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原文传递一种柔性襟翼无人机及其控制方法

专利名称：	一种柔性襟翼无人机及其控制方法
摘要：	本发明公开了一种轻质柔性襟翼无人机及其控制方法，其整体结构由机身、主控制模块、柔性襟翼驱动机构和旋翼组成，旋翼提供动力，通过驱动机构驱动柔性襟翼实现上升、下降、左右回旋和高低速飞行等动作，主控制模块基于当前路况决定当前无人机的动作。除此之外，在机身处可安装雷达、摄像头、红外感应模块等执行高难度的任务。由于整体采用翼身融合和扁平轻质的机身以及柔性襟翼，可使无人机实现低成本、急速回旋、高速飞行等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山西;14
申请人：	太原理工大学
发明人：	辛立彪;王阳;李志强;裴涵晨;王烁朝
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-26T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202310925698.7
公开号：	CN117068369A
代理机构：	太原科卫专利事务所(普通合伙)
代理人：	曹一杰
分类号：	B64C27/22;B64U30/294;B64U40/10;B64C13/50;B;B64;B64C;B64U;B64C27;B64U30;B64U40;B64C13;B64C27/22;B64U30/294;B64U40/10;B64C13/50
申请人地址：	030024 山西省太原市万柏林区迎泽西大街79号
主权项：	1.一种柔性襟翼无人机，其特征在于：包括无人机机体、柔性襟翼驱动机构、主控制模块和旋翼；无人机机体为翼身融合结构，包含机身和柔性襟翼；所述柔性襟翼驱动机构用于驱动柔性襟翼的偏转角度；主控制模块控制柔性襟翼驱动机构以及旋翼的动作；所述旋翼为无人机整体结构提供动力。 2.根据权利要求1所述的一种柔性襟翼无人机，其特征在于：所述无人机机体采用扁平化设计；所述柔性襟翼结构对称分布在机身两侧。 3.根据权利要求1所述的一种柔性襟翼无人机，其特征在于：所述柔性襟翼驱动机构由步进电机和用于铰接的杆件组成，柔性襟翼驱动机构与柔性襟翼组成一个四连杆结构，每个柔性襟翼驱动机构控制一个柔性襟翼；通过主控制模块控制步进电机的偏转角度，进而驱动控制柔性襟翼的偏转角度。 4.根据权利要求3所述的一种柔性襟翼无人机，其特征在于：所述步进电机安装在机身上部且位于柔性襟翼前方；用于铰接的杆件包括与步进电机输出端铰接的第一铰接杆件、与第一铰接杆件铰接的第二铰接杆件以及与第二铰接杆件铰接的第三铰接杆件；第三铰接杆件与柔性襟翼构成一体化结构；第一铰接杆件、第二铰接杆件以及第三铰接杆件与柔性襟翼构成的一体化结构分别作为四连杆机构的曲柄、连杆和摇杆；由步进电机所在机身位置到机身与柔性襟翼的连接处构成四连杆机构的机架。 5.根据权利要求4所述的一种柔性襟翼无人机，其特征在于：所述柔性襟翼包括变形段以及主翼身，变形段连接机身末端以及主翼身；所述柔性襟翼采用超弹性材料时，通过控制变形段的厚度，在柔性襟翼驱动机构驱动时使形变集中于该变形段；所述柔性襟翼采用超材料结构时，通过将变形段制成波纹段，在柔性襟翼驱动机构驱动时使形变主要集中于波纹段。 6.根据权利要求1-5任一项所述的一种柔性襟翼无人机，其特征在于：无人机机体下方设置有装载模块。 7.一种柔性襟翼无人机的控制方法，采用如权利要求4所述的一种柔性襟翼无人机实现，其特征在于，设第一铰接杆件与步进电机连接点为A点，第一铰接杆件为AB，长度为a，第二铰接杆件为BC，长度为b，第三铰接杆件为CD，长度为c，襟翼与机身连接点设为E点，襟翼能够绕E点转动；AE等效为杆件，CD、DE之间采用固定连接，构成一体化结构，ED长度为d，AB与BC间夹角为α；AB、BC、CE、AE之间则互为铰接构成一个四连杆机构，其在步进电机不动作的情况下基于其杆件位置建立坐标系，其中AB作为y轴，可得出其初始点位坐标 x A=0；yA=0； x B=0；yB=a； x C=bsinα；yC=a-bcosα； x D=bsinα；yD=a-c- bcosα； x E=bsinα-d；yE=a-c- bcosα；基于固定的点A、E和步进电机的作动，假设襟翼需求的偏转角度为θ2，则杆件的D点的坐标可表示为 x D=xE+dcosθ2；yD=yE-dsinθ2； x C=xD+csinθ2；yC=yD+ccosθ2；则点B点位坐标可通过非线性方程组 (xB-xA)2 + (yB-yA)2 = a2 (xB-xC) 2 + (yB-yC) 2 = b2 联立求解出，杆AB的偏转角度θ1可表示为 θ 1= π/2-arctan(yB/xB)；则主控制模块控制步进电机和杆件AB偏转θ1角度，并在四连杆机构的作用下使得柔性襟翼偏转θ2角度。 8.如权利要求7所述的一种柔性襟翼无人机的控制方法，其特征在于，计算所得θ2角度通常并不为步进电机所能到达的精度，还需借助matlab程序代码对角度进行趋近；matlab程序代码的求解方式分为以下几步：第一步，通过程序计算出A、B、C、D、E初始点位坐标；第二步，在给出目标角度θ2的情况下，计算偏转后的点C、D点位坐标；第三步，利用第二步计算出的C点位坐标和第一步初始点A点位坐标联立求解出点B点位坐标；第四步，由点B点位坐标导出偏转角度θ1；第五步；通过趋近程序将偏转角度θ1转化为步进电机可实现的角度；由于左右襟翼结构相同，故可以采用上述程序部分分别计算左右偏转角度。
所属类别：	发明专利