CN105129080B - 一种反向补偿姿态稳定四旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反向补偿姿态稳定四旋翼无人机，包括机身，所述机身上固定连接有四条机臂，机臂的末端安装有旋翼，所述机臂两两相对且相对的机臂呈一直线，其中两条相对的机臂与机身的连接位置高于另外两条相对的机臂与机身的连接位置，所述机臂内设有容腔通道，且相对的机臂的容腔通道通过设置在机身内的管道连通，使之形成平行通道，所述平行通道内设有平衡块，所述平衡块通过设置在平行通道上的驱动装置驱动。本发明有效的应对在高空中持续遇到大风出现抖动的问题，使得航拍画质更稳定。

Description

一种反向补偿姿态稳定四旋翼无人机

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种反向补偿姿态稳定四旋翼无人机。

背景技术

无人机，也叫做无人飞行载具，或称无人飞机、无人飞机系统，不需要驾驶员在驾驶，通过地面遥控或自动驾驶技术，进行科学观测、战场侦查等任务的飞行器。无人机分为军用和民用，实际上最早的无人机是用于军用方面的，而随着时代的发展和技术的进步，无人机技术逐渐向民用渗透，发展了大量的民用无人机。目前，民用无人机应经被广泛的应用于航拍、电影、农业、地产、新闻、消防、救援、能源、野生动物保护等领域。

民用无人机中，航拍是应用较为广泛的一个方面。航拍主要以常规无法实现的角度进行拍摄，获取更为丰富的信息，设备主要由无人机+云台+摄像机组成。航拍用的无人机主要有直升、固定翼、多旋翼、伞翼，而目前的多旋翼无人机航拍技术较为成熟，其飞行稳定，可以悬停，操作简单，成为目前最适合的航拍选择。

多旋翼无人机航拍中，四旋翼无人机为最简单且最流行的一种。虽然目前的四旋翼航拍无人机在无人机中保有量大，但是不可避免的是，其依然存在致命的缺点，即其在航拍时，画面极容易出现抖动，具体表现为：

1．部分四旋翼无人机体积小、重量轻，也正是由于这样，这部分无人机本身的高频振动和低频抖动影响拍摄的稳定性，目前解决这一问题的惯用手段为通过配置航拍稳定云台来抵消这部分的影响，稳定云台多是通过电子设备检测摄像机或照相机的姿态变化，控制舵机反向补偿来实现摄像机或照相机的稳定，这是目前面对高频振动和低频抖动的有效方法，不可否认的是，这种方法能一定程度上提高画面的稳定性，如申请号为200910258080.X的发明专利公开了一种三自由度惯性稳定航拍云台，通过该发明中的云台，能在一定程度上消除由于无人机高频和低频震动对航拍图像造成的影响，但是这种云台结构复杂、成本较高、不便于大规模的普及。

2．地面附近的风速相对比较稳定，以地面为基准随着高度的升高，风速也随之增大，四旋翼无人机在空中飞行时，会受到几倍于地面的风速，极其容易出现大幅度的抖动，这种抖动并不能用稳定云台来抵消，因此对航拍画质影响极大，而目前暂时没有出现一种有效应对持续大风导致大幅度抖动的无人机。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能应对高空中持续大风导致机身大幅度抖动的反向补偿姿态稳定无人机。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：

一种反向补偿姿态稳定四旋翼无人机，包括机身，所述机身上固定连接有四条机臂，机臂的末端安装有旋翼，所述机臂两两相对且相对的机臂呈一直线，其中两条相对的机臂与机身的连接位置高于另外两条相对的机臂与机身的连接位置，所述机臂内设有容腔通道，相对机臂的容腔通道通过设置在机身内的管道连通，使之形成平行通道，所述平行通道内设有平衡块，所述平衡块通过设置在平行通道上的驱动装置驱动。

四旋翼无人机内形成两条平行通道，在高空中遇到大风抖动的情况下，无人机内的控制系统通过姿态传感器获取无人机当前的姿态信息并进行处理，进一步的控制驱动装置驱动平衡块快速地在平行通道移动，改变机体受力情况，通过平衡块的大幅度移动实现对无人机整体的快速平衡，这种结构使得整机有效的应对持续大风而发生抖动的情况，保证了航拍画质的稳定。平行通道由一端的机臂贯穿到相对的机臂，因此平衡块移动的幅度较大，从而以无人机中心为支点的力臂较长，使得在平衡块质量较轻的情况下，也能实现较大的力矩，在不增加额外重量的情况下也能实现对无人机的平衡作用。其中两条相对的机臂与另外两条相对的机臂高低不一，使得形成的两条平行通道上下错位，从而实现两个驱动装置即可控制四个方向的调节，每个方向的调节相互配合，一定程度上达到整机360°平稳的效果。

所述驱动装置包括电机和传动链条，所述管道上设有电机安装位，电机设置在电机安装位上，所述传动链条呈封闭环状设置在平行通道内，且平行通道的两端分别设有转轮用以固定传动链条，所述传动链条上固定有平衡块，电机通过驱动传动链条的运动使得平衡块实现在平行通道内移动。

平行通道的两端即机臂容腔通道的末端设置转轮以固定传动链条，传动链条在两个转轮的作用下既可实现固定，亦可在电机的正反驱动下实现移动。传动链条固定后分为两边，其中一边与电机接触并由电机驱动，另一边则固定连接平衡块。优选地，所述电机安装位设置在管道的正中心，有利于无人机整体的飞行稳定性。

所述电机的动力输出轴上安装有动力齿轮，在与动力齿轮相对应的管道内壁设有承托齿轮，所述承托齿轮、传动链条和动力齿轮三者啮合。

由于在高空中飞行情况时极其复杂的，大风引起的抖动很容易造成传动链条与电机的动力齿轮分离，从而出现电机的打滑，使得电机空转而不能及时做到姿态的调整，因此，通过承托齿轮和动力齿轮两者对传动链条实现了夹持，从而避免电机打滑的情况的出现。

所述机臂的横截面呈T字型结构，所述容腔通道设置在T字型结构的下半部分。

所述机身的底部设有呈锥形的结构部，所述结构部上安装云台及控制组件。

通过T字形结构的机臂和呈锥形的结构部，使得四旋翼无人机更加符合空气动力学的要求，其在空中飞行的姿态更平稳。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1．本发明的四旋翼无人机通过在其内部设置的平行通道，在面对大风抖动的情况下，能快速的大幅度调整平衡块在平行通道内的位置，实现对无人机的姿态调整，有效的应对无人机大幅度抖动影响画面稳定性的问题；

2．本发明的四旋翼无人机虽然设置了额外的驱动装置和平衡块，但是机臂设置空腔通道和机身为空腔的情况下，也不会增加额外的重量，而且较轻质量的平衡块也能实现对整体的姿态调节；

3．本发明的四旋翼无人机平衡机构结构简便，不需要像稳定云台那样复杂的结构才能完成对姿态的调整，具有更低的生产升本和维修成本。

附图说明

图1为实施例1四旋翼无人机的结构件图；

图2为实施例1四旋翼无人机内部两条平行通道结构示意图；

其中，1、机身；2、机臂；3、旋翼；4、容腔通道；5、管道；51、电机安装位；52、转轮；6、平行通道；7、平衡块；82、传动链条；83、动力齿轮；84、承托齿轮。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

实施例1

如图1所示，一种反向补偿姿态稳定四旋翼无人机，包括机身1，所述机身1上固定连接有四条机臂2，机臂2的末端安装有旋翼3，所述机臂2两两相对且相对的机臂呈一直线，其中两条相对的机臂与机身1的连接位置高于另外两条相对的机臂与机身1的连接位置，所述机臂2内设有容腔通道4，相对的机臂的容腔通道4通过设置在机身1内的管道5连通，使之形成平行通道6，所述平行通道6内设有平衡块7，其通过设置在平行通道6上的驱动装置驱动。

具体为，如图2所示，所述驱动装置包括电机和传动链条82，所述管道5上设有电机安装位51，电机设置在电机安装位51上，所述传动链条82呈封闭环状设置在平行通道6内，且平行通道6的两端分别设有转轮52用以固定传动链条82，所述传动链条82上固定有平衡块7，电机通过驱动传动链条82的运动使得平衡块7实现在平行通道6内移动。进一步的，所述电机的动力输出轴上安装动力齿轮83，在与动力齿轮83相对应的管道5内壁设有承托齿轮84，所述承托齿轮84、传动链条82和动力齿轮83三者啮合。

所述机臂2的横截面呈T字型结构，所述容腔通道4设置在T字型的下半部分，所述机身1的地步设有呈锥形的结构部（图中未标出），所述结构部上安装云台及控制组件。

Claims (3)

1.一种反向补偿姿态稳定四旋翼无人机，包括机身，所述机身上固定连接有四条机臂，机臂的末端安装有旋翼，其特征在于，所述机臂两两相对且相对的机臂呈一直线，其中两条相对的机臂与机身的连接位置高于另外两条相对的机臂与机身的连接位置，所述机臂内设有容腔通道，相对的机臂的容腔通道通过设置在机身内的管道连通，使之形成平行通道，所述平行通道内设有平衡块，所述平衡块通过设置在平行通道上的驱动装置驱动；

所述驱动装置包括电机和传动链条，所述管道上设有电机安装位，电机设置在电机安装位上，所述传动链条呈封闭环状设置在平行通道内，平行通道的两端分别设有转轮用以固定传动链条，所述传动链条上固定有平衡块，电机通过驱动传动链条的运动使得平衡块实现在平行通道内移动；

所述电机的动力输出轴上安装有动力齿轮，在与动力齿轮相对应的管道内壁设有承托齿轮，所述承托齿轮、传动链条和动力齿轮三者啮合。

2.根据权利要求1所述的反向补偿姿态稳定四旋翼无人机，其特征在于，所述机臂的横截面呈T字型结构，所述容腔通道设置在T字型结构的下半部分。

3.根据权利要求1所述的反向补偿姿态稳定四旋翼无人机，其特征在于，所述机身的底部设有呈锥形的结构部，所述结构部上安装云台及控制组件。