CN106628126A - 一种可斜坡起飞和降落的无人机 - Google Patents

一种可斜坡起飞和降落的无人机 Download PDF

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冀鹏
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Abstract

本发明公开了一种可斜坡起飞和降落的无人机，属于无人机航空技术领域。所述无人机包括：带有旋翼组件的机体，以及安装在机体上的新型支撑装置，可360度旋转相机，动力装置，控制系统和传感器系统，其中传感器系统中红外测距传感器测量机体与起飞或降落平面之间的距离、三轴倾角传感器检测飞行器机体是否水平。所述无人机的新型支撑装置包括四个支撑单体，支撑单体包括与机体连接部分、可开合支撑杆以及安装在底部的真空吸盘，控制系统根据红外测距传感器测量出机体距起飞或降落平面的距离，从而确定斜坡的倾斜角度，得到支撑杆旋转的角度，使无人机旋翼组件保持水平状态。本发明实现了无人机在斜坡起飞和降落的功能，拓宽了无人机的应用领域。

Description

一种可斜坡起飞和降落的无人机
技术领域
本发明属于无人机航空技术领域，特别是一种可斜坡起飞和降落的无人机。
背景技术
随着科技的发展，无人机以其成本低廉、生存能力强、小巧灵活和操作方便的优点在多个领域得到广泛的应用。无人机在地质勘探、灾情监测、农业植保、航拍巡视、物品运输、医疗救援、危险地区采样方面发挥着重要的作用。
四旋翼无人机的四个旋翼对称分布在机体的前后左右四个方向，处于同一高度平面，结构和半径相同，四个电机对称安装在飞行器的支架端，支架中间空间安装飞行控制系统和外部设备。四旋翼无人机通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。
目前，四旋翼无人机只能在平地起飞和降落。在斜坡起飞会导致旋翼产生的升力不均衡，造成无人机失控；在斜坡降落容易导致无人机坠机，造成人员和财产损害。
发明内容
本发明的目的在提供一种安全可靠、适应性强的可斜坡起飞和降落的无人机。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种可斜坡起飞和降落的无人机，包括：控制系统、移动飞行器、新型支撑装置以及可360旋转相机，其中，移动飞行器为多旋翼式无人机，移动飞行器上安装可360旋转相机，控制系统根据可360旋转相机的图像，通过遥控器控制无人机的移动、起降和飞行；在移动飞行器的底部安装有新型支撑装置，可辅助无人机在斜坡上起飞和降落。
进一步地，所述移动飞行器包括十字形的机体，在机体中央安装有三轴倾角传感器，所述三轴倾角传感器检测移动飞行器的机体是否水平；
在所述移动飞行器机体的四个顶点上各设置一个旋翼，在四个顶点的下端各设置一个支撑单体结构和一个红外测距传感器，所述红外测距传感器测量机体与起飞或降落的平面之间的距离；
所述新型支撑装置由四个支撑单体结构组成。
进一步地，所述支撑单体结构包括与机体连接部分、舵机、连接杆、支撑杆和真空吸盘。
进一步地，所述舵机设置在机体旋翼的下方，舵机和支撑杆通过连接杆连接，构成支撑单体结构；所述舵机通过连接杆带动支撑杆进行旋转；
所述控制系统根据四个红外测距传感器所测量的机体与用于起飞或降落的平面之间的距离，计算斜坡的倾斜角度，从而确定四个支撑单体结构中支撑杆的旋转角度。
进一步地，所述真空吸盘设置在支撑杆的底部，当无人机降落在斜坡平面并且三轴倾角传感器数值为零时，真空吸盘启动真空抽吸设备，使真空吸盘内产生负压，从而将无人机固定在斜坡平面上，实现无人机的斜坡降落；当无人机要从斜坡平面起飞并且三轴倾角传感器数值为零时，真空吸盘充气，使真空吸盘内负压消除，完成无人机的斜坡起飞。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)能够适应多种平面的起降，减少由于起降造成的损失；(2)计算支撑杆开合的角度，保证无人机旋翼组件保持水平状态，实现所述无人机在斜坡起飞和降落的功能；(3)拓宽了无人机的应用领域，协助人们完成更多任务，提升工作效率。
附图说明
图1是本发明可斜坡起飞和降落的无人机的结构示意图。
图2是本发明可斜坡起飞和降落的无人机的移动飞行器的机构示意图。
图3是本发明可斜坡起飞和降落的无人机的支撑单体结构的结构示意图。
图4是本发明可斜坡起飞和降落的无人机的支撑杆的旋转角度的计算原理。
图5是本发明可斜坡起飞和降落的无人机的控制系统结构框图。
图6是本发明可斜坡起飞和降落的无人机斜坡降落流程图。
图7是本发明可斜坡起飞和降落的无人机斜坡起飞流程图。
附图标识：1为移动飞行器，2为新型支撑装置，3为可360度旋转相机，4为三轴倾角传感器，5为支撑单体结构，6为红外测距传感器，7为与机体连接部分，8为舵机，9为连接杆，10为支撑杆，11为真空吸盘。
具体实施方式
结合图1～3，本发明可斜坡起飞和降落的无人机，包括：控制系统、移动飞行器1、新型支撑装置2以及可360旋转相机3，其中，移动飞行器1为多旋翼式无人机，移动飞行器1上安装可360旋转相机3，控制系统根据可360旋转相机3的图像，通过遥控器控制无人机的移动、起降和飞行；在移动飞行器1的底部安装有新型支撑装置2，可辅助无人机在斜坡上起飞和降落。
进一步地，所述移动飞行器1包括十字形的机体，在机体中央安装有三轴倾角传感器4，所述三轴倾角传感器4检测移动飞行器1的机体是否水平；
在所述移动飞行器1机体的四个顶点上各设置一个旋翼，在四个顶点的下端各设置一个支撑单体结构5和一个红外测距传感器6，所述红外测距传感器6测量机体与起飞或降落的平面之间的距离；
所述新型支撑装置2由四个支撑单体结构5组成。
进一步地，所述支撑单体结构5包括与机体连接部分7、舵机8、连接杆9、支撑杆10和真空吸盘11。
进一步地，所述舵机8设置在机体旋翼的下方，舵机8和支撑杆10通过连接杆9连接，构成支撑单体结构5；所述舵机8通过连接杆9带动支撑杆10进行旋转；
所述控制系统根据四个红外测距传感器6所测量的机体与用于起飞或降落的平面之间的距离，计算斜坡的倾斜角度，从而确定四个支撑单体结构5中支撑杆10的旋转角度。
进一步地，所述真空吸盘11设置在支撑杆10的底部，当无人机降落在斜坡平面并且三轴倾角传感器4数值为零时，真空吸盘11启动真空抽吸设备，使真空吸盘11内产生负压，从而将无人机固定在斜坡平面上，实现无人机的斜坡降落；当无人机要从斜坡平面起飞并且三轴倾角传感器4数值为零时，真空吸盘11充气，使真空吸盘11内负压消除，完成无人机的斜坡起飞。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
如图1所示，为本发明所述的可斜坡起飞和降落的无人机的结构示意图，包括：控制系统、移动飞行器1、新型支撑装置2以及可360旋转相机3，其中，移动飞行器1为多旋翼式无人机，移动飞行器1上安装可360旋转相机3，控制系统根据可360旋转相机3的图像，通过遥控器控制无人机的移动、起降和飞行；在移动飞行器1的底部安装有新型支撑装置2，可辅助无人机在斜坡上起飞和降落。
如图2所示，为本发明所述的移动飞行器1的机构示意图，移动飞行器1包括十字形的机体，在机体中央位置设置一个三轴倾角传感器4，所述三轴倾角传感器4检测移动飞行器1的机体是否水平。在所述移动飞行器1机体的四个顶点上各设置一个旋翼，在四个顶点的下端各设置一个支撑单体结构5和一个红外测距传感器6，所述红外测距传感器6测量机体的四个顶点距起飞或降落平面之间的距离。此外，新型支撑装置2由四个支撑单体结构5组成。
如图3所示，为本发明所述的支撑单体结构5的结构示意图，所述支撑单体结构5包括与机体连接部分7、舵机8、连接杆9、支撑杆10和真空吸盘11：
所述舵机8设置在机体旋翼的下方，舵机8和支撑杆10通过连接杆9连接，构成支撑单体结构5。所述舵机8通过连接杆9带动支撑杆10进行旋转；
所述控制系统根据四个红外测距传感器6所测量的机体与用于起飞或降落的平面之间的距离，计算斜坡的倾斜角度，从而确定四个支撑单体结构5中支撑杆10的旋转角度，使移动飞行器1保持水平状态；
所述真空吸盘11设置在支撑杆10的底部，当无人机降落在斜坡平面并且三轴倾角传感器4数值为零时，真空吸盘11启动真空抽吸设备，使真空吸盘11内产生负压，从而将无人机固定在斜坡平面上，实现无人机的斜坡降落；当无人机要从斜坡平面起飞并且三轴倾角传感器4数值为零时，真空吸盘11充气，使真空吸盘11内负压消除，完成无人机的斜坡起飞。
如图4所示，为本发明支撑杆10旋转角度的计算原理：
假设A端支撑单体结构距斜坡平面距离最大，已知A、B两端支撑单体结构之间距离固定为a，支撑杆的长度为b，于是令A端两支撑杆旋转角度为零，即A端距斜坡平面距离为b，此时B端距斜坡平面距离为c，则
θ＝90°-α
其中α为斜坡的倾斜角度，θ为B端竖直与斜坡的夹角，根据三角形正弦定理可知：
β＝180°-θ-δ
其中δ为B端左边支撑杆与斜坡的夹角，β为B端左边支撑杆的旋转角度，通过计算可知：
同理可知：
其中γ为B端右边支撑杆的旋转角度。
如图5所示，为本发明可斜坡起飞和降落的无人机的控制系统结构框图，所述控制系统、所述新型支撑装置与所述传感器系统构成一个闭环系统；其中，所述控制系统根据各传感器数据，将外部指令转化为运动指令发送给执行单元，即新型支撑装置；所述传感器包括红外测距传感器和三轴倾角传感器；其中所述红外测距传感器测量无人机机体四个顶点距斜坡平面的距离，控制系统根据此数据计算各个支撑杆旋转角度；所述三轴倾角传感器检测无人机是否水平，若倾角传感器数值为零，则真空吸盘工作，若倾角传感器数值不为零，则反馈给控制系统再次调节支撑杆的旋转角度；所述无人机供电系统主要为所述主控制器、所述新型支撑装置、所述通信系统和所述传感器系统供电；所述通信系统用于将外部指令转化为数字信号传递给控制系统。
如图6所示，为本发明可斜坡起飞和降落的无人机斜坡降落流程图，首先由操纵者通过遥控器向所述无人机发送降落指令，然后由安装在所述移动飞行器1的机体四个顶点的红外测距传感器6测量机体四个顶点距降落平面之间的距离，所述无人机飞行控制系统根据所述计算原理计算出所述四个支撑单体结构5中各个支撑杆10的旋转角度，飞行控制系统控制所述舵机8转动使支撑杆10旋转到相应角度。当支撑单体结构5接触到斜坡平面并且所述三轴倾角传感器4数值为零时，所述真空吸盘11启动真空设备抽吸，将所述无人机固定在斜坡平面上，实现所述无人机的斜坡降落功能。
如图7所示，为本发明可斜坡起飞和降落的无人机斜坡起飞流程图，首先由操纵者通过遥控器向无人机发送起飞指令，然后真空吸盘11启动真空设备抽吸，将所述无人机固定在起飞斜坡上，之后同样由四个红外测距传感器6测量机体四个顶点与起飞平面的距离，所述无人机飞行控制系统根据所述计算原理计算出八根所述支撑杆10的旋转角度，控制所述舵机8转动使支撑杆10旋转到响应角度。当所述三轴倾角传感器4数值为零时，所述真空吸盘11充气，同时飞行控制系统启动无人机的四个旋翼，实现无人机的斜坡起飞功能。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可斜坡起飞和降落的无人机，其特征在于：
包括：控制系统、移动飞行器(1)、新型支撑装置(2)以及可360旋转相机(3)，其中，移动飞行器(1)为多旋翼式无人机，移动飞行器(1)上安装可360旋转相机(3)，控制系统根据可360旋转相机(3)的图像，通过遥控器控制无人机的移动、起降和飞行；在移动飞行器(1)的底部安装有新型支撑装置(2)，可辅助无人机在斜坡上起飞和降落。
2.根据权利要求1所述的可斜坡起飞和降落的无人机，其特征在于：
所述移动飞行器(1)包括十字形的机体，在机体中央安装有三轴倾角传感器(4)，所述三轴倾角传感器(4)检测移动飞行器(1)的机体是否水平；
在所述移动飞行器(1)机体的四个顶点上各设置一个旋翼，在四个顶点的下端各设置一个支撑单体结构(5)和一个红外测距传感器(6)，所述红外测距传感器(6)测量机体与起飞或降落的平面之间的距离；
所述新型支撑装置(2)由四个支撑单体结构(5)组成。
3.根据权利要求2所述的可斜坡起飞和降落的无人机，其特征在于：
所述支撑单体结构(5)包括与机体连接部分(7)、舵机(8)、连接杆(9)、支撑杆(10)和真空吸盘(11)。
4.根据权利要求3所述的可斜坡起飞和降落的无人机，其特征在于：
所述舵机(8)设置在机体旋翼的下方，舵机(8)和支撑杆(10)通过连接杆(9)连接，构成支撑单体结构(5)；所述舵机(8)通过连接杆(9)带动支撑杆(10)进行旋转；
所述控制系统根据四个红外测距传感器(6)所测量的机体与用于起飞或降落的平面之间的距离，计算斜坡的倾斜角度，从而确定四个支撑单体结构(5)中支撑杆(10)的旋转角度。
5.根据权利要求3所述的可斜坡起飞和降落的无人机，其特征在于：
所述真空吸盘(11)设置在支撑杆(10)的底部，当无人机降落在斜坡平面并且三轴倾角传感器(4)数值为零时，真空吸盘(11)启动真空抽吸设备，使真空吸盘(11)内产生负压，从而将无人机固定在斜坡平面上，实现无人机的斜坡降落；当无人机要从斜坡平面起飞并且三轴倾角传感器(4)数值为零时，真空吸盘(11)充气，使真空吸盘(11)内负压消除，完成无人机的斜坡起飞。
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