一种可垂直起降的无人机的控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种可垂直起降的无人机的控制系统。本发明专利技术在无人机机身上同时设置固定翼系统和垂直起降系统，在起飞降落时控制无人机运行在垂直起降模式，通过垂直起降系统起飞或降落；在无人机上升到一定高度飞行的过程中，控制无人机运行在固定翼模式，通过倾斜设置的固定翼推进装置输出驱动力驱动无人机飞行，节省驱动能耗。本发明专利技术所提供的无人机控制系统，方便搭载装卸各类外接设备，飞行所需能耗更低，且由于垂直起降系统的设置，能够方便的在较小的空间内进行起降。

The control system of a vertical take-off and landing UAV

【技术实现步骤摘要】
一种可垂直起降的无人机的控制系统
本专利技术涉及飞行设备领域，具体而言涉及一种可垂直起降的无人机的控制系统。
技术介绍
随着多旋翼无人机应的越来越广泛，无人机开始被人熟知。于此同时，无人机在民用领域、商业领域开始崭露头角。但是现在各种无人机各有各的优点，优势各有不同而且功能单一。比如目前应用较多的多旋翼无人机，具有垂直起降，空中悬停的功能，灵活性强，能够完成短小距离范围的飞行任务。受到电池技术发展的限制，目前多旋翼无人机的续航，高空，高远程表现欠佳。而传统固定翼飞机有载重大续航远等特点，可是其对于起飞条件具有苛刻要求，往往需要较长距离进行滑跑。现有可垂直起降的固定翼飞机，功能单一且续航不足。而固定翼无人机起降限制较大，难以大范围应用，并且无法快速搭载各种设备,使用成本高。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种可垂直起降的无人机的控制系统。本专利技术具体采用如下技术方案。首先，为实现上述目的，提出一种可垂直起降的无人机的控制系统，一种可垂直起降的无人机的控制系统，包括：固定翼系统（1），其包括分别位于无人机机身中部左右两侧的机翼，以及设置在无人机机身后方的尾翼，其中，尾翼与无人机机身之间连接有尾杆（13）；尾部斜推支撑架（11），其垂直设置在尾杆（13）上；固定翼推进装置（12），其设置在所述尾部斜推支撑架（11）的上端，在无人机飞行过程中运行在固定翼模式，输出驱动力驱动无人机飞行；垂直起降系统（2），其设置在无人机机身上，在无人机起飞和/或降落的过程中运行在垂直起降模式，驱动螺旋桨旋转带动无人机起飞或降落；控制单元，所述控制单元在无人机起飞和/或降落的过程中，控制无人机运行在垂直起降模式，垂直起降模式下，垂直起降系统（2）中的电机运转，由螺旋桨驱动轴传动，带动分别设置在无人机机身左右两侧的螺旋桨水平旋转，螺旋桨水平旋转向下推出气流带动无人机起飞或降落；在无人机飞行的过程中，控制无人机运行在固定翼模式，固定翼模式下，固定翼推进装置（12）倾斜向前并向下输出驱动力，无人机左右两侧的机翼以及后方的尾翼在无人机的上方和下方行程压差，产生气流冲击效应，为无人机提供升力，固定翼推进装置（12）中前高后低倾斜设置的螺旋桨倾斜旋转驱动无人机向前飞行。可选地，所述垂直起降系统（2）包括：碳纤维管（21），其包括分别与无人机机身固定连接的4个，4个碳纤维管（21）分别对称的设置在无人机机身的左右两侧；电机安装板（22），其分别水平的设置在各所述碳纤维管（21）的远端，所述电机安装板（22）平行于所述无人机的机身；电机，其固定在各所述电机安装板（22）上，具有电机轴，用于输出扭矩；螺旋桨驱动轴，其分别连接各所述电机的电机轴，所述螺旋桨驱动轴垂直向上设置在无人机的电机安装板（22）上，由所述电机轴驱动运转；螺旋桨，其分别连接在各所述螺旋桨驱动轴的顶部，由电机驱动水平旋转，带动无人机起飞或降落。可选地，所述固定翼推进装置（12），其推进方向与所述尾部斜推支撑架（11）之间形成有斜推角度，所述斜推角度为锐角。可选地，所述固定翼推进装置（12）为前高后低倾斜设置的螺旋桨，其倾斜向前并向下输出驱动力驱动无人机飞行。可选地，所述机翼的单侧翼展长为180cm，翼展面积为9000平方厘米，机翼的下方还连接有挂载架（3），用于安装外接设备，其中，所述挂载架（3）包括：挂载架安装板（31），其分别固定连接在左右两侧机翼的下方，所述挂载架安装板（31）垂直于所述机翼，并相对无人机机身中轴线对称排列；挂载固定杆（32），其平行于所述机翼，连接在两个挂载架安装板（31）之间，用于悬挂挂载板（42）。可选地，所述挂载固定杆（32）为两根平行设置的碳管；所述挂载板（42）的上端连接有快拆挂载板（41），所述快拆挂载板（41）的上部设置有卡爪，所述卡爪卡接固定在所述挂载固定杆（32）上，连接并固定所述快拆挂载板（41）以及快拆挂载板（41）所连接的挂载板（42）。可选地，所述无人机上还设置有：飞控主板、电池、分电板、定位单元、摄像头和图传设备；其中，飞控主板为赫星orangecube升级版PIXHAWK2开源飞控自驾仪，其内置有IMU加热系统、目标识别系统以及自动飞行系统；电池为格氏ACETATTU6s22.2v30000mah25c锂电池；分电板为GEPRCPDB-XT60分电板，其设置有XT60集成BEC；摄像头用于采集航空影像；图传设备为TS832，其发射频率为5.8GHz，发射功率600mv；定位单元为双GPS接收单元，其接收卫星信号，根据卫星信号进行RTK差分定位；其中，所述目标识别系统设置在加装有CoralUSB加速棒的Raspberrypi4上，用于执行以下步骤：步骤D1，利用多分支深度可分离卷积神经网络和SingleShotMultiBoxDetector建立目标检测模型；步骤D2，利用所述目标检测模型，首先对摄像头所采集的航空影像进行3x3卷积，然后对3x3卷积所输出的卷积结果进行深度可分离卷积，再将深度可分离卷积所获得的数据输入过滤器，随后将过滤器过滤所输出的数据分别顺序进行参数不同的两次深度可分离卷积后输出至全局平均池化层，将全局平均池化层所获得的池化数据输出至全连接层；步骤D3，根据全连接层所输出的信息标识摄像头所采集的航空影像中的目标。其中，所述自动飞行系统被设置以执行以下步骤：步骤F1，根据垂直起降系统所对应的坐标系，设定固定翼系统所对应的坐标系为具有与垂直起降系统所对应的坐标系相同的机头方向；步骤F2，在无人机起飞和/或降落的过程中，驱动螺旋桨旋转带动无人机起飞或降落；在无人机飞行至目标高度的过程中，根据垂直起降系统所对应的坐标系调整无人机飞行至航路所对应的经纬度和高度；步骤F3，当无人机到达航路所对应的经纬度和高度时，切换至固定翼模式，控制固定翼推进装置（12）输出驱动力驱动无人机沿该航路所对应的经纬度和高度飞行，同时，实时检测无人机的飞行轨迹。可选地，无人机起飞、降落以及飞行的过程中，还控制定位单元接收卫星信号，根据卫星信号进行RTK差分定位，标记图传设备所采集的图像对应的位置。可选地，还包括如下步骤：步骤F1，根据垂直起降系统所对应的坐标系，设定固定翼系统所对应的坐标系为具有与垂直起降系统所对应的坐标系相同的机头方向；步骤F2，在无人机起飞和/或降落的过程中，驱动螺旋桨旋转带动无人机起飞或降落；在无人机飞行至目标高度的过程中，根据垂直起降系统所对应的坐标系调整无人机飞行至航路所对应的经纬度和高度；步骤F3，在无人机飞行的过程中，当无人机到达航路所对应的经纬度和高度时，切换至固定翼模式，控制固定翼推进装置（12）输出驱动力驱动无人机沿该航路所对应的经纬度和高度飞行，同时，实时检测无人机的飞行轨迹。可选地，在无人机飞行的过程中，还包括如下步骤：控制摄像头采集航空影像，对所述航空影像按照以下步骤进行目标识别：步骤D1，利用多分支深度可分离卷积神经网络和Sing本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可垂直起降的无人机的控制系统，其特征在于，包括：/n固定翼系统（1），其包括分别位于无人机机身中部左右两侧的机翼，以及设置在无人机机身后方的尾翼，其中，尾翼与无人机机身之间连接有尾杆（13）；/n尾部斜推支撑架（11），其垂直设置在尾杆（13）上；/n固定翼推进装置（12），其设置在所述尾部斜推支撑架（11）的上端，在无人机飞行过程中运行在固定翼模式，输出驱动力驱动无人机飞行；/n垂直起降系统（2），其设置在无人机机身上，在无人机起飞和/或降落的过程中运行在垂直起降模式，驱动螺旋桨旋转带动无人机起飞或降落；/n控制单元，所述控制单元在无人机起飞和/或降落的过程中，控制无人机运行在垂直起降模式，垂直起降模式下，垂直起降系统（2）中的电机运转，由螺旋桨驱动轴传动，带动分别设置在无人机机身左右两侧的螺旋桨水平旋转，螺旋桨水平旋转向下推出气流带动无人机起飞或降落；在无人机飞行的过程中，控制无人机运行在固定翼模式，固定翼模式下，固定翼推进装置（12）倾斜向前并向下输出驱动力，无人机左右两侧的机翼以及后方的尾翼在无人机的上方和下方行程压差，产生气流冲击效应，为无人机提供升力，固定翼推进装置（12）中前高后低倾斜设置的螺旋桨倾斜旋转驱动无人机向前飞行。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可垂直起降的无人机的控制系统，其特征在于，包括：
固定翼系统（1），其包括分别位于无人机机身中部左右两侧的机翼，以及设置在无人机机身后方的尾翼，其中，尾翼与无人机机身之间连接有尾杆（13）；
尾部斜推支撑架（11），其垂直设置在尾杆（13）上；
固定翼推进装置（12），其设置在所述尾部斜推支撑架（11）的上端，在无人机飞行过程中运行在固定翼模式，输出驱动力驱动无人机飞行；
垂直起降系统（2），其设置在无人机机身上，在无人机起飞和/或降落的过程中运行在垂直起降模式，驱动螺旋桨旋转带动无人机起飞或降落；
控制单元，所述控制单元在无人机起飞和/或降落的过程中，控制无人机运行在垂直起降模式，垂直起降模式下，垂直起降系统（2）中的电机运转，由螺旋桨驱动轴传动，带动分别设置在无人机机身左右两侧的螺旋桨水平旋转，螺旋桨水平旋转向下推出气流带动无人机起飞或降落；在无人机飞行的过程中，控制无人机运行在固定翼模式，固定翼模式下，固定翼推进装置（12）倾斜向前并向下输出驱动力，无人机左右两侧的机翼以及后方的尾翼在无人机的上方和下方行程压差，产生气流冲击效应，为无人机提供升力，固定翼推进装置（12）中前高后低倾斜设置的螺旋桨倾斜旋转驱动无人机向前飞行。


2.如权利要求1所述的一种可垂直起降的无人机的控制系统，其特征在于，所述垂直起降系统（2）包括：
碳纤维管（21），其包括分别与无人机机身固定连接的4个，4个碳纤维管（21）分别对称的设置在无人机机身的左右两侧；
电机安装板（22），其分别水平的设置在各所述碳纤维管（21）的远端，所述电机安装板（22）平行于所述无人机的机身；
电机，其固定在各所述电机安装板（22）上，具有电机轴，用于输出扭矩；
螺旋桨驱动轴，其分别连接各所述电机的电机轴，所述螺旋桨驱动轴垂直向上设置在无人机的电机安装板（22）上，由所述电机轴驱动运转；
螺旋桨，其分别连接在各所述螺旋桨驱动轴的顶部，由电机驱动水平旋转，带动无人机起飞或降落。


3.如权利要求1所述的一种可垂直起降的无人机的控制系统，其特征在于，所述固定翼推进装置（12），其推进方向与所述尾部斜推支撑架（11）之间形成有斜推角度，所述斜推角度为锐角。


4.如权利要求3所述的一种可垂直起降的无人机的控制系统，其特征在于，所述固定翼推进装置（12）为前高后低倾斜设置的螺旋桨，其倾斜向前并向下输出驱动力驱动无人机飞行。


5.如权利要求1-4所述的一种可垂直起降的无人机的控制系统，其特征在于，所述机翼的单侧翼展长为180cm，翼展面积为9000平方厘米，机翼的下方还连接有挂载架（3），用于安装外接设备，其中，所述挂载架（3）包括：
挂载架安装板（31），其分别固定连接在左右两侧机翼的下方，所述挂载架安装板（31）垂直于所述机翼，并相对无人机机身中轴线对称排列；
挂载固定杆（32），其平行于所述机翼，连接在两个挂载架安装板（31）之间，用于悬挂挂载板（42）。


6.如权利要求1-5所述的一种可垂直起降的无人机的控制系统，其特征在于，所述挂载固定杆（32）为两根平行设置的碳管；
所述挂载板（42）的上端连接有快拆挂载板（41），所述快拆挂载板（41）的上部设置有卡爪，所述卡爪卡接固定在所述挂载固定杆（32）上，连接并固定所述快拆挂载板（41）以及快拆挂载板（41）所连接的挂载板（42）。


7.如权利要求1-6所述的一种可垂直起降的无人机的控制系统，其特征在于，所述无人机上还设置有：飞控主板、电池、分电板、定位单元、摄像头和图传设备；其中，
飞控主板为赫星orangecube升级版PI...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚德臣，杨建伟，孙强，张骄，武向鹏，刘恒畅，寇子明，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11