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原文传递一种翼型无人机及其飞行控制方法

专利名称：	一种翼型无人机及其飞行控制方法
摘要：	本发明公开了一种翼型无人机及其飞行控制方法，包括：机身框架、左机翼、右机翼、左翼电机、右翼电机、二面角舵机、调向舵机、姿态感知模块、控制器和电源模块。本发明的翼型无人机飞行时由两对对称的飞行机翼提供动力，机翼由电机提供动力，采用仿昆虫无尾翼式设计方式，利用机身二面角舵机和调向舵机调整自身的飞行姿态；飞行时，只有机翼电机能耗消耗较大，舵机仅作间歇性调整姿态。本发明的无人机飞行方式独特，结构相较与其他无人机更简单，飞行的效率较高，同时可以实现无人机的小型化。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安建筑科技大学
发明人：	陈登峰;耿建勤;陈鹏文;肖海燕
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910354937.1
公开号：	CN110001953A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	徐文权
分类号：	B64C33/00(2006.01);B;B64;B64C;B64C33
申请人地址：	710055 陕西省西安市碑林区雁塔路13号
主权项：	1.一种翼型无人机，其特征在于，包括：机身框架、左机翼(3)、右机翼(5)、左翼电机(2)、右翼电机(4)、二面角舵机(1)、调向舵机(6)、姿态感知模块、控制器和电源模块；机身框架的左边框安装有左翼电机(2)和扑翼式的左机翼(3)，左翼电机(2)用于驱动左机翼(3)扑动；机身框架的右边框安装有右翼电机(4)和扑翼式的右机翼(5)，右翼电机(4)用于驱动右机翼(5)扑动；机身框架的上边框包括等长的第一上边框和第二上边框；所述第一上边框的一端通过第一铰接轴与机身框架的左边框的上端铰接，所述第一上边框的另一端通过第二铰接轴与所述第二上边框的一端铰接，所述第二上边框的另一端通过第三铰接轴与机身框架的右边框的上端铰接；所述第一铰接轴、第二铰接轴、第三铰接轴均垂直于水平面；所述第一上边框与所述第二上边框的铰接处安装有二面角舵机(1)；所述第一上边框与所述第二上边框的水平夹角为二面角，二面角舵机(1)用于调整二面角角度的大小；机身框架的下边框的两端分别通过第四铰接轴和第五铰接轴铰接在机身框架的左边框和右边框的下端；所述第四铰接轴和所述第五铰接轴均垂直于水平面；机身框架的下边框的中心处安装有调向舵机(6)，用于调整调向角角度大小，调向角为机身框架的下边框与机身框架的上边框夹角；姿态感知模块包括：空间传感器、加速度计、磁力计和陀螺仪；姿态感知模块用于获得无人机的俯仰角、横滚角、偏航角度以及与真北夹角；控制器包括：无线通讯单元、控制单元、反馈单元和驱动单元；所述无线通讯单元的信号输入端用于与外部实现远程通信，所述无线通讯单元的信号输出端与所述控制单元的信号输入端相连接；所述姿态感知模块的信号输出端与所述反馈单元的信号输入端相连接，所述反馈单元的信号输出端与所述控制单元的信号输入端相连接，所述控制单元的信号输出端与所述驱动单元的信号输入端相连接；所述驱动单元包括左翼电机驱动单元和右翼电机驱动单元；所述左翼电机驱动单元的信号输出端与左翼电机(2)的信号接收端相连接，所述右翼电机驱动单元的信号输出端与右翼电机(4)的信号接收端相连接；电源模块，用于为左翼电机(2)、右翼电机(4)、二面角舵机(1)、调向舵机(6)、姿态感知模块和控制器供电。 2.根据权利要求1所述的一种翼型无人机，其特征在于，将偏航零角与真北角定于同一方向，姿态反馈采用角度融合方法：式中，θ为融合角度，为偏航角度,γ为偏航角度权值，为真北夹角γ取值为0到1；控制器将融合角度转换计算为调向舵机(6)旋转所需的脉冲宽度，通过调向舵机(6)实现飞行方向的控制。 3.根据权利要求1所述的一种翼型无人机，其特征在于，二面角舵机(1)和调向舵机(6)均采用AFRC-D1302，周期为20ms，脉冲宽度调整范围为0.5～2.5ms，脉冲宽度0.5ms舵机转动0°，脉冲宽度1ms舵机转动45°，脉冲宽度1.5ms舵机转动90°；其中，脉冲宽度与转动角度成正比关系。 4.根据权利要求1所述的一种翼型无人机，其特征在于，二面角角度θ的取值范围为180°＜θ＜360°时，无人机的重心后移；二面角角度θ的取值范围为0°＜θ＜180°时，无人机的重心前移。 5.根据权利要求1所述的一种翼型无人机，其特征在于，所述控制器的驱动单元采用双路MOSFET UCC27524A，用于实现左机翼(3)和右机翼(5)扑动频率的单独控制。 6.根据权利要求1所述的一种翼型无人机，其特征在于，左/右机翼的具体结构包括：第一机翼、第二机翼、第一连杆和第二连杆；所述第一机翼和所述第二机翼通过第六铰接轴铰接，所述第六铰接轴的轴线与左/右边框的轴线重合；所述左/右翼电机通过安装架固定安装在左/右边框，所述左/右翼电机的输出端安装有第一传动齿轮；所述安装架上还安装有第二传动齿轮和第三传动齿轮，第一传动齿轮同时与第二传动齿轮和第三传动齿轮相啮合；所述第一连杆的一端铰接在第一机翼上，另一端铰接在第二传动齿轮的端面上；所述第二连杆的一端铰接在第二机翼上，另一端铰接在第三传动齿轮的端面上；其中，通过左/右翼电机能够驱动第一机翼和第二机翼扑动。 7.一种权利要求1至6中任一项所述的翼型无人机的飞行控制方法，其特征在于，包括：采用有头模式飞行方式，即有方向模式，无人机飞行时始终以固定的方向为向前方向；将偏航零角与真北角定于同一方向；姿态反馈采用角度融合方法：融合角度＝偏航角度偏航角度权值+真北夹角*(1-偏航角度权值)；控制器将融合角度转换计算为调向舵机(6)旋转所需的脉冲宽度，通过调向舵机(6)实现飞行方向的控制。 8.根据权利要求7所述的一种翼型无人机的飞行控制方法，其特征在于，通过左翼电机(2)驱动单元和右翼电机(4)驱动单元单独控制左机翼(3)和右机翼(5)的扑动频率，实现差速，进而实现无人机横滚动作飞行。 9.根据权利要求7所述的一种翼型无人机的飞行控制方法，其特征在于，通过二面角舵机(1)调整二面角角度，使无人机重心位置发生变化，进而实现无人机的俯仰动作飞行。 10.根据权利要求7所述的一种翼型无人机的飞行控制方法，其特征在于，通过调向舵机(6)调整转向角，使无人机的翼根轴向方向发生变化，进而实现无人机的偏航动作飞行。
所属类别：	发明专利