一种悬停时抗干扰的无人机装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了无人机领域，本发明专利技术提供一种悬停时抗干扰的无人机装置及控制方法，本发明专利技术的悬停时抗干扰的无人机装置包括机体和布置于机体内的主控单元，所述机体周围还设有辅助螺旋桨和机翼滑翔装置，辅助螺旋桨通过主控单元控制，所述辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，且辅助螺旋桨的旋转平面方向可调，所述机翼滑翔装置安装于驱动装置上，并通过驱动装置工作带动机翼滑翔装置处于展开或收拢状态，所述机体上还安装有感知器件。本装置通过在无人机上增加辅助装置，使无人机在悬停时不会发生剧烈震动，处于平稳状态，解决了无人机极易受到外界环境影响而发生震动的问题，提高了无人机进行悬停作业的可靠性。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及无人机领域，特别涉及一种悬停时抗干扰的无人机装置及控制方法。

技术介绍

无人机又称为无人驾驶飞机、远程遥控或自巡航飞机，是一种成本低、损耗小、机动性高的可携带负载飞行器，已被广泛应用于军事、科研、民用等多种领域。在军事领域，无人机可应用于敌情侦查、通讯中继、早期预警、靶机训练等，甚至可直接组成无人机编队进行对敌作战；在科研领域，可用于飞行试验的验证、新设备及新方案的可行性模拟评估、航拍图像的获取、恶劣环境下的取样及条件监测等；在民用领域，无人机可用于农业墒情监测、农业施肥、灾情分析、工程监理、电网线路巡视等。在一些实际应用中，无人机技术已经取得了相当好的成果，人们已逐渐认识到它的巨大潜力与作用。
四旋翼无人机作为无人机的一种，通过安装在十字形机架结构四个顶端的主螺旋桨，产生气动力，控制四旋翼无人机的飞行动作，能实现垂直起降、自由悬停、前进、倒退、超低空飞行等多种空中姿态。如图1所示，四个主螺旋桨处在同一高度平面，第一主螺旋桨1和第三主螺旋桨3逆时针旋转，第二主螺旋桨2和第四主螺旋桨4顺时针旋转，通过改变不同主螺旋桨的转速，即可实现对四旋翼无人机飞行姿态的控制。四旋翼无人机以其新颖的外形及紧凑的结构，被认为是一种最简单、最直观的稳定控制形式。
在实际使用无人机的过程中，除了起飞和降落阶段，无人机的绝大部分作业过程都是处于空中飞行或悬停状态。在作业过程中，无人机往往需要长时间悬停作业，比如监测扫描、获取清晰的航拍图像、区域监测定位等，而这些悬停作业需要无人机保持平稳状态才能较好地完成任务。但在实际应用时，由于无人机自身结构的特点，使无人机极易受到外界环境的干扰（比如风速），在悬停过程中，经常产生剧烈震动，使监测不准确、图像成形不清晰、区域定位不精确等问题时常发生，对无人机的悬停作业产生较坏的影响。

技术实现思路

本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的无人机在空中悬停时极易发生震动而导致影响无人机作业质量的问题，提供一种悬停时抗干扰的无人机装置及控制方法，通过在无人机上增加辅助装置，克服了极易受到外界环境影响而发生震动的问题，使无人机在悬停时避免发生剧烈震动，而处于相对平稳状态，提高无人机悬停作业质量。
为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
一种悬停时抗干扰的无人机装置，包括机体和布置于机体内的主控单元，所述机体周围还安装有辅助螺旋桨和机翼滑翔装置，辅助螺旋桨通过主控单元控制，所述辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，且辅助螺旋桨的旋转平面的方向可调，所述机翼滑翔装置安装于驱动装置上，并通过驱动装置工作带动机翼滑翔装置处于展开或收拢状态，所述机体上还安装有用于测量无人机在水平、垂直两个方向上的速度和加速度的感知器件。
无人机在悬停时，主螺旋桨的旋转平面平行于与水平面，产生向上的拉力用以克服无人机自身的重力，并根据感知器件测得的无人机在垂直方向上的速度、加速度变化量，通过主控单元调节主螺旋桨的转速，从而消除无人机在悬空时垂直方向上的速度、加速度变化量，减少无人机悬空时垂直方向上的震动。在机体周围还设有辅助螺旋桨，辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，其提供的作用力方向为水平方向，无人机悬空时，根据感知器件测得的无人机在水平方向上的速度、加速度变化量，通过主控单元调节辅助螺旋桨的转速，从而消除无人机在悬空时水平方向上的速度、加速度变化量，减少无人机悬空时水平方向上的震动。同时，借助主螺旋桨使无人机在垂直各方向上的速度及加速度分量降至最小，同时辅助螺旋桨使无人机在水平各方向上的速度及加速度分量也降至最低，通过主控单元的控制，使驱动装置工作将机翼滑翔装置展开，由于机翼滑翔装置在水平方向的截面面积较大，无人机在竖直方向运动时所受到的空气阻力较大，因此在竖直方向上无人机的速度和加速度不会产生陡变，这就削弱了无人机悬空时在竖直方向上的震动，此时，主螺旋桨在竖直方向上对无人机的震动进行微调，在水平方向上，由辅助螺旋桨对各速度及加速度分量进行调整。无人机在起飞或降落阶段，为了减少无人机起飞和降落时受到的阻力和干扰，通过主动单元控制驱动装置，将机翼滑翔装置收拢。
优选的，所述辅助螺旋桨为4个，对称安装于十字形机架上的4个方向，且布置于机架端部。设置4个辅助螺旋桨，使4个辅助螺旋桨可以对称安装于十字形机架上的4个端部，不需要额外增加安装支架，同时辅助螺旋桨和主螺旋桨的个数相同，便于控制在4个方向上的作用力，用以调整无人机在水平方向的速度和加速度。
优选的，所述辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面的同时，还垂直于所安装机架的轴线。将辅助螺旋桨的旋转平面调整至垂直于机架轴线，使安装于同一机架轴线方向上的两个辅助螺旋桨旋转平面平行，提供的作用力达到最大化，实现辅助螺旋桨工作效率的最大化，便于调节无人机在水平方向上的作用力。
优选的，所述辅助螺旋桨还设有可调底座，用于调整辅助螺旋桨的旋转平面方向，所述辅助螺旋桨通过可调底座安装于机架上。在机架上设有可调底座，可调底座可以用以改变辅助螺旋桨的方向，使无人机在多种环境下的功能得到最优化。在平稳环境下，通过可调底座调整辅助螺旋桨的旋转平面方向为平行于水平面，使辅助螺旋桨产生垂直方向上的作用力，与主螺旋桨一起为无人机提供向上的拉力，此时，只需要根据感知器件所测得的无人机在垂直方向上的速度、加速度变化量，通过主控单元进行垂直方向上的调节即可实现平稳悬停，达到减小震动的目的；在风速较大等恶劣条件下，通过可调底座调整辅助螺旋桨的旋转平面方向垂直于水平面，使辅助螺旋桨产生水平方向上的作用力，此时，主螺旋桨提供向上的拉力用以克服无人机自身的重力，并根据感知器件测得的无人机在垂直方向上的速度、加速度变化量，通过调节主螺旋桨转速的方式，消除无人机在悬空时垂直方向上速度与加速度的变化，减少无人机在垂直方向上的震动，同时辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，其提供的作用力方向为水平方向，根据感知器件测得的无人机在水平方向上的速度、加速度变化量，通过主控单元调节辅助螺旋桨的转速，从而消除无人机在悬空时水平方向上的速度、加速度变化量，减少无人机悬空时水平方向上的震动。
优选的，所述可调底座使用舵机。舵机控制电路板接收来自主控单元的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘，舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。使用舵机作为可调底座，可以根据主控单元的控制信号较好地调整辅助螺旋桨的旋转平面的方向，以便实现辅助螺旋桨作用力方向的有效控制。
优选的，所述机翼滑翔装置包括转轴和机翼，所述机翼的一侧固定于机架上，另一侧与转轴连接，所述转轴水平固定于驱动装置上，转轴带动机翼在水平方向转动，且机翼展开后形成的面与水平面平行。转轴水平固定于驱动装置上，转轴转动时带动机翼在水平方向转动，使机翼展开后的面与水平面平行，使无人机在竖直方向上的阻力较大，不会发生速度和加速度的突变，使无人机悬停时抗干扰能力较强。
优选的，所述无人机装置上设有4个相同的机翼和对应的4个转轴，均匀排布在十字形机架的4个象限区域内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬停时抗干扰的无人机装置，包括机体和布置于机体内的主控单元，其特征在于，所述机体周围还安装辅助螺旋桨和机翼滑翔装置，辅助螺旋桨通过主控单元控制，所述辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，且辅助螺旋桨的旋转平面的方向可调，所述机翼滑翔装置安装于驱动装置上，并通过驱动装置工作带动机翼滑翔装置处于展开或收拢状态，所述机体上还安装有用于测量无人机在水平、垂直两个方向上的速度和加速度的感知器件。

【技术特征摘要】
1.一种悬停时抗干扰的无人机装置，包括机体和布置于机体内的主控单元，其特征在于，所述机体周围还安装辅助螺旋桨和机翼滑翔装置，辅助螺旋桨通过主控单元控制，所述辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面，且辅助螺旋桨的旋转平面的方向可调，所述机翼滑翔装置安装于驱动装置上，并通过驱动装置工作带动机翼滑翔装置处于展开或收拢状态，所述机体上还安装有用于测量无人机在水平、垂直两个方向上的速度和加速度的感知器件。
2.根据权利要求1所述的悬停时抗干扰的无人机装置，其特征在于，所述辅助螺旋桨为4个，对称安装于十字形机架上的4个方向，且布置于机架端部。
3.根据权利要求2所述的悬停时抗干扰的无人机装置，其特征在于，所述辅助螺旋桨的旋转平面垂直于水平面的同时，还垂直于所安装机架的轴线。
4.根据权利要求2所述的悬停时抗干扰的无人机装置，其特征在于，所述辅助螺旋桨还设有可调底座，用于调整辅助螺旋桨的旋转平面方向，所述辅助螺旋桨通过可调底座安装于机架上。
5.根据权利要求4所述的悬停时抗干扰的无人机装置，其特征在于，所述可调底座使用舵机。
6.根据权利要求1所述的悬停时抗干扰的无人机装置，其特征在于，所述机翼滑翔装置包括转轴和机翼，所述机翼的一侧固定于机架上，另一侧与转轴连接，所述转轴水平固定于驱动装置上，转轴带动机翼在水平方向转动，且机翼展开后形成的面与水平面平行。
7.根据权利要求6所述的悬停时抗干扰的无人机装置，其特征在于，无人机装置上设有4个相同的机翼和对应的4个转轴，均匀排布在十字形机架的4个象限区域内，带动4个机翼同时展开或收拢的4个转轴连接至同一个驱动装置上。
8.根据权利要求3、5或7之一所述的悬停时抗干扰的无人机装置，其特征在于，无人机装置还配置有脉冲宽度调制器。
9.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦海成，肖明霞，王淼军，张白，潘俊涛，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64