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原文传递一种多涵道式无人机及控制方法

专利名称：	一种多涵道式无人机及控制方法
摘要：	本发明公开了一种多涵道式无人机及控制方法，该无人机包括姿态控制模块、动力模块和载荷模块，姿态控制模块包括多个上层涵道，上层涵道内设置有第一推进装置。动力模块包括一个下层涵道，下层涵道内设置有第二推进装置，第二推进装置的动力大于第一推进装置，且两者的螺旋桨旋转方向相反。载荷模块包括设置于上层涵道与下层涵道之间的核心控制单元，核心控制单元被配置为感知本机姿态位置信息，并控制第一推进装置和第二推进装置产生的转速差与扭矩差实现姿态控制。本发明采用无舵面、导流翼板设计，结构更加牢固可靠，故障率降低；采用多个涵道螺旋桨式推进装置搭配的方式，可实现扭矩相互抵消的组合。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所
发明人：	张云翔;陶顺波;郑凤麒;程艳青
专利状态：	有效
申请日期：	2023-10-16T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-24T00:00:00+0800
申请号：	CN202311331550.7
公开号：	CN117104546A
代理机构：	成都九鼎天元知识产权代理有限公司
代理人：	管高峰
分类号：	B64U10/16;B64U10/20;B64U30/26;B64U20/70;B64U40/10;B;B64;B64U;B64U10;B64U30;B64U20;B64U40;B64U10/16;B64U10/20;B64U30/26;B64U20/70;B64U40/10
申请人地址：	621052 四川省绵阳市涪城区二环路南段6号
主权项：	1.一种多涵道式无人机，其特征在于，包括：姿态控制模块，包括多个上层涵道，所述上层涵道内设置有第一推进装置；动力模块，包括一个下层涵道，所述下层涵道内设置有第二推进装置，所述第二推进装置的动力大于第一推进装置，且两者的螺旋桨旋转方向相反；载荷模块，包括设置于上层涵道与下层涵道之间的核心控制单元，所述核心控制单元被配置为感知本机姿态位置信息，并控制第一推进装置和第二推进装置产生的转速差与扭矩差实现姿态控制。 2.根据权利要求1所述的一种多涵道式无人机，其特征在于，所述姿态控制模块、载荷模块和动力模块依次连接形成旋转体结构。 3.根据权利要求1所述的一种多涵道式无人机，其特征在于，所述载荷模块还包括第一电子调速器、第二电子调速器、降压模组和电池模组，所述第一电子调速器的输入端连接核心控制单元并通过降压模组连接电池模组，输出端连接多个第一推进装置；所述第二电子调速器的输入端连接核心控制单元和电池模组，输出端连接第二推进装置。 4.根据权利要求1所述的一种多涵道式无人机，其特征在于，所述载荷模块还包括与核心控制单元连接的GPS模组、接收机和数传接收端，所述GPS模组被配置为接收卫星导航信号，所述接收机被配置为接收遥控信号，所述数传接收端被配置为与地面站进行通信。 5.根据权利要求1所述的一种多涵道式无人机，其特征在于，所述核心控制单元包括Pixhawk飞控板，所述Pixhawk飞控板被配置为包括：根据处理指令信号计算出第一推进装置和第二推进装置对应的PWM控制信号指令值。 6.根据权利要求5所述的一种多涵道式无人机，其特征在于，所述核心控制单元还包括惯性导航系统，所述惯性导航系统被配置为结合GPS模组实时监测本机的位置信息和姿态信息。 7.一种多涵道式无人机控制方法，应用于权利要求1-6任一项所述的多涵道式无人机，其特征在于，所述控制方法包括横滚控制、俯仰控制和偏航控制，所述横滚控制和俯仰控制通过多个第一推进装置产生的转速差来实现，所述偏航控制通过多个第一推进装置和第二推进装置产生的扭矩差来实现。 8.根据权利要求7所述的一种多涵道式无人机控制方法，其特征在于，所述俯仰控制中，当本机需要正方向俯仰运动即抬头时，则使前方的第一推进装置加速，并使后方的第一推进装置减速，从而使本机向后倾斜形成抬头姿态。 9.根据权利要求7所述的一种多涵道式无人机控制方法，其特征在于，所述偏航控制中，扭矩配平的方法包括以下步骤： S101. 判断多个第一推进装置和第二推进装置是否存在扭矩差导致偏航，若是，则执行步骤S102；若无，则扭矩已配平； S102. 判断扭矩差是否为正即存在正向偏航趋势，若是，则增加产生负扭矩的第一推进装置的螺旋桨转速和/或减小产生正扭矩的第二推进装置的螺旋桨转速；否则，减小产生负扭矩的第一推进装置的螺旋桨转速和/或增加产生正扭矩的第二推进装置的螺旋桨转速。 10.根据权利要求7所述的一种多涵道式无人机控制方法，其特征在于，所述偏航控制中，无外界干扰的悬停方法包括以下步骤： S201. 控制多个第一推进装置的转速差为零，并使多个第一推进装置和第二推进装置的总推力等于本机总重量； S202. 判断多个第一推进装置和第二推进装置是否存在扭矩差导致偏航，若是，则执行步骤S203；若无，则本机将以[0，0，0]的三轴姿态角悬停在空中位置保持固定不动； S203. 判断扭矩差是否为正即存在正向偏航趋势，若是，则保持总推力不变，增加产生负扭矩的第一推进装置的螺旋桨转速和/或减小产生正扭矩的第二推进装置的螺旋桨转速；否则，保持总推力不变，减小产生负扭矩的第一推进装置的螺旋桨转速和/或增加产生正扭矩的第二推进装置的螺旋桨转速。