CN109319161A - 一种无人浮升一体飞行器吊舱装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种无人浮升一体飞行器吊舱装置，包括气囊以及通过四根缆绳与气囊连接的吊舱主体结构，吊舱主体结构包括支架、以及安装在支架上的飞控主控制器、推进机构和姿态控制机构；四根缆绳分别连接在气囊的前部两侧和后部两侧，连接在气囊前部的两根缆绳缠绕在其中一台伺服电机的转轴上，且缠绕方向相反，连接在气囊后部的两根缆绳缠绕在另一台伺服电机的转轴上，且缠绕方向相同。本发明利用推进机构提供一定的拉力和推力，使无人浮升一体飞行器在滑道上飞行，同时浮升气囊提供升力飞行。依靠姿态控制装置控制前部两根缆绳的差动收放使其滚转，控制后部两根缆绳的同步收放使其俯仰，易于改变姿态，能够完成常规飞行任务，且节约电池消耗。
Description
技术领域
本发明属于飞行装置技术领域，涉及一种无人浮升一体飞行器吊舱装置。
背景技术
无人飞行器是不载人的飞行装置，通过遥控设备和程序控制装置操纵，具有低成本、高效费比、使用方便等诸多优点。目前，无人飞行器在各个领域都得到极大的推广应用；军用领域方面，无人飞行器可以通过携带高清晰摄像头、热成像仪或扫描雷达对战场展开全方位的测绘、侦查与监视。民用领域方面，无人飞行器可以应用于电力线巡查、森林防火等对飞行员来说较为危险的任务中。此外，在影视剧拍摄、农业植保等领域，无人机更是逐步走向了全方位的应用。
常用的无人飞行器有固定翼及旋翼式两种。这两种飞行器都依靠锂电池提供动力，由电机驱动旋翼或螺旋桨提供升力和推力，其动力消耗大，因此目前无人飞行器最大的缺点就是续航能力。如果想要增加续航能力，则必须增加锂电池的节数，这就导致了其重量必然增加，使其机动性变差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种无人浮升一体飞行器吊舱装置，通过气囊提供浮力与气动升力，能够有效节约电池消耗。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种无人浮升一体飞行器吊舱装置，包括气囊以及通过四根缆绳与气囊连接的吊舱主体结构，吊舱主体结构包括支架、以及安装在支架上的飞控主控制器、推进机构和姿态控制机构；所述推进机构包括两台电子调速器、前后螺旋桨、两台无刷电机，两台电子调速器连接飞控主控制器、并分别与两台无刷电机连接，两台无刷电机分别用于驱动前、后螺旋桨；所述姿态控制机构包括两台驱动器、两台减速器、两台伺服电机，飞控主控制器与两驱动器连接，两台驱动器分别连接两台减速器，两台减速器分别与两台伺服电机连接；四根缆绳分别连接在气囊的前部两侧和后部两侧，连接在气囊前部的两根缆绳缠绕在其中一台伺服电机的转轴上，且缠绕方向相反，连接在气囊后部的两根缆绳缠绕在另一台伺服电机的转轴上，且缠绕方向相同。
进一步的，所述支架两侧固定有四个气囊连接结构，缆绳通过气囊连接结构后缠绕在伺服电机转轴上。
进一步的，所述气囊连接结构为斜向上方伸出的支撑杆，支撑杆的顶端设置有滑轮，缆绳穿过滑轮后缠绕在伺服电机转轴上。
进一步的，连接在气囊前部的两根缆绳在伺服电机的驱动下一根收紧，另一根放长；连接在气囊后部的两根缆绳在伺服电机的驱动下同收同放。
进一步的，所述气囊为碟形。
进一步的，驱动器型号为ZLAC706。
进一步的，伺服电机型号为ZLAC60ASM400。
进一步的，电子调速器型号为好盈120A高压电调。
进一步的，前、后螺旋桨尺寸均为21cm*10cm。
进一步的，飞控主控制器型号为pixhawk。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明利用推进机构提供一定的拉力和推力，使无人浮升一体飞行器在滑道上飞行，同时浮升气囊提供升力飞行。依靠姿态控制装置控制前部两根缆绳的差动收放使其滚转，控制后部两根缆绳的同步收放使其俯仰，易于改变姿态，能够完成常规飞行任务，且节约电池消耗。
附图说明
图1为本发明提供的无人浮升一体飞行器吊舱装置整体结构示意图。
图2为吊舱主体结构立体示意图。
图3为吊舱主体结构另一方向立体示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1、2所示，本发明提供的无人浮升一体飞行器吊舱装置，包括碟形气囊18、连接在蝶形气囊装置下的四根缆绳、以及与缆绳连接的吊舱主体结构。气囊装置18位于吊舱装置上半部分，吊舱主体结构位于下半部分。四根缆绳分别与气囊的前部左侧、前部右侧、后部左侧、后部右侧连接。具体的说，吊舱主体结构包括支架、支架两侧固定有分别与四根缆绳连接的四个气囊连接结构(1、2、3、4)、支架上表面安装有两台驱动器(5、6)、两台1：5减速器(7、8)、两台伺服电机(9、10)、两台电子调速器(11、12)，支架上表面中部安装有飞控主控制器17。两驱动器分别设置在支架靠近头尾处，两台减速器(7、8)分别与两台驱动器连接，两台伺服电机(9、10)分别与两台减速器连接，两台电子调速器(11、12)分别设置在支架靠近头尾处。本吊舱装置中设有主控制器，主控制器与两驱动器分别连接。支架头尾端分别设置有前螺旋桨15、后螺旋桨16和两台无刷电机(13、14)，前、后螺旋分别由一无刷电机驱动。无刷电机、螺旋桨、电子调速器构成本吊舱装置的推进机构，无刷电机用于驱动前后两个螺旋桨，与电子调速器连接，并通过主控制器进行控制，电子调速器用于控制电机转速的快慢，从而实现控制飞行器的飞行姿态和动作。而伺服电机、减速器和驱动器构成本吊舱装置的姿态控制机构，伺服电机分别与减速器和驱动器连接，并通过主控制器进行控制，减速器起到加大扭力和减速的作用。
作为优选，驱动器采用ZLAC706驱动器，伺服电机型号为ZLAC60ASM400，电子调速器型号为好盈120A高压电调，前、后螺旋桨尺寸为21cm*10cm，飞控主控制器型号为pixhawk。
更为具体的说，四个气囊连接结构为四根斜向上方伸出的支撑杆19，支撑杆的顶端设置有滑轮20，缆绳穿过滑轮后缠绕在伺服电机转轴上，第一气囊连接结构1上连接的缆绳一和第二气囊连接结构2上连接的缆绳二均缠绕在前伺服电机9的转轴上，缆绳一和缆绳二的缠绕方向相反，当前伺服电机9转轴朝一个方向旋转时，缆绳一收、缆绳二放，转轴朝另一个方向旋转时，缆绳一放、缆绳二收。通过缆绳一、二的收放控制吊舱装置的滚转。第二气囊连接结构3上连接的缆绳三和第四气囊连接结构4上连接的缆绳四均缠绕在后伺服电机10的转轴上，缆绳三和缆绳四的缠绕方向相同，当后伺服电机10转轴旋转时，缆绳三和缆绳四同收同放，从而控制吊舱装置的俯仰。
碟形气囊为吊舱装置提供上升力，推进机构为吊舱装置提供水平方向上的动力，并可以通过调整螺旋桨15、16的方向和转速，驱动吊舱装置前进、后退、并控制行进速度。而姿态控制机构提供控制吊舱装置调整姿态。
本装置工作原理如下：
起飞阶段：首先前螺旋桨15、后螺旋桨16分别提供拉力和推力使其无人浮升一体飞行器在滑道上滑行，同时气囊提供升力和浮力。随着速度的提高，气囊上下的压力差就会变大，导致产生的浮力变大。当升力克服重力时，无人浮升一体飞行器呈现起飞状态。
飞行阶段：在无人浮升一体飞行器起飞后，通过加大前后无刷电机的推力和拉力使其直线飞行。飞行控制器通过减速器、驱动器、控制伺服电机9旋转，实现差动收放缆绳一、二，从而控制气囊的滚转姿态。通过控制伺服电机10旋转，同步收放缆绳三和四控制气囊的俯仰状态。
降落阶段：减少无刷电机的推力和拉力，降低螺旋桨转速，随着速度的降低，气囊上下的压力差变小，浮力变小。当升力小于重力时，无人浮升一体飞行器降落。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种无人浮升一体飞行器吊舱装置，其特征在于：包括气囊以及通过四根缆绳与气囊连接的吊舱主体结构，吊舱主体结构包括支架、以及安装在支架上的飞控主控制器、推进机构和姿态控制机构；所述推进机构包括两台电子调速器、前后螺旋桨、两台无刷电机，两台电子调速器连接飞控主控制器、并分别与两台无刷电机连接，两台无刷电机分别用于驱动前、后螺旋桨；所述姿态控制机构包括两台驱动器、两台减速器、两台伺服电机，飞控主控制器与两驱动器连接，两台驱动器分别连接两台减速器，两台减速器分别与两台伺服电机连接；四根缆绳分别连接在气囊的前部两侧和后部两侧，连接在气囊前部的两根缆绳缠绕在其中一台伺服电机的转轴上，且缠绕方向相反，连接在气囊后部的两根缆绳缠绕在另一台伺服电机的转轴上，且缠绕方向相同。
2.根据权利要求1所述的无人浮升一体飞行器吊舱装置，其特征在于：所述支架两侧固定有四个气囊连接结构，缆绳通过气囊连接结构后缠绕在伺服电机转轴上。
3.根据权利要求2所述的无人浮升一体飞行器吊舱装置，其特征在于：所述气囊连接结构为斜向上方伸出的支撑杆，支撑杆的顶端设置有滑轮，缆绳穿过滑轮后缠绕在伺服电机转轴上。
4.根据权利要求1所述的无人浮升一体飞行器吊舱装置，其特征在于：连接在气囊前部的两根缆绳在伺服电机的驱动下一根收紧，另一根放长；连接在气囊后部的两根缆绳在伺服电机的驱动下同收同放。
5.根据权利要求1所述的无人浮升一体飞行器吊舱装置，其特征在于：所述气囊为碟形。
6.根据权利要求1所述的无人浮升一体飞行器吊舱装置，其特征在于：驱动器型号为ZLAC706。
7.根据权利要求1所述的无人浮升一体飞行器吊舱装置，其特征在于：伺服电机型号为ZLAC60ASM400。
8.根据权利要求1所述的无人浮升一体飞行器吊舱装置，其特征在于：电子调速器型号为好盈120A高压电调。
9.根据权利要求1所述的无人浮升一体飞行器吊舱装置，其特征在于：前、后螺旋桨尺寸均为21cm*10cm。
10.根据权利要求1所述的无人浮升一体飞行器吊舱装置，其特征在于：飞控主控制器型号为pixhawk。
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| CN111551151A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-08-18 | 江苏集萃智能光电系统研究所有限公司 | 基于双目视觉的临近空间飞行器相对位姿测量方法及装置 |
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| CN114802794A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-07-29 | 西北工业大学 | 一种菱形布局柔性无人机吊挂倾转系统及控制方法 |
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2018
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