CN107264769B - 一种刚性多旋翼飞行器合并*** - Google Patents

一种刚性多旋翼飞行器合并*** Download PDF

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Abstract

一种刚性多旋翼飞行器合并***，采用刚性支架、连接杆等部件将多个旋翼飞行器连接在一起，形成较大的飞行器结构，具有更大的飞行负荷能力。通过合并模块设定个体飞行器的独立飞行或合并飞行模式，设定主从模式，进行主从机信号交互。主控制器完成飞行姿态的检测和动力单元的控制信号计算，主控制器合并控制自身的动力单元，并将从机动力信号传递给从机。从机根据主机的动力信号完成自身动力单元的控制，与主机动力单元一起完成飞行姿态控制。

Description

一种刚性多旋翼飞行器合并***
技术领域
本发明涉及一种将多个多旋翼飞行器合并形成较大飞行器的机械电子控制***。
背景技术
多旋翼飞行器是一种高可靠性、结构简单、成本低廉的飞行器，在军事、农业、生活领域有大量的应用。一般单个多旋翼飞行器的主要功能部件有机架、电子控制***、动力单元。动力单元为电机驱动的旋翼(螺旋桨)，一般为3到8个，成中心对称分布。
飞行器一般有其额定的负载能力。通常大重量的负载需要较大的飞行***，重量较小的负载采用较小的飞行***。多旋翼飞行器结构简单，可靠性高，如果能将多个旋翼飞行器合并成一个大的飞行器，其有效载荷能得到成倍的提高。在载重要求比较灵活的应用场合，这种方法可以通过小飞行器的组合获得大重量的飞行负载需求，也可以拆分独立应对小重量飞行负荷需求，节省大飞行器的投资，大大降运营成本。本发明提供一种将多个飞行器合并的机械电子***，提供最核心的技术实现方法。
发明内容
图1为刚性多旋翼飞行器合并***机械结构图。图1中部件2为刚性连接机架，与部件3连接杆固定在一起。图1中部件1为单个多旋翼飞行器，在其机体上有连接座(图2中部件4)，与合并模块(图2中部件5)。连接机架通过连接杆与多旋翼飞行器的连接座连接固定，一般连接机架按照中心对称的原则将旋翼飞行器固定连接，见图1中的四个多旋翼飞行器的固定方法。固定完成的***，合并成一个大的飞行器架构。如果每个飞行器有效负载为g，大的飞行器的有效载荷近似为N·g，可以承载较大的飞行负荷。
每个独立的多旋翼具备一个合并模块(图2中部件5)完成如下功能：1)确定其在独立飞行还是合并飞行的模式。2)确定其所载控制器将作为合并飞行器的主控单元还是从属控制单元。3)传递控制信息。
每个独立的多旋翼飞行器的控制***，应具备独立飞行模式和合并飞翔模式，并可通过合并单元的设置来识别。在独立飞行模式下，每个飞行器的控制***单独控制其多个动力单元，每个动力单元的驱动信号是不同的，以维持其飞行姿态。在合并飞行模式下，每个旋翼机中的多个动力单元使用一路控制信号同步驱动，多个动力单元合并为单一动力单元，合并***的结构类似一个更大的多旋翼飞行器。设定其中一台飞行器的控制***作为主控单元，其它飞行器的控制***作为从属单元。因合并***在结构上成为一个刚性整体，主控单元利用自身的陀螺仪、加速度计、GPS、磁场计等传感器检测的姿态信息可以作为合并***的姿态信息，通过算法将飞行过程的实时控制信号通过合并模块(图2中部件5)，传递给从属飞行器，从属飞行器按控制信号的大小驱动自身的动力单元，共同完成合并飞行器的各种姿态控制任务。
按照上述原理，刚性多旋翼飞行器合并******特征如下：
1.一种刚性多旋翼飞行器合并***，通过刚性支架、连接杆、连接座将多个小飞行器固定为一体，形成合并飞行器架构。
2.如1中所述的小飞行器个体带有合并模块，完成独立飞行与合并飞行的设定，完成主控制器与从属控制器的设定，完成主从机控制信号传递。
3.如1中所述的小飞行器个体，其控制***具有识别合并模块设定模式的功能，除具备通常的独立飞行模式程序，还需具备合并飞行模式的程序；在合并飞行模式下，程序可以区分主机和从机工作模式，主机要检测合并飞行器的姿态、位置信息、接收外部工作指令，并计算动力控制量，合并控制自身的动力单元，同时通过合并模块将从机的控制信息传输给从机，完成飞行器的飞行控制；从机主要根据主机传递的控制信息合并控制其从机动力单元。
附图说明
图1刚性多旋翼飞行器合并***整体示意图
图2小个体飞行器与刚性支架的连接示意图
具体实施方式
具体实施例1
采用4个飞行器进行合并，刚性固定机架为圆形，中心对称安装四个连接杆，与四个多旋翼机进行连接。合并模块由2个2位开关和多股(至少5根线)信号线构成，其中1个2位开关与控制器开关量接口连接，设定独立/合并飞行模式；另一个2位开关与控制器开关量接口连接，设定主机/从机模式。主机能检测合并飞行器的姿态、位置信息、接收外部工作指令，并根据指令通过算法计算动力单元控制量。使用高精度PWM信号将信息输出给各个电机驱动模块。一方面合并控制自身的动力单元，另一方面从机的控制信息通过合并模块的多股导线传输给其它三个从机，完成飞行器的飞行控制；从机主要根据主机传递的控制信息控制其从机动力单元，与主机动力单元一起完成飞行姿态控制，此种方式最简洁。
具体实施例2
将具体实施例1中的合并模块由2个2位开关、无线传输模块构成，开关功能同具体实施例1，主从机间的信号交互采用无线传输模块。主机需要将信号协议化通过无线模块传输给从机，从机需要有相应的软件处理无线信号。主机与从机间不存在连线，安装更方便，并且在主从机间传递其它有用信息。
具体实施例3
具体实施例1中的合并模块由2个2位开关和高速通信线构成，主从机间的信号交互采用高速数字信号量。主机需要将信号协议化通过高速信号线传输给从机，从机需要有相应的软件处理高速协议数字信号。一般高速数字信号线为2到3根铜芯导线，比具体实施例1中所用的信号线数量少，并且在主从机间传递其它有用信息。

Claims (1)

1.一种刚性多旋翼飞行器合并***，通过刚性支架、连接杆、连接座将多个小飞行器固定为一体，形成合并飞行器架构；
所述的小飞行器个体带有合并模块，完成独立飞行与合并飞行的设定，完成主控制器与从属控制器的设定，完成主从机控制信号传递；
所述的小飞行器个体，其控制***具有识别合并模块设定模式的功能，除具备通常的独立飞行模式程序，还需具备合并飞行模式的程序；在合并飞行模式下，程序可以区分主机和从机工作模式，主机要检测合并飞行器的姿态、位置信息、接收外部工作指令，并计算动力控制量，合并控制自身的动力单元，同时通过合并模块将从机的控制信息传输给从机，完成飞行器的飞行控制；从机主要根据主机传递的控制信息合并控制其从机动力单元。
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