[发明专利]一种基于四压杆整体张拉结构的多旋翼无人机

说明书

本发明公开了一种基于四压杆整体张拉结构的多旋翼无人机，以四压杆整体张拉结构为机身主体的无人机。其机体由一系列不连续的受压单元和一系列连续的受拉单元相互作用而成。在该无人机机身中受压单元为压杆，受拉单元为拉索，单元与单元的相互作用点为节点；压杆之间互不接触，拉索形成了连续的张力网络，构成了结构稳定的空间外形。本发明的基于四压杆张拉整体结构的无人机实现了刚性构件与柔性构件的结合，具有可变形、易折叠和对地面环境适应性好等优点。同时，该类型无人机的结构更加简单，驱动更加容易，所需要的驱动能量也更少。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种基于四压杆整体张拉结构的多旋翼无人机。

背景技术

无人机是指利用无线遥控设备和自身的控制装置进行控制的不载人飞行器，该设备融合了机械电子、计算机通信和导航控制等技术，能够在复杂环境中进行运动轨迹的实时控制。目前，无人机已被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、防恐救生和军事侦察等领域，能够有效克服有人驾驶飞机进行空中作业的不足，降低购买与维护成本。但是，无人机在作业时，会面临着崎岖的地貌、山脉、建筑物、树木和输电线路等复杂障碍物的安全威胁。基于此，本发明提出一种基于四压杆整体张拉结构的无人机，该类型无人机具有独特的可折展特性和较轻的质量，对复杂作业环境有着良好的适应性。

目前，无人机机体结构都是由刚性杆件构成，杆件材料一般为碳纤维。但是，由刚性杆件构成的机身结构对环境适应性较差，特别是在复杂环境中降落时会受到极大的限制。为了克服该问题，申请人提出了基于四压杆整体张拉结构的无人机，该类型无人机具有一定的连续变形能力，它可以大幅度改变机体形状，对降落环境的适应能力好。张拉整体结构在没有预应力存在的情况下是机构，但是由于自应力状态的存在，在特定的几何形状下，稳定了一阶无穷小机构，从而使结构获得刚度称为可承受载荷的结构，这是它区别与传统机构的本质特点。正是由于该本质特点，使得张拉整体结构的内力和形态高度相关，表现出很强的形态可调性。基于该设计思想，将张拉整体结构的概念也被引入至无人机的研究领域。

1948年，美国学者Fuller将‘Tension’和‘Integrity’这两个词缩减合成为一个新的名词‘Tensegrity’，首次提出了‘张拉整体’这一概念。直到上世纪80年代初期，这种独特的结构体系才引起了工程界研究者的关注。作为一种新型空间结构，张拉整体结构是由少量刚性压杆和大量柔性拉索构成的，是一种效率极高的内力自平衡结构体。

在运动控制方面，传统无人机利用控制算法使其按照特定方式运动或保持在某一位置，所以控制中很大一部分能量用于维持结构稳定。而张拉整体结构通过调整内部预应力来实现整体结构的变形，并维持整体结构处于自平衡状态。这种独特的性能使得张拉整体结构具有更好的控制性能，即需要较大的能量来改变平衡位置，较小的能量维持结构稳定。当该类型无人机受到外部扰动后，依靠结构自身预应力来维持本身稳定性，与张拉整体结构的自平衡原理相类似。因此，将传统无人机进行创造性改机，使之应用张拉整体结构，是有重大意义的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于四压杆整体张拉结构的多旋翼无人机，以克服现有技术存在的不足：

本发明具体采用以下技术方案予以实现：