一种抗风型立方体无人机装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种抗风型立方体无人机装置及控制方法，包括由六块外壳面板构成的立方体机体，所述机体外立方体的各棱角和棱边均包裹有外罩缓冲垫，每个外壳面板上均设有通孔，通孔处设有螺旋桨和螺旋桨电机，各个螺旋桨电机分别通过支撑杆与立方体内部中心的飞行控制盒连接，所述飞行控制盒内安装有无人机飞行智能控制模块。本发明专利技术通过采用一种外罩缓冲垫的立方体型多旋翼无人机装置，能够有效解决多旋翼无人机在操控难度大、维护不方便、抗风能力差、损毁故障率高等方面的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无人机及其控制方法，具体涉及一种抗风型立方体无人机装置及控制方法。
技术介绍
当前，无人机在航拍、探测、侦察等任务中的应用已经取得了长足的发展。其操作简便、飞行及维护费用低、工作效率高等突出优势得到了广泛认同。在无人机的主要类型中，固定翼无人机有其特定的局限性，比如飞行场地的要求和低速性能差等性能限制。相比之下，多旋翼无人机则具有体积和质量小、隐蔽性和安全性好、可灵活垂直起降、飞行高度低、机动性强、结构简单操作灵活和成本较低等优点。普通的用于航拍、探测、侦察等任务的多旋翼无人机多是采用将若干旋翼均匀排列于同一圆周平面内，在无人机的中部核心区域使用下挂式云台，将电池、飞行控制、摄录或探测等设备安装于平台之上。这种无人机设计与安装方法虽然结构简单、易于安装，但也存在操控难度大、维护不方便、抗风能力差、损毁故障率高等缺陷，具体表现如下：（1）无人机的多旋翼既要承担提供升力的任务，又要承担航向控制的任务，使得控制与操纵的难度较大；（2）无人机的多旋翼在一个平面内展开，分布范围较大，导致抗风能力差（一般只能在5级以下的风速内飞行），当遇到突发的侧风或强风时，往往会导致无人机倾翻直至坠毁；（3）无人机降落过程是无人机操纵的关键环节，一旦操作失误或降落时遇到强风，极易造成无人机侧倾落地，导致螺旋桨损坏。以上常见多旋翼无人机在抗风能力等方面存在的问题主要是由于无人机的结构设计与控制方式所造成的，通过一定的改进和完善，能够在一定程度上提高无人机的抗风能力，从而提高无人机的应用功能与应用范围。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于克服现有多旋翼无人机结构设计与控制方法的不足，通过设计一种外罩缓冲垫的立方体型多旋翼无人机装置，能够有效解决多旋翼无人机在操控难度大、维护不方便、抗风能力差、损毁故障率高等方面的缺陷。技术方案：本专利技术所述的一种抗风型立方体无人机装置，包括由六块外壳面板构成的立方体机体，所述机体外立方体的各棱角和棱边均包裹有外罩缓冲垫，每个外壳面板上均设有通孔，通孔处设有螺旋桨和螺旋桨电机，各个螺旋桨电机分别通过支撑杆与立方体内部中心的飞行控制盒连接，所述飞行控制盒内安装有无人机飞行智能控制模块；所述无人机飞行智能控制模块包括主控制器，所述主控制器的输入端分别连接有多个传感器模块，所述主控制器的输出端分别连接有多个螺旋桨电机驱动模块，所述主控制器还连接有GPS模块，无线通信模块，存储器模块，任务载荷模块，接口模块和电源模块。进一步的，所述外罩缓冲垫的厚度超过无人机每个平面上的螺旋桨的高度。进一步的，电池、任务载荷模块、传感器置于立方体内部靠近棱角、棱边刚性强的位置。进一步的，所述传感器模块包括三轴陀螺传感器，三轴加速度传感器，三轴地磁传感器和飞行高度传感器。进一步的，所述无线通信模块包括遥控器无线接收模块和无线XBEE通信模块。进一步的，所述存储器模块包括用于存储航点信息以及控制参数的EEPROM 和用以记录各个传感器采集到的数据以及飞行命令等参数的大容量数据存储器。进一步的，所述主控制器与螺旋桨电机驱动模块、电源模块之间均设有隔离模块。本专利技术还公开了上述一种抗风型立方体无人机装置的控制方法：在飞行过程中，与地面平行的上下两个螺旋桨提供升力，控制无人机的升降运动；与地面垂直的四个螺旋桨则提供前后以及左右的航行方向控制功能；在立方体无人机的六个平面上均布的螺旋桨的功能可以互换，当风速突增导致无人机在空中被吹翻时，新的平行于地面的上下2个螺旋桨便可由原来承担航向控制的任务转变为承担升降控制任务，而原来承担升降控制任务的螺旋桨因其所在平面被风吹成垂直于地面，则随即更换为承担航向控制任务。有益效果：本专利技术的目的在于克服现有多旋翼无人机结构设计与控制方法的不足，通过设计一种外罩缓冲垫的立方体型多旋翼无人机装置，能够有效解决多旋翼无人机在操控难度大、维护不方便、抗风能力差、损毁故障率高等方面的缺陷。具体而言，一是通过多旋翼功能分组的方法，采用独立的螺旋桨控制航向，在一定程度上有效解决了无人机飞行操控复杂的问题，提高了无人机的抗风能力；二是通过螺旋桨的集成布置以及功能互换机制，确保无人机在飞行过程中突遇强风状态时仍能在空中维持飞行状态；三是通过在立方体外壳的外层包裹一层外罩缓冲垫，确保无人机在降落过程中突遇强风状态时能够安全着陆；四是通过将飞行智能控制元器件置于立方体内部的正中位置，将电池、任务负载（如摄像头）、传感器等元件置于立方体内部靠近棱角、棱边等刚性强的位置，能够较一般的多旋翼无人机更好地对这些元器件起到保护作用。附图说明图1为本专利技术的总体结构主视图；图2为本专利技术总体结构去除外罩缓冲垫后的结构主视图；图3为本专利技术总体结构去除外罩缓冲垫后的立体结构示意图；图4为本专利技术的飞行控制系统硬件结构框图；图5为本专利技术的飞行控制系统软件结构框图。具体实施方式如图1到图3所示的一种抗风型立方体无人机装置，包括由六块外壳面板1构成的立方体机体，所述机体外立方体的各棱角和棱边均包裹有外罩缓冲垫5，使得无人机不论从哪个角度落地，都能得到缓冲垫的有效保护。立方体无人机外罩缓冲垫5的厚度超过无人机每个平面上的螺旋桨高度，从面确保了各螺旋桨在落地时的安全防护。每个外壳面板1上均设有通孔，通孔处设有螺旋桨2和螺旋桨电机4，各个螺旋桨电机4分别通过支撑杆3与立方体内部中心的飞行控制盒6连接，所述飞行控制盒6内安装有无人机飞行智能控制模块。每个无人机外壳面板外都安装有螺旋桨2和螺旋桨电机4，从而共有6个螺旋桨用于无人机的飞行控制。在飞行过程中，与地面平行的上下两个螺旋桨提供升力（转向相反，类似于双层旋翼无人机），控制无人机的升降运动；与地面垂直的四个螺旋桨则提供前后以及左右的航行方向控制功能。这种设计能够有效解决无人机飞行操控复杂的问题，同时，由于采用独立的螺旋桨控制航向，在一定程度上也提高了无人机的抗风能力。立方体无人机内部对应于各螺旋桨电机安装了无人机内部支撑杆3，用于加固无人机机体强度。该无人机装置的螺旋桨设置较为集中，且提供升力的螺旋桨采用双层结构，大大减少了迎风面积，提高了抗风能力。更为重要的是，在立方体无人机的6个平面上均布的螺旋桨的功能可以互换，当风速突增导致无人机在空中被吹翻时，新的平行于地面的上下2个螺旋桨便可由原来承担航向控制的任务转变为承担升降控制任务，而原来承担升降控制任务的螺旋桨因其所在平面被风吹成垂直于地面，则随即更换为承担航向控制任务。这种设计方法有效解决了无人机在空中因强风易导致倾翻直至坠毁的问题，即使立方体无人机在空中被强风吹翻，也可通过智能控制软件将6个螺旋桨的功能进行及时切换，从而确保无人机仍能在空中维持飞行状态，而不会坠毁。如图2和图3所示的去除外罩缓冲垫后的结构示意图。除了包含有与图1相同的无人机外壳面板1、螺旋桨2、支撑杆3、螺旋桨电机4外，还可见无人机飞行控制盒6由六根无人机内部支撑杆3固定于无人机机体内。无人机飞行控制盒6内安装有无人机飞行智能控制元器件，同时，电池、任务负载（如摄像头）、传感器等元件置于立方体内部靠近棱角、棱边等刚性强的位置，能够较一般的多旋翼无人机更好地对这些元器件起到保护作用。如图4所示，抗风型立方体无人机飞行控制系统硬件采用嵌入式系统设计结构，结构紧凑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗风型立方体无人机装置，其特征在于：包括由六块外壳面板（1）构成的立方体机体，所述机体外立方体的各棱角和棱边均包裹有外罩缓冲垫（5），每个外壳面板（1）上均设有通孔，通孔处设有螺旋桨（2）和螺旋桨电机（4），各个螺旋桨电机（4）分别通过支撑杆（3）与立方体内部中心的飞行控制盒（6）连接，所述飞行控制盒（6）内安装有无人机飞行智能控制模块；所述无人机飞行智能控制模块包括主控制器，所述主控制器的输入端分别连接有多个传感器模块，所述主控制器的输出端分别连接有多个螺旋桨电机驱动模块，所述主控制器还连接有GPS模块，无线通信模块，存储器模块，任务载荷模块，接口模块和电源模块。

【技术特征摘要】
1.一种抗风型立方体无人机装置，其特征在于：包括由六块外壳面板（1）构成的立方体机体，所述机体外立方体的各棱角和棱边均包裹有外罩缓冲垫（5），每个外壳面板（1）上均设有通孔，通孔处设有螺旋桨（2）和螺旋桨电机（4），各个螺旋桨电机（4）分别通过支撑杆（3）与立方体内部中心的飞行控制盒（6）连接，所述飞行控制盒（6）内安装有无人机飞行智能控制模块；所述无人机飞行智能控制模块包括主控制器，所述主控制器的输入端分别连接有多个传感器模块，所述主控制器的输出端分别连接有多个螺旋桨电机驱动模块，所述主控制器还连接有GPS模块，无线通信模块，存储器模块，任务载荷模块，接口模块和电源模块。2.根据权利要求1所述的一种抗风型立方体无人机装置，其特征在于：所述外罩缓冲垫（5）的厚度超过无人机每个平面上的螺旋桨（2）的高度。3.根据权利要求1所述的一种抗风型立方体无人机装置，其特征在于：电池、任务载荷模块、传感器置于立方体内部靠近棱角、棱边刚性强的位置。4.根据权利要求1所述的一种抗风型立方体无人机装置，其特征在于：所述传感器模块包括三轴陀螺传感器，三轴加速度传感器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙兵，
申请(专利权)人：江苏工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32