CN114348270A - 一种固定翼无人机、多旋翼无人机及无人机协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定翼无人机、多旋翼无人机及无人机协同控制方法，属于无人机技术领域，包括一种固定翼无人机以及多旋翼无人机，所述固定翼无人机包括固定翼无人机本体以及第一连接机构，多旋翼无人机包括所述多旋翼无人机包括多旋翼无人机本体以及第二连接机构，所述第二连接机构包括设置在所述多旋翼无人机本体上的若干第一连杆，且所述第一连杆之间通过第二连杆连接，且所述第一连杆上至少设置两组对接锁定装置。本发明不仅降低固定翼无人机集群应用时起飞对场地以及空域的要求，而且降低固定翼无人机起飞所需要的能耗，增加固定翼无人机的续航时间以及航程，还能通过固定翼无人机与多旋翼无人机的异构协同工作。

Description

一种固定翼无人机、多旋翼无人机及无人机协同控制方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种固定翼无人机、多旋翼无人机及无人机协同控制方法。

背景技术

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)是一种由动力驱动、机上无人驾驶、依靠空气提供升力、可重复使用航空器的简称。1917年，世界上第一架无人驾驶飞机由英国皇家航空研究院研制成功。无人机早期主要用于辅助航空设计。从20世纪20年代到21世纪初期，无人机先后经过了无人靶机、控制无人侦察机和电子无人机、指令遥控无人侦察机和复合控制多用途无人机的发展，技术日趋成熟。随着无人机技术的逐步发展，集群无人机的应用越来越广泛，例如火灾救援，空中巡检，军用侦查与打击等场景。目前，多旋翼无人机具有很好的悬停性能，起降对场地要求低，适合定点侦查，但其最大的缺点是续航能力较短，无法适用于一些对续航时间有较高要求的应用场合，固定翼无人机这具有航程远，载重大，续航时间长的优点，但是固定翼无人机起降对场地有较高的要求，尤其是集群起飞的时候，往往很难找到能满足多架无人机同时起飞的场地。所以需要结合这两种无人机的性能特点，组建异构无人机集群网，通过这两种无人机协同作业，可以较好的取长补短。

而现有的固定翼无人机集群起飞方案中，大多数的采用地面跑道滑跑的方案，需要有面积较大且平整的平地，对起飞场所要求较高。也有采用多部弹射器进行弹射起飞的方案，由于飞机需要有一个水平爬升的过程，所以需要对起飞空域有较高要求。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种固定翼无人机、多旋翼无人机及无人机协同控制方法。

为达上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明第一方面提供了一种固定翼无人机，包括固定翼无人机本体以及第一连接机构，所述第一连接机构包括设置在所述固定翼无人机本体的支撑支架，所述支撑支架上若干连接杆，所述连接杆上设置有若干连接槽；

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述连接槽上设置有卡槽。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述固定翼无人机上还设置有固定翼无人机控制系统，以通过所述控制系统控制固定翼无人机完成飞行控制。

本发明第二方面提供了一种多旋翼无人机，与任一项所述的固定翼无人机配合使用，所述多旋翼无人机包括多旋翼无人机本体以及设置在所述多旋翼无人机本体上的第二连接机构，所述第二连接机构包括设置在所述多旋翼无人机本体上的若干第一连杆，且所述第一连杆之间通过第二连杆连接，且所述第一连杆上至少设置两组对接锁定装置。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述对接锁定装置包括多旋翼飞机连接支架，所述多旋翼飞机连接支架上设置有舵机，所述舵机的一输出端上连接第一齿盘。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述舵机的另一输出端上还设置有第二齿盘，所述第一齿盘能够与第二齿盘进行啮合，以通过所述舵机驱动所述第一齿盘以及第二齿盘旋转至预设角度。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述多旋翼飞机连接支架上设置有安装孔，以通过所述安装孔连接第一连杆。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述多旋翼无人机还设置有多旋翼无人机控制系统，以通过所述多旋翼无人机控制系统控制多旋翼无人机完成飞行控制。

本发明第三方面提供了一种无人机协同控制方法，包括以下步骤：

S1:在地面状态下，固定翼无人机与多旋翼无人机通过对接锁定装置连接成一个整体，形成无人机组合；

S2：启动多旋翼无人机，通过多旋翼无人机搭载固定翼无人机垂直起飞，此时固定翼无人机的控制系统为非启动状态，此时无人机组合的姿态控制由多旋翼无人机的控制系统控制；

S3：判定所述无人机组合是否上升至预设高度，若是，通过多旋翼无人机控制系统控制无人机组合的高度保持在预设高度，并且固定翼无人机的控制系统旋转输出水平方向上的拉力，以提高所述无人机组合的水平速度。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述的一种无人机协同控制方法，还包括以下步骤：

S4：判断所述无人机组合的水平速度是否达到预设水平速度，若是，多旋翼无人机控制系统控制对接锁定装置打开，固定翼无人机与多旋翼无人机分离，固定翼无人机在预设的航线上水平飞行，多旋翼无人机在分离瞬间迅速往上垂直爬升拉开与固定翼无人机的距离；

S5：固定翼无人机与多旋翼无人机分离后，固定翼无人机以及多旋翼无人机按照原先设定的任务规划执行任务；

S6：执行任务完成后，固定翼无人机返航。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

本发明利用舵机带动所述第一齿盘以及第二齿盘旋转至预设角度，在锁定装置时，第一齿盘的端面以及第二齿盘的端面配合，固定翼无人机上的连接杆被第一齿盘以及第二齿盘卡接，使得多旋翼无人机能够带动固定翼无人机；而在多旋翼无人机带动固定翼无人机至一定高度以及达到预设速度值时，对接锁定装置上的舵机带动所述第一齿盘以及第二齿盘旋转至一定角度，连接杆与对接锁定装置分离，这样就能不仅降低固定翼无人机集群应用时起飞对场地以及空域的要求，而且降低固定翼无人机起飞所需要的能耗，增加固定翼无人机的续航时间以及航程，还能通过固定翼无人机与多旋翼无人机的异构协同工作，取长补短，无人机集群同时具备高空长续航，也具备定点精细观察能力。另一方面，本方案结构设计简单可靠，附加成本低，技术上易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1示出了一种固定翼无人机的整体结构示意图；

图2示出了一种多旋翼无人机的整体结构示意图；

图3示出了对接锁定装置的结构示意图；

图4示出了一种无人机协同控制方法的方法流程图；

图5示出了一种无人机协同控制方法的部分方法流程图。

图中：

1.固定翼无人机本体，2.第一连接机构，3.多旋翼无人机本体，4.第二连接机构，101.支撑支架，102.连接杆，201.第一连杆，202.第二连杆，203.对接锁定装置，301.多旋翼飞机连接支架，302.舵机，303.第一齿盘，304.第二齿盘。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

本发明第一方面提供了一种固定翼无人机，包括固定翼无人机本体1以及第一连接机构2，所述第一连接机构2包括设置在所述固定翼无人机本体1的支撑支架101，所述支撑支架101上若干连接杆102，所述连接杆102上设置有若干连接槽；

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述连接槽上设置有卡槽。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述固定翼无人机上还设置有固定翼无人机控制系统，以通过所述控制系统控制固定翼无人机完成飞行控制。

本发明第二方面提供了一种多旋翼无人机，与任一项所述的固定翼无人机配合使用，所述多旋翼无人机包括多旋翼无人机本体3以及设置在所述多旋翼无人机本体3上的第二连接机构4，所述第二连接机构3包括设置在所述多旋翼无人机本体2上的若干第一连杆201，且所述第一连杆201之间通过第二连杆202连接，且所述第一连杆201上至少设置两组对接锁定装置203。

需要说明的是，所述第一连杆201上设置有对接锁定装置203，而且对接锁定装置203能够自由地移动位置，从而工作人员能够根据需求来调整对接锁定装置的位置，这样就能自由的设置对接锁定装置203的位置，而且对接锁定装置203上能够设置对位传感器，从而实现对接锁定装置203与所述连接杆102上设置有若干连接槽的卡槽位置对位，从而实现固定翼无人机的第一连接机构2以及多旋翼无人机的对接锁定装置203的对位连接。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述对接锁定装置203包括多旋翼飞机连接支架301，所述多旋翼飞机连接支架301上设置有舵机302，所述舵机302的一输出端上连接第一齿盘303。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述舵机302的另一输出端上还设置有第二齿盘304，所述第一齿盘303能够与第二齿盘304进行啮合，以通过所述舵机302驱动所述第一齿盘303以及第二齿盘304旋转至预设角度。

需要说明的是，在连接的过程中，利用舵机302带动所述第一齿盘303以及第二齿盘304旋转至预设角度，在锁定装置时，第一齿盘303的端面以及第二齿盘304的端面配合，固定翼无人机上的连接杆102被第一齿盘303以及第二齿盘304卡接，使得多旋翼无人机能够带动固定翼无人机；而在多旋翼无人机带动固定翼无人机至一定高度以及达到预设速度值时，对接锁定装置203上的舵机302带动所述第一齿盘303以及第二齿盘304旋转至一定角度，连接杆102与对接锁定装置203分离，这样就能不仅降低固定翼无人机集群应用时起飞对场地以及空域的要求，而且降低固定翼无人机起飞所需要的能耗，增加固定翼无人机的续航时间以及航程，还能通过固定翼无人机与多旋翼无人机的异构协同工作，取长补短，无人机集群同时具备高空长续航，也具备定点精细观察能力。另一方面，本方案结构设计简单可靠，附加成本低，技术上易于实现。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述多旋翼飞机连接支架301上设置有安装孔，以通过所述安装孔连接第一连杆201。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述多旋翼无人机还设置有多旋翼无人机控制系统，以通过所述多旋翼无人机控制系统控制多旋翼无人机完成飞行控制。

需要说明的是，利用所述固定翼无人机以及多旋翼无人机进行一对一的协同关系，从而通过地面上的控制系统(如计算机控制系统)与固定翼无人机控制系统以及多旋翼无人机控制系统进行通讯，从而利用固定翼无人机的第一连接机构2连接多旋翼无人机上的对接锁定装置203，通过对接锁定装置203与固定翼无人机实现可靠的连接，对接与锁定装置可以由固定翼无人机的或者多旋翼无人机的控制系统控制，由于多旋翼无人机上设置有与固定翼无人机连接的对接锁定装置203，在工作的过程中，在地面状态下，固定翼无人机与多旋翼无人机通过对接锁定装置203连接成一个整体。固定翼无人机与多旋翼无人机的飞行控制系统各自完成自检。在地面状态下，固定翼无人机与多旋翼无人机通过对接锁定装置203连接成一个整体。固定翼无人机与多旋翼无人机的飞行控制系统各自完成自检。当无人机组合上升到预定高度，多旋翼无人机通过飞控稳定高度不变，并且固定翼无人机的主电机开始旋转输出水平方向的拉力。无人机组合的水平速度逐渐增加，此时固定翼无人机的机翼也开始逐渐产生向上的升力，多旋翼无人机通过飞控稳定飞机组合体的水平姿态保持不变，并逐渐降低四个电机的输出。当无人机组合的水平速度达到预定的值(一般略大于固定翼无人机的失速速度)，多旋翼无人机飞控控制对接锁定装置打开，两架飞机分离，固定翼无人机在预设的航线上水平飞行。多旋翼无人机在分离瞬间会迅速往上垂直爬升拉开与固定翼无人机的距离。固定翼无人机与多旋翼无人机分离后，按照地面站的任务规划执行任务。多旋翼无人机可以返航垂直降落，也可以跟随固定翼无人机执行定点观测等精准监测任务。固定翼无人机返航：固定翼无人机如果不是一次性使用的(如巡飞弹)，执行完任务返航到起飞点，由飞行控制系统控制飞机减速，增大迎角进入过失速状态，弹射降落伞出机舱，打开降落伞进行伞降。

本发明第三方面提供了一种无人机协同控制方法，包括以下步骤：

S1:在地面状态下，固定翼无人机与多旋翼无人机通过对接锁定装置连接成一个整体，形成无人机组合；

S2：启动多旋翼无人机，通过多旋翼无人机搭载固定翼无人机垂直起飞，此时固定翼无人机的控制系统为非启动状态，此时无人机组合的姿态控制由多旋翼无人机的控制系统控制；

S3：判定所述无人机组合是否上升至预设高度，若是，通过多旋翼无人机控制系统控制无人机组合的高度保持在预设高度，并且固定翼无人机的控制系统旋转输出水平方向上的拉力，以提高所述无人机组合的水平速度。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述的一种无人机协同控制方法，还包括以下步骤：

S4：判断所述无人机组合的水平速度是否达到预设水平速度，若是，多旋翼无人机控制系统控制对接锁定装置打开，固定翼无人机与多旋翼无人机分离，固定翼无人机在预设的航线上水平飞行，多旋翼无人机在分离瞬间迅速往上垂直爬升拉开与固定翼无人机的距离；

S5：固定翼无人机与多旋翼无人机分离后，固定翼无人机以及多旋翼无人机按照原先设定的任务规划执行任务；

S6：执行任务完成后，固定翼无人机返航。

需要说明的是，在地面状态下，固定翼无人机与多旋翼无人机通过对接锁定装置连接成一个整体。固定翼无人机与多旋翼无人机的飞行控制系统各自完成自检。在地面状态下，固定翼无人机与多旋翼无人机通过对接锁定装置连接成一个整体。固定翼无人机与多旋翼无人机的飞行控制系统各自完成自检。当无人机组合上升到预定高度，多旋翼无人机通过本身的控制系统稳定高度不变，并且固定翼无人机的主电机开始旋转输出水平方向的拉力。无人机组合的水平速度逐渐增加，此时固定翼无人机的机翼也开始逐渐产生向上的升力，多旋翼无人机通过本身的控制系统稳定飞机组合体的水平姿态保持不变，并逐渐降低四个电机的输出。当无人机组合的水平速度达到预定的值，多旋翼无人机自身的控制系统对接锁定装置打开，两架飞机分离，固定翼无人机在预设的航线上水平飞行。多旋翼无人机在分离瞬间会迅速往上垂直爬升拉开与固定翼无人机的距离。固定翼无人机与多旋翼无人机分离后，按照地面站的任务规划执行任务。多旋翼无人机可以返航垂直降落，也可以跟随固定翼无人机执行定点观测等精准监测任务。固定翼无人机返航：固定翼无人机如果不是一次性使用的(如巡飞弹)，执行完任务返航到起飞点，由飞行控制系统控制飞机减速，增大迎角进入过失速状态，弹射降落伞出机舱，打开降落伞进行伞降。

综上所述，本发明不仅降低固定翼无人机集群应用时起飞对场地以及空域的要求，而且降低固定翼无人机起飞所需要的能耗，增加固定翼无人机的续航时间以及航程，还能通过固定翼无人机与多旋翼无人机的异构协同工作，取长补短，无人机集群同时具备高空长续航，也具备定点精细观察能力。另一方面，本方案结构设计简单可靠，附加成本低，技术上易于实现。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术。

Claims (10)

1.一种固定翼无人机，包括固定翼无人机本体以及第一连接机构，其特征在于，所述第一连接机构包括设置在所述固定翼无人机本体的支撑支架，所述支撑支架上若干连接杆，所述连接杆上设置有若干连接槽。

2.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机，其特征在于，所述连接槽上设置有卡槽。

3.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机，其特征在于，所述固定翼无人机上还设置有固定翼无人机控制系统，以通过所述控制系统控制固定翼无人机完成飞行控制。

4.一种多旋翼无人机，其特征在于，与权利要求1-3任一项所述的固定翼无人机配合使用，所述多旋翼无人机包括多旋翼无人机本体以及设置在所述多旋翼无人机本体上的第二连接机构，所述第二连接机构包括设置在所述多旋翼无人机本体上的若干第一连杆，且所述第一连杆之间通过第二连杆连接，且所述第一连杆上至少设置两组对接锁定装置。

5.根据权利要求4所述的一种多旋翼无人机，其特征在于，所述对接锁定装置包括多旋翼飞机连接支架，所述多旋翼飞机连接支架上设置有舵机，所述舵机的一输出端上连接第一齿盘。

6.根据权利要求5所述的一种多旋翼无人机，其特征在于，所述舵机的另一输出端上还设置有第二齿盘，所述第一齿盘能够与第二齿盘进行啮合，以通过所述舵机驱动所述第一齿盘以及第二齿盘旋转至预设角度。

7.根据权利要求5所述的一种多旋翼无人机，其特征在于，所述多旋翼飞机连接支架上设置有安装孔，以通过所述安装孔连接第一连杆。

8.根据权利要求4所述的一种多旋翼无人机，其特征在于，所述多旋翼无人机还设置有多旋翼无人机控制系统，以通过所述多旋翼无人机控制系统控制多旋翼无人机完成飞行控制。

9.一种无人机协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:在地面状态下，权利要求1-3任一项所述的固定翼无人机与权利要求4-8任一项所述的多旋翼无人机通过对接锁定装置连接成一个整体，形成无人机组合；

S2：启动多旋翼无人机，通过多旋翼无人机搭载固定翼无人机垂直起飞，此时固定翼无人机的控制系统为非启动状态，此时无人机组合的姿态控制由多旋翼无人机的控制系统控制；

S3：判定所述无人机组合是否上升至预设高度，若是，通过多旋翼无人机控制系统控制无人机组合的高度保持在预设高度，并且固定翼无人机的控制系统旋转输出水平方向上的拉力，以提高所述无人机组合的水平速度。

10.根据权利要求9所述的一种无人机协同控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S4：判断所述无人机组合的水平速度是否达到预设水平速度，若是，多旋翼无人机控制系统控制对接锁定装置打开，固定翼无人机与多旋翼无人机分离，固定翼无人机在预设的航线上水平飞行，多旋翼无人机在分离瞬间迅速往上垂直爬升拉开与固定翼无人机的距离；

S5：固定翼无人机与多旋翼无人机分离后，固定翼无人机以及多旋翼无人机按照原先设定的任务规划执行任务；

S6：执行任务完成后，固定翼无人机返航。

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