[发明专利]一种变结构四旋翼系统及其控制方法

说明书

本发明涉及旋翼飞行器技术领域，提供了一种变结构四旋翼系统及其控制方法，包括：机身，设置于机身上的舵机、机载电脑和若干种传感器，分别设置于机身四个角上的第一高位机臂、第二高位机臂、第一低位机臂和第二低位机臂，设置于每个机臂端部的电机；第一高位机臂和第一低位机臂之间存在高度差，对角线上的两个机臂位于同一高度；机载电脑根据若干种传感器上传的传感器数据和各个机臂的旋转角度，通过线性扩张状态观测器估计补偿各个机臂的旋转运动所带来的扰动，控制各个电机的转速。在保证四旋翼稳定飞行的同时，显著提高四旋翼的狭小空间通过能力，从而极大地提高了四旋翼的适应性。

技术领域

本发明涉及旋翼飞行器技术领域，特别涉及一种变结构四旋翼系统及其控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

四旋翼是一种可执行航空飞行任务的飞行器，由于其机动灵活、方便携带存放、便于学习操纵、可垂直起降、自稳悬停等优点，被广泛应用于货物运输、航拍摄影、农业植保等诸多领域。

但，现有的四旋翼飞行器对飞行环境要求较高，同时其结构往往是单一固定的，尤其是一些体积较大、或者旋翼数量较多的多旋翼飞行器，当遇到小于其自身尺寸的空间及障碍物时，难以深入狭小空间内部或穿越障碍物，这些因素会影响信息的获取，影响任务的完成度。相对而言，变结构旋翼飞行器环境适应性更强，可通过驱动变形机构改变其机身结构和尺寸从而穿越狭小空间和障碍，或者贴近墙壁、管道等表面实现更细致的检查工作，亦可直接通过变形结构实现物体抓取、运输等其他功能。

基于此，对能灵活应用于复杂场景及任务环境下的变结构四旋翼飞行器进行设计和研究，具有较高的实际应用价值。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种变结构四旋翼系统及其控制方法，基于变形机械结构和变形态飞行控制策略等，在保证四旋翼稳定飞行的同时，显著提高四旋翼的狭小空间通过能力，从而极大地提高了四旋翼的适应性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种变结构四旋翼系统。

一种变结构四旋翼系统，包括：机身，设置于机身上的舵机、机载电脑和若干种传感器，分别设置于机身四个角上的第一高位机臂、第二高位机臂、第一低位机臂和第二低位机臂，设置于每个机臂端部的电机，以及与电机连接的螺旋桨；

所述第一高位机臂和第二高位机臂位于同一对角线上，第一低位机臂和第二低位机臂位于同一对角线上，且第一高位机臂和第一低位机臂之间存在高度差，对角线上的两个机臂位于同一高度；

所述第一高位机臂、第二高位机臂、第一低位机臂和第二低位机臂通过不同的舵机与机身连接，并在舵机的驱动下实现水平方向的旋转运动；

所述机载电脑根据各个机臂的旋转角度和若干传感器上传的数据，通过线性扩张状态观测器估计补偿各个机臂的旋转运动所带来的扰动，控制各个电机的转速。

进一步地，所述传感器包括加速度计、磁力计、陀螺仪、气压计、GPS和摄像头；

所述传感器数据包括三轴角速度、姿态、高度、定位信息和环境信息。

进一步地，所述机载电脑通过舵机驱动板与各个舵机连接；

所述舵机驱动板接收机载电脑所发送的旋转角度，输出脉冲宽度调制信号至舵机，并将电源电压调整至舵机工作时的额定电压。

进一步地，所述机载电脑通过飞行控制器和电子调速器连接各个电机；

所述飞行控制器接受机载电脑的控制量，并转化为所述电子调速器的脉冲宽度调制信号。

进一步地，所述飞行控制器和机载电脑固定在机身的上层机架上；