微型纵列反转双旋翼飞行器制造技术

本发明专利技术提供了一种微型纵列反转双旋翼飞行器，包括主板、控制系统、电池、第一飞行器驱动机构、第二飞行器驱动机构以及支架；所述第一飞行器驱动机构、第二飞行器驱动机构、控制系统、电池均安装在所述主板上；所述支架安装在所述主板的底端；所述第一飞行器驱动机构用于为所述飞行器提供升力、为飞行器提供扭转力矩；所述第二飞行器驱动机构用于为所述飞行器提供升力、控制飞行器的偏航角。本发明专利技术设计了一种新型的飞行器控制方式：仅使用两个高度集成的飞行器驱动机构作为飞行器的驱动器，配合被动铰链结构以及固定连接件进行姿态控制，相比目前主流技术的结构少了两个驱动器，从而降低了飞行器的重量，避免了倾斜盘的复杂机械结构，降低微型飞行器的生产成本。降低微型飞行器的生产成本。降低微型飞行器的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
微型纵列反转双旋翼飞行器


[0001]本专利技术涉及无人机领域，具体地，涉及一种微型纵列反转双旋翼飞行器，尤其是涉及一种只使用两个直流无刷电机作为驱动器，配合被动铰链的调节螺旋桨桨叶攻角，控制其姿态的微型纵列反转双旋翼直升机。

技术介绍

[0002]小型无人飞行器目前越来越流行，尤其是可以在三维空间中悬停的旋翼式飞行器。这种旋翼型无人机的应用非常广泛，包括环境监察、植保、矿井探测、物品运输等。对于纵列反转双旋翼直升机而言，其两个旋翼为前后串列布局，后面的螺旋桨比前面的螺旋桨高，进一步提高了飞机的紧凑性。这种直升机的两个螺旋桨都提供升力，并且通常使用前旋翼产生飞行推力，又在滚转和俯仰中调节飞行器的方向。其中，美国波音公司所研发的CH
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47运输直升机，是美军服役的直升机当中载重量最高的型号之一。这种直升机的姿态控制通常是在螺旋桨上通过一种称为循环控制的技术实现的，即当桨叶旋转时，桨叶的俯仰角会随着倾斜盘发生周期性变化，从而提供不同方向的扭矩。通常这种循环控制是通过一种被称为倾斜盘的机械结构实现的，世界上第一个在直升机中使用的倾斜盘是1939年由美国工程师西科斯基研制而成，经多年发展直至今日。由于旋翼飞机的倾斜盘结构需要额外的舵机以及复杂的机械结构，这不仅增加了机器人的负重，还大大增加了机器人的复杂性及制造难度。
[0003]为了解决这个问题，Cambridge MA大学的Draper Laboratory的Charles S.提出了压电驱动器控制等方法实现微型无倾斜盘共轴反桨直升机。其中宾夕法尼亚大学的James Paulos和Mark Yim提出了一种配合被动铰链的直升机电子倾斜盘的控制方法，该方法通过在螺旋桨上加入被动铰链结构，配合适当的加减速换向控制，即可模拟出机械倾斜盘的效果。但是，针对纵列反转双旋翼直升机，对于如何减少飞行器的总驱动器数目且飞行器还能保持可控性，却一直没有方案，相关研究还处于初级阶段。
[0004]专利文献CN110092000A公开了一种全电动倾转旋翼无人机，它包括机体、前梁、后梁和油动发动机，所述的前梁、后梁分别配置在机体的中前部和后部，油动发动机安装在机体内，所述的前梁两侧分别安装有一个倾转旋翼机桨叶，其特征是所述的油动发动机与发电机相连发电，发电机分别与动力电动机及倾转电动机电气连接，动力电动机驱动倾转旋翼机桨叶转动，倾转电动机驱动倾转旋翼机桨叶倾转；所述的动力电动机及倾转电动机均安装在前梁的端部。该方案采用倾转电动机驱动桨叶倾转，结构仍然较复杂，重量仍然较重。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种微型纵列反转双旋翼飞行器。
[0006]根据本专利技术提供的一种微型纵列反转双旋翼飞行器，包括主板、控制系统、电池、第一飞行器驱动机构、第二飞行器驱动机构以及支架；
[0007]所述第一飞行器驱动机构、第二飞行器驱动机构、控制系统、电池均安装在所述主板上；所述支架安装在所述主板的底端；
[0008]所述电池用于提供电源；；
[0009]所述第一飞行器驱动机构、第二飞行器驱动机构均与所述控制系统电连接；
[0010]所述第一飞行器驱动机构用于为所述飞行器提供升力、为飞行器提供扭转力矩；
[0011]所述第二飞行器驱动机构用于为所述飞行器提供升力、控制飞行器的偏航角。
[0012]优选地，所述主板上设置有第一安装位以及一个或多个第二安装位；
[0013]所述控制系统、所述电池分别安装在所述第一安装位、第二安装位上。
[0014]优选地，所述第一飞行器驱动机构包括第一电机、被动铰链结构、第一电机支撑架以及多个第一螺旋桨桨叶；
[0015]所述第一电机安装在所述第一电机支撑架上，所述第一电机的输出轴与所述被动铰链结构连接，多个所述第一螺旋桨桨叶均安装在所述被动铰链结构上；
[0016]第一电机支撑架直接或间接安装在所述主板上。
[0017]优选地，所述第一飞行器驱动机构还包括第一一体化电路；
[0018]所述控制系统、所述第一电机均与所述第一一体化电路电连接。
[0019]优选地，所述被动铰链结构包括第一电机输出轴连接件以及多个可动机翼连接件；
[0020]所述第一电机输出轴连接件与所述第一电机的输出轴连接；
[0021]所述第一螺旋桨桨叶与所述可动机翼连接件的数量相匹配，且所述第一螺旋桨桨叶一对一的安装在所述可动机翼连接件上；
[0022]多个所述可动机翼连接件沿所述第一电机输出轴连接件周向分布，且所述可动机翼连接件与所述第一电机输出轴连接件可转动连接；
[0023]所述可动机翼连接件与所述第一电机输出轴连接件的转动轴与所述第一电机的输出轴不平行且不垂直。
[0024]优选地，所述第二飞行器驱动机构包括第二电机、固定连接件、第二电机支撑架以及多个第二螺旋桨桨叶；
[0025]所述第二电机通过所述固定连接件与多个所述第二螺旋桨桨叶连接，且多个所述第二螺旋桨桨叶沿所述固定连接件的周向分布；
[0026]所述第二电机安装在所述第二电机支撑架上；
[0027]所述第二电机支撑架直接或间接安装在所述主板上。
[0028]优选地，所述第二飞行器驱动机构还包括第二一体化电路；
[0029]所述控制系统、所述第二电机均与所述第二一体化电路电连接。
[0030]优选地，所述第一一体化电路包括电机驱动模块、传感模块、电机控制模块。
[0031]优选地，所述第二一体化电路包括电机驱动模块、传感模块、电机控制模块。
[0032]优选地，所述主板由碳纤维材料制成。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0034]1、本专利技术没有使用倾斜盘结构或舵机来调整飞行器姿态，使飞行器具有质量轻、体积小、寿命长、成本低、适应复杂环境工作的特点。
[0035]2、本专利技术中第一一体化电路与第二一体化电路均通过支撑柱安装在所述主板上
的设计形成了多层结构。所述多层结构的设计减轻了飞行器重量，增大飞行器重心范围，承载了飞行过程可能会遇到的碰撞，使所述飞行器能适应恶劣环境下的工作。
[0036]3、本专利技术设计了一种新型的飞行器控制方式：仅使用两个高度集成的飞行器驱动机构作为飞行器的驱动器，配合被动铰链结构以及固定连接件进行姿态控制，相比目前主流技术的“四旋翼”或者“两旋翼+两舵机”的结构少了两个驱动器，从而降低了飞行器的重量，避免了倾斜盘的复杂机械结构，降低微型飞行器的生产成本；
[0037]4、本专利技术主板的形状设计可配合控制系统、所述电池第一飞行器驱动机构以及第二飞行器驱动机构的安装位置，发挥电机的最大升力，扩大机体重心范围，提高飞行器的稳定性及载重能力。
附图说明
[0038]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0039]图1为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型纵列反转双旋翼飞行器，其特征在于，包括主板(4)、控制系统(6)、电池(5)、第一飞行器驱动机构、第二飞行器驱动机构以及支架(1)；所述第一飞行器驱动机构、第二飞行器驱动机构、控制系统(6)、电池(5)均安装在所述主板(4)上；所述支架(1)安装在所述主板(4)的底端；所述电池(5)用于提供电源；所述第一飞行器驱动机构、第二飞行器驱动机构均与所述控制系统(6)电连接；所述第一飞行器驱动机构用于为所述飞行器提供升力、为飞行器提供扭转力矩；所述第二飞行器驱动机构用于为所述飞行器提供升力、控制飞行器的偏航角。2.根据权利要求1所述的微型纵列反转双旋翼飞行器，其特征在于，所述主板(4)上设置有第一安装位以及一个或多个第二安装位；所述控制系统(6)、所述电池(5)分别安装在所述第一安装位、第二安装位上。3.根据权利要求1所述的微型纵列反转双旋翼飞行器，其特征在于，所述第一飞行器驱动机构包括第一电机(9)、被动铰链结构(2)、第一电机支撑架(3)以及多个第一螺旋桨桨叶(8)；所述第一电机(9)安装在所述第一电机支撑架(3)上，所述第一电机的输出轴与所述被动铰链结构(2)连接，多个所述第一螺旋桨桨叶(8)均安装在所述被动铰链结构(2)上；第一电机支撑架(3)直接或间接安装在所述主板(4)上。4.根据权利要求3所述的微型纵列反转双旋翼飞行器，其特征在于，所述第一飞行器驱动机构还包括第一一体化电路(7)；所述控制系统(6)、所述第一电机(9)均与所述第一一体化电路(7)电连接。5.根据权利要求3或4所述的微型纵列反转双旋翼飞行器，其特征在于，所述被动铰链结构(2)包括第一电机输出轴连接件(15)以及多个可动机翼连接件(14)；所述第一电机输出轴连...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫平，叶伟杰，吴朝封，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：