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原文传递智能四旋翼滑翔无人机及其飞行控制方法

专利名称：	智能四旋翼滑翔无人机及其飞行控制方法
摘要：	一种智能四旋翼滑翔无人机及其飞行控制方法，采用固定翼舱式机身作为货仓，克服了一般旋翼动力无人机载重上限小的问题，运输效率提高；采用封闭式仓储，电源、装置设备以及所运输的货物均在封闭空间放置，增强了对各种地形和气候因素的适应能力，同时增大了对货物运输的保护力度，使用更加安全可靠；动力结构采用对称分布的4个旋翼，可以垂直起飞、垂直降落，克服了一般固定翼式机型起降对场地要求严格的问题，使用更加自由方便；配备了光伏太阳能电池板，能够在飞行的同时继续为电池充入电能，增加了飞行距离，运输效率提高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京邮电大学
发明人：	李逸轩;孟冉;张家祯;黄海平;朱洁;袁宵翔;赵科;杨一帆
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201910151296.X
公开号：	CN109720563A
代理机构：	南京正联知识产权代理有限公司
代理人：	王素琴
分类号：	B64C27/22(2006.01);B;B64;B64C;B64C27
申请人地址：	210033 江苏省南京市新模范马路66号
主权项：	1.智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：所述无人机包括柱形主机身、固定式主翼、固定式尾翼、舱门、支架、光伏电池板、装置板、电机、转轴、旋翼和刚性固定杆；所述固定式主翼为两个，刚性对称固定于柱形主机身中部两侧，所述固定式尾翼固定于柱形主机身的尾部，所述舱门安装于柱形主机身上表面，所述支架固定在柱形主机身的下表面，所述太阳能光伏电池固定于两侧的固定式主翼的上表面，所述风速传感计固定于两侧的固定式主翼的外侧边缘，所述装置板固定于柱形主机身内部中心下侧；所述刚性固定杆为4根，一端由固定式主翼与柱形主机身连接处水平上形成的四个角的顶点伸出，中心对称分布于机身四周，另一端分别将4只所述电机固定在同一高度上，并将4只所述旋翼分别经由转轴对应地与各个电机相连，所述4个旋翼的位置位于同一高度且刚好高于机身和主翼；所述装置板上设置有控制芯片、气压高度计、GPS模块、电源、电调；所述电源为所述无人机提供动力来源，且通过导线分别与所述光伏太阳能电池和控制芯片相连；所述气压高度计用于获取无人机当前飞行高度数据；所述风速传感计用于获取当前无人机周围气流流动信息；所述控制芯片与所述电调、所述气压高度计、所述风速传感计由导线相连，用于接收上述测量设备的电信号数据，并通过计算，向所述装置板上的电调发出控制指令；所述电调为4个，分别与所述4个电机由导线相连，电调接收控制芯片发出的指令进而分别控制4个电机；所述GPS模块用于识别和报告无人机的当前位置。 2.根据权利要求1所述的智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：所述柱形主机身、固定式主翼、固定式尾翼和刚性固定杆均采用碳纤维复合材料。 3.根据权利要求1所述的智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：所述固定式主翼形状选用克拉克Y翼形状。 4.根据权利要求1所述的智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：所述的4个旋翼采用X型分布。 5.根据权利要求1所述的智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：所述装置板上还搭载XBee-Pro无线通信模块，用于与地面站进行信息传递，同时装置板上还搭载SBus无线接收模块，用于实时接收地面指令。 6.根据权利要求1所述的智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：所述装置板上还配有IMU惯性测量单元，通过导线和控制芯片及电源相连，IMU包含的加速度计用于检测无人机加速度，陀螺仪用于检测角速度，测量无人机的加速度和角速度以计算无人机的飞行姿态。 7.智能四旋翼滑翔无人机的飞行控制方法，其特征在于：所述飞行控制方法，通过对所述控制芯片发送不同的飞行动作指令，控制无人机实现包括起飞、悬停、前进、后退、偏航、翱翔、滑翔和降落的飞行动作；起飞：所述控制芯片接收到起飞指令，并向4个电调分别发出指令，电调控制对应的4个电机启动，使得位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，所述的4个旋翼的旋转角速度、角加速度均相同，然后逐渐提高所述的4个旋翼的旋转速度，无人机纵向提升；悬停：所述控制芯片接收到悬停指令，并向4个电调发出指令，电调控制对应的4个电机转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，所述的4个旋翼的旋转角速度相同，角加速度为零，无人机保持悬停；前进：所述控制芯片接收到前进指令，并向4个电调发出指令，若对应的4个电机均处于工作状态时，所述4个电调控制对应的4个电机转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，位于主翼后侧的两个电机转速同时增加并保证增量相同，无人机前倾，和水平面产生夹角，无人机保持前进姿态；若4个电机均处于非工作状态时，启动位于主翼后侧的两个电机，电调控制该2个电机旋转方向相反、旋转速度相同，使无人机保持前进姿态；后退：所述控制芯片接收到前进指令，并向4个电调发出指令，电调控制对应的4个电机转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，位于主翼前侧的两个电机转速同时增加并保证增量相同，无人机后倾，和水平面产生夹角，无人机保持后退姿态；若4个电机均处于非工作状态时，启动位于主翼前侧的两个电机，电调控制2个电机旋转方向相反、旋转速度相同，原理同上，无人机保持后退姿态；偏航：所述控制芯片接收到偏航指令，并向4个电调发出指令，电调控制对应的4个电机旋转方向和转速：若所述的4个电机均处于工作状态时，其中位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，此时，主机体同一侧的两个电机的转速同时增加并保证增量相同时，两电机对应的旋翼反扭力增大，无人机在机身水平方向产生与该两电机旋转方向相反的力，无人机向该向偏航，若所述的4个电机均处于非工作状态时，启动其中某一对对角线上的两个电机，实现偏航；翱翔：所述控制芯片接收到翱翔指令，并向4个电调发出指令，逐渐减小对应的4个电机的转速直至速度为零，无人机借助上升气流的作用提升纵向飞行高度，无人机保持翱翔姿态；滑翔：所述控制芯片接收到滑翔指令，并向4个电调发出指令，逐渐减小对应的4个电机的转速直至速度为零，无人机借助自身重力的分力前进，无人机保持滑翔姿态；降落：所述控制芯片提前收到降落指令，在执行一系列前行或后退或偏航指令后到达目的地上空保持悬停姿态，并再次向4个电调发出指令，均匀降低电机转速，且保持4个旋翼的角加速度相同，直至无人机平稳落地，转速降低为零，完成降落。 8.根据权利要求7所述的智能四旋翼滑翔无人机的飞行控制方法，其特征在于：所述控制芯片设置在无人机的装置板上，所述装置板上还设有气压高度计，所述气压高度计和风速传感计分别与控制芯片独立连接，可将实时的气流流动信号和实时高度信号发送至控制芯片，所述控制芯片基于上述信号通过电调控制四个电机的运行情况，实现无人机平稳安全运行。
所属类别：	发明专利