[发明专利]一种共轴双旋翼无人飞行器

权利要求书

1.一种共轴双旋翼无人飞行器，其特征在于，主要包括共轴双桨动力系统和矢量控制伺服控制系统；

所述共轴双桨动力系统包括上旋翼、上旋翼桨毂、上电机、下旋翼、下旋翼桨毂和下电机；上电机和下电机旋转方向相反，共同组成共轴双桨电机，上电机的定子、耳片盘、下电机的定子由上至下依次固定相连，上电机的外转子通过下旋翼桨毂与下旋翼相连，下电机的外转子输出轴穿过上电机中空的通道，通过上旋翼桨毂与上旋翼相连；

所述的矢量控制伺服控制系统包括滚转控制舵机、俯仰控制舵机、内圈转子和外圈转子；内圈转子通过与共轴双桨动力系统的耳片盘固定，实现与共轴双桨电机的固定；外圈转子包括上部的圆环及其下部的连接件，上部的圆环上开设侧向通孔；内圈转子整体嵌套于外圈转子内，与外圈转子间隙配合，并通过转轴及外圈转子的圆环上的通孔与外圈转子铰接；外圈转子通过转轴及外圈转子的圆环上的通孔与机体铰接；滚转控制舵机设置于外圈转子上，且通过拉杆和摇臂与内圈转子相连，通过滚转控制舵机产生内圈转子和外圈转子之间的相对转动；俯仰控制舵机设置在机体上，且通过拉杆和摇臂与外圈转子连接，通过俯仰控制舵机控制产生外圈转子与机体结构之间的相对转动。

2.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼无人飞行器，其特征在于，所述的下旋翼、上旋翼可折叠，折叠后紧贴圆柱形机身，具备携带方便的特点。

3.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼无人飞行器，其特征在于，整流罩设置在飞行器顶端，起落架设置在飞行器底端。

4.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼无人飞行器，其特征在于，所述的共轴双旋翼无人飞行器还包括GPS模块、上电机电调、下电机电调、飞控计算机、电池、图数一体电台、电台天线、机载任务处理设备、可见光摄像头、红外摄像头、室内定位设备；

GPS模块用于在有GNSS信号的室外环境下给飞行器提供定位信息；上电机电调、下电机电调分别用于驱动、调整上电机和下电机；飞控计算机用于根据飞行传感器和任务指令，进行信息综合和参数解算，生成相应的控制指令控制电机和舵机，使飞行器按照期望的状态飞行；电池用于给飞行器供电；图数一体电台用于飞行器与地面控制站的通讯；机载任务处理设备用于IMU与视觉定位传感器信号融合以及视觉-惯导同步定位与建图导航定位解算。

5.根据权利要求4所述的一种共轴双旋翼无人飞行器，其特征在于，所述的共轴双旋翼无人飞行器采用竖直圆柱形机身，分舱段进行设计，包括包含动力系统舱段、航电设备舱段、可更换载荷舱段，动力系统舱段装配共轴双桨动力系统和矢量控制伺服控制系统；航电设备舱段装配GPS、上电机电调、下电机电调、飞控计算机、电池、图数一体电台、电台天线；可更换载荷舱段装配机载任务处理设备、可见光摄像头、红外摄像头、室内定位设备；机体结构采用尼龙材质增材制造，可充分与机载设备共形设计；部分缓冲连接件包括飞控计算机、室内定位设备与机体之间的减震垫，采用泡沫或海绵材质，减震的同时带来结构重量的减小。

6.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼无人飞行器，其特征在于，采用自抗扰控制技术：对扩张状态观测器ESO进行结构修改，用径向基函数神经网络RBF的扰动观测值代替ESO的扰动观测值；将滑模控制引入到NLSEF中，提高响应速度和系统的鲁棒性。

7.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼无人飞行器，其特征在于，飞行器的导航定位采用了GNSS信号与IMU融合的惯性卫星组合导航，以及IMU与视觉定位传感器信号融合的视觉-惯导同步定位与建图导航定位，当GNSS信号失效时自动切换到VI-SLAM模式；飞行器无论在有GNSS覆盖的空旷环境，还是在密闭和GNSS拒止的环境，均可实现自主飞行；采用GNSS信号接收机、IMU以及视觉定位传感器；在有GNSS信号时，采用卫星惯性组合导航；在无GNSS的未知环境定位与导航系统实现无人机无GNSS情况下进行自主环境探索，功能模块包括自主定位、环境建图与路径规划两部分；自主定位采用视觉-惯导同步定位与建图，系统将以起飞位置为原点建立全局坐标系，通过融合视觉与惯导系统量测信息对无人机相对位姿进行估计；建图与路径规划负责解决无人机运动规划问题，通过建立栅格地图并运行路径搜索算法，导引无人机向指定目标飞行，同时规避障碍。