CN104494817A - 一种四旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四旋翼无人机，包括四个螺旋桨、刚性十字交叉支架和主控制系统，所述四个螺旋桨固联在刚性十字交叉支架机构上由四个独立的电机驱动，所述主控制系统机构设置在刚性十字交叉支架正下端，所述四旋翼无人机在空中可实现精度范围为1米的悬停，能够有效的长时间观察目标动态，且操控灵活，该电池模块为10000mAh，在长达30分钟的续航能力可以飞行10km，最大速度为10m/s，飞行高度的包容性为0-1000m，能够适应温度范围为-10°-45°，其起飞重量3kg，最大有效载荷为1kg，可携带摄影机等设备详细观测人类不易观测的地方。

Description

一种四旋翼无人机

技术领域

 本发明涉及飞行技术领域，具体为一种四旋翼无人机。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，农村的农民不再以种地为主业，多数农民选择把土地租借给种田大户，于是出现了农田集中化管理和种植，集中化提高了种植效率，观测农作物的生长情况便用到了无人机观测，传统的固定翼无人机运动自由度不足，难以急停，不可以在空中独立停行，并且有飞行高度的限制，很难达到监测农作物的实际情况，为了能够获得更清晰、准确的农作物信息，我们提出一种四旋翼无人机。

发明内容

 本发明的目的在于提供一种四旋翼无人机，该四旋翼无人机能够垂直起降，以四个螺旋桨作为动力装置，以解决上述背景技术中提出不能够获得较清晰的农作物信息问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种四旋翼无人机，至少包括四个螺旋桨、刚性十字交叉支架和主控制系统，所述四个螺旋桨固联在刚性十字交叉支架机构上由四个独立的电机驱动，所述主控制系统机构设置在刚性十字交叉支架正下端。

优选的，所述四个螺旋桨为十字形分布。

优选的，所述四个螺旋桨为四个动力装置。

优选的，所述刚性十字交叉支架内设管道。

优选的，所述主控制系统包括姿态测量系统、电机驱动模块、主控制模块、无线通信模块和电源模块。

优选的，所述四个螺旋桨可以实现空中六个自由度的飞行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该四旋翼无人机四个螺旋桨小，具有飞行安全，控制灵活等特点，并能够实现六个自由度的飞行，主控制系统包括姿态测量系统、电机驱动模块、主控制模块、无线通信模块和电源模块能有效的探测四旋翼无人机的位置状况，实现远距离飞行、远距离控制。

附图说明

图1为本发明四个螺旋桨结构示意图；

    图2为本发明螺旋桨电机驱动结构示意图：

    图3为本发明螺旋桨飞行器样图：

    图4为本发明垂直运动示意图：

    图5为本发明俯仰运动示意图：

    图6为本发明滚转运动示意图：

    图7为本发明偏航运动示意图：

    图8为本发明前后运动示意图：

    图9为本发明侧向运动示意图：

    图10为本发明主控制系统示意图：

图中：螺旋桨1、螺旋桨2、螺旋桨3、螺旋桨4、主控制系统5、刚性十字交叉支架6、螺旋桨驱动电机7、螺旋桨扇叶8、数据线9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种四旋翼无人机，至少包括四个螺旋桨、刚性十字交叉支架和主控制系统，所述四个螺旋桨固联在刚性十字交叉支架机构上由四个独立的电机驱动，所述主控制系统机构设置在刚性十字交叉支架正下端。

所述四轴飞行器结构形式如图3所示，由四个呈十字交叉的螺旋桨组成，螺旋桨1和螺旋桨3逆时针旋转的同时，螺旋桨2和螺旋桨4顺时针旋转，四轴飞行器在空间有六个自由度，可以分别沿X、Y、Z轴做平移和旋转。

结合图4所述：垂直运动时四轴飞行器最简单也是最容易实现的控制状态，保持螺旋桨1、螺旋桨2、螺旋桨3、螺旋桨4的转速相同，它们产生的扭矩刚好可以相互平衡，四轴不会发生水平面内的旋转，逐渐增大螺旋桨的转速，当飞行器产生的升力可以克服自身的重力，飞行器就可以实现垂直向上运动，当升力与重力相等时，飞行器实现悬停，降低飞机的转速，飞行器垂直向下运动，直至降落。

结合图5所述：螺旋桨1的转速上升，同时使螺旋桨3的转速下降，而螺旋桨2、螺旋桨4的转速保持不变，在这个过程中，螺旋桨1和螺旋桨3改变量应该大小相等，当螺旋桨1和螺旋桨3产生的不平衡扭矩达到一定的时候，飞行器将绕y轴旋转（方向如图所示），同理，当螺旋桨1的转速下降，螺旋桨3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。

结合图6所述：滚转运动和俯仰运动原理相同，区别在于一个是沿Y轴，一个是沿X轴。

结合图7所述：四轴飞行器的螺旋桨两个正转两个反转，当它们转速相同的扭矩为零，当四个螺旋桨转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼无人机转动，当螺旋桨1和螺旋桨3的转速上升，螺旋桨2和螺旋桨4的转速下降时，螺旋桨1和螺旋桨3对机身的反扭矩大于螺旋桨2和螺旋桨4对机身的反扭矩，机身便在多余反扭矩的作用下绕z轴转动，实现飞行器的偏航运动，转向与螺旋桨1、螺旋桨3的转向相反。

结合图8所述：增加螺旋桨3转速，使拉力增大，相应减小螺旋桨1转速，使拉力减小，同时保持其它两个螺旋桨转速不变，反扭矩仍然要保持平衡，有图5知飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动，向后飞行与向前飞行正好相反，当然在图5图6中，飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿x、y轴的水平运动。

结合图9所述：由于四轴飞行器结构对称，倾向运动和前后运动只是方向不一样，原理完全相同。

所述四旋翼无人机在空中可实现精度范围为1米的悬停，能够有效的长时间观察目标动态，且操控灵活，该电池模块为10000mAh，在长达30分钟的续航能力可以飞行10km，最大速度为10m/s，飞行高度的包容性为0-1000m，能够适应温度范围为-10°-45°，其起飞重量3kg，最大有效载荷为1kg，可携带摄影机等设备详细观测人类不易观测的地方。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种四旋翼无人机，其特征在于：包括四个螺旋桨、刚性十字交叉支架和主控制系统，所述四个螺旋桨固联在刚性十字交叉支架机构上由四个独立的电机驱动，所述主控制系统机构设置在刚性十字交叉支架正下端。

2.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机，其特征在于：所述四个螺旋桨受四个电机单独驱动，完成六个自由度的飞行。

3.根据权利要求2所述的一种四旋翼无人机，其特征在于：所述六个自由度包括x、y、z的移动和x、y、z的转动，实现六项运动。

4.根据权利要求3所述的一种四旋翼无人机，其特征在于：所述六项运动包括垂直运动、俯仰运动、滚转运动、偏航运动、前后运动、侧向运动。

5.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机，其特征在于：所述主控制系统包括姿态测量系统、电机驱动模块、主控制模块、无线通信模块和电源模块。

6.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机，其特征在于：所述刚性十字交叉支架除机身以外有效载荷为1kg。

7.根据权利要求5所述的一种四旋翼无人机，其特征在于：所述无线通信模块可以远程控制该四旋翼无人机。

8.根据权利要求5所述的一种四旋翼无人机，其特征在于：所述电源模块电池容量为10000mAh。