其他可替换的方式,如使用拉索、滑轮组、齿轮组传动等多种方式使得 电机产生位移,因此只要是能达到电机在其支撑臂的方向发生可控位移变化,即可实现上 述实施例中描述的姿态调整效果。
[0067] 本实用新型改变控制力矩变化的过程,由现有飞行器单纯的只调节拉力大小来控 制力矩变化,加入调节力臂长短的变化来控制力矩的变化这一新型控制方法,其具有以下 特点:
[0068] 1.本实用新型采用的位移电机响应速度非常快:本实施例中可选用步进电机或 者伺服电机,其响应速度非常快,几个毫秒就可以完成启动,暂停,反转等各种指令,可以非 常迅速的产生姿态变化所需要的各种位移量。
[0069] 2.本实用新型的新增的位移电机的综合能耗很低:单个位移电机的功率只有几 W,每次调整的工作时间非常短,若干毫秒即可完成调控。因此本实用新型的综合能耗非常 低,可仅占飞行器总能耗的5%甚至以下。
[0070] 3.本实用新型的新增部件的质量很小,新增部件的总质量不超过飞行器的质量的 10% ;体积较小,对于现有飞行器的布局设计来说并无本质改变,非常适合现有飞行器的改 进;新增成本在飞行器总成本的比重也非常低。
[0071] 4.本实用新型的调控系统和现有技术的调控系统完全独立,且毫无冲突,可只启 用本实用新型的调控系统,亦可同时启用两者;新增的调控系统如果出现故障,现有技术的 调控系统可以依然控制飞行器直至安全着落。
[0072] 采用本实用新型的新型调控系统能使得现有多轴飞行器的综合性能有巨大提高。
[0073] 1、飞行器实际使用时间的提高:
[0074] 大型电机和螺旋桨的效率高
[0075] 如下表1所示为传统飞行器采用某型号的直流无刷电机针对不同桨叶的性能参 数表。如下表2所示为本实用新型飞行器采用某型号电机时针对不同桨叶的性能参数。
[0076] 表1传统飞行器采用某型号直流无刷电机针对不同桨叶的性能参数
[0077]
[0078] 表2本实用新型飞行器采用某型号直流无刷电机针对不同桨叶的性能参数
[0079]
[0081] 如果某小型4轴飞行器配置最大载重为2. 5公斤,单个电机平均产生625g拉力, 参考选用电机为大型盘式电机4010,选用15寸螺旋桨,产生630g拉力的电机效率高达 13. 6。而对比表1,假设4轴飞行器其电机为小电机2810,选用11寸螺旋桨,产生630g拉 力的电机效率只有8. 11。由此可见,本实用新型提供的技术方案可将效率提高超过165 %。
[0082] 2、姿态调控所需电耗下降:
[0083] 本实用新型设置位移电机响应级别优先于电机转速变化,可以在电机转速不变的 前提下,完成现有飞行器的所有姿态调整的需求,只有在姿态调整需求超过位移电机调整 能力范围的情况下,再配合电机的加速和减速来继续调整,这样降低了电机加速减速的频 率,也降低了电机加速减速的强度和时间,从而大大降低电耗。
[0084] 假设本实施例飞行器的轴距为700mm,飞行器发生X轴俯仰时,位移电机产生的 电机位移量为70mm,两端的电机发生位移后,以0点为中心点的力臂分别变为420mm和 280mm,产生的力臂差140mm,为移动之前力臂350mm的40%,在电机拉力不变的情况下,X轴 方向上的力矩的差值将达到移动之前的X轴某端方向的力矩的40% ;假设飞行器最大载重 2. 5kg,单个电机产生的拉力为625g,单个电机加螺旋桨的重量为160g,则任意X,Y轴某端 方向的升力之和为465g,传统调控模式为了实现40 %的力矩差,则需要X轴一端电机拉力 提高465X20%= 93g,一端电机拉力下降93g;若位移电机完成上述位移的工作时间设定 为〇. 1秒,则为了达到同样的响应速度,传统飞行器的电机则需要在〇. 1秒时间里提高93g 的拉力。比照这个拉力提高的速度,对于4010电机,选用15寸的螺旋桨,I. 1秒左右,就从 630g拉力提高到100%状态下的拉力1690g,由于转动惯量较大,导致这个拉力增加的加
当前第3页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1