一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器制造技术

本发明专利技术公开了一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器，涉及无人飞行器技术领域，其包括无刷动力电机、电机座、机臂、飞行控制器、中心底板和三个螺旋桨，所述中心底板上固定有等夹角布置的三个机臂，其中两个机臂上通过电机座安装有无刷动力电机，另一个所述机臂上通过矢量电机座安装有无刷动力电机和舵机，螺旋桨由无刷动力电机驱动转动，矢量电机座上的无刷动力电机、舵机和螺旋桨形成矢量动力系统，飞行器的动力系统上综合了矢量两轴飞行器和四轴旋翼飞行器的优点，保证了良好的稳定性也兼顾了优异的灵活性，解决了奇数个动力电机在稳定飞行姿态中不平衡反转矩带来的机身自旋等问题。

A three axis vector UAV for unbalanced counter torque

The invention discloses a three-axis vector unmanned aerial vehicle oriented to unbalanced reverse torque, which relates to the technical field of unmanned aerial vehicle, including a brushless power motor, a motor base, an arm, a flight controller, a center bottom plate and three propellers, wherein three arms arranged with equal clamping angle are fixed on the center bottom plate, two of which are equipped with a brush free power motor through the motor base, The other arm is equipped with a brush less power motor and a steering gear via a vector motor seat, the propeller is driven by the brush less power motor, and the brush less power motor, the steering gear and the propeller on the vector motor seat form a vector power system. The power system of the aircraft integrates the advantages of the vector two axis vehicle and the four axis rotor vehicle, ensuring good stability as well The excellent flexibility solves the problem of fuselage spin caused by unbalanced counter torque of odd power motors in stable flight attitude.

【技术实现步骤摘要】
一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器
本专利技术涉及无人飞行器
，具体是一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器。
技术介绍
在大于80%的大载荷起飞条件下，常规固定翼飞行器的加速滑跑距离和减速降落距离动辄上百米才能达到要求，起降要求较高；多旋翼飞行器多指驱动动力数量大于等于四（多为偶数个）的飞行器，大载荷要求下续航不长，为解决大载荷要求下效率不高的问题，常见的多旋翼无人机多采用低转速大扭矩的电机并配合旋转半径较大的螺旋桨，此类解决方案会增大飞行器的安全半径。矢量旋翼飞行器的动力输出方向可调整为竖直向下，对起飞和降落区域的要求较低，且矢量飞行器的体积更小，不依靠机翼产生升力；在高载荷、气流紊乱的空域，矢量飞行器有着更出色的稳定性表现；在飞行过程中，矢量飞行器的推力方向大多为垂直地面方向，其垂直效率较高；三轴矢量飞行器的动力系统上综合了矢量两轴飞行器和四轴旋翼飞行器的优点，既保证了良好的稳定性也兼顾了优异的灵活性，可解决奇数个动力输出反转矩不平衡的平稳性问题，同时优化了电机数量的配置和降低了无人飞行器的制造成本。因此，很有必要深入研究三轴矢量无人飞行器，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器，包括无刷动力电机、电机座、机臂、飞行控制器、中心底板和三个螺旋桨，所述中心底板上固定有等夹角布置的三个机臂，其中两个机臂上通过电机座安装有无刷动力电机，另一个所述机臂上通过矢量电机座安装有无刷动力电机和舵机，螺旋桨由无刷动力电机驱动转动，矢量电机座上的无刷动力电机、舵机和螺旋桨形成矢量动力系统，安装于所述矢量电机座上的无刷动力电机及螺旋桨由舵机驱动使其可在Z轴上发生角度偏转。作为本专利技术再进一步的方案：所述矢量电机座上还安装有联轴器和转动轴，舵机通过联轴器和转动轴与安装在矢量电机座中的无刷动力电机连接，用于驱动无刷动力电机在Z轴上旋转。作为本专利技术再进一步的方案：所述中心底板上还安装有与飞行控制器通讯的接收机、分电板、摄像机和图传模块。作为本专利技术再进一步的方案：所述中心底板为等边三角形结构，中心底板上还安装有天线。作为本专利技术再进一步的方案：采用PWM信号控制矢量动力系统。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在驱动方式上，仅使用三个无刷动力电机，采用不完全矢量驱动动力方式，综合了四轴和两轴的特点，飞行器前端两各无刷电机输出方向时刻与飞行器水平方向保持垂直，尾部则为矢量动力系统，其动力输出方向不与飞行器水平方向垂直，可产生水平分力抵消剩余反转矩，竖直分力与飞行器前端两电机共同维持飞行器水平姿态，抵消了使用三个无刷动力电机的反转矩，使本飞行器更加稳定、灵活，效率更高，并且平衡性更优，制作成本低。附图说明图1为一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器的结构示意图。图2为一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器的正视图。图3为一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器的俯视图。图4为一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器的矢量动力系统控制电路图。图5为一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器的图传模块FPV硬件电路图。图中：1-螺旋桨，2-无刷动力电机，3-电机座，4-机臂，5-舵机，6-联轴器，7-转动轴，8-矢量电机座，9-天线，10-飞行控制器，11-接收机，12-分电板，13-中心底板，14-摄像机，15-图传模块。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。实施例1请参阅图1～5，本专利技术实施例中，一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器，包括无刷动力电机2、电机座3、机臂4、飞行控制器10、中心底板13和三个螺旋桨1，所述中心底板13上固定有等夹角布置的三个机臂4，本实施例中，机臂4均采用碳纤维材料制成，其中两个机臂4上通过电机座3安装有无刷动力电机2，另一个所述机臂4上通过矢量电机座8安装有无刷动力电机2和舵机5，螺旋桨1由无刷动力电机2驱动转动，矢量电机座8上的无刷动力电机2、舵机5和螺旋桨1形成矢量动力系统，本实施例中，安装于所述矢量电机座8上的无刷动力电机2及螺旋桨1由舵机5驱动使其可在Z轴上发生角度偏转，在实际应用时，三个无刷动力电机2转动时，带动螺旋桨1转动给与飞行器升力，而且，三个无刷动力电机2运行过程时会出现反转矩，处于电机座3上无刷动力电机2输出方向时刻与飞行器水平方向保持垂直，此时，舵机5使安装在矢量电机座8上的无刷动力电机2及螺旋桨1在Z轴上的角度发生偏转，产生水平分力抵消剩余反转矩，竖直分力与飞行器前端两电机共同维持飞行器水平姿态，抵消了使用三个无刷动力电机的反转矩。具体的来说，所述矢量电机座8上还安装有联轴器6和转动轴7，舵机5通过联轴器6和转动轴7与安装在矢量电机座8中的无刷动力电机2连接，用于驱动无刷动力电机2在Z轴上旋转一定的角度，来产生水平分力，实现反转矩的抵消。此外，所述中心底板13上还安装有与飞行控制器10通讯的接收机11、分电板12、摄像机14和图传模块15，本实施例中，飞行控制器10和分电板12置于中心底板13的中心位置，并预留出充足的空间保证散热，接收机11置于中心底板13的中后部，降低图传噪点和各元器件的电磁影响。本实施例中的中心底板13优选为等边三角形结构，中心底板13上还安装有天线9。作为优选的，本实施例采用PWM信号控制矢量动力系统。如附图4所示的矢量动力系统控制电路图，输入为5V、grand地线和PWM信号线，若PWM信号占空比行程维持在50%以下时，则电子调速器ESC不输出电流，此时舵机5将不工作，尾部矢量动力系统输出方向垂直向下；若PWM信号占空比行程维持在50%以上时，舵机5将按信号开始工作，依靠连杆驱动矢量动力系统方向转动，当运动到位后，可以通过限位开关方式，当其触动限位开关时，常闭开关断开，此时限位二极管无法接通电流，将断路。如附图5所示的图传模块FPV硬件电路图，分电板12电源给图传模块15供电，另外输出合适的5-20V稳压BEC（BatteryEliminationCircuit-内置的无电池稳压电路）给摄像机14供电，摄像机14工作后输出视频信号线至飞控OSD（OnScreenDisplay-视频叠加系统）信号输入，OSD叠加飞控信息后输出一路处理后的视频信号给图传模块15，最后通过天线9发射至地面站，完成整个信号的传输。本技术方案在实际应用时，仅依靠三个无刷动力电机和三支螺旋桨组成动力系统，当然三个无刷动力电机是分别连接电子调速器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器，包括无刷动力电机（2）、电机座（3）、机臂（4）、飞行控制器（10）、中心底板（13）和三个螺旋桨（1），所述中心底板（13）上固定有等夹角布置的三个机臂（4），其特征在于，其中两个机臂（4）上通过电机座（3）安装有无刷动力电机（2），另一个所述机臂（4）上通过矢量电机座（8）安装有无刷动力电机（2）和舵机（5），螺旋桨（1）由无刷动力电机（2）驱动转动，矢量电机座（8）上的无刷动力电机（2）、舵机（5）和螺旋桨（1）形成矢量动力系统，安装于所述矢量电机座（8）上的无刷动力电机（2）及螺旋桨（1）由舵机（5）驱动使其可在Z轴上发生角度偏转。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器，包括无刷动力电机（2）、电机座（3）、机臂（4）、飞行控制器（10）、中心底板（13）和三个螺旋桨（1），所述中心底板（13）上固定有等夹角布置的三个机臂（4），其特征在于，其中两个机臂（4）上通过电机座（3）安装有无刷动力电机（2），另一个所述机臂（4）上通过矢量电机座（8）安装有无刷动力电机（2）和舵机（5），螺旋桨（1）由无刷动力电机（2）驱动转动，矢量电机座（8）上的无刷动力电机（2）、舵机（5）和螺旋桨（1）形成矢量动力系统，安装于所述矢量电机座（8）上的无刷动力电机（2）及螺旋桨（1）由舵机（5）驱动使其可在Z轴上发生角度偏转。


2.根据权利要求1所述的一种面向不平衡反转矩的三轴矢量无人飞行器，其特征在于，所述矢量电机座（8）上...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡瑞，许春霞，熊乐，江剑峰，熊震，金萌，洪琦，朱春生，邹凌云，朱亚东，郑浩克，王世虎，赵希银，程选飞，曹越，郑泽昌，夏君，王露皓，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：江西;36