一种无人机增稳的动态配重平衡系统及其平衡方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机增稳的动态配重平衡系统及其平衡方法。本发明专利技术采用第一和第二金属齿轮环、微型直流电机、配重电机套筒、滚动套筒和连接杆共同构成可动配重；在正常使用时，实现无人机的重心自动平衡，从而降低飞控系统平衡机身的负担，增强无人机的飞控性能；同时它不需要依赖于外部传感器，通过高可靠性的机械装置实现自适应平衡，当无人机的飞控传感器系统失效后，仍然能够通过此平衡系统保持无人机姿态角平稳，使得无人机保持悬停状态，从而得以被安全回收。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机增稳的动态配重平衡系统及其平衡方法
本专利技术涉及无人机飞行控制技术，具体涉及一种无人机增稳的动态控制配重平衡系统及其平衡方法。
技术介绍
伴随着无人机技术的快速发展普及，应用场景不断拓宽，广泛用于航拍摄影，农业植保，国防安保等方向。同时，无人机当前所能承受的载荷上限不断提高，其作为具体工具的平台，经常会面临载荷大小，重量，形状变化的情况，无人机搭载云台相机时候，相机转动使得重心位置偏移；无人机运送快递时，运送货物载重情况各异，造成重量分布不均衡。无人机的重量分布常常是对称的，但是载荷的重量分布却总不对称，使得无人机的重心位置脱离旋翼升力的位置，进而使得无人机角度偏斜，使无人机无法悬停，产生颠簸。同时过重而不对称的载荷容易是造成无人机飞行失去稳定的诱因，不对称载荷使得无人机在应对大风，上升下降气流和其他恶劣天气时被载荷牵引晃动，甚至在面对一些扰动时，由于载荷的重量分布不规则，无人机更加难以控制自身稳定，极易倾覆坠毁。而现有的无人机常常通过起飞前临时调整好配重载荷安装位置，这种方法耗时较长，不够精确；或者依靠飞控系统调节螺旋桨转动进行平衡，从而避免无人机发生失稳，旋转情况，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机增稳的动态控制配重平衡系统，其特征在于，所述动态控制配重平衡系统包括：固定架、正极导电齿条、负极导电齿条、第一和第二金属齿轮环、微型直流电机、配重电机套筒、滑动电阻片、滑动电阻触点、连接杆和控制电路；其中，微型直流电机设置在配重电机套筒内，微型直流电机的转轴与配重电机套筒的中心轴重合，并且微型直流电机的外壁与配重电机套筒的内壁互相不接触，配重电机套筒采用绝缘材料，微型直流电机的转轴固定在配重电机套筒的底壁圆心上；第一和第二金属齿轮环分别嵌套在配重电机套筒外，第一和第二金属齿轮环同轴且与配重电机套筒共轴；固定架安装在无人机的底部；在固定架上，设置有互相平行的正极导电齿条、负极导电齿...

【技术特征摘要】
2019.06.18 CN 20191052565681.一种无人机增稳的动态控制配重平衡系统，其特征在于，所述动态控制配重平衡系统包括：固定架、正极导电齿条、负极导电齿条、第一和第二金属齿轮环、微型直流电机、配重电机套筒、滑动电阻片、滑动电阻触点、连接杆和控制电路；其中，微型直流电机设置在配重电机套筒内，微型直流电机的转轴与配重电机套筒的中心轴重合，并且微型直流电机的外壁与配重电机套筒的内壁互相不接触，配重电机套筒采用绝缘材料，微型直流电机的转轴固定在配重电机套筒的底壁圆心上；第一和第二金属齿轮环分别嵌套在配重电机套筒外，第一和第二金属齿轮环同轴且与配重电机套筒共轴；固定架安装在无人机的底部；在固定架上，设置有互相平行的正极导电齿条、负极导电齿条和滑动电阻片；第一和第二金属齿轮环分别设置在正极导电齿条和负极导电齿条内，能够沿正极导电齿条和负极导电齿条滚动；连接杆的一端设置有滑动电阻触点，滑动电阻触点与滑动电阻片相接触，连接杆的另一端穿过配重电机套筒固定连接至微型直流电机的底座上；第一和第二金属齿轮环、微型直流电机、配重电机套筒和连接杆共同称为可动配重，第一和第二金属齿轮环、配重电机套筒以及微型直流电机整体沿正极导电齿条和负极导电齿条运动，并通过固定在微型直流电机上连接杆带动滑动电阻触点沿滑动电阻片同步运动；正极导电齿条和负极导电齿条分别连接至控制电路，并分别通过正极导线和负极导线连接至微型直流电机，为微型直流电机供电，正极导线和负极导线分别盘绕于配重电机套筒内；滑动电阻片的两个固定端和滑动电阻触点分别连接至控制电路；控制电路连接至无人机的主机；当无人机处于垂直起飞状态或者处于颠簸状态时，无人机的主机向控制电路发出开启控制信号，控制电路向微型直流电机输出解锁电压，微型直流电机解锁，控制电路实时检测可动配重的位置；如果无人机的基准平面水平，可动配重位置不变，控制电路检测到电压不变，则不对微型直流电机输出驱动电压，在锁定时间内微型直流电机没有接收到驱动电压则进行自锁；如果无人机的基准平面不水平，可动配重向下滑动；滑动电阻触点在滑动电阻片上的位置发生改变，控制电路检测到电压的变化，得到可动配重的位置，并结合前一时刻的位置和时间间隔得到可动配重的速度，进一步得到加速度，通过加速度得到倾角，根据倾角和无人机的重量，再结合可动配重的速度和位置以及前一时刻的微型直流电机的驱动电压值，解算出微型直流电机的驱动电压，动态调整可动配重至新的位置，直至可动配重的速度趋于零，达到基准平面回归水平，同时向微型直流电机施加的驱动电压处于自锁阈值范围之内，微型直流电机进行自锁，可动配重的位置固定，无人机重新实现静态配重平衡。2.如权利要求1所述的动态控制配重平衡系统，其特征在于，所述控制电路包括：直流电机控制芯片、电源管理单元、稳压电路、解算控制芯片、定值电阻和模数转换电路；其中，来自无人机的外部电源连接至电源管理单元；电源管理单元分别连接至电机控制芯片、稳压电路和解算控制芯片，为其提供工作电压；解算控制芯片包括处理单元和存储单元；解算控制芯片连接至无人机的主机；直流电机控制芯片和模数转换电路分别连接至解算控制芯片；稳压电路的两端通过定值电阻分别连接在滑动电阻片的两个固定端；滑动电阻片的一个固定端和滑动电阻触点分别连接至模数转换电路的两端；直流电机控制芯片的正极和负极分别连接至正极导电齿条和负极导电齿条。3.如权利要求1所述的动态控制配重平衡系统，其特征在于，所述微型直流电机为圆柱体；配重电机套筒为圆筒状，材料为绝缘体；配重电机套筒的内径大于微型直流电机的外径。4.如权利要求1所述的动态控制配重平衡系统，其特征在于，所述滑动电阻触点为弹性金属片，焊接在连接杆的顶端。5.如权利要求1所述的动态控制配重平衡系统，其特征在于，还包括限位装置，所述限位装置，安装在导轨槽的两端；在导轨槽两端的侧壁上，分别设置有一对定位销孔，一对定位销孔内插入定位销。6.如权利要求1所述的动态控制配重平衡系统，其特征在于，还包括导轨槽和滚动套筒，所述导轨槽设置在固定架上，导轨槽的方向平行于正极导电齿条和负极导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄文忠，刘伟桐，汪金奎，廖茂浩，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11