CN216375002U - 一种无人机翻转控制***及无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无人机领域，具体而言，涉及一种无人机翻转控制***及无人机。无人机翻转控制***包括：姿态检测模块用于检测无人机的实时姿态；驱动模块用于驱动无人机的旋翼进行转动；控制器用于接收姿态检测模块的信息，并根据姿态检测的信息向驱动模块发送相应的指令。无人机包括机身、机臂、旋翼和动力装置，旋翼在机臂的一端；机臂与旋翼的连接端的水平高度，高于机臂与机身的连接端的水平高度；机臂的一端有浮力结构。本实用新型当需要翻转时，一侧机臂上的动力装置带动旋翼旋转，当旋翼旋转具有一定的差速时，旋翼所产生的拉力能够克服浮力装置所产生的浮力，打破无人机浮力的平衡性后，最终实现无人机的翻转回正。

Description

一种无人机翻转控制***及无人机

技术领域

本实用新型涉及无人机领域，具体而言，涉及一种无人机翻转控制***及无人机。

背景技术

近年来，中国民用多旋翼无人机行业快速发展，无人机在军警安防、地质测绘、电力巡查、航拍摄影等领域得到广泛应用。随着无人机应用的拓展，逐渐出现专业为海洋环境开发的海上人机，由于海上环境的复杂性，给无人机提出了很多不同与陆上无人机的新问题。

其中遇到的一个海上应用问题为：无人机海面起飞和降落的稳定性，以及无人机在海中倾覆后的翻转回正特性。

当无人机降落在海面上时，当遇到较大海浪时，一是要尽量提升整机的稳定性，不能轻易被海浪打翻；其次，如果飞机在被海浪打翻后，通过动力***的牵引作用，确保飞机可以翻转回正。

现有海上无人机的结构布局与陆上常规无人机布局相似，采用X型结构，机身、机臂为一体，且为了增加整机稳定性及浮力，机臂尺寸较粗，而且按等强度设计原则，机臂由末端到机臂根部，截面尺寸越来越大。整机通过机臂产生的浮力来提升浮力跨度，提升稳定性。

这种布局方式，可以增加整机稳定性，但同时带来的问题是，如果无人机已经翻转倾覆，因机臂浮力大，且整个机臂长度范围都提供浮力，在翻转回正过程中，机臂吃水越来越大，恢复力矩越来越大，依靠动力***将飞机翻转回正较困难。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无人机，其能够利用自身的动力***实现无人机的翻转回正。

第一方面，本实用新型提供了一种无人机翻转控制***，其包括：

姿态检测模块，所述姿态检测模块用于检测无人机的实时姿态；

驱动模块，所述驱动模块用于驱动无人机的旋翼进行转动；

控制器，所述控制器用于接收所述姿态检测模块的信息，并根据所述姿态检测的信息向所述驱动模块发送相应的指令。

优选的，无人机翻转控制***还包括计时器，所述计时器与所述控制器信号连接。

优选的，无人机翻转控制***还包括换向模块，所述换向模块用于更换所述驱动模块所驱动的旋翼；

所述换向模块与所述控制器信号连接。

第二方面，本实用新型提供了一种应用上述任一项所述的无人机翻转控制***的无人机，包括机身、机臂、旋翼和动力装置，所述机臂设置在所述机身的相对两端，所述旋翼设置在所述机臂远离所述机身的一端，所述动力装置用于为所述旋翼提供转动动力；当所有的所述旋翼的水平高度均相同时，所述机臂与所述旋翼的连接端的水平高度，高于所述机臂与所述机身的连接端的水平高度，使所述机臂自身所产生的浮力，相比水平方向设置的所述机臂的自身所产生的浮力较小；

所述机臂远离所述机身的一端设置有浮力结构。

优选的，所述浮力结构包括安装座和浮力球；

所述浮力球设置在所述安装座上，所述安装座用于连接所述无人机的机臂。

优选的，所述安装座内具有空腔，所述浮力球的内部与所述空腔连通。

优选的，所述空腔与浮力球的内部之间密封连接。

优选的，所述浮力球与所述安装座之间的连接方式为螺栓连接。

优选的，所述机臂远离所述机身的一端设置有连接杆，所述连接杆的两端均设置有所述浮力结构。

优选的，所述动力装置为电机。

本实用新型的技术方案的有益效果是：

通过在机身自身的浮力，与在机臂上设置的浮力结构的共同作用下，使得机臂产生的浮力较小，进而浮力相对较为集中，当需要翻转时，启动动力装置后，一侧机臂上的动力装置带动旋翼旋转，当旋翼旋转具有一定的差速时，旋翼所产生的拉力能够克服浮力装置所产生的浮力，打破无人机浮力的平衡性后，最终实现无人机的翻转回正。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的无人机翻转控制***的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的无人机在进行翻转回正时的控制流程图；

图3为本实用新型实施例提供的无人机的主视图；

图4为本实用新型实施例提供的无人机的立体图；

图5为本实用新型实施例提供的无人机的浮力结构的安装示意图；

图6为图5的A-A剖视图。

图中：

1：机身；2：机臂；3：浮力球；4：安装座；5：旋翼；6：连接杆；7：电机；8：空腔；9：螺栓；10：密封垫。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合图1至图6，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型提供了一种无人机翻转控制***，如图1所示，其包括：

姿态检测模块，姿态检测模块用于检测无人机的实时姿态；

驱动模块，驱动模块用于驱动无人机的旋翼进行转动；

控制器，控制器用于接收姿态检测模块的信息，并根据姿态检测的信息向驱动模块发送相应的指令。

具体的，在无人机降落在水面上后，先通过姿态检测模块对无人机的姿态进行检测，判断无人机是正常状态还是倾覆状态，当无人机为正常状态时，可以进行下一步操作，当无人机为倾覆状态时，需要先将无人机进行翻转后再进行下一步操作。

当控制器接收到姿态检测模块的信息后，判断无人机为倾覆状态，此时控制器向驱动模块发送启动指令，驱动模块驱动无人机单侧的旋翼启动，旋翼开始转动，产生拉力，改变无人机的单侧浮力，进而实现无人机的翻转回正。

本实用新型通过选取飞机横滚通道姿态来判断是否倾覆，避开俯仰角奇异点，保证了判断的准确性。

优选的，无人机翻转控制***还包括计时器，计时器与控制器信号连接。

具体的，通过计时器的及时，来判断驱动模块的驱动时间，以方便进行下一步判断。

通过计时器的设置，能够在电机加速一段时间后，通过控制器控制电机停止输出，判断飞机是否回正，重新尝试，避免电机一直处于运转状态，能够起到保护电机的作用。

更具体的，在本实施例中，控制器控制驱动模块开始作业，带动无人机进行翻转回正操作时，计时器开始计时，当计时器的时间达到设定的第一时间后，姿态检测模块检测到无人机没有翻转回正成功，则控制器控制驱动模块停止对旋翼的驱动，计时器再次开始计时，达到设定的第二时间后，控制器再次控制驱动模块带动旋翼转动，循环前次作业，直至无人机翻转回正成功。

综上所述，可以看出，本实用新型中无人机翻转控制***的控制无人机进行翻转的工作流程具体为：

当飞机在水面上准备起飞时，姿态检测模块检测到处于倒扣状态时，则控制器将控制无人机只输出横滚通道，驱动模块控制左侧电机加速，右侧电机关闭，同时姿态检测模块实时检测飞机是否回正；如果姿态已经回正，则驱动模块控制电机停止输出；若经过一段时间的电机加速，姿态还是没回到水平，则说明无人机遇到其他阻碍，则关闭电机等待5秒继续尝试加速，如此反复。

具体的控制流程图如图2所示，由图2可知，当姿态检测模块检测到无人机的横滚角小于60°时，无人机为正常状态，当无人机的横滚角大于60°时，控制器接收到姿态检测模块的信号后，向驱动模块发送翻转指令，驱动模块控制左侧电机输出，右侧电机关闭，使得无人机左侧的旋翼转动，右侧的旋翼不转动，改变无人机在水面上的浮力平衡，驱使无人机在水面上进行翻转，此时姿态检测模块实时监测无人机的姿态，当检测到无人机的横滚角＜30°后，且持续两秒时，无人机翻转回正成功；当检测到无人机的横滚角不小于30°时，继续进行翻转动作。

优选的，无人机翻转控制***还包括换向模块，换向模块用于更换驱动模块所驱动的旋翼；换向模块与控制器信号连接。

当无人机通过向右侧翻转实现回正时，几次翻转未达成后，换向模块启动，控制无人机的驱动模块驱动另一侧旋翼，使无人机进行向左侧方向的翻转回正。

通过左侧翻转或右侧翻转的交替进行，能够在具有障碍的情况下，有较大几率实现无人机的翻转回正。

本实用新型还提供了一种无人机，如图3和图4所示，包括机身1、机臂2、旋翼5和动力装置，机臂2设置在机身1的相对两端，旋翼5设置在机臂2远离机身1的一端，动力装置用于为旋翼5提供转动动力；当所有的旋翼5的水平高度均相同时，机臂2与旋翼5的连接端的水平高度，高于机臂2与机身1的连接端的水平高度，使机臂2自身所产生的浮力，相比水平方向设置的机臂2的自身所产生的浮力较小；机臂2远离机身1的一端设置有浮力结构。

具体在，在本实施例中，将机身1设置为封闭性结构，其作为无人机最大浮力的提供部位，用于保证无人机在水面上的浮力。

机身1通过机臂2连接设置有浮力结构，具体的，在本实施例中以连接有四个浮力结构为例，四个浮力结构以机身1为中心对称设置，在浮力结构的作用下，扩展了无人机的水平方向的面积，且由于浮力结构设置在水面上后也会产生一定的浮力，进而保证了机身1是水面上后的平衡性和稳定性。

当无人机降落在海面上时，机身1为无人机提供主要的浮力，机臂2的末端的浮力结构有一部分吃水，另一部分漏出水面，可以提供部分浮力。虽然浮力结构提供的浮力较小，但由于浮力结构到飞机重心轴线具有一定的距离(即力臂)，故可以为整机提供一定的力矩。当飞机在海浪作用下，倾角增大时，下方的浮力结构的吃水深度增加，浮力增加，上方的浮力结构吃水深度减小，浮力减小，上、下浮力球3的浮力差与力臂产生的力矩，对飞机产生恢复力矩，避免飞机在较大倾角下翻转倾覆。

无人机在翻转倾覆的情况下，控制器通过驱动模块控制动力装置启动，动力装置带动旋翼5转动，实现旋翼5的差速控制，使旋翼5产生力矩，可以将飞机翻转回正。

对于常规布局的无人机，当在翻转过程中，因机臂2尺寸较大，翻转角度增大过程中，机臂2吃水面积增加，且整个机臂2产生的浮力增加，且因为机臂2根部尺寸较大，翻转角度越大，机臂2产生浮力越大，且机臂2上的浮力对电机7处产生较大的力矩，造成较难实现翻转，或需要输出较大的电机7拉力。

本实用新型中，机臂2尺寸较小，浮力较小，浮力结构产生的浮力较集中，且位于旋翼5的正下方，浮力对于旋翼5没有力矩，故在无人机翻转回正时，旋翼5旋转所产生的力，仅需克服浮力结构的浮力，即可实现无人机的翻转回正。相比常规布局机型，本实用新型在不需要很大拉力输出的情况下，相对容易的实现翻转回正。

在本实施例中，机臂2相对于水平方向为倾斜设置，其连接机身1的一端的水平高度低于机臂2连接浮力结构的一端。由于机臂2的倾斜设置，降低了机臂2产生的浮力，且在本实施例中，机臂2的直径相对于现有技术中的机臂2的直径减小，使得其所产生的浮力进一步减小，当无人机在水面上进行翻转时，机臂2产生的浮力不会对动力装置产生阻力，进而能够在旋翼5的作用下，轻松实现无人机的翻转。

在本实施例中，机臂2的长度相对于现有技术中的无人机的机臂2长度减小，在机臂2不产生浮力的情况下，通过浮力结构的设置保证无人机在水面上的平衡性和稳定性；在无人机需要翻转时，只需要动力装置带动旋翼5转动所产生的力矩，克服浮力结构所产生的力矩即可。

浮力结构所产生的力矩为浮力结构至机身1的距离，也就是说力矩相对于现有技术更小，使得在旋翼5的作用下，能够较为容易的克服浮力结构所产生的浮力，实现无人机的翻转功能。

由上述可以看出，在本实施例中，机臂2的长度相对于现有技术中的无人机的机臂2长度短；且本实施例中的机臂2的横截面的形状、面积一致，且直径或面积较小，进而不会产生较大的浮力；倾斜设置的机臂2，能够进一步减小浮力的产生。

优选的，如图5和图6所示，浮力结构包括安装座4和浮力球3；浮力球3设置在安装座4上，安装座4用于连接无人机的机臂2。

在本实施例中，安装座4设置在机臂2远离无人机的一端，浮力球3设置在安装座4的下方，这样的设置，使得浮力球3所产生的浮力能够对无人机的平衡性产生的作用最大。

需要指出的是，浮力结构可以是通过浮力球3产生浮力，其也可以是其他的能够对无人机产生浮力的装置，如气囊等，也就是说，其只要能够对无人机产生浮力，在无人机降落在水面上后能够实现无人机的漂浮即可。

优选的，安装座4内具有空腔8，浮力球3的内部与空腔8连通。

在本实施例中，在安装座4的内部设置空腔8，且将浮力球3的内部与安装座4的空腔8连通，形成一个整体的空心结构，能够进一步增加机臂2末端所产生的浮力，进而保证无人机在水面上的稳定性。

优选的，浮力球3与安装座4之间的连接方式为螺栓9连接。

具体的，在本实施例中，浮力球3上设置有连接孔，在安装座4上设置有螺纹孔，通过螺栓9穿过连接孔后，与螺纹孔进行螺纹连接，进而实现将浮力球3固定设置在安装座4上的目的。

或，在浮力球3上和安装座4上均设置连接孔，螺栓9依次穿过两个浮力球3上的连接孔与安装座4上的连接孔后，与螺母进行连接实现将浮力球3固定设置在安装座4上的目的。

需要指出的是，在本实施例中，浮力球3与安装座4之间的固定连接方式为螺栓9连接，但其不仅仅局限于螺栓9连接，其也可以是其他的固定连接方式，如还可以是焊接、铆接等，还可以是卡接、粘接等，也就是说，只要能够实现将浮力球3固定设置在安装座4上即可。

优选的，在本实施例中，为保证浮力球3所产生的浮力的稳定性，将空腔8与浮力球3的内部之间设置为密封连接。

具体的，密封连接的方式为在浮力球3与安装座4之间增加密封垫10。

优选的，动力装置设置在安装座4上。

在本实施例中，动力装置为电机7，其设置在安装座4上，能够较为方便的为旋翼5的转动提供动力。

优选的，机臂2远离机身1的一端设置有连接杆6，连接杆6的两端均设置有浮力结构。

在本实施例中，两个浮力结构之间设置有连接杆6，机臂2的一端连接在连接杆6的中部，机臂2的另一端连接在机身1上。

这样的设置方式，将机身1左右两侧的浮力结构连接为一个整体，进而能够更便于在无人机倾覆后的翻转回正。

优选的，浮力结构为浮力可调结构。

将浮力结构设置为浮力可调结构，使得在需要进行无人机机身1平衡时，可以增加浮力结构所产生的浮力，在需要无人机进行翻转回正时，减小浮力结构所产生的浮力，进而能够降低动力装置克服浮力结构所产生的力矩而所需要的力。

具体的，浮力可调结构可以是气囊，气囊的浮力可以通过对气囊的温度调节来实现，或通过对气囊进行充放气来实现等。

由上述可以看出，本实用新型中，通过调整结构布局，在机臂2末端增加浮力球3，使得浮力球3之间的跨度较大，产生的浮力对机身1有较大的力矩，提升了无人机在海面上正面漂浮时的稳定性，增加抗浪性能；同时通过减小了机臂2尺寸，使得机臂2相对于现有技术中的机臂2的变短，进而减小机臂2的浮力，且电机7位于浮力球3的上方，浮力球3产生的浮力对于电机7的作用点没有力矩，使得无人机倾覆后，通过电机7差速控制，较易实现翻转回正。

综上所述，本实用新型中的浮力球3布局结构，即保证正面漂浮的稳定性，也保证倾覆后翻转回正的可实现性。

本实用新型的技术方案的有益效果是：

通过在机身1自身的浮力，与在机臂2上设置的浮力结构的共同作用下，使得机臂2产生的浮力较小，进而浮力相对较为集中，当需要翻转时，启动动力装置后，一侧机臂2上的动力装置带动旋翼5旋转，当旋翼5旋转具有一定的差速时，旋翼所产生的拉力能够克服浮力装置所产生的浮力，打破无人机浮力的平衡性后，最终实现无人机的翻转回正。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人机翻转控制***，其特征在于，包括：

姿态检测模块，所述姿态检测模块用于检测无人机的实时姿态；

驱动模块，所述驱动模块用于驱动无人机的旋翼进行转动；

控制器，所述控制器用于接收所述姿态检测模块的信息，并根据所述姿态检测的信息向所述驱动模块发送相应的指令；

还包括换向模块，所述换向模块用于更换所述驱动模块所驱动的旋翼；

所述换向模块与所述控制器信号连接。

2.根据权利要求1所述的无人机翻转控制***，其特征在于，还包括计时器，所述计时器与所述控制器信号连接。

3.一种应用权利要求1或2所述的无人机翻转控制***的无人机，包括机身、机臂、旋翼和动力装置，所述机臂设置在所述机身的相对两端，所述旋翼设置在所述机臂远离所述机身的一端，所述动力装置用于为所述旋翼提供转动动力；其特征在于，当所有的所述旋翼的水平高度均相同时，所述机臂与所述旋翼的连接端的水平高度，高于所述机臂与所述机身的连接端的水平高度，使所述机臂自身所产生的浮力，相比水平方向设置的所述机臂的自身所产生的浮力较小；

所述机臂远离所述机身的一端设置有浮力结构。

4.根据权利要求3所述的无人机，其特征在于，所述浮力结构包括安装座和浮力球；

所述浮力球设置在所述安装座上，所述安装座用于连接所述无人机的机臂。

5.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述安装座内具有空腔，所述浮力球的内部与所述空腔连通。

6.根据权利要求5所述的无人机，其特征在于，所述空腔与浮力球的内部之间密封连接。

7.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述浮力球与所述安装座之间的连接方式为螺栓连接。

8.根据权利要求3所述的无人机，其特征在于，所述机臂远离所述机身的一端设置有连接杆，所述连接杆的两端均设置有所述浮力结构。

9.根据权利要求3所述的无人机，其特征在于，所述动力装置为电机。

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