[发明专利]一种用飞轮进行姿态控制的无人机

说明书

本发明公开了一种用飞轮进行姿态控制的无人机，包括无人机本体。所述无人机主要由框架、飞轮驱动机构以及旋翼机构构成，包含三个由电机驱动的互相垂直飞轮机构，用于控制无人机俯仰、横滚与偏航轴的倾角，从而控制无人机的飞行方向；包含一个由电机驱动的共轴双桨的旋翼机构，上下两个旋翼旋向相反，转速相同，产生的扭矩相同。控制效果更加平稳，防止出现误操作导致的力矩突变以及姿态突变。

技术领域

本发明涉及一种无人机，其特点在于使用了共轴双桨的旋翼系统，以及使用飞轮作为其转向的驱动装置。

技术背景

在常见的旋翼无人机的操控过程中，由于其进行俯仰、偏航、滚转等动作时，主要由不同旋翼之间的力的差值或是力矩的差值进行控制的，由于力的差值或者力矩差值难以计算或预估，往往导致无人机在进行俯仰、偏航、滚转等动作时过程不平滑，产生较大的震荡，且需要反复调整以达到预期位置。因此我们希望将这一缺点进行改进，考虑到由于飞轮产生控制力以及控制力矩较为稳定，突变小，力矩平缓，因此我们希望将飞轮应用于无人机控制中，使无人机的控制更加平稳。

同时，对于一般的没有尾桨的共轴双桨无人机，主要由共轴双旋翼以及舵机作为驱动，利用舵机改变旋翼系统的方向可以实现俯仰与横滚运动，飞行较为平稳，且节省空间，利用这套飞轮系统(单轴)布置与飞行器垂直于螺旋桨驱动轴的一面上，可以实现利用飞轮控制其偏航角。

发明内容

本发明，设计了一种新型的无人机的控制方法，可以解决目前常用的无人机的部分问题，式飞行过程更加平稳。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种利用飞轮进行姿态控制的无人机。

其中无人机本体主要由外部框架、飞轮、旋翼机构、飞轮电机、旋翼电机、主控板、飞轮电机基座、旋翼电机基座以及主控基座构成。三个飞轮相互垂直，用于控制无人机俯仰、横滚与偏航轴的倾角，从而控制无人机的飞行方向；旋翼机构是一个共轴双桨旋翼，上下两个旋翼旋向相反，转速相同。

外部框架是无人机的主要结构，其外观上是一个中空立方体，飞轮电机基座、主控基座、旋翼电机基座，三种基座与外部框架通过连接柱固定，连接柱的具体长度与飞轮厚度和电机轴长度有关。

飞轮利用法兰联轴器固定在电机轴上，位于外部框架与电机基座之间，飞轮与联轴器的总厚度不超过电机轴可使用的长度。飞轮电机固定在电机基座上，其轴指向外部框架方向，但不超出外部框架平面，三个平面以及螺旋桨电机皆如此安装。

旋翼电机被固定在旋翼电机基座上，电机轴延伸到外部框架之外，以便在电机轴上安装共轴双桨旋翼机构，旋翼电机基座固定通过连接柱固定在外部框架上。

无人机的主控以及电池被固定在主控基座上，主控基座通过连接柱与外部框架连接、固定，以防止支架晃动导致主控产生位移。主控位于整个外部框架的正中心。

本发明的技术效果如下：

1.一种新型的无人机控制方式，相比四旋翼的控制方式，使用飞轮转速控制力矩，控制效果更加平稳，防止出现误操作导致的力矩突变以及姿态突变。

2.为共轴双旋翼无尾桨的无人机设计了一种新的控制思路，不局限于舵机控制的方式，使用舵机直接控制翼面角度会使舵机受到较大载荷，而且直接控制翼面会产生较大抖动，影响操控或者航拍效果。

附图说明

图1为本发明提出的无人机的整体外观展示；

图2为本发明提出的无人机的结构示意图；

图3为本发明提出的无人机内部电机—飞轮驱动系统结构示意图；

图4为本发明提出的无人机内部电机—共轴双桨旋翼系统结构示意图；