[发明专利]一种三旋翼飞行器及其控制方法

权利要求书

1.一种三旋翼飞行器，包括机体、三根机臂和三个旋翼；所述三个旋翼分布在机身外围，通过机臂与机身连接；其特征在于：所述三根机臂在力和力矩的作用下可以发生变形扭转，从而使旋翼发生自适应偏转，产生三个水平分力，三个水平分力合成的效果来抵消三个旋翼的反扭矩。

2.根据权利要求1所述的一种三旋翼飞行器，其特征在于，其抑制自旋的方法，不需要依靠舵机或者其它机构控制，而是能根据飞行器的受力或运动状态，通过结构的自适应完成。

3.根据权利要求1所述的一种三旋翼飞行器，其特征在于，旋翼旋转产生的推力和扭矩作用到机臂上，能使机臂发生变形，产生的形变致使旋翼倾转，从而产生一个水平分力；三个旋翼的水平分力互相叠加后，能形成一个与旋翼旋转方向相同的力矩，用于抵消三个旋翼旋转产生的扭矩。

4.根据权利要求1所述的一种三旋翼飞行器，其特征在于，当飞行器存在自旋转速时，三个旋翼会受到来自侧方的空气阻力；一方面，三个空气阻力合成的效果，能形成一个反方向的力矩，从而抑制自旋转速；另一方面，由于旋翼气动中心高于机臂的位置，该空气阻力产生的力矩效果，能使机臂发生变形，产生的形变致使旋翼倾转，从而产生一个与空气阻力方向相同的水平分力，三个水平分力合成的反方向力矩能进一步抑制自旋转速。

5.根据权利要求1所述的一种三旋翼飞行器，其特征在于，当飞行器存在自旋方向的加速度时，三个旋翼会受到来自侧方的惯性力；一方面，三个惯性力合成的效果，能形成一个反方向的力矩，从而抑制自旋加速的趋势；另一方面，由于旋翼质量中心高于机臂的位置，该惯性力产生的力矩效果，能使机臂发生变形，产生的形变致使旋翼倾转，从而产生一个与惯性方向相同的水平分力，三个水平分力合成的反方向力矩能进一步抑制自旋加速的趋势。

6.根据权利要求1所述的一种三旋翼飞行器，所述机臂一组包括包括梁以及夹具，梁数量包括但不仅限于二，考虑结构成本与复杂度，优选为二；所述梁有一定柔度，在旋翼的力和力矩作用下能产生扭转和弯曲；所述双梁存在水平间距和高度差，两根梁组合到一起能使旋翼产生期望的倾转。

7.一种基于机体等效坐标系的飞行器控制方法，其特征在于，使用后倾角和前倾角代替传统的俯仰角和滚转角作为姿态控制量，不控制偏航，根据自旋角确定电机控制信号，所述三个姿态角的定义如下：

后倾角λ：机身平面向后倾转的程度，即等效坐标系x轴与水平面之间的夹角，以后倾为正；

右倾角μ：机身平面向右倾转的程度，即等效坐标系y轴与经过等效坐标系x轴的最小倾斜面之间的夹角，以右倾为正；

自旋角γ：飞行器相对于地理系转过的角度，即机体系x轴在水平面上的投影与用户坐标系x轴的的夹角。