本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)，具體涉及一種壓電驅(qū)動(dòng)的可傾轉(zhuǎn)多旋翼無(wú)人機(jī)。

背景技術(shù)：

1、多旋翼無(wú)人機(jī)憑借其垂直起降、懸停及靈活機(jī)動(dòng)能力，在物流巡檢、災(zāi)害救援、軍事偵察等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)多旋翼無(wú)人機(jī)通常采用電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼，存在顯著的技術(shù)瓶頸：其一，電磁電機(jī)響應(yīng)速度較慢(毫秒級(jí))，導(dǎo)致飛行姿態(tài)調(diào)節(jié)滯后，難以滿足高動(dòng)態(tài)飛行需求；其二，電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生電磁干擾，影響機(jī)載電子設(shè)備穩(wěn)定性，尤其在敏感電磁環(huán)境中應(yīng)用受限；其三，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，齒輪、軸承等部件易磨損，導(dǎo)致維護(hù)成本高、壽命短。此外，傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)飛行模式單一，難以兼顧垂直起降與高效水平飛行的需求。

2、針對(duì)飛行模式單一的問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)，通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼傾轉(zhuǎn)以切換飛行模式。然而，此類(lèi)方案仍依賴(lài)傳統(tǒng)電機(jī)，存在響應(yīng)速度不足(通常大于50毫秒)、能耗高、機(jī)械磨損加劇等問(wèn)題。例如，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)需復(fù)雜的減速齒輪組，不僅增加重量和體積，還因摩擦損耗降低系統(tǒng)可靠性。同時(shí)，電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁噪聲和機(jī)械振動(dòng)進(jìn)一步限制了其在隱蔽任務(wù)或低噪音環(huán)境中的應(yīng)用。

3、近年來(lái)，壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)因其高響應(yīng)速度(微秒級(jí))、無(wú)電磁干擾、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)，被視為無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的潛在解決方案。然而，現(xiàn)有壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)存在驅(qū)動(dòng)位移小、輸出力矩有限的技術(shù)難題，難以直接滿足旋翼傾轉(zhuǎn)所需的動(dòng)力需求。此外，壓電材料的能量轉(zhuǎn)換效率較低，且缺乏有效的振動(dòng)能量回收機(jī)制，導(dǎo)致續(xù)航能力提升受限。如何將壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)與傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)合，在實(shí)現(xiàn)高效動(dòng)力輸出的同時(shí)解決能量利用與結(jié)構(gòu)可靠性問(wèn)題，成為當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)域亟待突破的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種壓電驅(qū)動(dòng)的可傾轉(zhuǎn)多旋翼無(wú)人機(jī)，以解決傳統(tǒng)多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高、響應(yīng)速度慢、飛行模式單一以及現(xiàn)有傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)采用的電機(jī)導(dǎo)致的響應(yīng)速度慢、電磁干擾、機(jī)械磨損嚴(yán)重的技術(shù)問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供的一種壓電驅(qū)動(dòng)的可傾轉(zhuǎn)多旋翼無(wú)人機(jī)，包括：旋翼組件、機(jī)身框架、用于驅(qū)動(dòng)旋翼組件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電磁電機(jī)以及電源模塊，所述機(jī)身框架通過(guò)機(jī)臂與所述旋翼組件連接，所述機(jī)臂內(nèi)設(shè)有傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述機(jī)身框架內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)；所述旋翼組件包括旋翼葉片和旋翼軸，所述旋翼軸與電磁電機(jī)的輸出端連接；所述傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括壓電驅(qū)動(dòng)軸、超聲電機(jī)，所述超聲電機(jī)與壓電驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)軸承連接；所述控制系統(tǒng)集成于機(jī)身框架內(nèi)，包括傳感器模塊和控制器，所述傳感器，包括陀螺儀和加速度計(jì)，用于實(shí)時(shí)采集飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述控制器用于調(diào)整旋翼轉(zhuǎn)速和傾轉(zhuǎn)角度；所述電源模塊設(shè)置于機(jī)身框架底部，驅(qū)動(dòng)電磁電機(jī)和超聲電機(jī)共同工作；其中，所述超聲電機(jī)通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)機(jī)臂以及旋翼組件一同傾轉(zhuǎn)，傾轉(zhuǎn)角度范圍為-90°至+90°，以實(shí)現(xiàn)垂直起降模式與水平飛行模式的無(wú)縫切換。

4、進(jìn)一步地，所述傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)集成pvdf薄膜傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傾轉(zhuǎn)角度與振動(dòng)狀態(tài)。

5、進(jìn)一步地，所述電源模塊連接能量回收電路，所述能量回收電路包括整流器和儲(chǔ)能電容，通過(guò)壓電材料的正壓電效應(yīng)將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能，存儲(chǔ)至電源模塊中。

6、進(jìn)一步地，所述控制模塊采用自適應(yīng)pid控制算法，基于傳感器模塊反饋數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，并集成故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓電驅(qū)動(dòng)單元和傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)。

7、進(jìn)一步地，所述機(jī)身框架采用輕量化材料制成，所述輕量化材料為碳纖維。

8、進(jìn)一步地，所述機(jī)身框架底部安裝有起落支架。

9、基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例至少可以產(chǎn)生如下技術(shù)效果：

10、本發(fā)明提供的壓電驅(qū)動(dòng)的可傾轉(zhuǎn)多旋翼無(wú)人機(jī)，通過(guò)采用壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)的高響應(yīng)速度、低噪音、無(wú)電磁干擾和多模態(tài)飛行能力。壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)顯著提升了飛行控制的精度和效率，同時(shí)通過(guò)能量回收電路延長(zhǎng)了續(xù)航時(shí)間。輕量化設(shè)計(jì)和自適應(yīng)pid控制算法進(jìn)一步優(yōu)化了無(wú)人機(jī)的性能和穩(wěn)定性，適用于敏感環(huán)境和多樣化任務(wù)需求。

技術(shù)特征：

1.一種壓電驅(qū)動(dòng)的可傾轉(zhuǎn)多旋翼無(wú)人機(jī)，其特征在于，包括：旋翼組件(1)、機(jī)身框架(4)、用于驅(qū)動(dòng)旋翼組件(1)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電磁電機(jī)(6)以及電源模塊，所述機(jī)身框架(4)通過(guò)機(jī)臂(2)與所述旋翼組件(1)連接，所述機(jī)臂(2)內(nèi)設(shè)有傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(5)，所述機(jī)身框架(4)內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動(dòng)的可傾轉(zhuǎn)多旋翼無(wú)人機(jī)，其特征在于，所述傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(5)集成pvdf薄膜傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傾轉(zhuǎn)角度與振動(dòng)狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動(dòng)的可傾轉(zhuǎn)多旋翼無(wú)人機(jī)，其特征在于，所述電源模塊連接能量回收電路，所述能量回收電路包括整流器和儲(chǔ)能電容，通過(guò)壓電材料的正壓電效應(yīng)將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能，存儲(chǔ)至電源模塊中。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動(dòng)的可傾轉(zhuǎn)多旋翼無(wú)人機(jī)，其特征在于，所述控制模塊采用自適應(yīng)pid控制算法，基于傳感器模塊反饋數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，并集成故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓電驅(qū)動(dòng)單元和傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動(dòng)的可傾轉(zhuǎn)多旋翼無(wú)人機(jī)，其特征在于，所述機(jī)身框架(4)采用輕量化材料制成，所述輕量化材料為碳纖維。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動(dòng)的可傾轉(zhuǎn)多旋翼無(wú)人機(jī)，其特征在于，所述機(jī)身框架(4)底部安裝有起落支架(3)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種壓電驅(qū)動(dòng)的可傾轉(zhuǎn)多旋翼無(wú)人機(jī)，解決了現(xiàn)有傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)采用的電機(jī)導(dǎo)致的響應(yīng)速度慢、電磁干擾、機(jī)械磨損嚴(yán)重的技術(shù)問(wèn)題。包括旋翼組件、機(jī)身框架、電磁電機(jī)以及電源模塊，所述機(jī)身框架通過(guò)機(jī)臂與所述旋翼組件連接，所述機(jī)臂內(nèi)設(shè)有傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述機(jī)身框架內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)；所述旋翼組件包括旋翼葉片和旋翼軸，所述旋翼軸與電磁電機(jī)的輸出端連接；所述傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括壓電驅(qū)動(dòng)軸、超聲電機(jī)，所述超聲電機(jī)與壓電驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)軸承連接；所述控制系統(tǒng)集成于機(jī)身框架內(nèi)，包括傳感器模塊和控制器；所述電源模塊設(shè)置于機(jī)身框架底部。本發(fā)明通過(guò)采用壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)的高響應(yīng)速度、低噪音、無(wú)電磁干擾和多模態(tài)飛行能力。

技術(shù)研發(fā)人員：趙蓋,朱行知,王俊超,陳泓穎,丁慶軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15