一种基于重心自适应调节装置的直线型无人机结构制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于重心自适应调节装置的直线型无人机结构，包括第一调整杆1、第一旋翼2、第一作业单元3、毫米波雷达4、第二旋翼5、第二调整杆6、第二作业单元7、第一转动轴承8、第一GPS

【技术实现步骤摘要】
一种基于重心自适应调节装置的直线型无人机结构


[0001]本专利技术涉及机械设计和飞行器感知与控制领域，具体地说是一种结合转动装置精准控制无人机载重架自主微调摆动实现重心稳定的直线型无人机。

技术介绍

[0002]不同于一般多旋翼无人机，直线型无人机旋翼呈直线均匀，旋翼间干扰小，喷雾效果好，在农业植保领域极具应用前景。但目前已公开的直线型无人机整体结构绝对固定，导致在植保作业时，俯仰角改变易引起重心变化，需要借助电机不断调整机身位姿，使电机有用功率降低，造成不必要的能量浪费；同时已公开直线型无人机的竖直姿态调整杆结构对风场利用不充分，姿态调整电机仅能提供航姿变化的推力，无法为药液喷洒提供下洗风场，导致部分作业区域药液效果不均匀，影响整体作业效率。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：为了克服上述现有机械结构的不足，本专利技术公开了一种基于重心自适应调节装置的直线型无人机结构。本专利技术适用于救援、测量以及植保等多个领域，主要针对农业植保过程中喷雾作业，具有稳定性好、电机效率高的特点。
[0004]本专利技术的技术方案包括：一种基于重心自适应调节装置的直线型无人机结构，包括第一调整杆1、第一旋翼2、第一作业单元3、毫米波雷达4、第二旋翼5、第二调整杆6、第二作业单元7、第一转动轴承8、第一GPS
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RTK部件9、飞行控制器10、第二GPS
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RTK部件11、融合仓12、支撑架13、起落架14、第二转动轴承15、第三旋翼16、第三调整杆17、第三作业单元18、激光19、第四调整杆20、第四旋翼21、第四作业单元22；四部位调整杆中，最外侧的第一调整杆1和第四调整杆20，中段的第二调整杆6和第三调整杆17分别以飞行控制器10为中心对称分布，第一调整杆1和第四调整杆20末端分别连接第一作业单元3、第四作业单元22；第二调整杆6和第三调整杆17末端分别连接第二作业单元7、第三作业单元18；
[0005]在四个旋翼中，第一调整杆1上的第一旋翼2和第四调整杆20上的第四旋翼21，第二调整杆6上的第二旋翼5和第三调整杆17上的第三旋翼16对称分布在相应调整杆上，为无人机飞行提供主要升力和航姿变换的转动拉力；
[0006]设置在飞行控制器10两端远处的毫米波雷达4与激光19数据融合，实现无人机在不同地理环境中的定点定高与一键起降功能；设置在飞行控制器10两端近处的第一GPS
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RTK部件9、第二GPS
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RTK部件11通过解算地面基站与机载端GPS的差分数据，实现厘米级高精度实时定位；飞行控制器10下面是融合仓12，其内部包含电池仓和药箱；
[0007]飞行控制器10两端与起落架14连接的第一转动轴承8、第二转动轴承15为限位型机械套件，上端与主杆同轴心相连，下端与支撑架13连接，保证主杆能且仅能在限定角度内转动；已公开直线型植保无人机该部位为固定连接，这种无人机在俯仰姿态调整时，需要电机提供额外的升力恢复机身姿态稳定。第一转动轴承8、第二转动轴承15结构结合下方携带的融合仓12自身惯性作用，通过飞行控制器反馈的角度，在电机和齿轮传动的作用下，自主
将俯仰变化引起的无人机重心变化修正，减小飞行控制难度的同时提高第一旋翼2、第二旋翼5、第三旋翼16、第四旋翼21的有用功利用率。
[0008]进一步，融合仓12为药箱和电池仓的一体化设计，其上端留有药箱倾倒口和电池仓开盖，下端通过螺栓固定于支撑架13上，由于无人机采用大容量的药箱，传统的药箱随着药液喷洒，其中会填充大量空气，药液会在无人机飞行过程中撞击药箱，给重心调增带来困难；为避免这种情况，一体化设计可以有效减少非对称挂载引起的控制困难，同时按压式水箱控制方法避免了水箱中空隙的产生，具有良好的稳定性和可控性。
[0009]进一步，飞行控制器10控制部分由位置控制器、速度控制器、角度控制器、角速度控制器以及角加速度控制器串级构成；角加速度闭环反馈由机载陀螺仪的三轴角速度送入跟踪微分器进行估算，由比例控制器完成负反馈控制；角速度闭环由机载陀螺仪的三轴角速度低通滤波后反馈，由比例控制器完成负反馈控制；角度闭环由机载加速度计、陀螺仪和磁力计融合的欧拉角反馈，偏航角期望由人机交互端直接给出，横滚角和俯仰角期望是上一级速度控制器的输出，由比例积分控制器完成负反馈控制；速度闭环由机载加速度计、陀螺仪、磁力计和GPS模块融合的水平速度矢量反馈，由机载加速度计、陀螺仪、磁力计和毫米波雷达融合的天向速度反馈，由比例微分控制器完成负反馈控制；位置闭环由机载加速度计、陀螺仪、磁力计、毫米波雷达和北斗模块融合的惯性系位置反馈，期望是人机交互或者航线规划，由比例积分控制器完成负反馈控制。
[0010]进一步，调整杆采用碳纤维材料。
[0011]进一步，四个旋翼采用大功率电机搭配双叶桨。
[0012]进一步，第一作业单元3、第二作业单元7、第三作业单元18、第四作业单元22结构相同，这种对称结构易于解耦，每一个作业单元由喷头固定板23、输送立杆24、旋转电机25、离心喷盘26、电机连接件27组成；喷头固定杆23通过管夹、长螺丝、螺母与主杆相连，输送立杆24内部有软管联通主杆中的主药液输送通道，外部使用较厚硅胶材料包裹，避免内部软管受损；输送立杆24和旋转电机25之间通过电机连接件27连接，旋转电机提供药液雾化的离心力，可在高转速下拥有不错的扭矩，离心喷盘26提供加速通道，保证水滴在流经通道时不会溢出，实现有效雾化。
[0013]进一步，第一转动轴承8与第二转动轴承15的内部均采用紧固件与弹簧柔性限制支撑架13转动角度，主杆通过第一转动轴承8与第二转动轴承15的限位销连接至转动轴承内部滑槽，实现重心柔性自主调整；轴承外部采用透明亚克力作为盖板，能够直观观测轴承内部结构工作是否正常。
[0014]进一步，第一转动轴承8与第二转动轴承15中，角度显示杆33与传动齿轮29内部通过螺栓连接，用于直观显示无人机重物的旋转角度，初始调整旋钮32和初始调整弹簧34嵌套在一起，共同位于轴承外框30的内部滑槽中；在无人机飞行前，可通过旋转初始调整旋钮32，带动初始调整弹簧34，改变角度显示杆33的位置，重心柔性自主调整下方重物的旋转角度，为防止多次旋转所带来的机械磨损，转动轴承内嵌滚珠28结构，防止传动齿轮29与主杆的直接接触，提高转动轴承的寿命。
[0015]综上所述，本专利技术公开了一种功效高、实时性好、性能稳定且重心自适应的直线型无人机。
[0016]重心自适应直线型无人机，实现飞行器重心的自主调整，提高系统能量的利用率。
结合UKF融合多传感器数据，对飞行器飞行状态实时估计，控制飞行器平稳飞行作业。
[0017]相比于以往的直线型无人机，本专利技术方法特有之处在于：
[0018](1)重心自调的直线型无人机结构，实现电机有用功充分作用在喷雾作业上，借助可微调角度的转动轴承完成无人机重心自主调整，实现系统的自适应调节。
[0019](2)所述的转动轴承机构通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于重心自适应调节装置的直线型无人机结构，其特征在于，包括第一调整杆1、第一旋翼2、第一作业单元3、毫米波雷达4、第二旋翼5、第二调整杆6、第二作业单元7、第一转动轴承8、第一GPS
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RTK部件9、飞行控制器10、第二GPS
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RTK部件11、融合仓12、支撑架13、起落架14、第二转动轴承15、第三旋翼16、第三调整杆17、第三作业单元18、激光19、第四调整杆20、第四旋翼21、第四作业单元22；四部位调整杆中，最外侧的第一调整杆1和第四调整杆20，中段的第二调整杆6和第三调整杆17分别以飞行控制器10为中心对称分布，第一调整杆1和第四调整杆20末端分别连接第一作业单元3、第四作业单元22；第二调整杆6和第三调整杆17末端分别连接第二作业单元7、第三作业单元18；在四个旋翼中，第一调整杆1上的第一旋翼2和第四调整杆20上的第四旋翼21，第二调整杆6上的第二旋翼5和第三调整杆17上的第三旋翼16对称分布在相应调整杆上，为无人机飞行提供主要升力和航姿变换的转动拉力；设置在飞行控制器10两端远处的毫米波雷达4与激光19数据融合，实现无人机在不同地理环境中的定点定高与一键起降功能；设置在飞行控制器10两端近处的第一GPS
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RTK部件9、第二GPS
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RTK部件11通过解算地面基站与机载端GPS的差分数据，实现厘米级高精度实时定位；飞行控制器10下面是融合仓12，其内部包含电池仓和药箱；飞行控制器10两端与起落架14连接的第一转动轴承8、第二转动轴承15为限位型机械套件，上端与主杆同轴心相连，下端与支撑架13连接，保证主杆能且仅能在限定角度内转动；第一转动轴承8、第二转动轴承15结构结合下方携带的融合仓12自身惯性作用，通过飞行控制器反馈的角度，在电机和齿轮传动的作用下，自主将俯仰变化引起的无人机重心变化修正，减小飞行控制难度的同时提高第一旋翼2、第二旋翼5、第三旋翼16、第四旋翼21的有用功利用率。2.根据权利要求1所述的一种基于重心自适应调节装置的直线型无人机结构，其特征在于，融合仓12为药箱和电池仓的一体化设计，其上端留有药箱倾倒口和电池仓开盖，下端通过螺栓固定于支撑架13上。3.根据权利要求1所述的一种基于重心自适应调节装置的直线型无人机结构，其特征在于，飞行控制器10控制部分由位置控制器、速度控制器、角度控制器、角速度控制器以及角加速度控制器串级构成；角加速度闭环反馈由机载陀螺仪的三轴角速度送入跟踪微分器进行估算，由比例控制器完成负反馈控制；角速度闭环由机载陀螺仪的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘慧，沈亚运，施志翔，孙志伟，沈跃，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：