CN108928478A - 一种多旋翼操控系统 - Google Patents

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邓景辉
侯祥民
罗骏
周亨
王子轩
黄水林
吴令华
苏兵兵
苑小帅
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    • B64C27/58—Transmitting means, e.g. interrelated with initiating means or means acting on blades
    • B64C27/68—Transmitting means, e.g. interrelated with initiating means or means acting on blades using electrical energy, e.g. having electrical power amplification
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    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/19—Propulsion using electrically powered motors

Abstract

本发明提供了一种多旋翼操控系统，属于旋翼飞行器技术领域。所述结构包括多个变矩单元及控制单元，其中多个变矩单元设置在无人机的多个机臂上，所述任一变距单元包括控制所述旋翼旋转的转动机构，以及包括控制旋翼桨叶偏转的偏转机构；控制单元用于输出两路PWM信号于各变矩单元，一路PWM信号传送至所述转动机构，用于使所述转动机构恒速旋转，另一路PWM信号输送至所述偏转机构，操控所述偏转机构改变旋翼的总距角。本发明通过舵机控制旋翼系统桨距角度变化，大大增加了操控的灵敏度、飞行稳定性。

Description

一种多旋翼操控系统
技术领域
本发明属于旋翼飞行器技术领域，具体涉及一种多旋翼操控系统。
背景技术
多旋翼飞行器是当前一个重点研究方向。目前，以航拍无人多旋翼飞行器为代表的消费级多旋翼飞行器的普及应用引起了人们对多旋翼飞行器的广泛关注。市售多旋翼飞行器升力系统多采用无刷电机直接驱动定距螺旋桨，结构简单，加上定距开源飞控的普及，技术门槛较低，生产厂家呈爆炸式增长，使其在诸如影视航拍、低空植保等领域的使用日益普及，但现阶段多旋翼飞行器受限于电机性能与电池能量密度瓶颈，其飞行时间、载重能力等极为有限，平台拓展能力亦受到很大限制。
现阶段多旋翼飞行器多采用以下操控系统：每副旋翼通过单独的无刷马达进行驱动，通过改变电机转速以控制各个支臂的升力扭矩大小，进而实现多旋翼飞行器的飞行控制。但是该控制方式具有其固有的缺陷，通过控制驱动马达转速调节飞行方向时，驱动马达转速不停改变，使驱动马达工作状态不平稳，导致较高的电量消耗，无法长时间飞行；转速控制有其滞后性、控制响应时间长，带来操控灵敏度低等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明采用无刷电机和驱动舵机混合控制的方式，固定无刷电机的转速，通过改变不同支臂旋翼系统的螺距角度以实现多旋翼飞行器的飞行控制。采用该控制方式的多旋翼飞行器可以设计较大的旋翼尺寸，降低桨盘载荷，降低功耗；同时采用变距操控，可以增加操控系统的灵敏性。
所述多旋翼操控系统主要包括：
多个变矩单元，设置在无人机的多个机臂上，所述任一变距单元包括控制所述旋翼旋转的转动机构，以及包括控制旋翼桨叶偏转的偏转机构；；
控制单元，输出两路PWM信号于各变矩单元，一路PWM信号传送至所述转动机构，用于使所述转动机构恒速旋转，另一路PWM信号输送至所述偏转机构，操控所述偏转机构改变旋翼的总距角。
优选的是，所述变距单元包括无刷电机、传动齿轮、变距拉杆、驱动舵机、桨毂以及旋翼，其中，所述无刷电机的输出轴通过齿轮与传动齿轮啮合，传动齿轮的输出轴作为驱动旋翼旋转的主轴，所述变距拉杆的一端连接驱动舵机，另一端连接在变距杆上，所述变距杆连接所述桨毂，通过驱动舵机带动所述变距拉杆运动，进而拉动或推动所述变距杆，以驱动旋翼偏转。
优选的是，所述变距单元的数量为4个。
本发明提出的新型多旋翼操控系统，在一定程度上弥补了多旋翼飞行器单一操控方式的空白。由于旋翼尺寸可不受市售电机、操控灵敏度等方面的限制，多旋翼的总体设计可采用小桨盘载荷以减小飞行过程中的能耗，增大航时；通过舵机控制旋翼系统桨距角度变化，大大增加了操控的灵敏度、飞行稳定性。该多旋翼操控系统在变距多旋翼飞行器工程试验阶段，试验原型样机起飞总重6kg、商载1kg情况下航时50分钟，约为同商载条件下市售定距四旋翼的2倍。因此，采用该操控系统可大大增加多旋翼飞行器的续航时间，拓宽多旋翼飞行器工业级应用市场。
附图说明
图1为按照本发明多旋翼操控系统的一优选实施例的变矩单元结构示意图。
图2为本发明图1所示实施例的样机整体效果图。
图3为本发明图1所示实施例的变距多旋翼无人机示意图。
其中，1为无刷电机，2为传动齿轮，3为变距拉杆，4为驱动舵机，5为桨毂，6为旋翼。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
本发明采用无刷电机和驱动舵机混合控制的方式，固定无刷电机的转速，通过改变不同支臂旋翼系统的螺距角度以实现多旋翼飞行器的飞行控制。
如图2所示，所述多旋翼操控系统主要包括：
多个变矩单元，设置在无人机的多个机臂上，所述任一变距单元包括控制所述旋翼旋转的转动机构，以及包括控制旋翼桨叶偏转的偏转机构；；
控制单元，输出两路PWM信号于各变矩单元，一路PWM信号传送至所述转动机构，用于使所述转动机构恒速旋转，另一路PWM信号输送至所述偏转机构，操控所述偏转机构改变旋翼的总距角。
参考图1，本发明的变距单元包括无刷电机1、传动齿轮2、变距拉杆3、驱动舵机4、桨毂5以及旋翼6，其中，所述无刷电机的输出轴通过齿轮与传动齿轮2啮合，传动齿轮的输出轴作为驱动旋翼旋转的主轴，所述变距拉杆3的一端连接驱动舵机4，另一端连接在变距杆上，所述变距杆连接所述桨毂5，通过驱动舵机4带动所述变距拉杆3运动，进而拉动或推动所述变距杆，以驱动旋翼偏转。
参考图3，以四旋翼为例，本实施例的四旋翼操控系统的控制形式为：
飞行过程中，通过操控系统发送指令与飞行控制系统，之后飞行控制系统通过结算输出两路PWM信号于各支臂，一路PWM信号用于控制无刷电机恒速旋转，另一路PWM信号操控舵机摇臂旋转角度控制旋翼的总距角，进而改变相应支臂的升力，改变飞行姿态。
垂直起降：操纵遥控的升降杆，四个支臂的旋翼桨距角同步变化，通过增大或缩小桨距实现垂直起降。
俯仰控制：当操纵遥控是俯仰杆时，控制①、③号支臂旋翼系统总距角增大，②、④号支臂旋翼系统总距角减小，则为多旋翼飞行器“抬头”姿态；反之，则为多旋翼飞行器“低头”姿态。
滚转控制：当操纵遥控的副翼通道时，控制①、④号支臂旋翼系统总距角增大，②、③号支臂旋翼系统总距角减小，则为多旋翼飞行器“右滚”姿态；反之，则为多旋翼飞行器“左滚”姿态。
偏航控制：当操纵遥控的偏航通道时，控制①、②号支臂旋翼系统总距角增大，③、④号支臂旋翼系统总距角减小，则为多旋翼飞行器“右偏航”姿态；反之，则为多旋翼飞行器“左偏航”姿态。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种多旋翼操控系统，其特征在于，包括：
多个变矩单元，设置在无人机的多个机臂上，所述任一变距单元包括控制所述旋翼旋转的转动机构，以及包括控制旋翼桨叶偏转的偏转机构；；
控制单元，输出两路PWM信号于各变矩单元，一路PWM信号传送至所述转动机构，用于使所述转动机构恒速旋转，另一路PWM信号输送至所述偏转机构，操控所述偏转机构改变旋翼的总距角。
2.如权利要求1所述的多旋翼操控系统，其特征在于，所述变距单元包括无刷电机(1)、传动齿轮(2)、变距拉杆(3)、驱动舵机(4)、桨毂(5)以及旋翼(6)，其中，所述无刷电机的输出轴通过齿轮与传动齿轮(2)啮合，传动齿轮的输出轴作为驱动旋翼旋转的主轴，所述变距拉杆(3)的一端连接驱动舵机(4)，另一端连接在变距杆上，所述变距杆连接所述桨毂(5)，通过驱动舵机(4)带动所述变距拉杆(3)运动，进而拉动或推动所述变距杆，以驱动旋翼偏转。
3.如权利要求1所述的多旋翼操控系统，其特征在于，所述变距单元的数量为4个。
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