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基于变距桨的六自由度全控制八旋翼飞行器制造技术

技术编号:18876935 阅读:23 留言:0更新日期:2018-09-08 04:29
本实用新型专利技术公开了一种基于变距桨的六自由度全控制八旋翼飞行器,变距螺旋桨可以完美的实现改变推力的方向。在水平方向增添了四个变距螺旋桨,可以按照需求任意改变桨距,不再需要改变电机的转速,变为两个电机通过桨叶可以同时向一个方向旋转产生推力,同时还可以确保电机的最大桨效,变距桨可以根据不同的飞行任务改变桨距,可以通过飞行过程中反馈自动更改,也可以设定好固定的桨距使得飞行器在飞行任务中达到最大飞行效率。在变距桨的作用下飞行器可以更好的实现任意方向起飞、目标追踪、特技表演、原地调整姿态、定点、特殊坡面着陆等任务,具有很强的使用价值。

Six degree of freedom fully controlled eight rotor aircraft based on variable pitch propeller

The utility model discloses a six-degree-of-freedom fully-controlled eight-rotor aircraft based on a variable-pitch propeller, which can perfectly change the direction of thrust. Four variable pitch propellers are added in the horizontal direction, which can change the pitch according to the requirement, and the speed of the motor can be changed. The two motors can rotate in one direction at the same time through the blade to produce thrust. At the same time, the maximum efficiency of the motor can be guaranteed. The variable pitch propeller can change the propeller according to different flight tasks. The pitch can be changed automatically by feedback during flight, and the fixed pitch can be set to maximize the flight efficiency of the aircraft in the mission. Under the action of variable pitch propeller, the aircraft can take off in any direction, target tracking, acrobatic performance, attitude adjustment in situ, fixed point, landing on a special slope and other tasks, which has a strong value in use.

【技术实现步骤摘要】
基于变距桨的六自由度全控制八旋翼飞行器
本技术专利涉及无人飞行器
,特别是对于需要实现位置与姿态的解耦控制及发挥最大桨效,提供一种基于变距桨的六自由度全控制八旋翼飞行器。
技术介绍
传统的四旋翼通过控制四个电机的转速,来达到同时控制四旋翼位置和角度期望无法实现,由于受到控制输入量个数的限制。本技术专利通过添加四个垂直于夹板面的变距桨,解决了飞行器欠驱动问题,变距桨可以在飞行中根据飞行速度和高度自动(或人工)改变桨叶角的螺旋桨,传统的桨叶无法改变桨距,只能根据设计好的飞行器模型电机的功率定制桨叶,但是对于一般民用或者普通厂商无法专门的定制桨叶而且定制的桨叶在低速和高速飞行下使得电机的功率无法都达到最大值,但是变距桨在前进速度小的情况下,变距装置减小螺旋桨的桨叶角,这样就使发动机在最大转速和最大功率状态下工作,因而使螺旋桨产生最大的拉力,在平飞时,变距机构能使桨距变到与这种飞行状态相适应的高桨距,这时,在最大转速下螺旋桨能从发动机得到最大的有用功率。所以,变距桨在任何飞行速度下,均能利用发动机的最大有效功率。采用变距桨后,螺旋桨发动机的高度特性曲线与发动机的高度特性曲线便合成一条曲线,因而就再没有任何由于螺旋桨"变重"或"变轻"而造成的附加功率损失。使得飞行器在实现位置与姿态的独立控制的同时更加灵活和高效。例如在无人机自动飞行时,传统的四旋翼无法改变飞行器自身角度以适应特殊的路径和躲避障碍。本技术通过变距桨对电机的优化配合垂直的螺旋桨做到了姿态和位置的单独控制,使得本专利飞行器可以更完美的胜任一些特殊环境飞行和躲避障碍任务,例如在穿过狭小的空间,在有限的空间内通过改变姿态来躲避飞行中遇到的障碍。同时在变距桨的帮助下,飞行器可以根据自身的速度改变桨叶角,最大化电机的功率,从而提升飞行器的续航能力,在遇到恶劣的飞行条件,也可通过改变桨叶角适应此时的环境提高飞行器自身的安全系数。
技术实现思路
针对传统四旋翼的不足,本技术专利提出了一种基于变距桨的六自由度全控制八旋翼飞行器,使得飞行器的位置与姿态能单独控制,即保证位置控制的同时不会对姿态控制产生影响,从而实现六自由度的解耦并且加入了变距螺旋桨,使飞行器在调整姿态和位置时动力分配更高效。本技术采用的技术方案是:一种基于变距桨的六自由度全控制八旋翼飞行器,包括起落架、夹板、电机、舵机、四条水平杆、两对升降螺旋桨和两对变矩螺旋桨;所述起落架固定在夹板下方,采用三脚架结构;水平杆贯穿固定在夹板上,水平杆两端通过桨叶固定结构连接有桨叶;所述电机固定在水平杆两端,电机与桨叶固定结构连接,提供动力;四条水平杆中,互相垂直的两条水平杆上设有两对升降螺旋桨;升降螺旋桨四个桨叶与夹板相同水平布置;另外两条水平杆上设有两对变矩螺旋桨,变矩螺旋桨上的四个桨叶与夹板呈垂直布置;变矩螺旋桨上设有舵机。变矩螺旋桨主要包括桨叶夹持结构、桨叶固定结构、桨叶连杆、十字夹板、U形连杆;桨叶夹持结构是将桨叶通过螺栓固定两个夹板中间的结构,桨叶夹持结构通过一个水平轴与桨叶固定结构垂直相连,并且桨叶夹持结构可以绕水平轴旋转,桨叶夹持结构与桨叶连杆固定连接,桨叶连杆为三段式摆臂,桨叶连杆与十字夹板轴接,在十字夹板上下位移的作用下带动桨叶连杆运动,从而带动桨叶夹持结构转动,使固定在桨叶夹持结构上的桨叶改变切角,从而改变桨距;桨叶固定结构上下两端固设有垂直转轴,通过垂直转轴的旋转,带动桨叶固定结构和桨叶夹持结构以垂直转轴为中心旋转;垂直转轴与电机相连;桨叶夹持结构穿过U形连杆的方形开口;U形连杆顶端与十字夹板固定连接;U形连杆的上铜套与下铜套抵接;桨叶固定结构上端的垂直转轴上连接有十字夹板;桨叶固定结构下端与上铜套与下铜套贯穿套接;桨叶固定结构的转轴与电机相连;下铜套的与舵机相连;舵机连杆带动下铜套上下移动,下铜套通过上铜套带动U形连杆上下移动,实现十字夹板上下移动,十字夹板带动连杆拉动桨叶夹持结构改变桨叶的切角。本技术的优点是:本技术实现六自由度全控制新型八旋翼飞行器,包括传统四旋翼的四个桨叶和垂直于夹板的变距螺旋桨和电机组成。两套动力系统提供的不同推力,通过合理地动力分配,从而提供八旋翼飞行器所需的推力要求。通过舵机可以精确的控制桨叶的桨距,从而控制桨叶产生推力的方向及最大桨效。飞行器通过外部传感器检测自身速度、所处环境的风速等信息,飞控根据反馈信息改变桨距角,其目的在于使截面具有最有利的攻角,这一独特性质,使得该八旋翼在某些特殊的应用领域更加稳定和高效,如自动飞行,目标跟踪,特技飞行等。附图说明图1为本技术飞行器的整体结构示意图。图2为本技术飞行器的变距桨结构局部示意图。图3为本技术飞行器的桨叶固定结构示意图。图4为本技术飞行器的U形连杆结构示意图。图5为本技术飞行器的变距桨结构整体示意图。具体实施方式下面结合说明附图1-5及实施例对本技术进一步详细说明。一种基于变距桨的六自由度全控制八旋翼飞行器,包括起落架3、夹板6、电机、舵机、四条水平杆4、两对升降螺旋桨(设有一正一反的桨叶)和两对变矩螺旋桨;所述起落架3固定在夹板6下方,采用三脚架结构;水平杆贯穿固定在夹板6上,水平杆4两端通过桨叶固定结构12连接有桨叶;所述电机1固定在水平杆两端,电机1与桨叶固定结构12连接,提供动力;四条水平杆中,互相垂直的两条水平杆两端设有两对升降螺旋桨,包括升降螺旋桨一13、升降螺旋桨二14、升降螺旋桨三15、升降螺旋桨四16;升降螺旋桨的四个桨叶与夹板6相同水平布置;另外两条水平杆上设有两对变矩螺旋桨,包括变矩螺旋桨一17、变矩螺旋桨二18、变矩螺旋桨三19、变矩螺旋桨四20,变矩螺旋桨上的四个桨叶与夹板呈垂直布置;变矩螺旋桨上设有舵机。变矩螺旋桨主要包括桨叶夹持结构5、桨叶固定结构12、桨叶连杆7、十字夹板6、U形连杆8;桨叶夹持结构5是将桨叶通过螺栓固定两个夹板中间的结构,桨叶夹持结构5通过一个水平轴与桨叶固定结构12垂直相连,并且桨叶夹持结构5可以绕水平轴旋转,桨叶夹持结构5与桨叶连杆7固定连接,桨叶连杆7为三段式摆臂(摆臂的横臂与纵臂轴接),桨叶连杆7与十字夹板6轴接,在十字夹板6上下位移的作用下带动桨叶连杆7运动,从而带动桨叶夹持结构5转动,使固定在桨叶夹持结构5上的桨叶改变切角,从而改变桨距;桨叶固定结构12上下两端固设有垂直转轴10,通过垂直转轴10的旋转,带动桨叶固定结构12和桨叶夹持结构5以垂直转轴10为中心旋转;垂直转轴10与电机相连;桨叶夹持结构5穿过U形连杆8的方形开口;U形连杆8顶端与十字夹板6固定连接;U形连杆8的上铜套11与下铜套9抵接;桨叶固定结构12上端的垂直转轴10上连接有十字夹板6;桨叶固定结构12下端与上铜套11与下铜套9贯穿套接;桨叶固定结构12的转轴10与电机相连;下铜套9的与舵机相连;舵机连杆带动下铜套9上下移动,下铜套9通过上铜套11带动U形连杆8上下移动,实现十字夹板6上下移动,十字夹板6带动连杆7拉动桨叶夹持结构5改变桨叶的切角。两对升降螺旋桨的桨叶一正一反布置,可以通过电机的旋转方向及转速,产生相同或不同方向的扭矩,当产生相同方向扭矩时,飞行器可以在合扭矩的作用下改变其偏航角,当产生的扭矩方向相本文档来自技高网
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基于变距桨的六自由度全控制八旋翼飞行器

【技术保护点】
1.一种基于变距桨的六自由度全控制八旋翼飞行器,其特征在于:包括起落架、夹板、电机、舵机、四条水平杆、两对升降螺旋桨和两对变矩螺旋桨;所述起落架固定在夹板下方,采用三脚架结构;水平杆贯穿固定在夹板上,水平杆两端通过桨叶固定结构连接有桨叶;所述电机固定在水平杆两端,电机与桨叶固定结构连接,提供动力;四条水平杆中,互相垂直的两条水平杆上设有两对升降螺旋桨;升降螺旋桨四个桨叶与夹板相同水平布置;另外两条水平杆上设有两对变矩螺旋桨,变矩螺旋桨上的四个桨叶与夹板呈垂直布置;变矩螺旋桨上设有舵机。

【技术特征摘要】
1.一种基于变距桨的六自由度全控制八旋翼飞行器,其特征在于:包括起落架、夹板、电机、舵机、四条水平杆、两对升降螺旋桨和两对变矩螺旋桨;所述起落架固定在夹板下方,采用三脚架结构;水平杆贯穿固定在夹板上,水平杆两端通过桨叶固定结构连接有桨叶;所述电机固定在水平杆两端,电机与桨叶固定结构连接,提供动力;四条水平杆中,互相垂直的两条水平杆上设有两对升降螺旋桨;升降螺旋桨四个桨叶与夹板相同水平布置;另外两条水平杆上设有两对变矩螺旋桨,变矩螺旋桨上的四个桨叶与夹板呈垂直布置;变矩螺旋桨上设有舵机。2.根据权利要求1所述的基于变距桨的六自由度全控制八旋翼飞行器,其特征在于:变矩螺旋桨主要包括桨叶夹持结构、桨叶固定结构、桨叶连杆、十字夹板、U形连杆;桨叶夹持结构是将桨叶通过螺栓固定两个夹板中间的结构,桨叶夹持结构通过一个水平轴与桨叶固定结构垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员:全凯史博肖冰傅振洲杨佳魏一然
申请(专利权)人:渤海大学
类型:新型
国别省市:辽宁,21

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