專利名稱：基于貫流風(fēng)機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航飛行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛行器，尤其是一種基于貫流風(fēng)機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航飛行器。
背景技術(shù)：
無人駕駛飛機(jī)是一種以無線電遙控或由自身程序控制為主的不載人飛機(jī)。它的研制成功和戰(zhàn)場(chǎng)運(yùn)用，揭開了以遠(yuǎn)距離攻擊型智能化武器、信息化武器為主導(dǎo)的“非接觸性戰(zhàn)爭(zhēng)”的新篇章。與載人飛機(jī)相比，它具有體積小、造價(jià)低、使用方便、對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境要求低、戰(zhàn)場(chǎng)生存能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，備受世界各國的關(guān)注。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，無人駕駛飛機(jī)以其準(zhǔn)確、高效和靈便的偵察、干擾、欺騙、搜索、校射及在非正規(guī)條件下作戰(zhàn)等多種作戰(zhàn)能力，發(fā)揮著顯著的作用，并引發(fā)了層出不窮的軍事學(xué)術(shù)、裝備技術(shù)等相關(guān)問題的研究。四軸飛行器是一種常見的多旋翼飛行器，通過支撐臂連接四個(gè)旋翼，并且分為兩組，互為正反槳，每組兩個(gè)旋翼旋向相同，但兩組旋翼旋向相反，以此抵消其對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的扭力矩，保持機(jī)體平衡，旋翼轉(zhuǎn)速的改變能夠改變升力，進(jìn)而決定飛行器的空中姿態(tài)和移動(dòng)位置，正因?yàn)槠潇`活的運(yùn)動(dòng)能力、較強(qiáng)的抗風(fēng)性能、緊湊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，能夠在狹小閉塞或復(fù)雜的人力難以抵達(dá)的地形環(huán)境中完成行動(dòng)任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)現(xiàn)有基于貫流風(fēng)機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航無人飛行器，采用在動(dòng)力性和穩(wěn)定性更有優(yōu)勢(shì)的貫流風(fēng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)方式，將裝載高精度、低功耗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無人控制的自主導(dǎo)航飛行，并可無線調(diào)整飛行參數(shù)及獲取機(jī)體飛行數(shù)據(jù)。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為
基于貫流風(fēng)機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航飛行器，包括基于貫流風(fēng)機(jī)的飛行器，所述基于貫流風(fēng)機(jī)的飛行器包括主機(jī)機(jī)架、四組固定柱、四組風(fēng)道、四臺(tái)無刷電機(jī)、四組葉輪、四組支撐柱，所述四組風(fēng)道分別通過固定柱以主機(jī)機(jī)架中心點(diǎn)對(duì)稱安裝于機(jī)架平面上側(cè)，所述四組支撐柱以主機(jī)機(jī)架中心點(diǎn)對(duì)稱直立安裝于機(jī)架平面下側(cè)，與機(jī)架所處平面呈90度夾角，所述四組葉輪分別安裝于相應(yīng)風(fēng)道內(nèi)側(cè)，并且分別與四臺(tái)無刷電機(jī)共軸相連，通過固定柱與主機(jī)機(jī)架相連接，組成貫流風(fēng)機(jī)，相鄰的貫流風(fēng)機(jī)處于同一平面且相互之間的夾角為90°。所述主機(jī)機(jī)架設(shè)有控制平臺(tái)，所述控制平臺(tái)上設(shè)置有機(jī)載飛行控制單元和供電電源；所述機(jī)載飛行控制單元包括微控制器、三軸陀螺儀、三軸傾角傳感器、用于測(cè)量飛行高度的數(shù)字氣壓傳感器、用于確定航向的數(shù)字羅盤和用于導(dǎo)航定位的GPS導(dǎo)航定位芯片。其中，三軸陀螺儀和三軸傾角傳感器將飛行器的空中運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信號(hào)傳輸?shù)轿⒖刂破鳎盘?hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過平衡控制算法處理后，微控制器調(diào)整四臺(tái)無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得相應(yīng)方向電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加或減少從而保持飛行器的平衡，數(shù)字氣壓傳感器每隔一定時(shí)間采集飛行高度數(shù)據(jù)，當(dāng)飛行器升高至預(yù)定飛行高度時(shí)，可配合三軸陀螺儀和三軸傾角傳感器，令飛行器在指定高度移動(dòng)或懸停作業(yè)。
所述的機(jī)載飛行控制單元還通過無線收發(fā)模塊與地面控制中心進(jìn)行通訊。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果
本發(fā)明采用以基于貫流風(fēng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)方式的四軸飛行器作為基本設(shè)備載體，通過高精度、低功耗的數(shù)字羅盤和GPS導(dǎo)航定位芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)無人控制下的自動(dòng)導(dǎo)航飛行，可無線調(diào)整飛行參數(shù)及獲取機(jī)體飛行數(shù)據(jù)。貫流風(fēng)機(jī)相較于傳統(tǒng)旋翼，在動(dòng)力性和穩(wěn)定性方面有更大提升，并且避免了機(jī)體空中自旋問題，使得航向控制，空中姿態(tài)調(diào)整更為自如。飛行器通過機(jī)載飛行控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)兩種控制模式飛行無人自動(dòng)導(dǎo)航和地面手動(dòng)遙控，而且控制模式可以高效，靈活地隨時(shí)轉(zhuǎn)換，當(dāng)特殊電磁環(huán)境引起導(dǎo)航定位不準(zhǔn)，機(jī)體反饋數(shù)據(jù)受干擾時(shí)，可調(diào)為手動(dòng)遙控，保證飛行器飛行控制。本飛行器的地面控制中心可實(shí)時(shí)監(jiān)控飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)具體飛行環(huán)境，通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊調(diào)整飛行器控制參數(shù)，保證飛行過程魯棒性。本發(fā)明集機(jī)身姿態(tài)控制、飛行高度檢測(cè)、航向校準(zhǔn)、自動(dòng)導(dǎo)航定位、無線收發(fā)等功能于一體，機(jī)體飛行具有可靠穩(wěn)定性與操控性，結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)合理，并保留通用擴(kuò)展接口，具有良好應(yīng)用價(jià)值和使用前景。


為了更清楚說明本發(fā)明的技術(shù)方案和設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，其中
圖1為本發(fā)明的飛行器的結(jié)構(gòu)俯視 圖2為飛行器的側(cè)視 圖3為飛行器機(jī)載飛行控制單元各元件布置 圖4為飛行控制單元各元件連接示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如圖1和圖2所示，本發(fā)明的基于貫流風(fēng)機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航飛行器，包括基于貫流風(fēng)機(jī)的飛行器，飛行器包括主機(jī)機(jī)架1、四組固定柱2、四組風(fēng)道3、四臺(tái)無刷電機(jī)4、四組葉輪5、四組支撐柱6，四組風(fēng)道3分別通過固定柱2以主機(jī)機(jī)架I中心點(diǎn)對(duì)稱安裝于機(jī)架平面上偵牝四組支撐柱6以主機(jī)機(jī)架I中心點(diǎn)對(duì)稱直立安裝于機(jī)架平面下側(cè)，與機(jī)架所處平面呈90度夾角，四組葉輪5分別安裝于相應(yīng)風(fēng)道3內(nèi)側(cè)，并且分別與四臺(tái)無刷電機(jī)4共軸相連，通過固定柱2與主機(jī)機(jī)架相連接，組成貫流風(fēng)機(jī)。貫流風(fēng)機(jī)根據(jù)其長度分為兩組，分別對(duì)應(yīng)安裝于矩形的長邊與短邊，各相鄰兩風(fēng)機(jī)處于同一平面且相互之間的夾角為90°。如圖2和3所示，本發(fā)明的技術(shù)方案中，機(jī)載飛行控制單元通過安裝平臺(tái)設(shè)置于主機(jī)機(jī)架I上，所述機(jī)載飛行控制單元包括微控制器7、三軸陀螺儀8、三軸傾角傳感器9、用于測(cè)量飛行高度的數(shù)字氣壓傳感器10、用于確定航向的數(shù)字羅盤11和用于導(dǎo)航定位的GPS導(dǎo)航定位芯片12。其中，三軸陀螺儀8和三軸傾角傳感器9將飛行器的空中運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信號(hào)傳輸?shù)轿⒖刂破?，信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過平衡控制算法處理后，微控制器7調(diào)整四臺(tái)無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得相應(yīng)方向電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加或減少從而保持飛行器的平衡，數(shù)字氣壓傳感器10每隔一定時(shí)間采集飛行高度數(shù)據(jù)，當(dāng)飛行器升高至預(yù)定飛行高度時(shí)，可配合三軸陀螺儀8和三軸傾角傳感器9，令飛行器在指定高度移動(dòng)或懸停作業(yè)；
飛行器還搭載有數(shù)字羅盤11和GPS導(dǎo)航定位芯片12，通過兩者的協(xié)同工作，可使飛行器按照既定規(guī)劃的航線無人控制自動(dòng)飛行。如圖4所示，可清楚表示機(jī)載飛行控制單元各元器件之間以及與之配合工作的地面控制中心的連接關(guān)系，機(jī)載飛行控制單元和地面控制中心組成無人導(dǎo)航飛行控制系統(tǒng)，能夠控制整個(gè)飛行器的姿態(tài)控制、飛行、懸停、定位和導(dǎo)航，地面控制中心包括控制微機(jī)13、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊14和遙控器15。機(jī)載飛行控制單元通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊14實(shí)時(shí)發(fā)送飛行器在飛行過程中的各類數(shù)據(jù)，控制微機(jī)13實(shí)時(shí)接收并顯示所得到的數(shù)據(jù)，如供電電池電壓、電量、姿態(tài)、方向、高度、位置、飛行時(shí)間、飛行路程、與起點(diǎn)距離、電機(jī)轉(zhuǎn)速、GPS信號(hào)狀態(tài)等關(guān)鍵信息，并根據(jù)具體情況發(fā)出相應(yīng)控制命令。基于貫流風(fēng)機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航無人飛行器供電電源16采用聚合物鋰電池供電，由于聚合物鋰電池的安全性能，相較于傳統(tǒng)鎳鎘電池或氫電池更好，例如重量輕，容量大，放電特性理想，內(nèi)阻小等，特別適合飛行器的大電流供應(yīng)。最后說明，以上描述僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制其所包含范圍，即對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而并未脫離其目的和范圍的，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.基于貫流風(fēng)機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航飛行器，包括基于貫流風(fēng)機(jī)的飛行器，其特征在于所述基于貫流風(fēng)機(jī)的飛行器包括主機(jī)機(jī)架、四組固定柱、四組風(fēng)道、四臺(tái)無刷電機(jī)、四組葉輪、四組支撐柱，所述四組風(fēng)道分別通過固定柱以主機(jī)機(jī)架中心點(diǎn)對(duì)稱安裝于機(jī)架平面上側(cè)，所述四組支撐柱以主機(jī)機(jī)架中心點(diǎn)對(duì)稱直立安裝于機(jī)架平面下側(cè)，與機(jī)架所處平面呈90度夾角，所述四組葉輪分別安裝于相應(yīng)風(fēng)道內(nèi)側(cè)，并且分別與四臺(tái)無刷電機(jī)共軸相連，通過固定柱與主機(jī)機(jī)架相連接，組成貫流風(fēng)機(jī)，相鄰的貫流風(fēng)機(jī)處于同一平面且相互之間的夾角為 90° ； 所述主機(jī)機(jī)架設(shè)有控制平臺(tái)，所述控制平臺(tái)上設(shè)置有機(jī)載飛行控制單元和供電電源；所述機(jī)載飛行控制單元包括微控制器、三軸陀螺儀、三軸傾角傳感器、用于測(cè)量飛行高度的數(shù)字氣壓傳感器、用于確定航向的數(shù)字羅盤和用于導(dǎo)航定位的GPS導(dǎo)航定位芯片；其中，三軸陀螺儀和三軸傾角傳感器將飛行器的空中運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信號(hào)傳輸?shù)轿⒖刂破?，信?hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過平衡控制算法處理后，微控制器調(diào)整四臺(tái)無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得相應(yīng)方向電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加或減少從而保持飛行器的平衡，數(shù)字氣壓傳感器每隔一定時(shí)間采集飛行高度數(shù)據(jù)，當(dāng)飛行器升高至預(yù)定飛行高度時(shí)，可配合三軸陀螺儀和三軸傾角傳感器，令飛行器在指定高度移動(dòng)或懸停作業(yè)； 所述的機(jī)載飛行控制單元還通過無線收發(fā)模塊與地面控制中心進(jìn)行通訊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于貫流風(fēng)機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航飛行器。本發(fā)明包括基于貫流風(fēng)機(jī)的飛行器，所述基于貫流風(fēng)機(jī)的飛行器包括主機(jī)機(jī)架、四組固定柱、四組風(fēng)道、四臺(tái)無刷電機(jī)、四組葉輪、四組支撐柱，四組風(fēng)道分別通過固定柱以主機(jī)機(jī)架中心點(diǎn)對(duì)稱安裝于機(jī)架平面上側(cè)，四組支撐柱以主機(jī)機(jī)架中心點(diǎn)對(duì)稱直立安裝于機(jī)架平面下側(cè)，四組葉輪分別安裝于相應(yīng)風(fēng)道內(nèi)側(cè)，并且分別與四臺(tái)無刷電機(jī)共軸相連，通過固定柱與主機(jī)機(jī)架相連接，組成貫流風(fēng)機(jī)。主機(jī)機(jī)架設(shè)有控制平臺(tái)，所述控制平臺(tái)上設(shè)置有機(jī)載飛行控制單元和供電電源。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)無人控制下的自動(dòng)導(dǎo)航飛行，可無線調(diào)整飛行參數(shù)及獲取機(jī)體飛行數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G05D1/02GK103019243SQ201210568760
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者鄒洪波, 胡琦逸, 王建中, 陳云 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)