CN109720563A - 智能四旋翼滑翔无人机及其飞行控制方法 - Google Patents

智能四旋翼滑翔无人机及其飞行控制方法 Download PDF

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李逸轩
孟冉
张家祯
黄海平
朱洁
袁宵翔
赵科
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Abstract

一种智能四旋翼滑翔无人机及其飞行控制方法，采用固定翼舱式机身作为货仓，克服了一般旋翼动力无人机载重上限小的问题，运输效率提高；采用封闭式仓储，电源、装置设备以及所运输的货物均在封闭空间放置，增强了对各种地形和气候因素的适应能力，同时增大了对货物运输的保护力度，使用更加安全可靠；动力结构采用对称分布的4个旋翼，可以垂直起飞、垂直降落，克服了一般固定翼式机型起降对场地要求严格的问题，使用更加自由方便；配备了光伏太阳能电池板，能够在飞行的同时继续为电池充入电能，增加了飞行距离，运输效率提高。

Description

智能四旋翼滑翔无人机及其飞行控制方法
技术领域
本发明属于无人机结构设计和控制技术领域，尤其涉及一种智能四旋翼滑翔无人机及其飞行控制方法。
背景技术
面对物流产业的迅速膨胀，为了解决低成本、高效率地运送包裹和物资，无人机逐渐被运用到这一领域中；同时在该领域的实际运用当中对此类无人机提出了许多新的要求：1.无人机载重上限需要提高；2.无人机单次飞行距离需要增长；3.无人机的飞行控制范围需要增大；4.无人机的起降方式需要更加便捷等等。
现有的无人机大体可以分为两类：旋翼无人机和固定翼无人机。旋翼无人机的优势在于可以垂直起降，操控灵活，但其由于设计结构较小，容易受各种因素影响，故无法搭载大量货物，无法实现长时间的飞行和远距离的控制；固定翼无人机的优势在于可长时间、远距离飞行，可一次搭载大量货物，但其起降方式对场地要求较高，能耗较大，因此没有被普及。
发明内容
本发明提供一种智能四旋翼滑翔无人机及其飞行控制方法，该装置设计融合了旋翼无人机可垂直起降和固定翼无人机可借助气流飞行、装载力强等优点，结合本发明的控制方法，可以有效的控制飞行，解决了现有选择中和载重上限、飞行距离、飞行控制以及升降有关的困难。
智能四旋翼滑翔无人机，所述无人机包括柱形主机身、固定式主翼、固定式尾翼、舱门、支架、光伏电池板、装置板、电机、转轴、旋翼和刚性固定杆；
所述固定式主翼为两个，刚性对称固定于柱形主机身中部两侧，所述固定式尾翼固定于柱形主机身的尾部，所述舱门安装于柱形主机身上表面，所述支架固定在柱形主机身的下表面，所述太阳能光伏电池固定于两侧的固定式主翼的上表面，所述风速传感计固定于两侧的固定式主翼的外侧边缘，所述装置板固定于柱形主机身内部中心下侧；
所述刚性固定杆为4根，一端由固定式主翼与柱形主机身连接处水平上形成的四个角的顶点伸出，中心对称分布于机身四周，另一端分别将4只所述电机固定在同一高度上，并将4只所述旋翼分别经由转轴对应地与各个电机相连，所述4个旋翼的位置位于同一高度且刚好高于机身和主翼；
所述装置板上设置有控制芯片、气压高度计、GPS模块、电源、电调；所述电源为所述无人机提供动力来源，且通过导线分别与所述光伏太阳能电池和控制芯片相连；所述气压高度计用于获取无人机当前飞行高度数据；所述风速传感计用于获取当前无人机周围气流流动信息；所述控制芯片与所述电调、所述气压高度计、所述风速传感计由导线相连，用于接收上述测量设备的电信号数据，并通过计算，向所述装置板上的电调发出控制指令；所述电调为4个，分别与所述4个电机由导线相连，电调接收控制芯片发出的指令进而分别控制4个电机；所述GPS模块用于识别和报告无人机的当前位置。
进一步地，所述柱形主机身、固定式主翼、固定式尾翼和刚性固定杆均采用碳纤维复合材料。
进一步地，所述固定式主翼形状选用克拉克Y翼形状。
进一步地，所述的4个旋翼采用X型分布。
进一步地，所述装置板上还搭载XBee-Pro无线通信模块，用于与地面站进行信息传递，同时装饰板上还搭载SBus无线接收模块，用于实时接收地面指令。
进一步地，所述装置板上还配有IMU惯性测量单元，通过导线和控制芯片及电源相连，IMU包含的加速度计用于检测物体的加速度，陀螺仪用于检测角速度，测量无人机的加速度和角速度以计算无人机的飞行姿态。
智能四旋翼滑翔无人机的飞行控制方法，所述飞行控制方法，通过对所述控制芯片发送不同的飞行动作指令，控制无人机实现包括起飞、悬停、前进、后退、偏航、翱翔、滑翔和降落的飞行动作；
起飞：所述控制芯片接收到起飞指令，并向4个电调分别发出指令，电调控制对应的4个电机启动，使得位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，所述的4个旋翼的旋转角速度、角加速度均相同，然后逐渐提高所述的4个旋翼的旋转速度，无人机纵向提升；
悬停：所述控制芯片接收到悬停指令，并向4个电调发出指令，电调控制对应的4个电机转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，所述的4个旋翼的旋转角速度相同，角加速度为零，无人机保持悬停；
前进：所述控制芯片接收到前进指令，并向4个电调发出指令，若对应的4个电机均处于工作状态时，所述4个电调控制对应的4个电机转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，位于主翼后侧的两个电机转速同时增加并保证增量相同，无人机前倾，和水平面产生夹角，无人机保持前进姿态；若4个电机均处于非工作状态时，启动位于主翼后侧的两个电机，电调控制该2个电机旋转方向相反、旋转速度相同，使无人机保持前进姿态；
后退：所述控制芯片接收到前进指令，并向4个电调发出指令，电调控制对应的4个电机转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，位于主翼前侧的两个电机转速同时增加并保证增量相同，无人机后倾，和水平面产生夹角，无人机保持后退姿态；若4个电机均处于非工作状态时，启动位于主翼前侧的两个电机，电调控制2个电机旋转方向相反、旋转速度相同，原理同上，无人机保持后退姿态；
偏航：所述控制芯片接收到偏航指令，并向4个电调发出指令，电调控制对应的4个电机旋转方向和转速：若所述的4个电机均处于工作状态时，其中位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，此时，主机体同一侧的两个电机的转速同时增加并保证增量相同时，两电机对应的旋翼反扭力增大，无人机在机身水平方向产生与该两电机旋转方向相反的力，无人机向该向偏航，若所述的4个电机均处于非工作状态时，启动其中某一对对角线上的两个电机，实现偏航；
翱翔：所述控制芯片接收到翱翔指令，并向4个电调发出指令，逐渐减小对应的4个电机的转速直至速度为零，无人机借助上升气流的作用提升纵向飞行高度，无人机保持翱翔姿态；
滑翔：所述控制芯片接收到滑翔指令，并向4个电调发出指令，逐渐减小对应的4个电机的转速直至速度为零，无人机借助自身重力的分力前进，无人机保持滑翔姿态；
降落：所述控制芯片提前收到降落指令，在执行一系列前行或后退或偏航指令后到达目的地上空保持悬停姿态，并再次向4个电调发出指令，均匀降低电机转速，且保持4个旋翼的角加速度相同，直至无人机平稳落地，转速降低为零，完成降落。
进一步地，所述控制芯片设置在无人机的装置板上，所述装置板上还设有气压高度计，所述气压高度计和风速传感计分别与控制芯片独立连接，可将实时的气流流动信号和实时高度信号发送至控制芯片，所述控制芯片基于上述信号通过电调控制四个电机的运行情况，实现无人机平稳安全运行。
与现有技术相比，本发明的优点及效果为：
1、本发明采用固定翼舱式机身作为货仓，克服了一般旋翼动力无人机载重上限小的问题，运输效率提高；
2、本发明采用封闭式仓储，电源、装置设备以及所运输的货物均在封闭空间放置，增强了对各种地形和气候因素的适应能力，同时增大了对货物运输的保护力度，使用更加安全可靠；
3、本发明的动力结构采用对称分布的4个旋翼，可以垂直起飞、垂直降落，克服了一般固定翼式机型起降对场地要求严格的问题，使用更加自由方便；
4、本发明的主机身仿照滑翔机进行设计，并能够智能探测气流流向，智能控制无人机的动力供给方式和飞行方式：在必要时提供动力，在不必要时采用翱翔、滑翔模式，减少了电能消耗，增加飞行距离，运输效率提高；
5、本发明配备了光伏太阳能电池板，能够在飞行的同时继续为电池充入电能，增加了飞行距离，运输效率提高。
附图说明
图1为本发明实施例中所述智能四旋翼滑翔无人机的主体结构组成示意图。
图2为本发明实施例中所述智能四旋翼滑翔无人机的装置板结构示意图。
图3为本发明实施例中所述智能四旋翼滑翔无人机的控制体系图。
图4为本发明实施例中所述智能四旋翼滑翔无人机的受力示意图。
图5为本发明实施例中所述智能四旋翼滑翔无人机的飞行控制方法流程图。
其中，1-电机M1、2-电机M2、3-电机M3、4-电机M4、5-1号转轴、6-2号转轴、7-3号转轴、8-4号转轴、9-1号旋翼、10-2号旋翼、11-3号旋翼、12-4号旋翼、13-柱形主机身、14-1号主翼、15-2号主翼、16-尾翼、17-1号舱门、18-2号舱门、19-支架、20-1号刚性连接杆、21-2号刚性连接杆、22-3号刚性连接杆、23-4号刚性连接杆、24-1号风速传感计、25-2号风速传感计、26-装置板、27-1号光伏太阳能电池板、28-2号光伏太阳能电池板、29-控制芯片、30-1号电调、31-2号电调、32-3号电调、33-4号电调、34-电源、35-IMU惯性测量单元、36-气压高度计、37-GPS模块、38-XBee-Pro无效通信模块、39-SBus无线接收模块。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
智能四旋翼滑翔无人机，所述无人机包括柱形主机身13、固定式主翼、固定式尾翼16、舱门、支架19、光伏电池板、装置板26、电机、转轴、旋翼和刚性固定杆。
所述固定式主翼为两个14和15，刚性对称固定于柱形主机身13中部两侧，所述固定式尾翼16固定于柱形主机身13的尾部，所述舱门17和18安装于柱形主机身13上表面，所述支架19固定在柱形主机身13的下表面，所述太阳能光伏电池27和28固定于两侧的固定式主翼14和15的上表面，所述风速传感计24和25固定于两侧的固定式主翼14和15的外侧边缘，所述装置板26固定于柱形主机身13内部中心下侧。
所述刚性固定杆为4根，为附图中20、21、22、23，一端由固定式主翼14和15与柱形主机身13连接处水平上形成的四个角的顶点伸出，中心对称分布于机身13四周，另一端分别将4只所述电机1、2、3、4固定在同一高度上，并将4只所述旋翼9、10、11、12分别经由转轴5、6、7、8对应地与各个电机1、2、3、4相连，所述4个旋翼9、10、11、12的位置位于同一高度且刚好高于机身13和主翼14和15。
所述装置板26上设置有控制芯片29、气压高度计36、GPS模块37、电源34、电调30、31、32、33；所述电源34为所述无人机提供动力来源，且通过导线分别与所述光伏太阳能电池27和28和控制芯片29相连；所述气压高度计36用于获取无人机当前飞行高度数据；所述风速传感计24和25用于获取当前无人机周围气流流动信息；所述控制芯片29与所述电调30、31、32、33、所述气压高度计36、所述风速传感计24和25由导线分别与控制芯片29相连，用于接收上述测量设备的电信号数据，并通过计算，向所述装置板26上的电调30、31、32、33发出控制指令；所述电调为4个，为附图中30、31、32、33，分别与所述4个电机1、2、3、4由导线相连，电调30、31、32、33接收控制芯片29发出的指令进而分别控制4个电机；所述GPS模块37用于识别和报告无人机的当前位置。
此外，所述柱形主机身13、固定式主翼14和15、固定式尾翼16和刚性固定杆20、21、22、23均采用碳纤维复合材料。
此外，所述固定式主翼14和15形状选用克拉克Y翼形状。
此外，所述的4个旋翼9、10、11、12采用X型分布。
此外，所述装置板26上还搭载XBee-Pro无线通信模块38，用于与地面站进行信息传递，同时装置板上还搭载SBus无线接收模块39，用于实时接收地面指令。
此外，所述装置板上还配有IMU惯性测量单元35，通过导线和控制芯片29及电源34相连，IMU惯性测量单元35包含的加速度计用于检测无人机的加速度，陀螺仪用于检测角速度，测量无人机的加速度和角速度以计算无人机的飞行姿态。
智能四旋翼滑翔无人机的飞行控制方法，所述飞行控制方法，如图5所示，通过对所述控制芯片29发送不同的飞行动作指令，控制无人机实现包括起飞、悬停、前进、后退、偏航、翱翔、滑翔和降落的飞行动作。
起飞：所述控制芯片29接收到起飞指令，并向4个电调30、31、32、33分别发出指令，电调30、31、32、33控制对应的4个电机1、2、3、4启动，使得位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，所述的4个旋翼9、10、11、12的旋转角速度、角加速度均相同，然后逐渐提高所述的4个旋翼9、10、11、12的旋转速度，无人机纵向提升。
悬停：所述控制芯片29接收到悬停指令，并向4个电调30、31、32、33发出指令，电调30、31、32、33控制对应的4个电机1、2、3、4转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，所述的4个旋翼9、10、11、12的旋转角速度相同，角加速度为零，无人机保持悬停。
前进：所述控制芯片29接收到前进指令，并向4个电调30、31、32、33发出指令，若对应的4个电机1、2、3、4均处于工作状态时，所述4个电调30、31、32、33控制对应的4个电机1、2、3、4转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，位于主翼后侧的两个电机2、3转速同时增加并保证增量相同，无人机前倾，和水平面产生夹角，无人机保持前进姿态；若4个电机1、2、3、4均处于非工作状态时，启动位于主翼后侧的两个电机2、3，电调控制该2个电机2、3旋转方向相反、旋转速度相同，使无人机保持前进姿态。
后退：所述控制芯片29接收到前进指令，并向4个电调30、31、32、33发出指令，电调30、31、32、33控制对应的4个电机1、2、3、4转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，位于主翼前侧的两个电机1、4转速同时增加并保证增量相同，无人机后倾，和水平面产生夹角，无人机保持后退姿态；若4个电机均处于非工作状态时，启动位于主翼前侧的两个电机1、4，电调控制2个电机1、4旋转方向相反、旋转速度相同，原理同上，无人机保持后退姿态。
偏航：所述控制芯片29接收到偏航指令，并向4个电调30、31、32、33发出指令，电调30、31、32、33控制对应的4个电机1、2、3、4旋转方向和转速：若所述的4个电机1、2、3、4均处于工作状态时，其中位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，此时，主机体同一侧的两个电机，即电机1、2或电机3、4的转速同时增加并保证增量相同时，两电机1、2或3、4对应的旋翼反扭力增大，无人机在机身水平方向产生与该两电机旋转方向相反的力，无人机向该向偏航，若所述的4个电机1、2、3、4均处于非工作状态时，启动其中某一对对角线上的两个电机，实现偏航。
翱翔：所述控制芯片29接收到翱翔指令，并向4个电调30、31、32、33发出指令，逐渐减小对应的4个电机1、2、3、4的转速直至速度为零，无人机借助上升气流的作用提升纵向飞行高度，无人机保持翱翔姿态。
所述逆风爬升的能量获取机理可论证如下：
如图4(1)，建立与无人机始终保持与初始静止状态相同的坐标系FI(其中xi轴与yi轴平行于水平地面，夹角为直角，zi轴垂直于水平地面竖直向上)，以及无人机坐标系FP(其中xp轴沿机头方向，yp轴沿主翼方向，夹角为直角，zp轴满足右手定则)。
F(t)为旋翼升力，n(t)为旋翼转速，u(t)为输入，已知转速的平方和升力成正比例关系，比例系数为k1,输入控制转速的比例系数为k2,则有：
F(t)＝k1n2(t) (1)
n(t)＝k2u(t) (2)
F(t)＝k1k2 2u2(t) (3)
固定翼在气流的作用下产生的升力为L，对应的阻力为D，空气密度为ρ，主翼面积为s，飞行速度v，升力系数CL，阻力系数CD，则有：
M为无人机和货物的总质量，g为地球表面重力加速度，在FI坐标系下，此时无人机不提供电源动力，F(t)＝0，根据牛顿第二定律有：
其中为翱翔姿态时纵向加速度分量，
其中为翱翔时沿前进方向加速度分量。
无人机保持逆风爬升，翱翔姿态。
滑翔：所述控制芯片29接收到滑翔指令，并向4个电调30、31、32、33发出指令，逐渐减小对应的4个电机1、2、3、4的转速直至速度为零，无人机借助自身重力的分力前进，无人机保持滑翔姿态。
顺风下滑的能量获取机理可论证如下：
如图4(2)，坐标系建立方法和标志量的选取与图4(1)相同，则有：
其中为滑翔姿态时纵向加速度分量。
其中滑翔姿态的飞行方向加速度计算方法与公式(7)相同。
无人机保持顺风下滑，滑翔姿态。
降落：所述控制芯片29提前收到降落指令，在执行一系列前行或后退或偏航指令后到达目的地上空保持悬停姿态，并再次向4个电调30、31、32、33发出指令，均匀降低电机1、2、3、4转速，且保持4个旋翼9、10、11、12的角加速度相同，直至无人机平稳落地，转速降低为零，完成降落。
GPS测量在水平方向上当前时刻和目的地的直线距离为x(t)，控制芯片对主翼后侧两旋翼的输出u'(t)与x(t)有线性关系，比例系数为l1，则有：
u'(t)＝l1x(t) (9)
此外，所述控制芯片29设置在无人机的装置板26上，所述装置板26上还设有气压高度计36，所述气压高度计36，风速传感计24和25均与装置板26由导线相连，可将实时的气流流动信号和实时高度信号发送至控制芯片，所述控制芯片29基于上述信号通过电调控制四个电机的运行情况，实现无人机平稳安全运行。
所述风速传感计能够将周围气流的流动信号输入给控制芯片，控制芯片计算决定并由所述的4个电调控制所述的4个电机的转动情况。
风速传感计测定的上升梯度风速大小为r”(t),机器输出风速大小为r'(t)，总风速大小为r(t)，所述旋翼提供的升力F(t)与r'(t)的平方成正比，比例系数为k3，则有：
F(t)＝k3r'2(t) (10)
容易知道，升力和机体总重力相等时纵向方向可以保持平衡，即：
F(t)＝Mg (11)
联合(10)、(11),为保持纵向平衡时风速和质量的关系是：
联合(3)、(10)，机器输出风力r'(t)和机器输入u(t)的关系是：
可以忽略输出风速和自然风速的微小夹角，联合(12)、(13):
所以，控制芯片将测量得到的r”(t)与一次飞行过程中固定进行比较，并将比较结果作为无人机下一步自动控制飞行模式的依据。
所述气压高度计能够将实时高度信号输入给控制芯片，控制芯片通过电调控制电机的转动方向和转动速度，控制无人机的飞行高度处于人工设定好的安全阈值内。
设定的飞行高度最高阈值为hmax，最低阈值为hmin，实时飞行的高度函数为h(t),有高度差变量h1、h2，则有：
h1＝hmax-h(t) (15)
h2＝h(t)-hmin (16)
u(t0)为当前时刻输入，u(t1)为下一时刻输入，则有：
参阅图3，所述的气压高度计36和控制芯片29构成一闭环控制系统，称气压高度计控制系统，其系统指令称为h指令，其优先级低于地面指令控制系统：气压高度计36用于测定无人机的实时高度h(t)，并将h(t)的信号传输给控制芯片29，控制芯片29将h(t)与提前设定好的飞行高度阈值hmax、hmin进行比较，如果当前飞行高度高于最大上限hmax，当前时刻无人机飞行高度过高，则控制下一时刻输入为“零到当前时刻输入”之间，此时飞机并不会失速，无人机的部分输入使飞机的俯仰角小于失速临界角，此过程直至h(t)反馈的信息小于阈值上限hmax，如果当前飞行高度小于最大上限hmax，大于最小下限hmin，则控制下一时刻输入和当前输入基本相同，如无其他指令输入，控制无人机在当前飞行状态下稳定飞行，如果当前飞行高度小于最小下限hmin，当前时刻无人机飞行高度过低，则控制下一时刻输入大于当前时刻输入，抬升无人机飞行高度，此过程直至h(t)反馈的信息大于阈值下限hmin。
参阅图3，所述的风速传感计24和25和控制芯片29构成一闭环控制系统，称风速传感计控制系统，其系统指令称为r指令，其控制优先级小于地面指令控制系统和气压高度计36的闭环控制系统：1号风速传感计24、2号风速传感计25测定当前飞行空域的上升梯度风速为r”(t)，当前机器输出风速为r'(t)，总风速为r(t)，不考虑r”(t)、r'(t)的微小夹角，r(t)为其两者和的近似，依据式(14)：1、如果r”(t)数值上大于则外部动力足够可以使无人机抬升，此时控制芯片输入u(t)为零，即进入控制方法中所述的翱翔模式；2、如果r”(t)数值上等于则外部动力足够可以维持无人机纵向上保持平衡，此时控制芯片输入u(t)为零，无人机不提供附加动力；3、如果r”(t)数值上小于则控制芯片29输入u(t)为零，即进入控制方法中所述的翱翔模式；当需要快速到达指定目的地时，在上述1、2、3过程中，控制芯片29可以控制输入u(t)非零，其大小可以提前设定，或由SBus接收机接收地面指令的控制，但大小不能不超过u(t)的能力上限。
参阅图3，所述的XBee-Pro、SBus和控制芯片构成地面指令控制系统，其控制指令称为d指令，XBee-Pro38通信模块用于与地面站进行当前飞行的姿态、飞行高度、飞行位置的数据信息的传递，SBus接收机39用于实时接收地面指令，并将指令解码后传递给控制芯片，且优先级最高。
参阅图3，特别的，为了保证智能自主飞行控制过程中飞行高度在阈值以内，风速传感计控制指令优先级低于气压高度计控制指令，即h指令可以对r指令进行中断；未来保证第一控制权在工作人员的手中，地面控制指令优先级高于风速传感计控制指令和气压高度计控制指令，即d指令可以中断h指令和r指令。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (8)

1.智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：
所述无人机包括柱形主机身、固定式主翼、固定式尾翼、舱门、支架、光伏电池板、装置板、电机、转轴、旋翼和刚性固定杆；
所述固定式主翼为两个，刚性对称固定于柱形主机身中部两侧，所述固定式尾翼固定于柱形主机身的尾部，所述舱门安装于柱形主机身上表面，所述支架固定在柱形主机身的下表面，所述太阳能光伏电池固定于两侧的固定式主翼的上表面，所述风速传感计固定于两侧的固定式主翼的外侧边缘，所述装置板固定于柱形主机身内部中心下侧；
所述刚性固定杆为4根，一端由固定式主翼与柱形主机身连接处水平上形成的四个角的顶点伸出，中心对称分布于机身四周，另一端分别将4只所述电机固定在同一高度上，并将4只所述旋翼分别经由转轴对应地与各个电机相连，所述4个旋翼的位置位于同一高度且刚好高于机身和主翼；
所述装置板上设置有控制芯片、气压高度计、GPS模块、电源、电调；所述电源为所述无人机提供动力来源，且通过导线分别与所述光伏太阳能电池和控制芯片相连；所述气压高度计用于获取无人机当前飞行高度数据；所述风速传感计用于获取当前无人机周围气流流动信息；所述控制芯片与所述电调、所述气压高度计、所述风速传感计由导线相连，用于接收上述测量设备的电信号数据，并通过计算，向所述装置板上的电调发出控制指令；所述电调为4个，分别与所述4个电机由导线相连，电调接收控制芯片发出的指令进而分别控制4个电机；所述GPS模块用于识别和报告无人机的当前位置。
2.根据权利要求1所述的智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：所述柱形主机身、固定式主翼、固定式尾翼和刚性固定杆均采用碳纤维复合材料。
3.根据权利要求1所述的智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：所述固定式主翼形状选用克拉克Y翼形状。
4.根据权利要求1所述的智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：所述的4个旋翼采用X型分布。
5.根据权利要求1所述的智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：所述装置板上还搭载XBee-Pro无线通信模块，用于与地面站进行信息传递，同时装置板上还搭载SBus无线接收模块，用于实时接收地面指令。
6.根据权利要求1所述的智能四旋翼滑翔无人机，其特征在于：所述装置板上还配有IMU惯性测量单元，通过导线和控制芯片及电源相连，IMU包含的加速度计用于检测无人机加速度，陀螺仪用于检测角速度，测量无人机的加速度和角速度以计算无人机的飞行姿态。
7.智能四旋翼滑翔无人机的飞行控制方法，其特征在于：所述飞行控制方法，通过对所述控制芯片发送不同的飞行动作指令，控制无人机实现包括起飞、悬停、前进、后退、偏航、翱翔、滑翔和降落的飞行动作；
起飞：所述控制芯片接收到起飞指令，并向4个电调分别发出指令，电调控制对应的4个电机启动，使得位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，所述的4个旋翼的旋转角速度、角加速度均相同，然后逐渐提高所述的4个旋翼的旋转速度，无人机纵向提升；
悬停：所述控制芯片接收到悬停指令，并向4个电调发出指令，电调控制对应的4个电机转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，所述的4个旋翼的旋转角速度相同，角加速度为零，无人机保持悬停；
前进：所述控制芯片接收到前进指令，并向4个电调发出指令，若对应的4个电机均处于工作状态时，所述4个电调控制对应的4个电机转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，位于主翼后侧的两个电机转速同时增加并保证增量相同，无人机前倾，和水平面产生夹角，无人机保持前进姿态；若4个电机均处于非工作状态时，启动位于主翼后侧的两个电机，电调控制该2个电机旋转方向相反、旋转速度相同，使无人机保持前进姿态；
后退：所述控制芯片接收到前进指令，并向4个电调发出指令，电调控制对应的4个电机转速保持不变，位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，位于主翼前侧的两个电机转速同时增加并保证增量相同，无人机后倾，和水平面产生夹角，无人机保持后退姿态；若4个电机均处于非工作状态时，启动位于主翼前侧的两个电机，电调控制2个电机旋转方向相反、旋转速度相同，原理同上，无人机保持后退姿态；
偏航：所述控制芯片接收到偏航指令，并向4个电调发出指令，电调控制对应的4个电机旋转方向和转速：若所述的4个电机均处于工作状态时，其中位于对角线上的两个旋翼旋转方向相同，任意相邻的两个旋翼旋转方向相反，此时，主机体同一侧的两个电机的转速同时增加并保证增量相同时，两电机对应的旋翼反扭力增大，无人机在机身水平方向产生与该两电机旋转方向相反的力，无人机向该向偏航，若所述的4个电机均处于非工作状态时，启动其中某一对对角线上的两个电机，实现偏航；
翱翔：所述控制芯片接收到翱翔指令，并向4个电调发出指令，逐渐减小对应的4个电机的转速直至速度为零，无人机借助上升气流的作用提升纵向飞行高度，无人机保持翱翔姿态；
滑翔：所述控制芯片接收到滑翔指令，并向4个电调发出指令，逐渐减小对应的4个电机的转速直至速度为零，无人机借助自身重力的分力前进，无人机保持滑翔姿态；
降落：所述控制芯片提前收到降落指令，在执行一系列前行或后退或偏航指令后到达目的地上空保持悬停姿态，并再次向4个电调发出指令，均匀降低电机转速，且保持4个旋翼的角加速度相同，直至无人机平稳落地，转速降低为零，完成降落。
8.根据权利要求7所述的智能四旋翼滑翔无人机的飞行控制方法，其特征在于：所述控制芯片设置在无人机的装置板上，所述装置板上还设有气压高度计，所述气压高度计和风速传感计分别与控制芯片独立连接，可将实时的气流流动信号和实时高度信号发送至控制芯片，所述控制芯片基于上述信号通过电调控制四个电机的运行情况，实现无人机平稳安全运行。
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