[发明专利]一种多形态无人机及其飞行控制方法

说明书

本发明提供了一种多形态无人机，包括：动力单元、副机臂、机臂固定件、主机臂和机身连接件，两根副机臂平行间隔设置，主机臂通过机臂固定件固定在两根副机臂之间，机身连接件固定在主机臂的中心，所述机身连接件上设置有卡扣，四个动力单元分别安装在两根副机臂的前后两端，所述四个动力单元的结构相同，均包括旋翼、无刷电机和电机转向轴。本多形态无人机采用简单的套件组装方式，只需要简单的更换飞行套件，可实现无人机在多旋翼、固定翼、飞艇等各种形态的变换。本发明还提供了一种多形态无人机飞行控制方法，通过控制前述无人机中四个动力单元，实现无人机的精确飞行。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种多形态无人机及其飞行控制方法。

背景技术

无人机应用领域越来越广泛，但是传统的无人机形态，均有各自的优缺点，多旋翼灵活性高，能够垂直起降但续航时间短；固定翼续航时间长，飞行速度快，速度快巡航大面积区域自然是优势，但是对于小范围应用，过高的航速为应用带来不便，不能垂直起降也限制了其应用。直升机续航时间稍长，可垂直起降，但其主轴结构过于复杂，维护难度大。

传统的飞机采用改变机翼外形的办法，如采用变后掠角、变翼型弯度等方法，以适应起降、巡航和高速飞行等不同的飞行状态，力求获得比较理想的性能。但这种办法机构复杂、功能受限、效率较低，难以适应较广范围飞行环境变换(如速度、气候、高度等)的要求，导致传统无人机应用范围有限。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种多形态无人机，用户可在不同的场合采用不同的配套组件组装成不同形态的无人机，降低使用成本，获得更高的应用效率。同时本发明还提供了一种多形态无人机的飞行控制方法，可以通过精确计算获取无人机的飞行姿态，然后自动进行飞行控制。

为实现上述技术方案，本发明提供了一种多形态无人机，包括：动力单元、副机臂、机臂固定件、主机臂和机身连接件，两根副机臂平行间隔设置，主机臂通过机臂固定件固定在两根副机臂之间，机身连接件固定在主机臂的中心，所述机身连接件上设置有卡扣，四个动力单元分别安装在两根副机臂的前后两端，所述四个动力单元关于主机臂的中心呈中心对称分布，所述四个动力单元的结构相同，均包括旋翼、无刷电机和电机转向轴，所述电机转向轴与副机臂固定连接，电机转向轴内部安装有快速舵机，无刷电机固定于电机转向轴的连接法兰盘上，电机转向轴通过快速舵机调整朝向，旋翼固定在无刷电机的电机轴上。

优选的，所述机身连接件上还安装有飞艇气囊，所述飞艇气囊的尾部设置有相互垂直的飞艇垂直尾翼和飞艇水平尾翼。

优选的，所述飞艇气囊的尾部还设置有喷气装置。

优选的，所述机身连接件上还可以通过主机翼固定装置固定主机翼，所述主机翼通过连接杆与水平尾翼连接，垂直尾翼垂直安装在水平尾翼上。

优选的，所述主机翼与主机臂平行设置。

本发明还提供了一种多形态无人机飞行控制方法，其特征在于通过控制前述无人机中四个动力单元，实现无人机的精确飞行，具体包括如下步骤：

S1、飞行姿态获取，通过三轴陀螺仪和三轴加速度计分别读取安装在四个动力单元中无刷电机的数据，通过计算得到无人机飞行过程中的俯仰角横滚角β和方位角λ，具体计算过程如下：

S11，根据欧拉角的定义和余弦矩阵，得重力加速度，

公式1中，G为无人机的重力加速度，A为无人机的旋转扭矩，其中旋转扭矩的卡斯曼表达式为：

H(m,n,s,r)＝m+ni+sj+rk (公式2)

根据卡斯曼旋转矩阵可知：

将公式3代入公式1简化后得出重力加速度为：