一种倾转三轴复合翼无人机及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种倾转三轴复合翼无人机及其控制方法，该无人机包括机体、固定翼机构、旋转翼动力机构和控制模块，以及地面站监控终端，所述固定翼机构包括主翼和尾翼，所述旋转翼动力机构包括两个前倾转动力机构和后旋转翼动力机构；该方法包括以下步骤：一、无人机飞行参数的设置；二、倾转三轴复合翼无人机的垂直上升；三、前倾转动力机构的转动及倾转三轴复合翼无人机的水平飞行；四、倾转三轴复合翼无人机的返航及盘旋下降；五、倾转三轴复合翼无人机的垂直下降。本发明专利技术设计合理且体积小，通过设置前倾转动力机构，既能实现垂直上升，又能实现平飞，自身载荷小，能耗小，飞行稳定，实用性强。

A tilting three axis composite wing UAV and its control method

The invention discloses a tilting three-axis composite wing unmanned aerial vehicle and its control method. The unmanned aerial vehicle comprises an airframe, a fixed-wing mechanism, a rotary-wing dynamic mechanism and a control module, and a ground station monitoring terminal. The fixed-wing mechanism comprises a main wing and a tail wing, and the rotary-wing dynamic mechanism comprises two forward-tilting force mechanisms and a control module. The method includes the following steps: first, the setting of flight parameters of UAV; second, the vertical ascent of tilting three-axis composite wing UAV; third, the horizontal flight of tilting three-axis composite wing UAV; fourth, the return flight and hovering descent of tilting three-axis composite wing UAV. Five. The vertical descent of the tilted three axis composite wing UAV. The invention is reasonable in design and small in volume. By setting forward tilt rotating force mechanism, it can not only realize vertical rise, but also realize horizontal flight. It has small load, low energy consumption, stable flight and strong practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种倾转三轴复合翼无人机及其控制方法
本专利技术属于无人机
，具体涉及一种倾转三轴复合翼无人机及其控制方法。
技术介绍
无人机简称UAV，是一种具有自主导航或遥控或两者兼备的航空器。其诞生于20世纪初第一次世界大战期间，研制目的是为了减少飞机的失事和飞行员的牺牲，进而可以实现远程无人攻击。进入21世纪随着科学技术的进步，无人机技术和产业得到快速发展，已经广泛应用于多种行业，军事任务可以完美的替代有人机执行4D(Dull,Dirty,Dangerous,Deep)任务；民用无人机更是为广泛应用于工业、农业、服务业等各领域。目前，民用无人机领域主流机型可分为以下几种:纯固定翼无人机、纯旋翼无人机、混合翼无人机等类型，几种无人机均存在一些缺点，纯固定翼无人机要求净空范围大、起降场地严格、起降安全存在问题；纯旋翼无人机功耗大、效率低；混合翼无人机体积大、飞行姿态不稳、自身荷载大的缺陷。由上述内容可知，目前市场主流机型均存在一定的缺点，设计一款兼具主流机型优点和弱化缺点的机型，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种倾转三轴复合翼无人机，其结构简单、设计合理且体积小，通过设置前倾转动力机构，既能实现垂直上升，又能实现平飞，自身载荷小，能耗小，飞行稳定，实用性强。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：包括机体、安装在机体上的固定翼机构、设置在所述固定翼机构上的旋转翼动力机构和对所述固定翼机构与所述旋转翼动力机构进行控制的控制模块，以及与所述控制模块无线通信的地面站监控终端；所述固定翼机构包括安装在机体前部且沿机体长度方向对称布设的主翼和对称安装在机体尾部的尾翼，所述主翼上设置有第一副翼，所述主翼内设置有驱动第一副翼转动的第一舵机，所述尾翼上设置有第二副翼，所述尾翼内设置有驱动第二副翼转动的第二舵机，所述机体的重心位置设置有惯性导航单元和气压传感器；所述旋转翼动力机构包括两个对称设置在两个主翼上的前倾转动力机构和安装在机体上且位于主翼与尾翼之间的后旋转翼动力机构，两个所述前倾转动力机构与所述后旋转翼动力机构呈等腰三角形分布；所述控制模块包括主控器以及与主控器相接的第一2.4GHZ无线通信模块和第一数传电台模块，所述地面站监控终端包括手持遥控器、笔记本电脑以及与笔记本电脑相接的第二数传电台模块，所述手持遥控器内设置有第二2.4GHZ无线通信模块，所述第一2.4GHZ无线通信模块与第二2.4GHZ无线通信模块无线连接，所述第一数传电台模块与第二数传电台模块无线连接，所述第一舵机和第二舵机均由主控器进行控制，所述惯性导航单元和气压传感器的输出端均与主控器的输入端相接。上述的一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：两个所述前倾转动力机构的结构相同，所述前倾转动力机构包括倾转安装座、安装在倾转安装座内的伺服电机、安装在伺服电机上的前无刷电机和安装在前无刷电机输出轴上的前螺旋桨，所述倾转安装座通过连接杆安装在主翼上，所述后旋转翼动力机构包括安装在机体上的后无刷电机和安装在后无刷电机输出轴上的后螺旋桨，所述伺服电机、前无刷电机和后无刷电机均由主控器进行控制。上述的一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：所述惯性导航单元包括GPS导航模块和IMU惯性测量模块,所述GPS导航模块和IMU惯性测量模块的输出端均与主控器的输入端相接。上述的一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：所述机体为苯乙烯聚合物机身，所述主翼翼展为1.8m，所述机体的机头设置有用于测量无人机空速的空速管，所述空速管的输出端与主控器的输入端相接。上述的一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：所述手持遥控器内设置有从控制器，所述第二2.4GHZ无线通信模块与所述从控制器相接，所述主控器为单片机、FPGA微控制器、DSP微控制器或者ARM微控制器，所述从控制器为单片机、FPGA微控制器、DSP微控制器或者ARM微控制器。上述的一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：所述机体内设置有锂金属电池，且所述锂金属电池为10000mAh聚合物锂离子电池。同时，本专利技术还公开了一种方法步骤简单、设计合理且操作方便、使用效果好的倾转三轴复合翼无人机控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、无人机飞行参数的设置：通过笔记本电脑输入无人机飞行模式转换高度、无人机飞行空速、无人机盘旋上升半径、无人机飞行高度、无人机盘旋点、无人机降落盘旋下降半径和无人机盘旋降落目标高度，并通过第二数传电台模块和第一数传电台模块发送至主控器；步骤二、倾转三轴复合翼无人机的垂直上升：步骤201、通过手持式遥控器发送无人机解锁命令至主控器，主控器控制发动机工作，实现发动机的解锁；步骤202、通过手持式遥控器发送垂直上升命令至主控器，主控器控制前无刷电机和后无刷电机转动，前无刷电机和后无刷电机转动分别带动前螺旋桨和后螺旋桨旋转，前螺旋桨和后螺旋桨旋转，使前螺旋桨和后螺旋桨产生的向上升力大于倾转三轴复合翼无人机的重量，使倾转三轴复合翼无人机垂直上升；步骤203、在倾转三轴复合翼无人机垂直上升的过程中，气压传感器对倾转三轴复合翼无人机的高度进行检测，并将检测到的无人机高度发送至主控器，主控器并将接收到的无人机高度和步骤一中预先设定的无人机飞行模式转换高度通过第一2.4GHZ无线通信模块与第二2.4GHZ无线通信模块发送至手持式遥控器；步骤204、手持式遥控器将接收到的无人机高度与步骤一中预先设定的无人机飞行模式转换高度进行比较，当手持式遥控器接收到的无人机高度不满足所述无人机飞行模式转换高度时，重复步骤201，倾转三轴复合翼无人机继续垂直上升；否则，执行步骤三；步骤三、前倾转动力机构的转动及倾转三轴复合翼无人机的水平飞行：步骤301、当手持式遥控器接收到的无人机高度满足所述无人机飞行模式转换高度时，手持式遥控器发送前倾转动力机构转动命令至主控器，主控器控制伺服电机转动，伺服电机转动带动前无刷电机和前螺旋桨由与水平方向夹角90°转动为与水平方向夹角0°，即前螺旋桨的中心线与水平方向平行；步骤302、前螺旋桨和后螺旋桨旋转，使倾转三轴复合翼无人机按照步骤一中预先设定的无人机盘旋上升半径盘旋上升，直至达到步骤一中预先设定的无人机飞行高度时，主控器控制后无刷电机停止转动，后螺旋桨停止旋转，使倾转三轴复合翼无人机在所述无人机飞行高度按照步骤一中预先设定的无人机飞行空速水平飞行；步骤四、倾转三轴复合翼无人机的返航及盘旋下降：步骤401、当倾转三轴复合翼无人机执行任务完成后，通过手持式遥控器发送返航命令至主控器，主控器控制倾转三轴复合翼无人机改变航向，使倾转三轴复合翼无人机在所述无人机飞行高度返航飞行；步骤402、直至倾转三轴复合翼无人机返航飞行至步骤一中预先设定的无人机盘旋点时，使倾转三轴复合翼无人机按照盘旋下降速度和步骤一中预先设定的无人机降落盘旋下降半径进行盘旋下降，直至气压传感器检测到的无人机高度满足步骤一中预先设定的无人机盘旋降落目标高度；步骤五、倾转三轴复合翼无人机的垂直下降：步骤501、手持式遥控器发送垂直下降命令至主控器，主控器控制伺服电机反向转动，伺服电机反向转动带动前无刷电机和前螺旋桨由与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：包括机体(1)、安装在机体(1)上的固定翼机构、设置在所述固定翼机构上的旋转翼动力机构和对所述固定翼机构与所述旋转翼动力机构进行控制的控制模块，以及与所述控制模块无线通信的地面站监控终端；所述固定翼机构包括安装在机体(1)前部且沿机体(1)长度方向对称布设的主翼(2)和对称安装在机体(1)尾部的尾翼(3)，所述主翼(2)上设置有第一副翼(4)，所述主翼(2)内设置有驱动第一副翼(4)转动的第一舵机(5)，所述尾翼(3)上设置有第二副翼(6)，所述尾翼(3)内设置有驱动第二副翼(6)转动的第二舵机(7)，所述机体(1)的重心位置设置有惯性导航单元(28)和气压传感器(25)；所述旋转翼动力机构包括两个对称设置在两个主翼(2)上的前倾转动力机构和安装在机体(1)上且位于主翼(2)与尾翼(3)之间的后旋转翼动力机构，两个所述前倾转动力机构与所述后旋转翼动力机构呈等腰三角形分布；所述控制模块包括主控器(15)以及与主控器(15)相接的第一2.4GHZ无线通信模块(16)和第一数传电台模块(20)，所述地面站监控终端包括手持遥控器(19)、笔记本电脑(21)以及与笔记本电脑(21)相接的第二数传电台模块(22)，所述手持遥控器(19)内设置有第二2.4GHZ无线通信模块(23)，所述第一2.4GHZ无线通信模块(16)与第二2.4GHZ无线通信模块(23)无线连接，所述第一数传电台模块(20)与第二数传电台模块(22)无线连接，所述第一舵机(5)和第二舵机(7)均由主控器(15)进行控制，所述惯性导航单元(28)和气压传感器(25)的输出端均与主控器(15)的输入端相接。...

【技术特征摘要】
1.一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：包括机体(1)、安装在机体(1)上的固定翼机构、设置在所述固定翼机构上的旋转翼动力机构和对所述固定翼机构与所述旋转翼动力机构进行控制的控制模块，以及与所述控制模块无线通信的地面站监控终端；所述固定翼机构包括安装在机体(1)前部且沿机体(1)长度方向对称布设的主翼(2)和对称安装在机体(1)尾部的尾翼(3)，所述主翼(2)上设置有第一副翼(4)，所述主翼(2)内设置有驱动第一副翼(4)转动的第一舵机(5)，所述尾翼(3)上设置有第二副翼(6)，所述尾翼(3)内设置有驱动第二副翼(6)转动的第二舵机(7)，所述机体(1)的重心位置设置有惯性导航单元(28)和气压传感器(25)；所述旋转翼动力机构包括两个对称设置在两个主翼(2)上的前倾转动力机构和安装在机体(1)上且位于主翼(2)与尾翼(3)之间的后旋转翼动力机构，两个所述前倾转动力机构与所述后旋转翼动力机构呈等腰三角形分布；所述控制模块包括主控器(15)以及与主控器(15)相接的第一2.4GHZ无线通信模块(16)和第一数传电台模块(20)，所述地面站监控终端包括手持遥控器(19)、笔记本电脑(21)以及与笔记本电脑(21)相接的第二数传电台模块(22)，所述手持遥控器(19)内设置有第二2.4GHZ无线通信模块(23)，所述第一2.4GHZ无线通信模块(16)与第二2.4GHZ无线通信模块(23)无线连接，所述第一数传电台模块(20)与第二数传电台模块(22)无线连接，所述第一舵机(5)和第二舵机(7)均由主控器(15)进行控制，所述惯性导航单元(28)和气压传感器(25)的输出端均与主控器(15)的输入端相接。2.按照权利要求1所述的一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：两个所述前倾转动力机构的结构相同，所述前倾转动力机构包括倾转安装座(8)、安装在倾转安装座(8)内的伺服电机(9)、安装在伺服电机(9)上的前无刷电机(10)和安装在前无刷电机(10)输出轴上的前螺旋桨(11)，所述倾转安装座(8)通过连接杆(12)安装在主翼(2)上，所述后旋转翼动力机构包括安装在机体(1)上的后无刷电机(13)和安装在后无刷电机(13)输出轴上的后螺旋桨(14)，所述伺服电机(9)、前无刷电机(10)和后无刷电机(13)均由主控器(15)进行控制。3.按照权利要求1所述的一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：所述惯性导航单元(28)包括GPS导航模块(17)和IMU惯性测量模块(18),所述GPS导航模块(17)和IMU惯性测量模块(18)的输出端均与主控器(15)的输入端相接。4.按照权利要求1所述的一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：所述机体(1)为苯乙烯聚合物机身，所述机体(1)的机头设置有用于测量无人机空速的空速管(24)，所述空速管(24)的输出端与主控器(15)的输入端相接。5.按照权利要求1所述的一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：所述手持遥控器(19)内设置有从控制器，所述第二2.4GHZ无线通信模块(23)与所述从控制器相接，所述主控器(15)为单片机、FPGA微控制器、DSP微控制器或者ARM微控制器，所述从控制器为单片机、FPGA微控制器、DSP微控制器或者ARM微控制器。6.按照权利要求1所述的一种倾转三轴复合翼无人机，其特征在于：所述机体(1)内设置有锂金属电池(26)，且所述锂金属电池(26)为10000mAh聚合物锂离子电池。7.一种对如权利要求2所述的倾转三轴复合翼无人机进行控制的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、无人机飞行参数的设置：通过笔记本电脑(21)输入无人机飞行模式转换高度、无人机飞行空速、无人机盘旋上升半径、无人机飞行高度、无人机盘旋点、无人机降落盘旋下降半径和无人机盘旋降落目标高度，并通过第二数传电台模块(22)和第一数传电台模块(20)发送至主控器(1)；步骤二、倾转三轴复合翼无人机的垂直上升：步骤201、通过手持式遥控器(19)发送无人机解锁命令至主控器(15)，主控器(15)控制发动机(27)工作，实现发动机(27)的解锁；步骤202、通过手持式遥控器(19)发送垂直上升命令至主控器(15)，主控器(15)控制前无刷电机(10)和后无刷电机(13)转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永林，杨超，张继文，潘东峰，郑建国，丁吉峰，夏玉云，赵国梁，廖东军，杨小梅，张腾飞，李玮，彭卫超，
申请(专利权)人：机械工业勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61