一種平穩(wěn)升降的無人機裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及無人機領域，具體涉及一種平穩(wěn)升降的無人機裝置，包括多個輔助螺旋槳，所述輔助螺旋槳以十字形機架為中心，對稱布置于無人機機體周圍，輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于水平面，且輔助螺旋槳的旋轉平面方向可調。本實用新型通過增加輔助螺旋槳的方式，有效解決了無人機受到來自水平面方向上的干擾而發(fā)生偏移的問題，實現了無人機在垂直方向上的平穩(wěn)升降，同時減少了無人機升降時間，提高了無人機在惡劣環(huán)境下升降時抗干擾的能力，有效避免了無人機因受到干擾而發(fā)生的偏移甚至撞毀的問題。
【專利說明】
一種平穩(wěn)升降的無人機裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及無人機領域，特別是一種平穩(wěn)升降的無人機裝置。
【背景技術】
[0002]無人機又稱為無人駕駛飛機、遠程遙控或自巡航飛機，是一種成本低、損耗小、機動性高的可攜帶負載飛行器，已被廣泛應用于軍事、科研、民用等多種領域。在軍事領域，無人機可應用于敵情偵查、通訊中繼、早期預警、靶機訓練等，甚至可直接組成無人機編隊進行對敵作戰(zhàn);在科研領域，可用于飛行試驗的驗證、新設備及新方案的可行性模擬評估、航拍圖像的獲取、惡劣環(huán)境下的取樣及條件監(jiān)測等；在民用領域，無人機可用于農業(yè)墑情監(jiān)測、農業(yè)施肥、災情分析、工程監(jiān)理、電網線路巡視等。在一些實際應用中，無人機技術已經取得了相當好的成果，人們已逐漸認識到它的巨大潛力與作用。
[0003]四旋翼無人機作為無人機的一種，通過安裝在十字形機架結構四個頂端的主螺旋槳，產生氣動力，控制四翼無人機的飛行動作，能實現垂直起降、自由懸停、前進、倒退、超低空飛行等多種空中姿態(tài)。如圖1所示，四個主螺旋槳處在同一高度平面，第一螺旋槳I和第三主螺旋槳3逆時針旋轉，第二主螺旋槳2和第四主螺旋槳4順時針旋轉，無人機上設置有主控單元，主控單元通過控制主螺旋槳的轉速，即可實現對四翼無人機飛行姿態(tài)的控制。四旋翼無人機以其新穎的外形及緊湊的結構，被認為是一種最簡單、最直觀的穩(wěn)定控制形式。
[0004]這種無人機技術雖具有研發(fā)成本低、可實施性強、使用范圍廣、操作要求低等優(yōu)點，但在實際應用中，無人機卻普遍存在受升降環(huán)境影響的缺點，在升降時，由于主螺旋槳只提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力，牽引機體向上運動，在水平方向上的抗干擾能力較弱，無人機在水平面(機體的前、后、左、右)方向由于受到風力的影響，難以實現無人機垂直方向的平穩(wěn)升降。尤其在惡劣環(huán)境下進行起飛和降落時，無人機的抗干擾能力更差，無人機往往受到來自水平面方向上的干擾而發(fā)生偏移甚至撞毀的現象。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的發(fā)明目的在于克服現有技術中所存在的四旋翼飛行器在起飛和降落時，主螺旋槳只提供向上的拉力，在升降時抗干擾能力較弱，無人機受到來自水平面方向上風力等因素的干擾而發(fā)生偏移的問題，提供一種平穩(wěn)升降的無人機裝置，該裝置在水平方向上的抗干擾能力較強，在垂直方向上實現平穩(wěn)升降，而且減少了無人機的升降時間，增加了無人機在惡劣環(huán)境下升降時抗干擾的能力，有效避免了無人機受到干擾而發(fā)生偏移甚至撞毀的現象。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為:
[0007]—種平穩(wěn)升降的無人機裝置，包括多個輔助螺旋槳，所述輔助螺旋槳以十字形機架為中心，對稱布置于無人機機體周圍，輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于水平面，且輔助螺旋槳的旋轉平面方向可調。
[0008]無人機裝置上設置有控制各個系統(tǒng)單元工作的主控單元，通過主控單元控制主螺旋槳和輔助螺旋槳轉動，同時對螺旋槳的轉速進行調節(jié)，主螺旋槳提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力，牽引無人機機體向上運動，輔助螺旋槳用以克服水平方向上外界環(huán)境的干擾，增強無人機在水平方向上的抗干擾能力，通過主控單元對輔助螺旋槳的轉速控制，使無人機機身在水平面各方向的速度及加速度為零，確保無人機在垂直方向上完成升降動作，同時，輔助螺旋槳的旋轉平面的方向可調，使無人機裝置根據實際情況，可改變輔助螺旋槳的旋轉平面方向，使其提供的動力方向可調，不僅可以在水平面上提供動力，而且可以同時為無人機提供垂直方向上的作用力，減短無人機的升降時間，使無人機在較短時間內完成升降，減小了無人機受到外界干擾的幾率，增加了無人機抗干擾的能力。
[0009]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述輔助螺旋槳安裝于十字形機架上，且輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于所在機架的軸線。
[0010]輔助螺旋槳安裝于十字形機架上，與主螺旋槳共用同一個十字形機架，采取這種方式可以簡化無人機裝置的結構，不需要增加額外的機架用于安裝輔助螺旋槳，輔助螺旋槳旋轉形成的旋轉平面垂直于水平面，且同時垂直于所在十字形機架的軸線，實現輔助螺旋槳的效率最大化，使輔助螺旋槳只提供水平方向上的作用力，在水平方向上的作用力達到最大，從而有效調節(jié)無人機在水平方向上受到的外力，保證無人機在水平方向上的速度和加速度為零，便于無人機在垂直方向上平穩(wěn)完成升降動作。
[0011]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述輔助螺旋槳為4個，對稱布置于十字形機架的端部。在每個安裝主螺旋槳的機架外端部安裝輔助螺旋槳，保證在不增加安裝支架的基礎上，使每個輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于所在機架的軸線，保證輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于機架軸線，使無人機的輔助螺旋槳在調節(jié)水平方向上受到的外界干擾時，可以提高調節(jié)速度和功率，在惡劣環(huán)境下，同一機架軸線上的兩個輔助螺旋槳可提供相同方向上的速度和加速度，用以克服無人機在某一方向上受到的較大外力。
[0012]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述輔助螺旋槳還配置有可調底座，用于調整和改變輔助螺旋槳的旋轉平面方向，所述可調底座安裝于無人機裝置的機架上。
[0013]在輔助螺旋槳上配置可調底座，用于調整和改變輔助螺旋槳的旋轉平面方向，使輔助螺旋槳的作用力方向可以發(fā)生改變，無人機在平穩(wěn)環(huán)境狀態(tài)下進行升降時，通過主控單元對可調底座的控制，改變輔助螺旋槳的旋轉平面方向，使輔助螺旋槳的旋轉平面平行與主螺旋槳的旋轉平面，輔助螺旋槳和主螺旋槳同時為無人機的升降提供向上或向下的拉力，從而減少無人機在平穩(wěn)環(huán)境下的升降時間，達到提高無人機在起飛和降落時的工作效率。在惡劣環(huán)境起飛降落的過程中，主螺旋槳用于產生向上或向下的拉力，通過調整可調底座，使輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于水平面，從而為無人機提供水平方向上的作用力，保證無人機在水平方向上的速度和加速度為零，使無人機在垂直方向上完成平穩(wěn)起飛和降落。
[0014]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述可調底座使用方向可調整裝置，所述方向可調整裝置是指方向隨調節(jié)電壓進行控制的動力裝置。無人機在起飛和降落過程中，安裝在無人機上的檢測裝置首先測得在各個方向上的作用力大小，然后通過轉化系統(tǒng)將機械作用力轉化為電壓信號，方向可調整裝置即根據調節(jié)電壓來輸出作用力，得到控制方向的目的，從而使可調底座的方向得到有效調整。
[0015]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述方向可調整裝置為舵機。使用舵機作為可調底座，舵機控制電路板接收來自信號線的控制信號，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤，舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據所在位置決定電機的轉動方向和速度，從而達到目標停止，以便實現輔助螺旋槳作用力方向的有效控制。
[0016]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述無人機裝置還設置有用于測量速度和加速度的感知器件。使用陀螺儀、慣性測量單元等作為對無人機速度和加速度進行感知的傳感器器件及單元，對無人機三維空降各方向(前、后、左、右、上、下)的速度和加速度進行測量，作為無人機飛行狀態(tài)的反饋量，然后在主控單元引入智能算法，根據速度和加速度感知單元的反饋量進行計算，進而轉化為系統(tǒng)調整單元的調節(jié)量，通過無人機上的主控單元對輔助螺槳的轉速進行調節(jié)，用以抵消無人機在水平方向上所受的環(huán)境干擾，確保無人機的垂直升降。
[0017]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述無人機裝置還配置有脈沖寬度調制器。使用脈沖寬度調制器對無人機各方向的輔助螺旋槳的轉速進行精確調整，從而使機身水平面各方向的速度及加速度為零，確保無人機在垂直方向上完成升降動作。
[0018]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述無人機裝置還設有用于遠程監(jiān)測和控制無人機運行的地面控制裝置，所述地面控制裝置包括顯示屏、存儲器以及操作界面。通過地面控制裝置的操作界面向主控單元發(fā)送控制執(zhí)行信號，同時接收由主控單元回傳回來的各個系統(tǒng)單元的工作狀態(tài)信息，并通過顯示屏顯示查看，這些回傳回來的信息存儲于存儲器中。
[0019]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是:
[0020]1、在無人機上設置用于克服水平方向上外界環(huán)境干擾的輔助螺旋槳，主螺旋槳提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力，牽引機體向上運動，輔助螺旋槳用以克服水平方向上外界環(huán)境的干擾，增強無人機在水平方向上的抗干擾能力，通過輔助螺旋槳的轉速控制，使無人機機身在水平面各方向的速度及加速度為零，確保無人機在垂直方向上完成升降動作；
[0021]2、輔助螺旋槳上配置可調底座，使輔助螺旋槳的作用力方向發(fā)生改變，在平穩(wěn)環(huán)境狀態(tài)下進行升降時，調整底座的方向，使輔助螺旋槳和主螺旋槳同時為無人機的升降提供向上或向下的拉力，從而減少無人機在平穩(wěn)環(huán)境下的升降時間，在惡劣環(huán)境起飛降落的過程中，主螺旋槳用于產生向上或向下的拉力，通過調整底座的方向，使輔助螺旋槳為無人機提供水平方向上的作用力，保證無人機在水平方向上的速度和加速度為零，便于無人機在垂直方向上完成升降動作；
[0022]3、無人機裝置配置有速度和加速度感知器件，當外界環(huán)境影響無人機在水平方向上發(fā)生偏移時，根據無人機自身的速度及加速度感知器件，使用智能算法對風速在水平面各方向上的分量大小進行計算，使用配置在無人機裝置上的脈沖寬度調制器對各方向的輔助螺旋槳進行調整，使機身水平面各方向的速度和加速度為零，使無人機易于升降，提高了抗干擾能力。
[0023]【附圖說明】:
[0024]圖1為現有的四旋翼無人機的結構原理圖。
[0025]圖2為實施例1中的無人機裝置的結構原理圖。
[0026]圖3為實施例2中的無人機裝置的結構原理圖。
[0027]圖4為實施例3中的無人機裝置的結構原理圖。
[0028]圖中標記:1_第一主螺旋槳，2-第二主螺旋槳，3-第三主螺旋槳，4-第四主螺旋槳，5-第一輔助螺旋槳，6-第二輔助螺旋槳，7-第三輔助螺旋槳，8-第四輔助螺旋槳，9-第一可調底座，10-第二可調底座，11-第三可調底座，12-第四可調底座。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。
[0030]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0031]實施例1
[0032]本實施例用于無人機在環(huán)境惡劣、風速大的情況下起飛或降落。
[0033]如圖2所示，升降時抗干擾的無人機裝置，包括多個輔助螺旋槳，所述輔助螺旋槳以十字形機架為中心，對稱布置于無人機機體周圍，輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于水平面，且輔助螺旋槳的旋轉平面方向可調。無人機上設置有4個主螺旋槳，分別為第一主螺旋槳1、第二主螺旋槳2、第三主螺旋槳3、第四主螺旋槳4，且四個主螺旋槳布置于十字形機架結構上，將十字形機架的布置平面看作直角坐標平面，則第一主螺旋槳I和第三主螺旋槳3分別布置在X軸的正負方向上，從俯視方向看，主螺旋槳旋轉方向為逆時針旋轉，旋轉平面平行于水平面，為無人機提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力。第二主螺旋槳2和第四主螺旋槳4分別布置在Y軸的正負方向上，從俯視方向看，主螺旋槳旋轉方向為順時針方向，旋轉平面平行于水平面，為無人機提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力。
[0034]輔輔助螺旋槳安裝于十字形機架上，且輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于所在機架的軸線，如圖2所示，輔助螺旋槳為4個，對稱布置于十字形機架的4個端部，第一輔助螺旋槳5和第三輔助螺旋槳7分別布置在X軸的正負方向上，且位于第一主螺旋槳I和第三主螺旋槳3的外側，輔助螺旋槳旋轉形成的旋轉平面垂直于水平面，同時垂直于X軸的軸線，用以提供水平方向上的作用力，第二輔助螺旋槳6和第四輔助螺旋槳8分別布置在Y軸的正負方向上，且位于第二主螺旋槳2和第四主螺旋槳4的外側，輔助螺旋槳旋轉形成的平面垂直于水平面，同時垂直于Y軸的軸線。無人機在環(huán)境惡劣、風速大的情況下起飛或者降落時，第二輔助螺旋槳5、第二輔助螺旋槳6、第三輔助螺旋槳7和第四輔助螺旋槳8用以克服水平方向上外界環(huán)境的干擾，增強無人機在水平方向上的抗干擾能力，通過主控單元對輔助螺旋槳的轉速控制，使無人機機身在水平面各方向的速度及加速度為零，確保無人機在垂直方向上完成起飛或降落。
[0035]在本實施例中，輔助螺旋槳與主螺旋槳安裝于同一根十字形機架上，采取這種方式可以簡化無人機裝置的結構，不需要增加額外的機架用于安裝輔助螺旋槳，同時通過主控單元調整輔助螺旋槳旋轉形成的平面垂直于水平面，且垂直于所在十字形機架的軸線，有效實現輔助螺旋槳的效率最大化，使輔助螺旋槳只提供水平方向上的作用力，在水平方向上的作用力達到最大化，最大程度上發(fā)揮輔助螺旋槳克服水平方向上風速干擾的優(yōu)勢。
[0036]無人機裝置配置有用于測量速度和加速度的感知器件，使用陀螺儀、慣性測量單元等作為對無人機速度和加速度進行感知的傳感器器件及單元，同時，無人機裝置還配置有脈沖寬度調制器，使用陀螺儀、慣性測量單元對無人機三維空降各方向(前、后、左、右、上、下)的速度和加速度進行測量，作為無人機飛行狀態(tài)的反饋量，然后在主控單元引入智能算法，根據速度和加速度感知單元的反饋量進行計算，進而轉化為系統(tǒng)調整單元的調節(jié)量，再使用脈沖寬度調制器對無人機各方向的輔助螺旋槳的轉速進行精確調整，從而使機身水平面各方向的速度及加速度為零，確保無人機在垂直方向上完成升降動作。
[0037]無人機裝置還設有用于遠程監(jiān)測和控制無人機運行的地面控制裝置，地面控制裝置包括顯示屏、存儲器以及操作界面。通過地面控制裝置的操作界面向主控單元發(fā)送控制執(zhí)行信號，同時接收由主控單元回傳回來的各個系統(tǒng)單元的工作狀態(tài)信息，并通過顯示屏顯示查看，這些回傳回來的信息存儲于存儲器中。
[0038]主螺旋槳為無人機提供豎直方向的作用力，用以克服無人機自身的重力，實現無人機的升降，輔助螺旋槳為無人機提供水平方向上的作用力，用以克服無人機受到的水平的外界作用力，使無人機在水平面各方向的速度及加速度為零，提高無人機的抗干擾能力。無人機在環(huán)境惡劣、風速大的情況下實現平穩(wěn)升降，同時通過速度和加速度感知器件測得反饋量，根據智能算法得到的調節(jié)量進行調節(jié)，通過主控單元對輔助螺旋槳的轉速進行調整，并且隨環(huán)境變化而進行調整，使其在水平方向上的速度和加速度為零，保證無人機在升降時安全運行，免受外界干擾。
[0039]實施例2
[0040]本實施例用于無人機在平穩(wěn)環(huán)境狀況下起飛和降落的場合。
[0041]如圖3所示，升降時抗干擾的無人機裝置，包括多個輔助螺旋槳，所述輔助螺旋槳以十字形機架為中心，對稱布置于無人機機體周圍，輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于水平面，且輔助螺旋槳的旋轉平面方向可調。在本實施例中，將輔助螺旋槳的旋轉平面的方向調整為平行于水平面，與主螺旋槳的旋轉平面方向相同，主螺旋槳包括第一主螺旋槳1、第二主螺旋槳2、第三主螺旋槳3、第四主螺旋槳4，且四個主螺旋槳布置于十字形機架結構上，將十字形機架的布置平面看作直角坐標平面，則第一主螺旋槳I和第三主螺旋槳3分別布置在X軸的正負方向上，且主螺旋槳的旋轉平面平行于水平面，為無人機提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力。第二主螺旋槳2和第四主螺旋槳4分別布置在Y軸的正負方向上，且主螺旋槳的旋轉平面平行于水平面，為無人機提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力。
[0042]輔助螺旋槳安裝于十字形機架上，且輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于所在機架的軸線，如圖3所示，輔助螺旋槳為4個，對稱布置于十字形機架的4側端部，第一輔助螺旋槳5和第三輔助螺旋槳7分別布置在X軸的正負方向上，且位于第一主螺旋槳I和第三主螺旋槳3的外側，輔助螺旋槳旋轉形成的旋轉平面平行于水平面，同時平行于X軸的軸線，用以提供豎直方向上的作業(yè)用力，第二輔助螺旋槳6和第四輔助螺旋槳8分別布置在Y軸的正負方向上，且位于第二主螺旋槳2和第四主螺旋槳4的外側，輔助螺旋槳旋轉形成的平面平行于水平面，同時平行于Y軸的軸線。無人機在平穩(wěn)環(huán)境中起飛或者降落時，第一輔助螺旋槳5、第二輔助螺旋槳6、第三輔助螺旋槳7和第四輔助螺旋槳8用以提供豎直方向上的作用力，提升無人機升降的速度，縮短無人機的升降時間，使無人機在較短時間內完成升降動作，減少了受到外界環(huán)境干擾的幾率，從而提高了無人機升降時的抗干擾能力。
[0043]在本實施例中，輔助螺旋槳與主螺旋槳安裝于同一根十字形機架上，采取這種方式可以簡化無人機裝置的結構，不需要增加額外的機架用于安裝輔助螺旋槳，同時調整輔助螺旋槳旋轉形成的平面平行于水平面，且平行于所在十字形機架的軸線，使輔助螺旋槳只提供垂直方向上的作用力，在垂直方向上的作用力達到最大化，使無人機在最短時間內完成升降過程，減少了不確認環(huán)境因素的影響，提高升降時抗干擾能力。
[0044]在本實施例中，輔助螺旋槳還配置有可調底座，如圖3所示，第一輔助螺旋槳5配置有第一可調底座9，第二輔助螺旋槳6配置有第二可調底座10，第三輔助螺旋槳7配置有第三可調底座11，第四輔助螺旋槳8配置有第四可調底座12，用于調整和改變輔助螺旋槳的旋轉平面方向，可調底座安裝于無人機裝置的機架上，在平穩(wěn)環(huán)境起飛降落的過程中，主螺旋槳用于產生向上或向下的拉力，通過調整可調底座的方向，使輔助螺旋槳的旋轉平面平行于水平面，從而同時為無人機提供向上的拉力，保證無人機以較快速度在最短時間內完成升降動作?？烧{底座使用方向可調整裝置，方向可調整裝置為方向隨調節(jié)電壓進行控制的動力裝置，使用舵機作為方向可調整裝置，舵機控制電路板接收來自信號線的控制信號，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤，舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據所在位置決定電機的轉動方向和速度，從而達到目標停止，以便實現輔助螺旋槳作用力方向的有效控制。
[0045]無人機裝置配置有用于測量速度和加速度的感知器件，使用陀螺儀、慣性測量單元等作為對無人機速度和加速度進行感知的傳感器器件及單元，同時，無人機裝置還配置有脈沖寬度調制器，使用陀螺儀、慣性測量單元對無人機三維空降各方向(前、后、左、右、上、下)的速度和加速度進行測量，作為無人機飛行狀態(tài)的反饋量，然后在主控單元引入智能算法，根據速度和加速度感知單元的反饋量進行計算，進而轉化為系統(tǒng)調整單元的調節(jié)量，再使用脈沖寬度調制器對無人機各方向的輔助螺旋槳的轉速進行精確調整，無人機在平穩(wěn)環(huán)境下升降時，水平面方向上的速度及加速度為零，可調底座根據信息反饋調整角度，使輔助螺旋槳的旋轉平面平行于水平面，使無人機以較快速度在最短時間內完成升降過程，減少了不確認環(huán)境因素的影響，提高升降時抗干擾能力。
[0046]本實施例在實際應時，首先通過主控單元啟動無人機主螺旋槳，主螺旋槳的旋轉平面平行于水平面，為無人機提供向上的拉力，無人機上升進入起飛階段，再通過主控單元啟動輔助螺旋槳，為無人機提供水平方向上的作用力，無人機上設置有環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對外部環(huán)境進行監(jiān)測，使無人機的主控單元根據外部環(huán)境及時調整輔助螺旋槳的旋轉平面方向，在平穩(wěn)環(huán)境下，主控單元將輔助螺旋槳的旋轉平面方向調整為平行于水平面，為無人機提供垂直方向上的作用力，減短無人機的升降時間，無人機完成飛行后，降落時，根據外部環(huán)境及時調整輔助螺旋槳的旋轉平面方向，在平穩(wěn)環(huán)境下，通過主控單元將輔助螺旋槳的旋轉平面方向調整為平行于水平面，為無人機提供垂直方向上的作用力，減短無人機的升降時間，無人機完成降落后，通過主控單元關閉主螺旋槳和輔助螺旋槳。
[0047]主螺旋槳為無人機提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力，實現無人機的升降。安裝在可調底座上的輔助螺旋槳同樣為無人機提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力，提升無人機升降的速度，縮短無人機的升降時間，從而實現無人機在較短時間內完成升降動作，提高升降時抗干擾能力。無人機在平穩(wěn)環(huán)境下升降時，由于水平面方向上的速度和加速度均為零，可調底座通過速度和加速度感知器件測得反饋量，根據智能算法得到的調節(jié)量進行調節(jié)，輔助螺旋槳的旋轉面調整為平行于水平面方向，使無人機以較快速度完成升降，減少了不確認環(huán)境因素的影響，免受外界干擾。
[0048]實施例3
[0049]本實施例用于無人機在環(huán)境惡劣、風速大的情況下起飛和降落的場合。
[0050]如圖4所示，升降時抗干擾的無人機裝置，包括多個輔助螺旋槳，所述輔助螺旋槳以十字形機架為中心，對稱布置于無人機機體周圍，輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于水平面，且輔助螺旋槳的旋轉平面方向可調。無人機的主螺旋槳包括第一主螺旋槳1、第二主螺旋槳
2、第三主螺旋槳3、第四主螺旋槳4，且四個主螺旋槳布置于十字形機架結構上，將十字形機架的布置平面看作直角坐標平面，則第一主螺旋槳I和第三主螺旋槳3分別布置在X軸的正負方向上，且主螺旋槳的旋轉平面平行于水平面，為無人機提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力。第二主螺旋槳2和第四主螺旋槳4分別布置在Y軸的正負方向上，且主螺旋槳的旋轉平面平行于水平面，為無人機提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力。
[0051]輔助螺旋槳安裝于十字形機架上，且輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于所在機架的軸線，如圖4所示，輔助螺旋槳為4個，對稱布置于十字形機架的4個端部，第一輔助螺旋槳5和第三輔助螺旋槳7分別布置在X軸的正負方向上，且位于第一主螺旋槳I和第三主螺旋槳3的外側，輔助螺旋槳旋轉形成的旋轉平面垂直于水平面，同時垂直于X軸的軸線，用以提供水平方向上的作用力，第二輔助螺旋槳6和第四輔助螺旋槳8分別布置在Y軸的正負方向上，且位于第二主螺旋槳2和第四主螺旋槳4的外側，輔助螺旋槳旋轉形成的平面垂直于水平面，同時垂直于Y軸的軸線。無人機在環(huán)境惡劣、風速大等情況下起飛或者降落時，第一輔助螺旋槳5、第二輔助螺旋槳6、第三輔助螺旋槳7和第四輔助螺旋槳8用于提供水平方向上的作用力，克服無人機在水平方向上的干擾，使無人機在水平方向上受到的速度和加速度為零，從而實現無人機在垂直方向上平穩(wěn)升降，提高升降時抗干擾能力。
[0052]在本實施例中，輔助螺旋槳與主螺旋槳安裝于同一根十字形機架上，采取這種方式可以簡化無人機裝置的結構，不需要增加額外的機架用于安裝輔助螺旋槳，同時調整輔助螺旋槳旋轉形成的平面垂直于水平面，且垂直于所在十字形機架的軸線，使輔助螺旋槳只提供水平方向上的作用力，在水平方向上的作用力達到最大化，使無人機能夠實現平穩(wěn)升降，提高升降時的抗干擾能力。
[0053]在本實施例中，輔助螺旋槳還配置有可調底座，如圖4所示，第一輔助螺旋槳5配置有第一可調底座9，第二輔助螺旋槳6配置有第二可調底座10，第三輔助螺旋槳7配置有第三可調底座11，第四輔助螺旋槳8配置有第四可調底座12，用于調整和改變輔助螺旋槳的旋轉平面方向，所述可調底座安裝于無人機裝置的機架上，在環(huán)境惡劣、風速大等狀況下起飛和降落時，主螺旋槳用于產生向上或向下的拉力，通過調整可調底座的方向，使輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于水平面，從而同時為無人機提供水平方向上的作用力，保證無人機平穩(wěn)升降?？烧{底座指方向隨調節(jié)電壓進行控制的方向可調整裝置，使用舵機作為方向可調整裝置，舵機控制電路板接收來自信號線的控制信號，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤，舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據所在位置決定電機的轉動方向和速度，從而達到目標停止，以便實現輔助螺旋槳作用力方向的有效控制。
[0054]無人機裝置配置有用于測量速度和加速度的感知器件，使用陀螺儀、慣性測量單元等作為對無人機速度和加速度進行感知的傳感器器件及單元，同時，無人機裝置還配置有脈沖寬度調制器，使用陀螺儀、慣性測量單元對無人機三維空降各方向(前、后、左、右、上、下)的速度和加速度進行測量，作為無人機飛行狀態(tài)的反饋量，然后在主控單元引入智能算法，根據速度和加速度感知單元的反饋量進行計算，進而轉化為系統(tǒng)調整單元的調節(jié)量，再使用脈沖寬度調制器對無人機各方向的輔助螺旋槳的轉速進行精確調整，無人機在環(huán)境惡劣、風速大等狀況下升降時，無人機在水平面方向上存在速度及加速度，可調底座根據信息反饋調整角度，使輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于水平面，使無人機克服在水平方向受到的外力，使其在水平方向上的速度和加速度為零，實現無人機的平穩(wěn)升降。
[0055]主螺旋槳為無人機提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力，實現無人機的升降。安裝在可調底座上的輔助螺旋槳為無人機提供水平方向上的作用力，用以克服無人機在水平方向上受到的干擾，使無人機平穩(wěn)地完成起飛和降落，提高升降時抗干擾能力。無人機在環(huán)境惡劣、風速大的情況下升降時，由于無人機在水平面方向上存在速度和加速度，可調底座通過速度和加速度感知器件測得反饋量，根據智能算法得到的調節(jié)量進行調節(jié)，輔助螺旋槳的旋轉面調整為垂直于水平面方向，使無人機在惡劣環(huán)境下實現平穩(wěn)升降，免受外界干擾。
[0056]實施例4
[0057]本實施例用于無人機在一般環(huán)境(存在風速，但風速不大)下升降的場合。
[0058]在本實施例中，輔助螺旋槳還配置有可調底座，第一輔助螺旋槳5配置有第一可調底座9，第二輔助螺旋槳6配置有第二可調底座10，第三輔助螺旋槳7配置有第三可調底座11，第四輔助螺旋槳8配置有第四可調底座12，用于調整和改變輔助螺旋槳的旋轉平面方向，所述可調底座安裝于無人機裝置的機架上，在存在外界干擾而且干擾不大的情況下起飛和降落時，主螺旋槳用于產生向上或向下的拉力，通過調整可調底座的方向，使輔助螺旋槳的旋轉平面與水平面存在一定角度，從而同時為無人機提供豎直方向、水平方向上的作用力，保證無人機在水平方向上的速度和加速度為零，同時還能為無人機在豎直方向上提供一定量的作用力，使無人機在平穩(wěn)升降的同時，加快升降的速度，免受外界干擾?？烧{底座指方向隨調節(jié)電壓進行控制的方向可調整裝置，使用舵機作為方向可調整裝置，舵機控制電路板接收來自信號線的控制信號，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤，舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據所在位置決定電機的轉動方向和速度，從而達到目標停止，以便實現輔助螺旋槳作用力方向的有效控制。
[0059]無人機裝置配置有用于測量速度和加速度的感知器件，使用陀螺儀、慣性測量單元等作為對無人機速度和加速度進行感知的傳感器器件及單元，同時，無人機裝置還配置有脈沖寬度調制器，使用陀螺儀、慣性測量單元對無人機三維空降各方向(前、后、左、右、上、下)的速度和加速度進行測量，作為無人機飛行狀態(tài)的反饋量，然后在主控單元引入智能算法，根據速度和加速度感知單元的反饋量進行計算，進而轉化為系統(tǒng)調整單元的調節(jié)量，再使用脈沖寬度調制器對無人機各方向的輔助螺旋槳的轉速進行精確調整，無人機在存在一定外界干擾的情況下升降時，無人機在水平面方向上存在一定速度及加速度，可調底座根據信息反饋調整角度，使輔助螺旋槳的旋轉平面與水平面調整為一定角度，使無人機不僅平穩(wěn)升降，同時還以較快速度在最短時間內完成升降過程，減少了不確認環(huán)境因素的影響，提高升降時抗干擾能力。
[0060]主螺旋槳為無人機提供向上的拉力，用以克服無人機自身的重力，實現無人機的升降。安裝在可調底座上的輔助螺旋槳同時為無人機提供水平方向、垂直方向上的作用力，用以克服無人機在水平方向上受到干擾的同時，使無人機在較短時間內完成起飛和降落，提高升降時抗干擾能力。
[0061]在實際應用平穩(wěn)升降的無人機裝置時，根據以下方法來操作和控制無人機，該方法包括以下步驟:
[0062 ] a、通過主控單元啟動無人機主螺旋槳；
[0063]b、主螺旋槳的旋轉平面平行于水平面，為無人機提供向上的拉力，無人機上升進入起飛階段，再通過主控單元啟動輔助螺旋槳，為無人機提供水平方向上的作用力；
[0064]c、無人機上自帶有環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對外部環(huán)境進行監(jiān)測，主控單元根據外部環(huán)境情況及時調整輔助螺旋槳的旋轉平面方向，在平穩(wěn)環(huán)境下，主控單元將輔助螺旋槳的旋轉平面方向調整為平行于水平面，為無人機提供垂直方向上的作用力，減短無人機的升降時間，在惡劣環(huán)境下，主控單元將輔助螺旋槳的旋轉平面方向調整為垂直于水平面，為無人機提供水平方向上的作用力，使無人機機身在水平面各方向的速度及加速度為零，確保無人機平穩(wěn)上升；
[0065]d、無人機完成飛行后，在下降時，無人機自帶的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對外部環(huán)境進行監(jiān)測，主控單元根據外部環(huán)境及時調整輔助螺旋槳的旋轉平面方向，在平穩(wěn)環(huán)境下，主控單元將輔助螺旋槳的旋轉平面方向調整為平行于水平面，為無人機提供垂直方向上的作用力，減短無人機的升降時間，在惡劣環(huán)境下，主控單元將輔助螺旋槳的旋轉平面方向調整為垂直于水平面，為無人機提供水平方向上的作用力，使無人機機身在水平面各方向的速度及加速度為零，確保無人機平穩(wěn)降落；
[0066]e、無人機降落后，通過主控單元關閉主螺旋槳和輔助螺旋槳。
[0067]采取上述方式，使無人機在平穩(wěn)環(huán)境下升降時，減短升降時間，使無人機免受外界環(huán)境的影響，在惡劣環(huán)境下升降時，能增強無人機的抗干擾能力，完成平穩(wěn)升降。
[0068]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種平穩(wěn)升降的無人機裝置，其特征在于，包括多個輔助螺旋槳，所述輔助螺旋槳以十字形機架為中心，對稱布置于無人機機體周圍，輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于水平面，且輔助螺旋槳的旋轉平面方向可調。2.根據權利要求1所述的平穩(wěn)升降的無人機裝置，其特征在于，所述輔助螺旋槳安裝于十字形機架上，且輔助螺旋槳的旋轉平面垂直于所在機架的軸線。3.根據權利要求2所述的平穩(wěn)升降的無人機裝置，其特征在于，所述輔助螺旋槳為4個，對稱布置于十字形機架的端部。4.根據權利要求2所述的平穩(wěn)升降的無人機裝置，其特征在于，所述輔助螺旋槳還配置有可調底座，用于調整輔助螺旋槳的旋轉平面方向，所述可調底座安裝于無人機裝置的機架上。5.根據權利要求4所述的平穩(wěn)升降的無人機裝置，其特征在于，所述可調底座使用方向可調整裝置，所述方向可調整裝置是指方向隨調節(jié)電壓進行控制的動力裝置。6.根據權利要求5所述的平穩(wěn)升降的無人機裝置，其特征在于，所述方向可調整裝置為舵機。7.根據權利要求3或6所述的平穩(wěn)升降的無人機裝置，其特征在于，無人機裝置還配置有用于測量速度和加速度的感知器件。8.根據權利要求7所述的平穩(wěn)升降的無人機裝置，其特征在于，無人機裝置還配置有脈沖寬度調制器。9.根據權利要求2所述的平穩(wěn)升降的無人機裝置，其特征在于，無人機裝置還設有用于遠程監(jiān)測和控制無人機運行的地面控制裝置，所述地面控制裝置包括顯示屏、存儲器以及操作界面。
【文檔編號】B64C27/82GK205554586SQ201620388640
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】韋海成, 張白, 肖明霞, 王淼軍, 潘俊濤
【申請人】北方民族大學