CN112298537B - 一种直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机及其控制方法 - Google Patents

一种直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种双旋翼纵列式无人直升机及其控制方法。一种直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机，由机体组件、动力组件、旋翼组件和操纵组件构成，所述动力组件、旋翼组件和操纵组件安装在由所述机体组件构成的机体上，所述旋翼组件共有两组，所述的操纵组件包括四个舵机，每一个旋翼组件由两个舵机操控；所述的动力组件与旋翼组件连接。本发明的双旋翼纵列式无人直升机采用直驱式结构和四舵机控制，结构简化、零件减少、重量减轻、成本降低、可靠性提高、维护更方便。

Description

一种直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机及其控制方法
技术领域
本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种双旋翼纵列式无人直升机及其控制方法。
背景技术
双旋翼纵列式直升机在运输、救援和海洋等应用领域是非常理想的机型。目前，包括波音360和支奴干CH-47在内的传统纵列式直升机，其纵向操纵由纵向周期变距和总距差动共同实现，操纵***包含六个伺服舵机，其缺点是零件多、重量大、结构复杂、可靠性差、制造和维护成本高，并没有完全发挥出该机型的先天优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决背景技术中存在的不足的，纵向操纵由总距差动实现、操纵***用四个舵机的，直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机及其控制方法。
为解决前述遇到的技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机，由机体组件、动力组件、旋翼组件和操纵组件构成，所述动力组件、旋翼组件和操纵组件安装在由所述机体组件构成的机体上，所述旋翼组件共有两组，所述的操纵组件包括四个舵机，每一个旋翼组件由两个舵机操控；所述的动力组件与旋翼组件连接。
作为本发明的一种优选方式，所述的旋翼组件包括旋翼轴、旋翼头、横轴、旋翼夹、旋翼和旋翼摇臂，旋翼轴的上端***旋翼头中，旋翼头两端各有一根横轴，两个旋翼夹通过轴承分别安装在两个横轴上，旋翼通过螺丝与旋翼夹连接。
进一步优选地，所述的动力组件包括电机，所述电机通过弹性联轴器连接旋翼轴下端。
进一步优选地，所述的操纵组件包括舵机、第一连杆、倾斜盘、向心关节轴承、动盘、第二连杆，第一连杆一端与舵机摇臂连接、另一端与倾斜盘连接，动盘一端安装有向心关节轴承、另一端与动盘连接；第二连杆一端与动盘连接，另一端与旋翼摇臂连接。
进一步优选地，所述的操纵组件还包括防扭组件，所述防扭组件包括固定块和防扭臂，所述固定块夹紧在旋翼轴上，防扭臂一端连接在固定块上，另一端连接在动盘上。
本发明还提供了所述的直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机的控制方法，包括：
垂直：四个舵机同时上摆，则沿竖轴Z向上升；四个舵机同时下摆，则沿竖轴向下降；
俯仰：前方两舵机下摆，后方两舵机上摆，则绕竖轴向前俯；前方两舵机上摆，后方两舵机下摆，向后仰；
滚转：左前方舵机和左后方舵机同时下摆，右前方舵机和右后方舵机上摆，则绕纵轴X向左滚转；左前方舵机和左后方舵机同时上摆，右前方舵机和右后方舵机下摆，向右滚转；
偏航：左前方舵机和右后方舵机同时下摆，右前方舵机和左后方舵机上摆，则绕横轴Y逆时针转向；左前方舵机和右后方舵机同时上摆，右前方舵机和左后方舵机下摆，顺时针转向。
类似于常规无人直升机，在进行俯仰、滚转、偏航操纵时，为了保持高度不变需要补偿总距。不同于六舵机纵列式直升机，四舵机纵列式直升机，在进行俯仰操纵时，需要进行航向运动补偿。
与现有技术相比较，本发明的直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机及其控制方法，具有的有益效果是：
（1）采用直驱式结构，电机不经机械传动直接驱动旋翼轴，结构简化、零件减少、维护更方便；
（2）采用四舵机结构，舵机数量减少了两个，成本降低、重量减轻、动部件减少、可靠性提高；
（3）可用空间变大，易于装载和配平；
（4）零部件数量减少、横截面愈加紧凑，废阻、型阻均减小。
附图说明
图1为本发明的直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机整体结构示意图；
图2为本发明的部件构成示意图；
图3为本发明的机体组件示意图；
图4为本法明的动力组件、旋翼组件和操纵组件示意图；
图5是旋翼组件局部细节图。
图中：1-机体组件，2-动力组件，3-旋翼组件，4-操纵组件，11-侧板，12-加固件，13-上板，14-底板，15-座板，16-起落架，21-电池，22-电调，23-电机，24-弹性联轴器，31-旋翼轴，32-旋翼头，33-横轴，34-旋翼夹，35-旋翼，36-摇臂，41-舵机座，42-舵机，43-第一连杆，44-倾斜盘，45-向心关节轴承，46-动盘，47-防扭臂，48-固定块，49-第二连杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供的其中一个实施例是：一种直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机，由机体组件1、动力组件2、旋翼组件3和操纵组件4构成。其中旋翼组件和操纵组件前后各一套，且前后旋翼的转速相同、方向相反。
如图1和3所示，机体组件1包括两个侧板11、夹在两个侧板中间的五个加固件12、一个上板13、一个底板14、两个安置动力组件/旋翼组件/操纵组件的座板15和一副滑橇式起落架16。底板14设置在两个侧板11的底部。
如图2和3所示，侧板11是主承力构件，由五个加固件12将其固连，对机体框架进行加固。上板13螺接在上部的两个加固件12上，上板13上可放置GPS。底板14螺接在下部的三个加固件12上，可放置电池21、飞控、数传电台等。座板15对称设置于侧板11的前后两端，用于安置动力组件2、旋翼组件3和操纵组件4。起落架16通过半圆形管夹连接在两端的加固件12上。
如图4所示，动力组件2主要由一个电池21、两个电调22、两个电机23和两个弹性联轴器24组成。电机23的螺接于座板15上，通过弹性联轴器24直接连接旋翼轴31，两个电调22的信号线分别***连接于飞控输出端的一分二杜邦线插头中。
如图4和5所示，旋翼组件3包括一根旋翼轴31、一个旋翼头32、两个横轴33、两个旋翼夹34、两副旋翼35和四个旋翼摇臂36，旋翼轴31一端***弹性联轴器的输出端、另一端***旋翼头32中。旋翼头32两端各有一根横轴33，两个旋翼夹34通过轴承分别安装在两个横轴33上，并且可绕其转动，旋翼35通过螺丝与旋翼夹34连接。
如图4 所示，操纵组件4包括四个舵机座41、四个舵机42、四根第一连杆43、两个倾斜盘44、两个向心关节轴承45、两个动盘46、四副防扭臂47、两个固定块48、四根第二连杆49.
舵机42通过螺丝安装在舵机座41上，第一连杆43一端与舵机42的摇臂连接、另一端与倾斜盘44连接，第一连杆43将舵机42的运动传递给倾斜盘44，引起倾斜盘44按照控制要求倾转。
动盘46一端安装有向心关节轴承、另一端***安装于倾斜盘44上的深沟球轴承内圈，动盘46不仅可以随旋翼轴31转动和随倾斜盘44倾转，而且还可以沿旋翼轴31的作直线运动。
固定块48夹紧在旋翼轴31上，根据桨距角变化范围和连杆行程，确定好位置后再用螺丝锁紧。
防扭臂47一端连接在固定块48上、另一端连接在动盘46上，用于防止倾斜盘绕Z轴扭动，影响操纵精度。
第二连杆49一端与动盘46连接、另一端与旋翼摇臂36连接。第二连杆49将动盘46的运动传递给旋翼摇臂36，以改变旋翼35的桨距角。
本发明提供的另一个实施例是：直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机的控制方法，具体步骤如下：
（1）垂直：前方两舵机和后方两舵机同时上摆，则沿竖轴（z轴）向上升；
前方两舵机和后方两舵机同时下摆，则沿竖轴（z轴）向下降。当旋翼产生的升力等于无人机自身重力时，可以滞留空中、实现悬停；
（2）俯仰：前方两舵机下摆，后方两舵机上摆，则绕竖轴（z轴）向前俯；，前方两舵机上摆，后方两舵机下摆，向后仰；
（3）滚转：左前方舵机和左后方舵机同时下摆，右前方舵机和右后方舵机上摆，则绕纵轴（x轴）向左滚转；左前方舵机和左后方舵机同时上摆，右前方舵机和右后方舵机下摆，则绕纵轴（x轴）向右滚转；
（4）偏航：左前方舵机和右后方舵机同时下摆，右前方舵机和左后方舵机上摆，则绕横轴（y轴）逆时针转向；左前方舵机和右后方舵机同时上摆，右前方舵机和左后方舵机下摆，则绕横轴（y轴）顺时针转向。
类似于常规无人直升机，在进行俯仰、滚转、偏航操纵时，为了保持高度不变需要补偿总距。不同于六舵机纵列式直升机，四舵机纵列式直升机，在进行俯仰操纵时，需要进行航向运动补偿。

Claims (2)

1.一种直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机，由机体组件、动力组件、旋翼组件和操纵组件构成，所述动力组件、旋翼组件和操纵组件安装在由所述机体组件构成的机体上，所述旋翼组件共有两组，其特征在于：所述的操纵组件包括四个舵机，每一个旋翼组件由两个舵机操控；所述的动力组件与旋翼组件连接；旋翼组件和操纵组件前后各一套，且前后旋翼的转速相同、方向相反；
所述的旋翼组件包括旋翼轴、旋翼头、横轴、旋翼夹、旋翼和旋翼摇臂，旋翼轴的上端***旋翼头中，旋翼头两端各有一根横轴，两个旋翼夹通过轴承分别安装在两个横轴上，旋翼通过螺丝与旋翼夹连接；
所述的操纵组件包括舵机、第一连杆、倾斜盘、向心关节轴承、动盘、第二连杆，第一连杆一端与舵机摇臂连接、另一端与倾斜盘连接，动盘一端安装有向心关节轴承、另一端与动盘连接；第二连杆一端与动盘连接，另一端与旋翼摇臂连接；动盘不仅可以随旋翼轴转动和随倾斜盘倾转，而且还可以沿旋翼轴作直线运动；第二连杆将动盘的运动传递给旋翼摇臂，以改变旋翼的桨距角；
所述的动力组件主要由一个电池、两个电调、两个电机和两个弹性联轴器组成；电机的螺接于座板上，通过弹性联轴器直接连接旋翼轴，两个电调的信号线分别***连接于飞控输出端的一分二杜邦线插头中；
所述直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机通过以下方式控制：
垂直：四个舵机同时上摆，则沿竖轴Z向上升；四个舵机同时下摆，则沿竖轴向下降；
俯仰：前方两舵机下摆，后方两舵机上摆，则绕竖轴向前俯；前方两舵机上摆，后方两舵机下摆，向后仰；
滚转：左前方舵机和左后方舵机同时下摆，右前方舵机和右后方舵机上摆，则绕纵轴X向左滚转；左前方舵机和左后方舵机同时上摆，右前方舵机和右后方舵机下摆，向右滚转；
偏航：左前方舵机和右后方舵机同时下摆，右前方舵机和左后方舵机上摆，则绕横轴Y逆时针转向；左前方舵机和右后方舵机同时上摆，右前方舵机和左后方舵机下摆，顺时针转向。
2.根据权利要求1所述的直驱四舵机双旋翼纵列式无人直升机，其特征在于：所述的操纵组件还包括防扭组件，所述防扭组件包括固定块和防扭臂，所述固定块夹紧在旋翼轴上，防扭臂一端连接在固定块上，另一端连接在动盘上。
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