CN111942577A - 一种无人机的重心配平方法及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机技术领域，具体公开了一种无人机的重心配平方法及无人机。其中，无人机包括旋翼和用于驱动旋翼转动的多个驱动控制单元，配平控制方法包括：获取多个驱动控制单元的输入PWM信号；通过比对多个所述驱动控制单元的所述输入PWM信号，获取所述无人机的当前倾斜状态；根据所述当前倾斜状态，调节所述无人机的重心，直至所有所述驱动控制单元的输入PWM信号相同。无人机采用如上的重心配平方法进行重心配平。本发明公开的重心配平方法和无人机，能够提高无人机的飞行稳定性和使用寿命。

Description

一种无人机的重心配平方法及无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机的重心配平方法及无人机。

背景技术

无人机是一种利用无线电遥控设备或自备的程序控制运行的无人驾驶飞机，随着信息技术和无人机技术的不断发展，无人机被广泛应用于土地测量、环境监测、航拍及包裹速递等各个领域。

现有的无人机分为不载人无人机和载人无人机，对于不载人无人机，其需要搭载完成任务所需负荷，如对于需要航拍的无人机，其需要搭载拍摄设备，对于需要进行包裹快递的无人机，其需要带着待派送的包裹。当其搭载负荷的重心与无人机本身的重心不在同一竖直线上时，无人机会产生重心偏载。对于载人式无人机，由于无人机内部座位位置是固定的，当乘客没有坐满或者所有乘客的总重心分布与无人机自身重心偏差较大时，同样会产生重心偏移的现象。

无人机在产生重心偏移后，会导致无人机难以正常平稳地飞行，严重地甚至会导致无人机坠毁。尤其是对于多桨式无人机，重心偏移严重时，靠近重心一侧电机容易因电机电调负荷增大，从而影响无人机的正常运行。

发明内容

本发明实施例的一个目的在于提供一种无人机的重心配平方法，提高无人机的运行平稳定、可靠性和运行寿命。

本发明实施例提供的另一个目的在于提供一种无人机，提高无人机额运行平稳性、可靠性和运行寿命。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种无人机的重心配平方法，所述无人机包括旋翼和用于驱动旋翼转动的多个驱动控制单元，所述重心配平方法包括：

获取多个驱动控制单元的输入PWM信号；

通过比对多个所述驱动控制单元的所述输入PWM信号，获取所述无人机的当前倾斜状态；

根据所述当前倾斜状态，调节所述无人机的重心，直至所有所述驱动控制单元的输入PWM信号相同。

作为一种无人机的重心配平方法的优选技术方案，其特征在于，在获取所述无人机的当前倾斜状态的同时，获得各个所述驱动控制单元的输出情况；在对所述无人机进行重心调节的同时或之后，调节传输至所述驱动控制单元的输出PWM信号。

作为一种无人机的重心配平方法的优选技术方案，所述无人机包括多个旋翼，每个旋翼对应设置有一个所述驱动控制单元，所述驱动控制单元包括旋翼驱动电机和电子调速器，所述旋翼驱动电机用于驱动所述旋翼转动，所述电子调速器用于调控所述旋翼驱动电机，所述驱动控制单元的输入PWM信号具体指所述电子调速器的输入PWM脉宽。

作为一种无人机的重心配平方法的优选技术方案，所述无人机为单旋翼无人机，所述驱动控制单元为舵机，且所述舵机设置有多个，所述驱动控制单元的输入PWM信号具体指所述舵机的输入PWM信号。

作为一种无人机的重心配平方法的优选技术方案，所述重心配平在所述无人机起飞至即将离地的时候进行。

一种无人机，包括旋翼和重心配平装置，采用如上所述的重心配平方法进行重心配平。

作为一种无人机的优选技术方案，所述重心配平装置包括：

第一轨道；

第二轨道，与所述第一轨道垂直连接；

配重块，滑动设置在第二轨道上；

第一配平驱动单元，用于驱动所述第一轨道绕所述第一轨道长度方向的中心转动；

第二配平驱动单元，用于驱动所述第二轨道沿所述第一轨道的长度方向滑动；

第三配平驱动单元，用于驱动所述配重块沿所述第二轨道的长度方向滑动。

作为一种无人机的优选技术方案，所述第一轨道沿所述无人机的高度方向设置或所述第一轨道沿所述无人机的宽度方向设置。

作为一种无人机的优选技术方案，所述第一轨道与所述第二轨道的配合面上设置有第一防滑齿槽，和/或，所述第二轨道与所述配重块的配合面上设置有第二防滑齿槽。

作为一种无人机的优选技术方案，所述无人机为载人无人机。

本发明的有益效果在于：

本发明实施例提供的重心配平方法，通过多个驱动控制单元的输入PWM信号对重心进行调平控制，能够保证无人机在重心得到调平的同时，能够保证无人机在平稳飞行的过程中，多个驱动控制单元的运行状态基本一致，保证各个驱动控制单元的负载一致性和无人机的受力平衡性，提高无人机飞控系统的使用寿命和可靠性。

本发明实施例提供的无人机，通过采用上述的重心配平方法进行重心配平，能够提高无人机的飞行可靠性和使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的无人机的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的无人机的重心配平的流程图；

图3是本发明实施例三提供的重心配平装置的结构示意图。

图中标记如下：

1、重心配平装置；2、旋翼；3、机体；4、起落架；

11、第一轨道；111、第一防滑齿槽；12、第二轨道；121、第二防滑齿槽；13、配重块；14、第一配平驱动单元；15、第二配平驱动单元；16、第三配平驱动单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

图1为本发明实施例提供的无人机的结构示意图，如图1所示，本实施例提供了一种无人机，能够应用于边防巡逻、航空摄像、配流配送、工地测绘、农业植保、载人飞行等领域，本实施例不对无人机的具体应用场景进行限制。且本实施例以无人机为载人无人机为例进行说明书，但可以理解的是，本发明提供的无人机也可以为非载人式无人机。

具体地，无人机包括机体3、旋翼2、飞控系统、重心配平装置1及起落架4等。机体3由金属材质制成，为整个无人机提供支撑和保护，且机体3沿其纵向中心线对称设置，以保证无人机整机结构的稳定性；旋翼2用于为无人机的飞行提供升力；飞控系统用于调控无人机的飞行方向和姿态，使无人机在无人驾驶的条件下完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等各个任务；重心配平装置1用于调节无人机的重心，保证无人机稳定可靠飞行；起落架4用于辅助无人机平稳起落。

飞控系统包括传感器组件、机载主控器及驱动控制单元，传感器组件包括陀螺仪、加速计、气压传感器、姿态传感器等用于检测无人机飞行环境、高度、位姿、位置等状态的各类传感器；驱动控制单元用于直接控制和驱动旋翼2转动；机载主控器与传感器组件及驱动控制单元电性连接，用于根据传感器组件检测的信号调控驱动控制单元运行，从而调控旋翼2的转动速度等参数，改变无人机的飞行状态。

在本实施例中，无人机为多旋翼无人机，其包括多个旋翼2，多个旋翼2相对机体3的纵向中心线对称分布。在无人机上设置多个旋翼2为本领域的常规设置，如呈“X”型分布或者“十”字形分布的四旋翼无人机，或者六旋翼、八旋翼等多旋翼2无人机，此处不再赘述。

驱动控制单元对应每个旋翼2设置有一个，以使飞控系统能够对每个旋翼2进行单独调控。驱动控制单元包括旋翼驱动电机和电子调速器，电子调速器与旋翼驱动电机及机载主控器电连接，且电子调速器用于根据机载主控器发出的控制信号控制和调节旋翼驱动电机的运行，从而改变对应旋翼2的转动状态，调整无人机的飞行姿态。驱动控制单元的设置为本领域的常规设置，本实施例不再对驱动控制单元的设置细节进行赘述。

本实施例提供了一种应用于上述无人机的重心配平方法，其包括如下步骤

步骤S1、获取多个驱动控制单元的输入PWM信号；

PWM信号是指脉冲脉宽调制数据，其由无人机的姿态传感器输出的信号经机载主控器处理后获得。

在本实施例中，机载主控器通过PWM信号驱动控制电子调速器的运行，即驱动控制单元的输入PWM信号在本实施例中具体指电子调速器的输入PWM信号，其能够直接反应每个驱动控制单元的运行状态。

当无人机发生重心偏移时，不同的旋翼2输出的动力不同，即机载主控器对每个电子调速器输出的PWM信号不同，从而可以根据不同电子调速器的输入PWM信号判断对应旋翼2的运行状态。

步骤S2、对比多个驱动控制单元的输入PWM信号，判断多个驱动控制单元的输入PWM信号是否相同，如果否，则执行步骤S3，如果是，则执行步骤S5；

在本实施例中，在无人机起飞并即将离开地面的时候进行重心配平。在无人机执行飞行任务过程中，由于会由于任务执行的需求导致飞机发生侧飞等，此时进行重心配平调节会导致调节结果不准确。而在无人机起飞阶段，无人机的位姿基本仅受重心状态影响，此时进行重心调节能够较好地保证飞机整机状态的平稳性。

当无人机整体当前重心与设计重心处于同一竖直直线上时，多个驱动控制单元的输入PWM信号相等；当无人机朝向某一方向倾斜时，该方向对应侧的PWM脉宽相对较小，从而可以通过对比多个驱动控制单元的PWM信号，获得无人机的当前倾斜状态。

在本实施例中，对比多个驱动控制单元的输入PWM信号具体指判断每个电子调速器的PWM脉宽调制信号是否相同。

步骤S3、根据多个驱动控制单元的PWM信号差异，获得各个驱动控制单元的输出情况及各无人机的当前倾斜状态；

步骤S4、机载主控器根据当前倾斜状态，控制重心配平装置1进行重心配平，且调节传输至驱动控制单元的输出PWM信号，并返回步骤S1；

步骤S5、保持无人机的当前重心位置。

本发明提供的重心配平方法，通过多个驱动控制单元的输入PWM信号对重心进行调平控制，能够保证无人机在重心得到调平的同时，能够保证无人机在平稳飞行的过程中，多个驱动控制单元的运行状态基本一致，保证各个驱动控制单元的负载一致性和无人机的受力平衡性，提高无人机飞控系统的使用寿命和可靠性。

实施例二

本实施例提供了一种无人机和无人机的重心配平方法，与实施例一相比，本实施例提供的无人机的基本结构与实施例一相同，仅旋翼2及飞控系统的设置存在差异，本实施例不再对与实施例一相同的结构进行赘述。

在本实施例中，旋翼2仅设置有一组，且旋翼2的旋转中心轴穿过无人机自身的重心。驱动控制单元包括舵机，且舵机设置有多个，用于控制旋翼2中螺旋桨的周期螺距从而调节无人机的飞行姿态。

单旋翼式无人机的设置为本领域的常规设置，本实施例不对单旋翼无人机的具体结构进行限制和赘述。

本实施例提供的重心配平方法与实施例一提供的重心配平方法基本相同，不同之处仅在于，实施例一中的驱动控制单元的输入PWM信号具体指电子调速器的输入PWM信号，本实施例中的多个驱动控制单元具体指多个舵机，多个驱动控制单元的输入PWM信号具体指多个舵机的输入PWM信号。本实施例不再对于实施例一相同的内容进行赘述。

实施例三

本实施例提供了一种无人机，且与实施例一和实施例二相比，本实施例仅重心配平装置1的设置存在差异，无人机的其他设置可参考实施例一或实施例二进行设置，本实施例不再赘述。

本实施例提供的重心配平装置1包括：垂直连接的第一轨道11和第二轨道12，第一轨道11能够绕其长度方向的中心线转动，第二轨道12能够沿第一轨道11的长度方向滑动，第二轨道12上滑动连接有配重块13，且配重块13能够沿第二轨道12的长度方向滑动。

本实施例提供的重心配平装置1，能够通过配重块13在第二轨道12上的滑动、第二轨道12在第一轨道11上的滑动及第一轨道11的自转动作，能够使配重块13运行到以第一轨道11为中心轴线、以第二轨道12为直径所构成的圆柱形区域的每一位置处，结构简单，调节范围广，仅需要一个配重块13即可实现对重心位置的有效调节。

在本实施例中，第一轨道11沿无人机的高度方向设置，该种布置方式，有利于获取配重块13在无人机上的相对坐标位置，方便重心配平计算。在其他实施例中，第一轨道11也可以沿无人机的横向方向设置，且与机体3的纵向中心线垂直。

为驱动配重块13的移动、第二轨道12和第一轨道11动作，重心配平装置1还包括用于驱动第一轨道11绕自身中心线转动的第一配平驱动单元14、用于驱动第二轨道12沿第一轨道11长度方向移动的第二配平驱动单元15及用于驱动配重块13沿第二轨道12长度方向移动的第一配平驱动单元14。

在本实施例中，第一配平驱动单元14为伺服旋转电机，伺服旋转电机的固定部与机体3连接，伺服旋转电机的驱动端通过减速箱与第一轨道11的一端连接，从而使第一轨道11相对机体3绕其自身中心线转动。第二配平驱动单元15和/或第三配平驱动单元16可以包括旋转驱动电机和传动组件，传动组件可以为丝杠螺母组件、齿轮齿条组件等能够实现将旋转驱动电机的转动运动转化为直线运动的传动形式。或，第二配平驱动单元15和/或第三配平驱动单元16还可以为直线电机、液压缸能够实现直线驱动的结构，本实施例对第二配平驱动单元15和/或第三配平驱动单元16的具体结构不做具体限制，且能够实现直线运动的驱动传动结构现有技术较多，本实施例不再进行赘述。

为了避免第一轨道11脱离第二轨道12，第一轨道11的两端设置有第一限位结构。为避免配重块13滑出第二轨道12，第二轨道12的两端设置有第二限位结构，第一限位结构和第二限位结构均可以为限位块、限位挡板或者弹性限位器等现有技术常规的限位结构。

进一步地，为避免第二轨道12在第一轨道11上随意滑动，第一轨道11与第二轨道12的配合面上设置有第一防滑齿槽111，第二轨道12与配重块13的配合面上设置有第二防滑齿槽121，第一防滑齿槽111和第二防滑齿槽121的设置，能够有助于在重心配平结束后，保证第二轨道12和配重块13不会打滑，提高重心配重装置的稳定性。

本实施例还提供了一种应用于上述无人机的重心配平方法，其该重心配平方法与实施例一或实施例二中的方法相同，本实施例不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种无人机的重心配平方法，所述无人机包括旋翼(2)和用于驱动旋翼(2)转动的多个驱动控制单元，其特征在于，所述重心配平方法包括：

获取多个驱动控制单元的输入PWM信号；

通过比对多个所述驱动控制单元的所述输入PWM信号，获取所述无人机的当前倾斜状态；

根据所述当前倾斜状态，调节所述无人机的重心，直至所有所述驱动控制单元的输入PWM信号相同。

2.根据权利要求1所述的无人机的重心配平方法，其特征在于，在获取所述无人机的当前倾斜状态的同时，获得各个所述驱动控制单元的输出情况；

在对所述无人机进行重心调节的同时或之后，调节传输至所述驱动控制单元的输出PWM信号。

3.根据权利要求1所述的无人机的重心配平方法，其特征在于，所述无人机包括多个旋翼(2)，每个旋翼(2)对应设置有一个所述驱动控制单元，所述驱动控制单元包括旋翼驱动电机和电子调速器，所述旋翼驱动电机用于驱动所述旋翼(2)转动，所述电子调速器用于调控所述旋翼驱动电机，所述驱动控制单元的输入PWM信号具体指所述电子调速器的输入PWM脉宽。

4.根据权利要求1所述的无人机的重心配平方法，其特征在于，所述无人机为单旋翼无人机，所述驱动控制单元为舵机，且所述舵机设置有多个，所述驱动控制单元的输入PWM信号具体指所述舵机的输入PWM信号。

5.根据权利要求1-4任一项所述的无人机的重心配平方法，其特征在于，所述重心配平在所述无人机起飞至即将离地的时候进行。

6.一种无人机，包括旋翼(2)和重心配平装置(1)，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的重心配平方法进行重心配平。

7.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述重心配平装置(1)包括：

第一轨道(11)；

第二轨道(12)，与所述第一轨道(11)垂直连接；

配重块(13)，滑动设置在第二轨道(12)上；

第一配平驱动单元(14)，用于驱动所述第一轨道(11)绕所述第一轨道(11)长度方向的中心转动；

第二配平驱动单元(15)，用于驱动所述第二轨道(12)沿所述第一轨道(11)的长度方向滑动；

第三配平驱动单元(16)，用于驱动所述配重块(13)沿所述第二轨道(12)的长度方向滑动。

8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述第一轨道(11)沿所述无人机的高度方向设置或所述第一轨道(11)沿所述无人机的宽度方向设置。

9.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述第一轨道(11)与所述第二轨道(12)的配合面上设置有第一防滑齿槽(111)，和/或，所述第二轨道(12)与所述配重块(13)的配合面上设置有第二防滑齿槽(121)。

10.根据权利要求6-9任一项所述的无人机，其特征在于，所述无人机为载人无人机。

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