一種無人駕駛動力三角翼飛行器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無人駕駛動力三角翼飛行器，包括機(jī)體、三角翼、動力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)和起落架系統(tǒng)，所述飛行控制系統(tǒng)包括飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)、機(jī)上控制單元以及地面遙控單元，其中，所述飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括用于控制三角翼作俯仰運(yùn)動的俯仰控制器和用于控制三角翼作橫滾運(yùn)動的橫滾控制器；所述機(jī)上控制單元與俯仰控制器連接，用于控制三角翼的俯仰運(yùn)動；與橫滾控制器連接，用于控制三角翼的橫滾運(yùn)動；與動力系統(tǒng)連接，用于控制飛行器的航速；與地面遙控單元通過無線遙控方式連接，用于接收地面遙控單元的遙控信號。本發(fā)明的飛行器具有無需專用機(jī)場、無需專業(yè)飛行員、作業(yè)安全性較高、維護(hù)成本低以及有效載荷量大、滯空時間長等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種無人駕駛動力三角翼飛行器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種飛行器，具體涉及一種無人駕駛的動力三角翼飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)航空是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分和反映農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。農(nóng)用飛機(jī)航空作業(yè)具有效益高、速度快、突擊能力強(qiáng)、防控效果好等優(yōu)點(diǎn)，且不受作物長勢的限制，可解決作物生長中后期地面機(jī)械難以下田作業(yè)的問題，例如:作物生長至封行后行壟不清晰，特別是對于玉米等高桿作物，玉米大喇叭口期高度一般都在1.2m以上，與拖拉機(jī)配套的普通懸掛式、牽引式噴桿噴霧機(jī)難以進(jìn)入進(jìn)行殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及催熟脫葉齊U、增糖劑、葉面肥料等噴灑作業(yè)，尤其在丘陵山區(qū)交通不便、人煙稀少或內(nèi)澇嚴(yán)重的地區(qū)，地面機(jī)械難以進(jìn)入作業(yè)，航空作業(yè)可很好地解決這一難題。此外，與田間作業(yè)相比，飛機(jī)航空作業(yè)還有勞動用工少、作業(yè)成本低、不會留下轍印和損傷作物、不破壞土壤物理結(jié)構(gòu)、不影響作物后期生長等特點(diǎn)，據(jù)統(tǒng)計報道，飛機(jī)航空作業(yè)與地面機(jī)械作業(yè)相比，每公頃可減少作物損傷及其他支出(油料、用水、用工、維修、折舊等)約105元(Skytractor.AerialApplication Services-Let us help you make money, http://www.skytractor.com/,2013-09-14)。
[0003]目前用于農(nóng)業(yè)航空作業(yè)的飛行器主要包括有人駕駛的大型固定翼農(nóng)用飛機(jī)、直升飛機(jī)、動力傘以及無人駕駛的微小型固定翼飛機(jī)、單旋翼直升飛機(jī)、非共軸多旋翼直升飛機(jī)、飛艇等。
[0004]有人駕駛的飛機(jī)作業(yè)效率高，但存在需要專用機(jī)場、維護(hù)成本高、往返機(jī)場加注藥液周期長、航空管制嚴(yán)格等諸多問題。無人駕駛的飛機(jī)由于具有無需專用機(jī)場、專業(yè)飛行員、維護(hù)成本低以及航空管制少等特點(diǎn)，而且具有飛行高度低、作業(yè)效率及精度高、作業(yè)地形適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，越來越在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛關(guān)注。
[0005]但無人駕駛的微小型固定翼飛機(jī)、單旋翼直升飛機(jī)、非共軸多旋翼直升飛機(jī)對于普通務(wù)農(nóng)人員而言，價格仍顯得昂貴，且危險性高，高速運(yùn)轉(zhuǎn)旋翼可能傷害到工作人員或農(nóng)作物，操作不當(dāng)很容易“摔機(jī)”，不僅造成飛機(jī)本身的重大損失，而且也給機(jī)上裝備及地面作物帶來嚴(yán)重毀壞，同時還會給地面作業(yè)人員帶來安全威脅，因此，其使用的安全性問題是制約其快速發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。此外，飛行器有效載荷量小、作業(yè)續(xù)航時間短也是制約其快速發(fā)展的另外兩個關(guān)鍵問題。
[0006]飛艇相對來說價格適中，作業(yè)安全性相對更高，且易于維護(hù)，有效載荷量大，但是傳統(tǒng)的飛艇結(jié)構(gòu)存在抗風(fēng)能力差、作業(yè)速度慢、靈活性差等問題。特別是在航拍遙感作業(yè)時，由于航空拍攝對機(jī)體的穩(wěn)定性要求很高，傳統(tǒng)的氣艇結(jié)構(gòu)一般多采用傳統(tǒng)的單氣囊流線型結(jié)構(gòu)，飛艇艇體的立面比較高，而掛載的遙感信息采集設(shè)備相對重心比較低，這種不夠緊湊的結(jié)構(gòu)極大地影響了空中作業(yè)的穩(wěn)定性，尤其是在有自然風(fēng)干擾的氣象條件下晃動非常明顯。
[0007]有人駕駛動力三角翼也稱動力懸掛滑翔機(jī),從動力傘翼機(jī)發(fā)展而來的，是一種帶有動力的具有良好滑翔性能的輕型飛行器，三角機(jī)翼與機(jī)身通過懸掛方式進(jìn)行連接，發(fā)動機(jī)帶動螺旋槳為機(jī)身提供推進(jìn)力，飛行員通過移動機(jī)身與機(jī)翼的相對重心位置實(shí)現(xiàn)操縱，在失去動力的情況下仍能通過滑翔安全著陸。與有人駕駛的固定翼飛機(jī)相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、造價低廉、可快速拆裝折疊易轉(zhuǎn)場運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，且對跑道要求較低，起降滑跑距離較短，目前在航空運(yùn)動、表演、航拍、噴灑農(nóng)藥和森林防火等方面得到了應(yīng)用。但有人駕駛動力三角翼飛行器用于農(nóng)業(yè)航空也存在一些問題:雖然動力三角翼的操控比現(xiàn)有的固定翼飛機(jī)簡單了許多，但仍需專業(yè)飛行員在機(jī)上駕駛，作業(yè)過程中飛行員的安全性(包括飛行安全、因駕駛倉難以密封易造成藥液污染等)是首要問題；其次，駕駛員自身的體重影響了整個飛行器的有效載荷量，增加了整機(jī)的重量，從而增加了動力的消耗，同時降低了飛行器的滯空時間；此外，通常還需要一條長約IOOm以上的簡易跑道，而在農(nóng)田作業(yè)區(qū)域要找到符合這一條件的跑道并不容易。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無人駕駛的動力三角翼飛行器，該無人駕駛的動力三角翼飛行器繼承了有人駕駛?cè)且盹w行器的優(yōu)點(diǎn)，同時由于無需搭乘飛行員在機(jī)上進(jìn)行直接操縱，提高了作業(yè)人員的安全性，同時由于減輕了飛行器的自重，提高了飛行器的有效載荷量和滯空時間，并有效縮短飛行器起降時的滑跑距離，降低了對跑道的要求。具有無需專用機(jī)場、無需專業(yè)飛行員、作業(yè)安全性較高、機(jī)動靈活性較高、維護(hù)成本低以及有效載荷量大、滯空時間長等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為:
[0010]一種無人駕駛動力三角翼飛行器，包括機(jī)體、三角翼、動力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)和起落架系統(tǒng)，其中:
[0011]所述三角翼設(shè)置在機(jī)體上方，所述動力系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)體的尾部，所述作業(yè)系統(tǒng)和起落架系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)體的底部；
[0012]所述飛行控制系統(tǒng)包括飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)、機(jī)上控制單元以及地面遙控單元，其中:
[0013]所述飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括用于控制三角翼作俯仰運(yùn)動的俯仰控制器和用于控制三角翼作橫滾運(yùn)動的橫滾控制器；
[0014]所述機(jī)上控制單元與俯仰控制器連接，用于控制三角翼的俯仰運(yùn)動；與橫滾控制器連接，用于控制三角翼的橫滾運(yùn)動；與動力系統(tǒng)連接，用于控制飛行器的航速；與地面遙控單元通過無線遙控方式連接，用于接收地面遙控單元的遙控信號；
[0015]所述地面遙控單元通過無線遙控方式與機(jī)上控制單元通信，用于向機(jī)上控制單元發(fā)送控制信號，并接收機(jī)上控制單元的反饋信息。
[0016]本發(fā)明的無人駕駛動力三角翼飛行器，其中，所述俯仰控制器包括俯仰電機(jī)、電機(jī)安裝座和俯仰連接器，其中，所述俯仰電機(jī)為推桿電機(jī)，該推桿電機(jī)鉸接在電機(jī)安裝座上，該電機(jī)安裝座固定在機(jī)體上；所述俯仰連接器具有相互鉸接的兩端，其中一端與推桿電機(jī)的推桿連接，另一端與三角翼連接；
[0017]所述橫滾控制器包括橫滾電機(jī)、電機(jī)安裝座和橫滾連接器，其中，所述電機(jī)安裝座固定在機(jī)體上，所述橫滾電機(jī)通過軸承安裝在電機(jī)安裝座上，該橫滾電機(jī)通過橫滾連接器與三角翼連接，該橫滾連接器內(nèi)設(shè)有可帶動三角翼進(jìn)行橫滾運(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)。[0018]本發(fā)明的無人駕駛動力三角翼飛行器，其中，所述三角翼包括三角骨架和塔架，其中:
[0019]所述三角骨架包括龍骨、橫梁和兩個前緣梁，兩個前緣梁與橫梁相互固接，構(gòu)成三角形，龍骨一端固接于兩個前緣梁的交點(diǎn)處，另一端固接于橫梁與龍骨的垂直相交點(diǎn)處；該三角骨架上蒙有翼面，翼面下方布置有兩根以上翼肋；
[0020]塔架豎直固定安裝于三角骨架上方，塔架的底端與龍骨固接，塔架的頂端通過張線分別與三角骨架的各頂點(diǎn)連接。
[0021]本發(fā)明的無人駕駛動力三角翼飛行器，其中，所述俯仰電機(jī)為雙推桿電機(jī)；所述橫滾電機(jī)為舵機(jī)；所述橫滾連接器內(nèi)的傳動機(jī)構(gòu)為齒輪傳動機(jī)構(gòu)或鏈條傳動機(jī)構(gòu)或同步帶傳動機(jī)構(gòu)。
[0022]本發(fā)明的無人駕駛動力三角翼飛行器，其中，所述俯仰連接器連接在三角翼的龍骨上；所述橫滾電機(jī)的外殼的頂部設(shè)有軸套，所述三腳架的龍骨穿過該軸套。
[0023]本發(fā)明的無人駕駛動力三角翼飛行器，其中，所述機(jī)上控制單元包括飛行器位姿傳感器模塊、飛行指令決策模塊、數(shù)據(jù)輸入接口、數(shù)據(jù)輸出接口以及電源模塊；其中:
[0024]所述數(shù)據(jù)輸入接口用于通過無線方式與地面遙控單元連接，接收地面遙控指令；
[0025]所述飛行指令決策模塊用于根據(jù)地面遙控指令及飛行器位姿傳感器模塊的數(shù)據(jù)形成飛行姿態(tài)控制量信號，通過數(shù)據(jù)輸出接口將控制信號輸出到飛行控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以控制三角翼相對于機(jī)體進(jìn)行前后俯仰、左右橫滾運(yùn)動，控制飛行器的航向；
[0026]所述飛行指令決策模塊還用于根據(jù)地面遙控指令及飛行器位姿傳感器模塊的數(shù)據(jù)形成飛行速度控制量信號，通過數(shù)據(jù)輸出接口將控制信號輸出到動力系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)飛行器的速度控制；
[0027]所述電源模塊用于為整個機(jī)上控制單元及飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供電力。
[0028]本發(fā)明的無人駕駛動力三角翼飛行器，其中，所述飛行器位姿傳感器模塊包括以下中的兩種或兩種以上傳感器的組合:
[0029]速度傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時飛行速度的數(shù)據(jù)；
[0030]高度傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時飛行高度的數(shù)據(jù)；
[0031]航向傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時飛行方向的數(shù)據(jù)；
[0032]位置傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時三維位置坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。
[0033]本發(fā)明的無人駕駛動力三角翼飛行器，其中，所述動力系統(tǒng)為燃油或蓄電池動力螺旋槳航空發(fā)動機(jī)；所述作業(yè)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)物料噴灑系統(tǒng)或航空拍攝系統(tǒng)。
[0034]本發(fā)明的無人駕駛動力三角翼飛行器，其中，所述三角骨架、塔架以及翼肋采用鋁合金或碳纖維材料制成；所述翼面為中空的多腔體結(jié)構(gòu)，將三角骨架及翼肋包含安裝于其中，中空的多腔體中充滿比重低于空氣的氣體。
[0035]本發(fā)明的無人駕駛動力三角翼飛行器，其中，所述起落架系統(tǒng)包括車輪和起落架，所述車輪通過起落架與機(jī)體連接。
[0036]本發(fā)明的無人駕駛的動力三角翼飛行器與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的有益效果:
[0037]1、繼承了有人駕駛?cè)且盹w行器的優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、造價低廉、可快速拆裝折疊易轉(zhuǎn)場運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)；
[0038]2、由于無需搭乘飛行員在機(jī)上進(jìn)行直接操縱，提高了作業(yè)人員的安全性，同時由于減輕了飛行器的自重，提高了飛行器的有效載荷量和滯空時間，提高了作業(yè)效率，并有效縮短飛行器起降時的滑跑距離，降低了對跑道的要求；
[0039]3、具有無需專用機(jī)場、無需專業(yè)飛行員、作業(yè)安全性較高、機(jī)動靈活性較高、維護(hù)成本低以及有效載荷量大、滯空時間長等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1?圖4為本發(fā)明的無人駕駛動力三角翼飛行器的一個【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1為主視圖，圖2為左視圖，圖3為俯視圖，圖4為立體圖。
[0041]圖5為圖4的局部放大圖。
[0042]圖6為圖1?圖4所示實(shí)施方式的立體爆炸圖。
[0043]圖7為圖1?圖4所示實(shí)施方式中俯仰控制器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖8為圖1?圖4所示實(shí)施方式中橫滾控制器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045]圖9為圖1?圖4所示實(shí)施方式中顯示作業(yè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046]圖10為圖1?圖4所示實(shí)施方式中的電原理框圖。
[0047]圖11為本發(fā)明的無人駕駛動力三角翼飛行器用于農(nóng)藥噴施作業(yè)的另一個【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0049]實(shí)施例1
[0050]參見圖1?圖9，本實(shí)施例的無人駕駛動力三角翼飛行器主要由機(jī)體1、三角翼2、動力系統(tǒng)3、飛行控制系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)6和起落架系統(tǒng)7構(gòu)成。
[0051]參見圖1?圖9，所述機(jī)體I為由金屬材料或工程塑料制成的框架結(jié)構(gòu)，機(jī)上各個部件均設(shè)置在該機(jī)體I上。其中，所述三角翼2設(shè)置在機(jī)體I的上方，動力系統(tǒng)3設(shè)置在機(jī)體I的尾部，作業(yè)系統(tǒng)6和起落架系統(tǒng)7設(shè)置在機(jī)體I的底部。
[0052]參見圖1?圖6和圖9，所述三角翼2主要由三角骨架21和塔架22構(gòu)成，其中，所述三角骨架21包括龍骨211、橫梁212和兩個前緣梁213，兩個前緣梁213與橫梁212相互固接，構(gòu)成三角形；所述龍骨211沿飛行器的縱向延伸，該龍骨211 —端固接于兩個前緣梁213的交點(diǎn)處，另一端固接于橫梁212與龍骨211的垂直相交點(diǎn)處；該三角骨架21上蒙有翼面，翼面下方布置有兩根以上翼肋。所述塔架22豎直固定安裝于三角骨架21上方，塔架22的底端與龍骨211固接，塔架22的頂端通過張線分別與三角骨架21的各頂點(diǎn)連接。所述三角骨架21、塔架22以及翼肋采用鋁合金或碳纖維材料制成；所述翼面為中空的多腔體結(jié)構(gòu)，將三角骨架21及翼肋包含安裝于其中，中空的多腔體中充滿比重低于空氣的氣體。上述三角翼2具有結(jié)構(gòu)簡單、便于制作等優(yōu)點(diǎn)。
[0053]參見圖1?圖10，所述飛行控制系統(tǒng)包括飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)、機(jī)上控制單元以及地面遙控單元，其中，飛行控制系統(tǒng)設(shè)置于總控機(jī)箱5內(nèi)。
[0054]參見圖1?圖7，所述飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)4包括用于控制三角翼2作俯仰運(yùn)動的俯仰控制器41和用于控制三角翼2作橫滾運(yùn)動的橫滾控制器42。所述俯仰控制器41主要由俯仰電機(jī)412、電機(jī)安裝座413和俯仰連接器411組成，其中，所述俯仰電機(jī)412為雙推桿電機(jī)，兩個電機(jī)的底部鉸接在電機(jī)安裝座413上，該電機(jī)安裝座413固定在機(jī)體I上；所述俯仰連接器411具有相互鉸接的兩端，其中一端與推桿電機(jī)的推桿連接，另一端通過一個連接套與三角翼2連接。
[0055]參見圖1?圖6和圖8，所述橫滾控制器42設(shè)置于俯仰控制器41的后側(cè)，該橫滾控制器42主要由橫滾電機(jī)421、電機(jī)安裝座422和橫滾連接器423構(gòu)成，其中，所述電機(jī)安裝座422固定在機(jī)體I上，所述橫滾電機(jī)421為舵機(jī)，該橫滾電機(jī)421的外殼通過軸承425安裝在電機(jī)安裝座422上，使得橫滾電機(jī)421可以相對電機(jī)安裝座422進(jìn)行轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動部位構(gòu)成三角翼2俯仰運(yùn)動的轉(zhuǎn)動點(diǎn)；橫滾電機(jī)421的外殼的頂部設(shè)有軸套424，所述三角翼2中的龍骨211穿過該軸套，形成三角翼2橫滾時的支承點(diǎn)；所述橫滾電機(jī)421通過橫滾連接器423與三角翼2的龍骨211連接，該橫滾連接器423內(nèi)設(shè)有可帶動三角翼2進(jìn)行橫滾運(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)，該傳動機(jī)構(gòu)為齒輪傳動機(jī)構(gòu)，由該齒輪傳動機(jī)構(gòu)將橫滾電機(jī)421的動力傳遞到龍骨211上，從而帶動三角翼2作橫滾運(yùn)動。
[0056]上述飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)4的工作原理是:由俯仰電機(jī)412的推桿的伸縮運(yùn)動推動三角翼2繞著橫滾電機(jī)421與電機(jī)安裝座422之間的軸承連接點(diǎn)轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動；橫滾電機(jī)421的輸出運(yùn)動通過橫滾連接器423轉(zhuǎn)變?yōu)閹育埞?11轉(zhuǎn)動的運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)三角翼2的左右橫滾運(yùn)動。上述俯仰控制器41和橫滾控制器42具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動精度高以及便于控制等優(yōu)點(diǎn)。
[0057]參見圖10，所述機(jī)上控制單元包括飛行器位姿傳感器模塊、飛行指令決策模塊、數(shù)據(jù)輸入接口、數(shù)據(jù)輸出接口以及電源模塊。所述數(shù)據(jù)輸入接口用于通過無線方式與地面遙控單元連接，接收地面遙控指令，本實(shí)施例中該數(shù)據(jù)輸入接口為無線數(shù)傳電臺，采用NanoIP系列，工作頻段為902?928MHz，無遮擋時傳輸距離50km，傳輸速率可達(dá)1.2Mkps。
[0058]參見圖10，所述飛行指令決策模塊用于根據(jù)地面遙控指令及飛行器位姿傳感器模塊的數(shù)據(jù)形成飛行姿態(tài)控制量信號，通過數(shù)據(jù)輸出接口將控制信號輸出到飛行控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體地是控制俯仰電機(jī)和橫滾電機(jī)的運(yùn)動，從而控制三角翼2相對于機(jī)體I進(jìn)行前后俯仰、左右橫滾運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)飛行器航向的控制。此外，所述飛行指令決策模塊還用于根據(jù)地面遙控指令及飛行器位姿傳感器模塊的數(shù)據(jù)形成飛行速度控制量信號，通過數(shù)據(jù)輸出接口將控制信號輸出到動力系統(tǒng)3，以實(shí)現(xiàn)飛行器的速度控制。本實(shí)施例中所述飛行指令決策模塊采用ARM系列單片機(jī)系統(tǒng)，作為數(shù)據(jù)輸出接口的一部分，該系統(tǒng)已裝配有CAN總線及通用串行接口，飛行指令決策模塊通過上述接口分別與俯仰電機(jī)、橫滾電機(jī)以及動力系統(tǒng)控制接口連接。
[0059]參見圖10，所述飛行器位姿傳感器模塊用于檢測飛行器當(dāng)前的飛行狀態(tài)，包括飛行速度、飛行高度、飛行方向以及三維位置坐標(biāo)等參數(shù)，并將該飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給該飛行指令決策模塊；該飛行器位姿傳感器模塊由以下的傳感器組合而成:速度傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時飛行速度的數(shù)據(jù)；高度傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時飛行高度的數(shù)據(jù)；航向傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時飛行方向的數(shù)據(jù)；位置傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時三維位置坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中飛行器位姿傳感器模塊中包括GPS、陀螺儀和電子羅盤。GPS采用Trimble Lassen IQ GPS機(jī)載模塊，作為位置、高度及速度傳感器用于獲取飛行器實(shí)時三維位置坐標(biāo)、飛行高度及飛行速度；陀螺儀采用Tarot ZYX-GS三軸陀螺儀，作為姿態(tài)傳感器用于獲取飛行器實(shí)時的俯仰、橫滾等角度姿態(tài)信息；電子羅盤采用霍尼韋爾HMR3000數(shù)字電子羅盤，作為航向傳感器用于獲取飛行器的飛行方向。
[0060]參見圖10，所述的數(shù)據(jù)輸出接口還裝配有無線數(shù)傳模塊，該無線數(shù)傳模塊為NanoIP系列，工作頻段為902?928MHz，無遮擋時傳輸距離50km，傳輸速率可達(dá)1.2Mkps。地面控制單元及其他監(jiān)控設(shè)備可通過該無線數(shù)傳模塊接收機(jī)上控制單元的反饋信息，包括飛行器實(shí)時的三維位置坐標(biāo)、飛行高度、飛行速度、俯仰橫滾等角度姿態(tài)、飛行航向等數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)飛行器作業(yè)狀態(tài)的監(jiān)控及事后數(shù)據(jù)分析。
[0061]參見圖10，所述電源模塊用于為整個機(jī)上控制單元及飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)4提供電力，本實(shí)施例中該電源模塊采用聚合物鋰動力電池。
[0062]參見圖1?圖6和圖9，所述動力系統(tǒng)3為燃油或蓄電池動力螺旋槳航空發(fā)動機(jī)，用于為飛行器提供飛行動力。本實(shí)施例中動力系統(tǒng)采用聚合物鋰動力電池螺旋槳航空發(fā)動機(jī)，具有重量輕、震動小、噪聲小等特點(diǎn)。
[0063]參見圖1?圖6和圖9，所述起落架系統(tǒng)7包括三個車輪和起落架，車輪通過起落架連接在機(jī)體I的底部。
[0064]參見圖9，所述作業(yè)系統(tǒng)6包括航拍攝像機(jī)，該航拍攝像機(jī)通過安裝支架連接在機(jī)體I的前底部，使得本實(shí)施例的飛行器可以用于航拍作業(yè)。
[0065]下面結(jié)合具體的應(yīng)用例子對本實(shí)施例的無人駕駛動力三角翼飛行器用于航拍作業(yè)的工作過程作詳細(xì)的描述。
[0066](I)起飛前準(zhǔn)備工作:
[0067]根據(jù)飛行日常檢查表上所列項目對飛行器的各部件進(jìn)行詳細(xì)檢查，并確認(rèn)飛行器是否適航，包括動力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、地面遙控單元與機(jī)上控制單元之間遙控通信的有效性、地面遙控單元對機(jī)上飛行控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操控性、俯仰控制器和橫滾控制器的動作到位性、飛行航線的規(guī)劃等。
[0068](2)起飛操作:
[0069]飛行器動力系統(tǒng)啟動后，飛行控制系統(tǒng)包含“手動控制起飛”和“自動控制起飛”兩種遙控起飛操作模式。若在“手動控制起飛”模式下，由飛控手操縱地面遙控單元的速度操作手柄，控制飛行器向前直線滑跑，飛控手根據(jù)機(jī)上控制單元反饋的速度信息判斷飛行器的適宜升空時機(jī)，一旦條件滿足要求，操縱俯仰控制手柄提升三角翼的迎角，使飛行器順利升空。若在“自動控制起飛”模式下，首先由飛控手根據(jù)所規(guī)劃的飛行航線將航路點(diǎn)信息輸入飛行控制系統(tǒng)，飛控手打開確認(rèn)起飛按鈕后，飛行器自主進(jìn)入直線滑跑起飛狀態(tài)，機(jī)上控制單元自主控制飛行器向前直線滑跑，并根據(jù)飛行器位姿傳感器模塊反饋的速度信息判斷飛行器的適宜升空時機(jī)，一旦條件滿足要求，自主操縱俯仰控制控制器提升三角翼的迎角，使飛行器順利升空。上述兩種模式可由地面飛控手通過操縱地面控制單元隨時進(jìn)行切換。
[0070](3)空中作業(yè)控制及監(jiān)測:
[0071]飛行器升空后，飛行控制系統(tǒng)包含“手動控制飛行作業(yè)”和“自動控制飛行作業(yè)”兩種遙控飛行操作模式。若在“手動控制飛行作業(yè)”模式下，由飛控手操縱地面遙控單元的速度及航向操作手柄，控制飛行器的速度及航向，以保證飛行器按照既定的飛行作業(yè)航線行進(jìn)，同時由第二飛控手根據(jù)作業(yè)的要求遙控控制機(jī)上的航拍攝像機(jī)，完成指定的航拍作業(yè)任務(wù)。若在“自動控制飛行作業(yè)”模式下，飛機(jī)升空穩(wěn)定平飛后，飛行器進(jìn)入自主飛行控制狀態(tài)，機(jī)上控制單元自主根據(jù)預(yù)設(shè)的航路點(diǎn)順序控制飛行器依次飛行，并根據(jù)飛行器位姿傳感器模塊反饋的位姿信息判斷飛行器狀態(tài)及相對于下一個目標(biāo)航路點(diǎn)的位置，決策出下一時鐘周期內(nèi)對飛行控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制量，自主操縱飛行器沿著既定航線行進(jìn)，同時根據(jù)作業(yè)的要求通過自動觸發(fā)裝置控制機(jī)上的航拍攝像機(jī)，完成指定的航拍作業(yè)任務(wù)。上述兩種模式可由地面飛控手通過操縱地面控制單元隨時進(jìn)行切換。
[0072](4)降落操作:
[0073]飛行器進(jìn)入降落階段，考慮到降落操作的復(fù)雜性及飛行器的安全性要求，本實(shí)施例中飛行控制系統(tǒng)采用手動控制降落操作模式，由飛控手操縱地面遙控單元的速度和俯仰操作手柄，控制飛行器減速并俯沖，飛控手根據(jù)機(jī)上控制單元反饋的速度及位姿信息判斷飛行器的適宜著陸時機(jī)，一旦條件滿足要求，操縱俯仰控制手柄減小三角翼的迎角，使飛行器順利著陸。
[0074]實(shí)施例2
[0075]參見圖11，本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，本實(shí)施例中，所述作業(yè)系統(tǒng)6包括施藥裝置，該施藥裝置通過安裝支架連接在機(jī)體I的前底部，使得本實(shí)施例的飛行器可以用于農(nóng)藥噴施作業(yè)，該施藥裝置設(shè)有噴桿。
[0076]本實(shí)施例上述以外的其他實(shí)施方式參照實(shí)施例1進(jìn)行。
[0077]上述為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述內(nèi)容的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種無人駕駛動力三角翼飛行器，其特征在于，包括機(jī)體、三角翼、動力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)和起落架系統(tǒng)，其中: 所述三角翼設(shè)置在機(jī)體上方，所述動力系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)體的尾部，所述作業(yè)系統(tǒng)和起落架系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)體的底部； 所述飛行控制系統(tǒng)包括飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)、機(jī)上控制單元以及地面遙控單元，其中: 所述飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括用于控制三角翼作俯仰運(yùn)動的俯仰控制器和用于控制三角翼作橫滾運(yùn)動的橫滾控制器； 所述機(jī)上控制單元與俯仰控制器連接，用于控制三角翼的俯仰運(yùn)動；與橫滾控制器連接，用于控制三角翼的橫滾運(yùn)動；與動力系統(tǒng)連接，用于控制飛行器的航速；與地面遙控單元通過無線遙控方式連接，用于接收地面遙控單元的遙控信號； 所述地面遙控單元通過無線遙控方式與機(jī)上控制單元通信，用于向機(jī)上控制單元發(fā)送控制信號，并接收機(jī)上控制單元的反饋信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人駕駛動力三角翼飛行器，其特征在于，所述俯仰控制器包括俯仰電機(jī)、電機(jī)安裝座和俯仰連接器，其中，所述俯仰電機(jī)為推桿電機(jī)，該推桿電機(jī)鉸接在電機(jī)安裝座上，該電機(jī)安裝座固定在機(jī)體上；所述俯仰連接器具有相互鉸接的兩端，其中一端與推桿電機(jī)的推桿連接，另一端與三角翼連接； 所述橫滾控制器包括橫滾電機(jī)、電機(jī)安裝座和橫滾連接器，其中，所述電機(jī)安裝座固定在機(jī)體上，所述橫滾電機(jī)通過軸承安裝在電機(jī)安裝座上，該橫滾電機(jī)通過橫滾連接器與三角翼連接，該橫滾連接器內(nèi)設(shè)有可帶動三角翼進(jìn)行橫滾運(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無人駕駛動力三角翼飛行器，其特征在于，所述三角翼包括三角骨架和塔架，其中:· 所述三角骨架包括龍骨、橫梁和兩個前緣梁，兩個前緣梁與橫梁相互固接，構(gòu)成三角形，龍骨一端固接于兩個前緣梁的交點(diǎn)處，另一端固接于橫梁與龍骨的垂直相交點(diǎn)處；該三角骨架上蒙有翼面，翼面下方布置有兩根以上翼肋； 塔架豎直固定安裝于三角骨架上方，塔架的底端與龍骨固接，塔架的頂端通過張線分別與三角骨架的各頂點(diǎn)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無人駕駛動力三角翼飛行器，其特征在于，所述俯仰電機(jī)為雙推桿電機(jī)；所述橫滾電機(jī)為舵機(jī)；所述橫滾連接器內(nèi)的傳動機(jī)構(gòu)為齒輪傳動機(jī)構(gòu)或鏈條傳動機(jī)構(gòu)或同步帶傳動機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無人駕駛動力三角翼飛行器，其特征在于，所述俯仰連接器連接在三角翼的龍骨上；所述橫滾電機(jī)的外殼的頂部設(shè)有軸套，所述三腳架的龍骨穿過該軸套。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人駕駛動力三角翼飛行器，其特征在于，所述機(jī)上控制單元包括飛行器位姿傳感器模塊、飛行指令決策模塊、數(shù)據(jù)輸入接口、數(shù)據(jù)輸出接口以及電源模塊；其中: 所述數(shù)據(jù)輸入接口用于通過無線方式與地面遙控單元連接，接收地面遙控指令； 所述飛行指令決策模塊用于根據(jù)地面遙控指令及飛行器位姿傳感器模塊的數(shù)據(jù)形成飛行姿態(tài)控制量信號，通過數(shù)據(jù)輸出接口將控制信號輸出到飛行控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以控制三角翼相對于機(jī)體進(jìn)行前后俯仰、左右橫滾運(yùn)動，控制飛行器的航向；所述飛行指令決策模塊還用于根據(jù)地面遙控指令及飛行器位姿傳感器模塊的數(shù)據(jù)形成飛行速度控制量信號，通過數(shù)據(jù)輸出接口將控制信號輸出到動力系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)飛行器的速度控制； 所述電源模塊用于為整個機(jī)上控制單元及飛行執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供電力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無人駕駛動力三角翼飛行器，其特征在于，所述飛行器位姿傳感器模塊包括以下中的兩種或兩種以上傳感器的組合: 速度傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時飛行速度的數(shù)據(jù)； 高度傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時飛行高度的數(shù)據(jù)； 航向傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時飛行方向的數(shù)據(jù)； 位置傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時三維位置坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人駕駛動力三角翼飛行器，其特征在于，所述動力系統(tǒng)為燃油或蓄電池動力螺旋槳航空發(fā)動機(jī)；所述作業(yè)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)物料噴灑系統(tǒng)或航空拍攝系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無人駕駛動力三角翼飛行器，其特征在于，所述三角骨架、塔架以及翼肋采用鋁合金或碳纖維材料制成；所述翼面為中空的多腔體結(jié)構(gòu)，將三角骨架及翼肋包含安裝于其中，中空的多腔體中充滿比重低于空氣的氣體。
10.根 據(jù)權(quán)利要求1所述的無人駕駛動力三角翼飛行器，其特征在于，所述起落架系統(tǒng)包括車輪和起落架，所述車輪通過起落架與機(jī)體連接。
【文檔編號】B64C31/032GK103847963SQ201410072307
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】周志艷, 何堯楷, 羅錫文, 臧英, 汪沛, 李繼宇, 陳盛德 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)