[发明专利]一种空间六自由度独立可控多旋翼无人飞行控制方法

权利要求书

1.一种空间六自由度独立可控多旋翼无人飞行控制方法，包括机身(4)、机臂(3)、电机(2)、起落架(5)；

所述机臂(3)在一个水平面等间隔分布在所述机身(4)上；每个机臂(3)的末端固定有驱动电机(2)，旋翼(1)位于驱动电机(2)的另一端；

其特征在于：驱动电机(2)的转轴按角度θ_k相对于机身(4)平面呈倾斜固定；通过将无人机线运动动力学方程和角运动动力学方程生成多旋翼无人飞行器六自由度动力学方程，将飞行器空间六自由度输入信号变换为多个所述电机的转速指令，并通过旋翼的转速运动进行组合，使飞行器跟踪空间六自由度输入信号；

按照如下步骤进行：

步骤1、建立单个旋翼转动运动所产生的推力模型：

式中，i为旋翼的编号，θ_k为电机相对机身的倾斜角度，f_i(ω_i)为编号i的旋翼在转速为ω_i时产生的推力，f_il为f_i(ω_i)沿机臂(3)方向的分量，f_iv为f_i(ω_i)垂直机身(4)平面的分量；

步骤2、建立空间六自由度独立可控多旋翼无人飞行器的线运动动力学方程、角运动动力学方程、全驱动动力学方程

步骤2.1所述的线运动动力学方程为：

式中，X＝[u,v,w]^T，其中u,v,w为飞行器体轴系下的线速度分量，F(f_i)为所有旋翼推力f_i构成，A为所述空间六自由度独立可控多旋翼无人飞行器的结构特征而定，且A为行满秩矩阵；

步骤2.2所述的角运动动力学方程为：

式中，Y＝[p,q,r]^T，其中p,q,r为飞行器体轴系下的角速度分量，B为所述空间六自由度独立可控多旋翼无人飞行器的结构特征而定，且B为行满秩矩阵；

步骤2.3所述的全驱动动力学方程为：

式中Z＝[X^T,Y^T]^T，其中Z为飞行器体轴系下的线速度和角速度分量，C＝[A^T,B^T]^T，且C为行满秩矩阵；

步骤3所述多旋翼无人飞行器的六自由度速度与旋翼转速的关系方程为：

式中，C^-为C的广义逆矩阵，且为行满秩矩阵。

2.根据权利要求1所述的空间六自由度独立可控多旋翼无人飞行控制方法，其特征在于：相邻两对电机的旋向相反。

3.根据权利要求1所述的空间六自由度独立可控多旋翼无人飞行控制方法，其特征在于：驱动电机倾斜方式分为向内倾斜和向外倾斜。

4.根据权利要求1所述的空间六自由度独立可控多旋翼无人飞行控制方法，其特征在于：旋翼所产生的升力可以分解为垂直于机身平面的升力和平行于机臂的推力。

5.根据权利要求1所述的空间六自由度独立可控多旋翼无人飞行控制方法，其特征在于：所有旋翼所产生的升力经过组合可以生成机身前进、后退、左移、右移、向上运动的推力。