本發(fā)明為一種基于變矢量結(jié)構(gòu)的飛行器變姿態(tài)懸停結(jié)構(gòu)，屬于“多旋翼飛行器”領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前多旋翼飛行器始終沒有做到像機器人一樣為人類服務(wù)，很大程度上是由于無人機還是僅僅停留在平飛的層面，即使普通的無人機安裝了機械臂也只能懸掛在無人機下方，活動區(qū)域被限制，十分不靈活。所以想要賦予飛行器更多功能，像飛蟲一樣靈活，飛行器的變姿態(tài)懸停技術(shù)顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、發(fā)明目的：

本發(fā)明的目的是針對多旋翼飛行器設(shè)計了一種基于變矢量結(jié)構(gòu)的飛行器變姿態(tài)懸停結(jié)構(gòu)，使飛行器可以在飛行或懸停時保持大角度傾斜的姿態(tài)，這樣飛行器下方安裝的機械臂的活動范圍可以不再局限于飛行器水平面的下方，還可以伸展到飛行器前方和后方以及上方。這樣飛行器可以變得更加靈活，為人類完成更多任務(wù)。

2、技術(shù)方案

本發(fā)明一種基于變矢量結(jié)構(gòu)的飛行器變姿態(tài)懸停結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)動機構(gòu)0-1，傳動機構(gòu)0-2，這兩個機構(gòu)相互配合，完成變矢量功能。

轉(zhuǎn)動機構(gòu)如附圖2所示，由以下幾部分組成:碳纖維機臂1，固定裝置2，法蘭軸承3，固定螺釘4，鎖緊螺釘5，連接機構(gòu)6，無頭螺絲7。

碳纖維機臂1上用于搭載飛行器的旋翼，它插在連接機構(gòu)6內(nèi)，并由鎖緊螺釘5鎖緊。固定裝置2用于將整個變矢量機構(gòu)固定在飛行器上，由固定螺釘4擰緊。固定裝置2套在法蘭軸承3外，法蘭軸承3套在連接機構(gòu)6外，以上配合均為過盈配合。無頭螺絲7一方面用于連接兩側(cè)的轉(zhuǎn)動機構(gòu)，保證變矢量時兩側(cè)旋翼的同步旋轉(zhuǎn)；另一方面用于連接傳動機構(gòu)，其插在第一傳動齒輪9的小孔中，與中間連桿8一起把轉(zhuǎn)動機構(gòu)和傳動機構(gòu)連接在一起。

傳動機構(gòu)如附圖3所示，由以下幾部分組成:中間連桿8，第一傳動齒輪9，舵機10，鎖緊螺釘11，第二傳動齒輪12，鎖緊螺母13，圓盤形舵機臂14。

中間連桿8插入第一傳動齒輪9的中間大孔內(nèi)，中間連桿的兩端插在連接機構(gòu)6內(nèi)，以上均為過盈配合。中間連桿的作用是與無頭螺絲7共同把轉(zhuǎn)動機構(gòu)和傳動機構(gòu)固定在一起。鎖緊螺釘11和鎖緊螺母13把第二傳動齒輪12和圓盤形舵機臂14固定在一起，舵機10固定在圓盤形舵機臂14上。舵機10固定在飛行器機身上，并將兩個傳動齒輪緊密配合。

3、優(yōu)勢及功效

本發(fā)明的一種基于變矢量結(jié)構(gòu)的飛行器變姿態(tài)懸停結(jié)構(gòu)，可以使多旋翼飛行器在飛行或懸停時保持身體水平或傾斜任意角度。這樣就像“從猿到人”的進化過程，飛行器可以用接近直立的姿態(tài)飛行，飛行器的雙手得以解放，從而幫助人類在空間中完成更多任務(wù)。也使飛行器降落在墻面成為可能。所以這種技術(shù)可以應(yīng)用于探測，監(jiān)控，樣本采集，安防等各個領(lǐng)域。

附圖說明

圖1：本發(fā)明的總裝配圖。

圖2：本發(fā)明轉(zhuǎn)動機構(gòu)的爆炸圖。

圖3：本發(fā)明傳動機構(gòu)的爆炸圖。

圖4:本發(fā)明連接機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。

圖5:為本發(fā)明法蘭軸承結(jié)構(gòu)圖。

圖6：為本發(fā)明實施例安裝于現(xiàn)有飛行器上的示意圖。

圖7:為本發(fā)明實施例控制過程流程圖。

圖中序號，符號，代號所代表的意義如下：

1：碳纖維機臂2：固定裝置3：法蘭軸承

4：固定螺釘5：鎖緊螺釘6：連接機構(gòu)

7：無頭螺絲8：中間連桿9：第一傳動齒輪

10：舵機11：鎖緊螺釘12：第二傳動齒輪

13：鎖緊螺母14：圓盤形舵機臂0-1：轉(zhuǎn)動機構(gòu)

0-2：傳動機構(gòu)

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。

如圖6所示，本發(fā)明實施例所應(yīng)用的機型為共軸雙槳四旋翼，機架外形為h形，所以一架飛行器需要搭載兩個所述的變姿態(tài)懸停結(jié)構(gòu)。具體裝配過程如下：

本發(fā)明一種基于變矢量結(jié)構(gòu)的飛行器變姿態(tài)懸停結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)動機構(gòu)0-1和傳動機構(gòu)0-2兩部分組成，兩部分由中間連桿連接在一起，由下文進行詳細說明。

1.轉(zhuǎn)動機構(gòu)：

如附圖2所示，為單側(cè)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，由以下幾部分組成:碳纖維機臂1，固定裝置2，法蘭軸承3，固定螺釘4，鎖緊螺釘5，連接機構(gòu)6，無頭螺絲7。

碳纖維機臂1上用于搭載飛行器的旋翼，它插在連接機構(gòu)6(如圖4)內(nèi)，并由鎖緊螺釘5鎖緊。

固定裝置2用于將轉(zhuǎn)動機構(gòu)固定在飛行器機身上，由固定螺釘4擰緊。

固定裝置2套在法蘭軸承3(如圖5)外，法蘭軸承3套在連接機構(gòu)6外，以上配合均為過盈配合。

無頭螺絲7有兩個作用。一是用于連接兩側(cè)的轉(zhuǎn)動機構(gòu)，保證變矢量時兩側(cè)旋翼的同步旋轉(zhuǎn)；二是用于連接傳動機構(gòu)，裝配時，它插在附圖3中第一傳動齒輪9的小孔中，與中間連桿8一起把轉(zhuǎn)動機構(gòu)和傳動機構(gòu)連接在一起(中間連桿的作用在下文進行詳細說明)。

2.傳動機構(gòu)：

如附圖3所示，傳動機構(gòu)由以下幾部分組成:中間連桿8，第一傳動齒輪9，舵機10，鎖緊螺釘11，第二傳動齒輪12，鎖緊螺母13，圓盤形舵機臂14。

裝配時，中間連桿8插入傳動齒輪9的中間大孔內(nèi)，中間連桿的兩端插在如附圖2所示的連接機構(gòu)6內(nèi)，以上均為過盈配合。中間連桿的作用是與無頭螺絲7共同把轉(zhuǎn)動機構(gòu)和傳動機構(gòu)固定在一起。

鎖緊螺釘11和鎖緊螺母13把第二傳動齒輪12和圓盤形舵機臂14固定在一起，舵機10固定在圓盤形舵機臂14上。把舵機10用螺釘固定在飛行器機身上，并將兩個傳動齒輪緊密配合。

3.整體安裝：

兩個本發(fā)明的變姿態(tài)懸停結(jié)構(gòu)是一前一后安裝在飛行器碳纖板上的，由于飛行器載荷不同，所以飛機槳的大小也不同，但是只需根據(jù)不同的槳的尺寸調(diào)整前后兩個變矢量機構(gòu)的間距，以及四根碳纖維機臂的長度就可以了。

本發(fā)明實施例的一種基于變矢量結(jié)構(gòu)的飛行器變姿態(tài)懸停結(jié)構(gòu)，通過舵機控制變矢量機構(gòu)，使旋翼傾轉(zhuǎn)一定角度，與此同時控制飛行器的俯仰，使飛行器反向傾斜相同的角度即可實現(xiàn)飛行器以穩(wěn)定的傾斜姿態(tài)在空中懸停。具體控制方法如下：控制者將變姿態(tài)指令通過mavlink協(xié)議打包后，可以自行選擇信道，把指令通過串口傳遞給飛行器的控制器(以下簡稱飛控)。圖6中，以wifi作為信道，給出了控制過程的流程圖。

飛控收到指令后，立即控制飛行器的變矢量機構(gòu)中的舵機，使前后兩個舵機都轉(zhuǎn)到目標角度，從而帶動旋翼傾轉(zhuǎn)到目標角度，在旋翼傾轉(zhuǎn)過程中，飛控一直通過pid算法控制自身俯仰，使飛行器身體相對于水平面反向傾斜同樣的角度，這樣就可以一直保證飛行器螺旋槳是水平的，而飛行器身體已經(jīng)傾斜到了目標角度，從而實現(xiàn)飛行器變姿態(tài)懸停。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于變矢量結(jié)構(gòu)的飛行器變姿態(tài)懸停結(jié)構(gòu)，主要由兩個子機構(gòu)組成，傳動機構(gòu)和轉(zhuǎn)動機構(gòu)，轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括：碳纖維機臂、固定裝置、法蘭軸承、固定螺釘、鎖緊螺釘、連接機構(gòu)、無頭螺絲；傳動機構(gòu)包括:中間連桿、第一傳動齒輪、舵機、鎖緊螺釘、第二傳動齒輪、鎖緊螺母、圓盤形舵機臂。這兩個機構(gòu)相互配合，完成變矢量功能。本發(fā)明可以使多旋翼飛行器在飛行或懸停時保持身體水平或傾斜任意角度。本發(fā)明可以應(yīng)用于探測，監(jiān)控，樣本采集，安防等各個領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：潘佳義;張玉璽;潘聯(lián)眾;石偉;張作棟;朱詣;宋宇航
受保護的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.22
技術(shù)公布日：2017.08.29