本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)，具體涉及一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)多旋翼位置與姿態(tài)的控制是相互耦合的，不能單獨(dú)對(duì)其姿態(tài)進(jìn)行控制。比如在搜救任務(wù)中需要以特定姿態(tài)飛過(guò)特殊地形、狹小空間或航拍時(shí)在特定的高度下通過(guò)改變多旋翼姿態(tài)調(diào)整鏡頭角度等都是無(wú)法辦到的。

2、為了解決上述問(wèn)題目前研究人員研究了許多不同種類(lèi)的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼，包括利用拉桿結(jié)構(gòu)使得槳葉偏轉(zhuǎn)(期刊：2016ieee?international?conference?on?advancedintelligent?mechatronics；著者：m.odelga,p.stegagno,and?h.h.b¨ulthoff；出版年月：2016年；文章題目：afully?actuated?quadrotor?uav?with?a?propeller?tiltingmechanism:modeling?and?control；頁(yè)碼：306-311)但是這種槳葉的偏轉(zhuǎn)是由一個(gè)舵機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)的，每個(gè)槳葉的偏轉(zhuǎn)之間并不獨(dú)立一旦有任一舵機(jī)或電機(jī)出現(xiàn)故障都無(wú)法使得旋翼機(jī)繼續(xù)安全飛行。也有研究人員通過(guò)增加舵機(jī)使機(jī)臂傾轉(zhuǎn)(期刊：ieee?transactions?onindustrial?electronics；著者：yang,yipeng,yu,xinghu；li,zhan；basin,michael?v；出版年月：2024年；文章題目：anew?overactuated?multirotor:prototype?design,dynamicsmodeling,and?control；頁(yè)碼：9449-9459)。這種多旋翼機(jī)雖然每個(gè)槳葉的偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立控制，但是每個(gè)電機(jī)都都需要添加額外的制動(dòng)裝置這不但增加了控制的復(fù)雜程度，也會(huì)增加飛行器自身的重量從而直接影響到飛行器航程和執(zhí)行任務(wù)時(shí)可攜帶裝備的數(shù)量。

3、本發(fā)明選擇了由賓夕法尼亞大學(xué)的james?paulos博士，提出的一種無(wú)斜盤(pán)傾斜旋翼(期刊：2015ieee?international?conference?on?robotics?and?automation；著者：james?paulos?and?mark?yim；出版年月：2015年；文章題目：flight?performance?of?aswashplateless?micro?air?vehicle；頁(yè)碼：5284-5289)搭建新型多旋翼機(jī)，該發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)四旋翼不需增加任何額外驅(qū)動(dòng)裝置，并且僅需通過(guò)電機(jī)周期變速就能實(shí)現(xiàn)每個(gè)槳葉的獨(dú)立偏轉(zhuǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，包括機(jī)身、機(jī)臂、電動(dòng)推力系統(tǒng)和控制單元；電動(dòng)推力系統(tǒng)包括動(dòng)力系統(tǒng)和旋翼系統(tǒng)；旋翼系統(tǒng)包括四個(gè)可傾斜旋翼；動(dòng)力系統(tǒng)包括四個(gè)獨(dú)立控制的電機(jī)；控制單元包括飛控模塊、下級(jí)控制模塊和磁傳感器；動(dòng)力系統(tǒng)的四個(gè)電機(jī)分別安裝在機(jī)臂的四個(gè)末端，自上而下通過(guò)磁傳感器、減震裝置、增高裝置與機(jī)臂相連，動(dòng)力系統(tǒng)的信號(hào)線(xiàn)沿機(jī)臂纏繞傳輸；控制單元安裝在機(jī)身中心位置，四個(gè)磁傳感器貼在四個(gè)電機(jī)下方。本發(fā)明在解決位置與姿態(tài)解耦的同時(shí)，相比于已存在的過(guò)驅(qū)動(dòng)、全驅(qū)動(dòng)旋翼機(jī)，不用額外增加額外驅(qū)動(dòng)裝置就能實(shí)現(xiàn)槳葉偏轉(zhuǎn)。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，包括機(jī)身、機(jī)臂、電動(dòng)推力系統(tǒng)和控制單元；

4、所述機(jī)臂安裝在機(jī)身上；

5、所述電動(dòng)推力系統(tǒng)包括動(dòng)力系統(tǒng)和旋翼系統(tǒng)；所述旋翼系統(tǒng)包括四個(gè)可傾斜旋翼；所述動(dòng)力系統(tǒng)包括四個(gè)獨(dú)立控制的電機(jī)；

6、所述控制單元包括飛控模塊、下級(jí)控制模塊和磁傳感器；

7、所述動(dòng)力系統(tǒng)的四個(gè)電機(jī)分別安裝在機(jī)臂的四個(gè)末端，自上而下通過(guò)磁傳感器、減震裝置、增高裝置與機(jī)臂相連，動(dòng)力系統(tǒng)的信號(hào)線(xiàn)沿機(jī)臂纏繞傳輸；

8、所述四個(gè)可傾斜旋翼分別通過(guò)基座與四個(gè)電機(jī)上方連接；所述可傾斜旋翼上安裝帶有45°傾斜的被動(dòng)鉸鏈；被動(dòng)鉸鏈能夠使安裝在上面的兩個(gè)槳葉獨(dú)立地對(duì)電機(jī)周期性變速產(chǎn)生響應(yīng)，使槳葉在可傾斜旋翼上進(jìn)行偏轉(zhuǎn)；

9、所述控制單元安裝在機(jī)身中心位置，四個(gè)磁傳感器貼在四個(gè)電機(jī)下方；

10、所述飛控模塊對(duì)旋翼機(jī)位置和姿態(tài)進(jìn)行解算，下級(jí)控制模塊輸出四路電機(jī)控制信號(hào)，磁傳感器將電機(jī)加速的角位置反饋回下級(jí)控制模塊。

11、優(yōu)選地，所述旋翼機(jī)最下方安裝起落架。

12、優(yōu)選地，所述控制單元輸出四路獨(dú)立的電機(jī)信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

13、優(yōu)選地，所述電機(jī)進(jìn)行周期性變速。

14、優(yōu)選地，所述槳葉利用慣性發(fā)生傾斜產(chǎn)生側(cè)向力和力矩。

15、優(yōu)選地，所述槳葉對(duì)機(jī)身產(chǎn)生的合力、合力矩被計(jì)算用于消除反扭并實(shí)現(xiàn)姿態(tài)與位置的解耦。

16、優(yōu)選地，所述旋翼機(jī)采用電機(jī)油門(mén)的正弦調(diào)制，在基礎(chǔ)油門(mén)上，增加正弦函數(shù)，正弦函數(shù)的幅值起到變速作用，相位決定電機(jī)加速開(kāi)始的角位置。

17、優(yōu)選地，所述電機(jī)下方設(shè)計(jì)了增高裝置，使槳葉半徑r和增高裝置高度h滿(mǎn)足：h<rcosθ。

18、優(yōu)選地，所述減震結(jié)構(gòu)安裝在機(jī)身和電機(jī)中間，減少機(jī)身共振對(duì)控制產(chǎn)生的影響。

19、本發(fā)明的有益效果如下：

20、1.本發(fā)明在解決位置與姿態(tài)解耦的同時(shí)，相比于已存在的過(guò)驅(qū)動(dòng)、全驅(qū)動(dòng)旋翼機(jī)，不用額外增加額外驅(qū)動(dòng)裝置就能實(shí)現(xiàn)槳葉偏轉(zhuǎn)。

21、2.本發(fā)明每一個(gè)電機(jī)的控制是相互獨(dú)立的，任一電機(jī)故障仍能保持飛行提高飛行的安全性。

22、3.本發(fā)明提供多旋翼機(jī)反扭解決的新方法，打破了傳統(tǒng)旋翼機(jī)必須通過(guò)對(duì)稱(chēng)來(lái)抵消反扭的結(jié)構(gòu)。

23、4.本發(fā)明欠驅(qū)動(dòng)控制模式和過(guò)驅(qū)動(dòng)控制模式可通過(guò)電機(jī)控制直接相互切換。

24、附圖說(shuō)明

25、圖1是本發(fā)明過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼飛行器的俯視圖。

26、圖2是本發(fā)明過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼飛行器電動(dòng)推力系統(tǒng)的局部放大圖。

27、圖3是本發(fā)明過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼飛行器的平面坐標(biāo)系定義圖。

28、圖4是本發(fā)明以水平方向右方平飛示意圖

29、圖5是本發(fā)明過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼飛行器的控制框架圖。

30、圖6是本發(fā)明過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼飛行器單個(gè)槳葉電機(jī)輸入與推力大小的關(guān)系圖。

技術(shù)特征：

1.一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，其特征在于，包括機(jī)身、機(jī)臂、電動(dòng)推力系統(tǒng)和控制單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，其特征在于，所述旋翼機(jī)最下方安裝起落架。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，其特征在于，所述控制單元輸出四路獨(dú)立的電機(jī)信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)進(jìn)行周期性變速。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，其特征在于，所述槳葉利用慣性發(fā)生傾斜產(chǎn)生側(cè)向力和力矩。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，其特征在于，所述槳葉對(duì)機(jī)身產(chǎn)生的合力、合力矩被計(jì)算用于消除反扭并實(shí)現(xiàn)姿態(tài)與位置的解耦。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，其特征在于，所述旋翼機(jī)采用電機(jī)油門(mén)的正弦調(diào)制，在基礎(chǔ)油門(mén)上，增加正弦函數(shù)，正弦函數(shù)的幅值起到變速作用，相位決定電機(jī)加速開(kāi)始的角位置。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)下方設(shè)計(jì)了增高裝置，使槳葉半徑r和增高裝置高度h滿(mǎn)足：h<rcosθ。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，其特征在于，所述減震結(jié)構(gòu)安裝在機(jī)身和電機(jī)中間，減少機(jī)身共振對(duì)控制產(chǎn)生的影響。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種新構(gòu)型的過(guò)驅(qū)動(dòng)多旋翼機(jī)，包括機(jī)身、機(jī)臂、電動(dòng)推力系統(tǒng)和控制單元；電動(dòng)推力系統(tǒng)包括動(dòng)力系統(tǒng)和旋翼系統(tǒng)；旋翼系統(tǒng)包括四個(gè)可傾斜旋翼；動(dòng)力系統(tǒng)包括四個(gè)獨(dú)立控制的電機(jī)；控制單元包括飛控模塊、下級(jí)控制模塊和磁傳感器；動(dòng)力系統(tǒng)的四個(gè)電機(jī)分別安裝在機(jī)臂的四個(gè)末端，自上而下通過(guò)磁傳感器、減震裝置、增高裝置與機(jī)臂相連，動(dòng)力系統(tǒng)的信號(hào)線(xiàn)沿機(jī)臂纏繞傳輸；控制單元安裝在機(jī)身中心位置，四個(gè)磁傳感器貼在四個(gè)電機(jī)下方。本發(fā)明在解決位置與姿態(tài)解耦的同時(shí)，相比于已存在的過(guò)驅(qū)動(dòng)、全驅(qū)動(dòng)旋翼機(jī)，不用額外增加額外驅(qū)動(dòng)裝置就能實(shí)現(xiàn)槳葉偏轉(zhuǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：王重,張展,江恒至,李儼
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15