[实用新型]新型面对称布局的多旋翼无人飞行器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种面对称布局的多旋翼无人飞行器，属于无人飞行器设计与控制技术领域，可携带各种任务设备，广泛应用于航拍摄影、电力巡检、环境监测、森林防火、灾情巡查、防恐救生、军事侦察、战场评估等领域。

背景技术

具有垂直起降、稳定悬停和自主巡航能力的微小型飞行器，在民用和军事领域有着广阔的应用前景。常见的微小型无人直升机（包括航模直升机），虽可垂直起降和空中悬停，但由于固有稳定性不足，其人工或自动控制的难度较大。具有一定载荷的该类直升机，其旋翼通常有着相当的尺度和惯量，高速旋转时不仅噪声较大，而且对周围环境和地面人员有着很大的潜在安全危害性。特别是采用燃油发动机的无人直升机，存在着严重的噪声和环保问题。

多旋翼无人飞行器是一种新型的旋翼飞行器，有着多个对称分布在机体四周、正反转成对的旋翼，旋翼的个数一般为≥4的偶数。该类飞行器多采用电能驱动，具有结构简单、飞行稳定、易于操控（配合飞行控制系统）、低噪声无污染、携带方便、安全危害性小等特点，非常适合于执行中短距离的飞行任务。近年来，多旋翼无人飞行器逐渐引起了国内外的极大关注，相继诞生了一些典型产品。

例如，德国Microdrones公司研制的MD4系列四旋翼飞行器，采用中心对称的十字形单层旋翼布局，机身、支撑臂、旋翼舱为碳纤维一体成形；尺寸较大的MD4-1000还采用折叠式支臂设计，以方便运输。德国MikroKopter研制的MK L4-ME四旋翼飞行器、MK Hexa系列六旋翼飞行器和MK Okto系列八旋翼飞行器，全部采用中心对称的单层旋翼布局，并且MK L4-ME的四个旋翼相对起落架方向呈X形布置。此外，加拿大的Draganfly公司研制的Draganflyer系列多旋翼飞行器，也全部采用中心对称布局；其中，X4四旋翼为单层旋翼X形布置，X6六旋翼为双层共轴旋翼Y形布置，X8八旋翼为双层共轴旋翼X形布置。其双层共轴旋翼的特点是：支撑臂的数量为旋翼数量的1/2，即每根支撑臂的末端有两个共轴安装、上下朝向相反的旋翼，二者反向旋转以相互抵消反扭矩。

在国内，XAircraft推出的X650四旋翼飞行器也属于中心对称的单层旋翼布局，有十字形和X形布置两种。

除产品以外，专利号为CN200820222484.4的实用新型，提出了一种可折叠的四轴多旋翼飞行器，其四个旋翼支撑臂可绕扣件连接轴旋转收拢到机身下方，以便携带运输。申请号为200910079365.7的“一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人及其运动规划方法”，将旋翼式飞行器与腿轮式运动机构融合为多旋翼腿轮式多功能空中机器人，并规划了机器人飞行状态与爬壁状态的运动转换方法。

通过对国内外现有多旋翼飞行器进行综合分析，可以看到：

1）飞行器的旋翼相对机身普遍呈中心对称分布，飞行器整体外观的中心对称度较高。该布局在获得美观的同时，缺少显著的头尾标示（除非用醒目的彩色作大面积标示），使得空中飞行时飞行器的机头正方向难以目视辨识，不利于飞行器的姿态操控和任务执行；

2）电子设备（包括导航、飞控、通信）和机载电池在机身内一般呈上下充当布置。该方式虽可使整机质量集中在中心部位，但由于电池工作在大电流状态下，其热效应和磁场效应极易对电子设备产生干扰，由此导致诸如敏感元件误差增加、飞控计算机失效等故障，因而降低了飞行器控制系统的可靠性；

3）在控制方式上，均未涉及单个或多个旋翼失效（部分或全部）时的多旋翼故障诊断与容错飞行控制技术，因此飞行器控制的可靠性尚有较大的提升空间。

4）从系统应用的角度看，涉及任务设备和避障功能的实施方案较少。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种外形布局新颖、内部结构简洁、系统控制可靠、可携带任务设备、具有避障功能且易于工程实现的多旋翼飞行器方案。

本实用新型的技术解决方案是：新型面对称布局的多旋翼无人飞行器，包括机身、旋翼组件、起落架和任务舱。旋翼组件的个数为≥4的偶数，每个旋翼组件包含旋翼支撑臂、旋翼电机和旋翼；旋翼电机固定在旋翼支撑臂的外端，旋翼安装在旋翼电机的转轴上并由旋翼电机驱动；所有旋翼组件相对于机身的纵向对称面左右对称分布，并通过旋翼支撑臂的内端固连在机身两侧；机身内设前后隔离的设备舱和电源舱，设备舱包含导航部件、飞行控制部件和通信部件，电源舱内含为全机电子设备供电的电池。起落架固连于机身的下方。任务舱用于容纳各种任务设备并以减震方式与机身固连。

优选地，所述的飞行控制部件包含具有多旋翼故障诊断与容错飞行控制功能的飞控计算机。