CN204489196U - 一种燃料动力多旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于无人机动力供应和控制领域，提供了一种燃料动力多旋翼无人机，包括动力单元、驱动单元、控制单元和监测传感单元；控制单元同时与动力单元、驱动单元、监测传感单元连接，动力单元还同时与驱动单元、监测传感单元连接；动力单元，包括发电模块、AC-DC转换模块，用于接收所述控制单元传输的控制指令后，发电模块输出交流电，经AC-DC转换模块进行转换后输出直流电至驱动单元和监测传感单元。本实用新型采用燃料发动机提供动力，经发电机转换为电力，驱动直流电机带动旋翼旋转，为无人机提供飞行动力；在发动机发生故障等紧急情况时，可启用备用蓄电池提供电力，实现安全迫降；结构简单，续航时间较传统通过电池驱动的多旋翼飞行器大大延长。

Description

一种燃料动力多旋翼无人机

技术领域

本实用新型属于无人机领域，尤其涉及一种燃料动力多旋翼无人机。

背景技术

四旋翼飞行器，国外又称Quadrotor，Four-rotor，4rotors helicopter，X4-flyer等等，是一种具有垂直起降和悬停能力的四螺旋桨飞行器。其特点是维护容易，结构简单，稳定性高，在民用及军用领域中得到广泛应用。

目前多旋翼飞行器均采用电池驱动，由于电池的能量密度远低于燃料的能量密度，因此续航能力低且补充充电受限，使得多旋翼飞行器在实际应用中受到局限。

燃料动力因能量密度高较电池动力具有很大的优势。目前市面上尚无燃料动力的多旋翼无人飞行器。天津大学申请了一种油电混合动力四旋翼无人飞行器的专利[公布号CN 103359284 A]，该方案因从机械能到电能再到机械能的两次转换使得能量损失太大，在提升续航能力方面显得不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种燃料动力多旋翼无人机，旨在解决目前无人机续航能力低的问题。

本实用新型是这样实现的，一种燃料动力多旋翼无人机，包括动力单元、驱动单元、控制单元和监测传感单元；所述控制单元同时与所述动力单元、驱动单元、监测传感单元连接，所述动力单元还同时与所述驱动单元、所述监测传感单元连接；其中：

所述动力单元，包括发电模块、与所述发电模块连接的AC-DC转换模块，用于接收所述控制单元传输的控制指令后，所述发电模块输出交流电，经所述AC-DC转换模块进行转换后输出直流电至所述驱动单元和所述监测传感单元；

所述驱动单元，用于接收所述控制单元传输的驱动控制指令对所述多旋翼无人机的旋翼进行驱动操作；

所述监测传感单元，监测所述无人机的实时飞行状态，并将监测数据传输至所述控制单元。

进一步地，所述控制单元包括相互连接的收发模块和控制模块，其中：

收发模块，用于接收所述监测数据，并通过无线传输协议传输至外部控制系统；还用于接收外部控制系统传输的控制指令并传输所述控制模块；

控制模块，用于接收所述控制指令并传输至所述动力单元和所述驱动单元。

进一步地，所述动力单元包括发电模块、转换模块，其中：

所述发电模块，包括燃料发动机和发电机，用于接收到所述控制单元传输的发电控制指令时，所述燃料发动机为所述发电机提供发电动力，输出交流电；

所述AC-DC转换模块，与所述发电模块相连接，包括变压器、整流滤波器和稳压电路，用于接收到所述控制单元传输的转换控制指令时，将所述发电模块的输出的交流电转换为直流电并输出至所述驱动单元和所述监测传感单元。

再进一步地，所述动力单元还包括蓄电池模块；

所述蓄电池模块，与所述转换模块和所述驱动单元相连接，包括蓄电池和充放电控制子模块，用于接收到所述控制单元传输的充电控制指令时，在充放电控制子模块的控制下对所述蓄电池进行充电；还用于接收到所述控制单元传输的断电控制指令时，在充放电控制子模块的控制下停止对所述蓄电池充电；还用于接收到所述控制单元传输的供电控制指令时，为所述驱动单元和监测传感单元提供电力。

进一步地，所述监测传感单元包括：

卫星定位传感器和惯性传感器，用于监测无人机的水平坐标；

激光测距传感器，用于监测无人机的相对高度；

激光扫描传感器，用于障碍物的监测；

视觉传感器，用于对特定目标的捕捉；

旋转编码器，用于反馈无人机旋翼的旋转速度；

第一电压传感器，用于监测所述燃料发电机的发电电压；

第二电压传感器，用于监测所述AC-DC转换模块的输出电压；

第三电压传感器，用于监测所述蓄电池模块的蓄电池电压；

燃料检测传感器，用于监测所述燃料发电机的剩余燃料值。

进一步地，所述驱动单元包括相互连接的直流电机驱动器和直流电机，所述直流电机驱动器在接收到所述控制单元传输的驱动控制指令后驱动所述直流电机工作。

进一步地，所述无人机的机架采用碳纤维材料制成，所述机架包括多根机臂、中心盘及起落架，其中：每根机臂尾端安装一个所述直流电机、一个旋转编码器及一个旋翼，起始端铰接于所述中心盘上，所述起落架铰接于所述中心盘，所述中心盘含上下板，分别用于连接所述机臂、起落架，并安装所述燃料发动机、所述发电机、所述AC-DC转换模块、所述蓄电池、所述直流电机驱动器、所述监测传感单元。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：采用燃料发动机提供动力，经发电机转换为电力，驱动直流电机带动旋翼旋转，为无人机提供飞行动力，进一步地，在发动机发生故障等紧急情况时，可启用备用蓄电池提供电力，实现安全迫降，本实用新型提供的无人机结构简单，续航时间较传统通过电池驱动的多旋翼飞行器大大延长。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种燃料动力多旋翼无人机逻辑结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的控制单元的逻辑结构示意图。

图3是本实用新型实施例提供的动力单元的逻辑结构示意图。

图4是本实用新型实施例提供的驱动单元的逻辑结构示意图。

图5是本实用新型实施例提供的一种燃料动力多旋翼无人机立体结构示意图。

图6是本实用新型实施例提供的一种燃料动力多旋翼无人机俯视图。

图7是本实用新型实施例提供的一种燃料动力多旋翼无人机折叠图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种燃料动力多旋翼无人机结构示意图，包括动力单元1、驱动单元2、控制单元4和监测传感单元3，控制单元4同时与动力单元1、驱动单元2、监测传感单元3连接，动力单元1还同时与驱动单元2、监测传感单元3连接；其中：

1动力单元，包括发电模块、与所述发电模块连接的AC-DC转换模块，用于接收控制单元4传输的控制指令后，所述发电模块输出交流电，经所述AC-DC转换模块进行转换后输出直流电至驱动单元2和监测传感单元3；

驱动单元2，用于接收控制单元4传输的驱动控制指令对所述多旋翼无人机的旋翼进行驱动操作；

监测传感单元3，监测所述无人机的实时飞行状态，并将监测数据传输至控制单元4。

在实际应用中，监测传感单元3包括卫星定位传感器、惯性传感器、激光测距传感器、激光扫描传感器、视觉传感器、旋转编码器等。其中，卫星定位传感器和惯性传感器可分别或混合用于无人机的水平坐标定位，激光测距传感器用于无人机的相对高度定位，激光扫描传感器用于障碍物的检测，视觉传感器用于对特定目标的捕捉，旋转编码器用于反馈旋翼的旋转速度，而电压传感器用于反馈发电机的发电电压、AC-DC转换模块的输出电压、蓄电池的电压，燃油检测传感器用于燃油剩余油量的检测。监测传感单元3将监测到的数据实时传送至控制单元4，控制单元4将数据传输至外部系统进行显示，操作人员可以根据实时监测数据进行相应操作。

如图2所示，控制单元4包括相互连接的收发模块41和控制模块42，其中：

收发模块41，用于接收所述监测数据，并通过无线传输协议传输至外部控制系统；还用于接收外部控制系统传输的控制指令并传输控制模块42。所述控制指令包括控制燃料发动机的输出动力、转换模块的电能转换、驱动单元的飞行动力以及蓄电池的充/放电状态，以控制无人机的飞行状态。

控制单元42，用于接收所述控制指令并传输至动力单元1和驱动单元2。

如图3所示，动力单元1包括发电模块11、转换模块12和蓄电池模块13，其中：

发电模块11，包括燃料发动机和发电机，用于接收到控制单元4传输的发电控制指令时，所述燃料发动机为所述发电机提供发电动力，输出交流电；

AC-DC转换模块12，与发电模块11相连接，包括变压器、整流滤波器和稳压电路，用于接收到控制单元4传输的转换控制指令时，将发电模块11的交流电转换为直流电并输出至蓄电池模块13、驱动单元2和监测传感单元3；

蓄电池模块13，与AC-DC转换模块12和驱动单元2相连接，包括蓄电池和充放电控制子模块，用于接收到控制单元4传输的充电控制指令时，在充放电控制子模块的控制下对所述蓄电池进行充电；还用于接收到控制单元4传输的断电控制指令时，在充放电控制子模块的控制下停止对所述蓄电池充电；还用于接收到控制单元4传输的供电控制指令时，为所述驱动单元2和监测传感单元3提供电力；

在实际应用中，AC-DC转换模块12通过变压器、整流滤波器及稳压电路把发电机发出的交流电转变成直流电，给驱动单元4供电的同时给备用蓄电池充电；当蓄电池充满电时，蓄电池的充电开关断开，不再充电。当发动机发生故障等紧急情况时，蓄电池的供电开关闭合，替代发动机给驱动单元4提供电力，实现无人机安全迫降。

如图4所示，驱动单元2包括直流电机驱动器21和直流电机22，直流电机驱动器21在接收到控制单元4传输的驱动控制指令后驱动直流电机22，以带动旋翼旋转，通过改变旋翼转速，调整各旋翼升力，实现无人机飞行速度、姿态的控制。

图5至图7分别是本实用新型提供的一种燃料动力多旋翼无人机立体结构示意图、俯视图和折叠图，图中8为激光扫描传感器，9为激光测距传感器，12为折叠翼转接件，其中：

所述无人机的机架采用碳纤维材料制成，机架包括多根机臂、中心盘及起落架5，其中：每根机臂尾端安装一个直流电机22、一个旋转编码器及一个旋翼5，起始端铰接于中心盘上，需要飞行时，全部机臂沿铰链旋转至水平位置固定；需要搬运或移动时，全部机臂沿铰链旋转至垂直位置。起落架6铰接于中心盘，工作时，其呈八字张开便于起降；移动搬运时，其呈垂直状态。所述中心盘含上下板，分别用于连接机臂、起落架6，并安装燃料发动机10、发电机11、AC-DC转换模块12、蓄电池7、直流电机驱动器、监测传感单元3的其他传感器。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种燃料动力多旋翼无人机，其特征在于，包括动力单元、驱动单元、控制单元和监测传感单元；所述控制单元同时与所述动力单元、驱动单元、监测传感单元连接，所述动力单元还同时与所述驱动单元、所述监测传感单元连接；其中：

所述动力单元，包括发电模块、与所述发电模块连接的AC-DC转换模块，用于接收所述控制单元传输的控制指令后，所述发电模块输出交流电，经所述AC-DC转换模块进行转换后输出直流电至所述驱动单元和所述监测传感单元；

所述驱动单元，用于接收所述控制单元传输的驱动控制指令对所述多旋翼无人机的旋翼进行驱动操作；

所述监测传感单元，监测所述无人机的实时飞行状态，并将监测数据传输至所述控制单元。

2.如权利要求1所述的燃料动力多旋翼无人机，其特征在于，所述控制单元包括相互连接的收发模块和控制模块，其中：

收发模块，用于接收所述监测数据，并通过无线传输协议传输至外部控制系统；还用于接收外部控制系统传输的控制指令并传输所述控制模块；

控制模块，用于接收所述控制指令并传输至所述动力单元和所述驱动单元。

3.如权利要求1所述的燃料动力多旋翼无人机，其特征在于，所述动力单元包括发电模块、转换模块，其中：

所述发电模块，包括燃料发动机和发电机，用于接收到所述控制单元传输的发电控制指令时，所述燃料发动机为所述发电机提供发电动力，输出交流电；

所述AC-DC转换模块，与所述发电模块相连接，包括变压器、整流滤波器和稳压电路，用于接收到所述控制单元传输的转换控制指令时，将所述发电模块的输出的交流电转换为直流电并输出至所述驱动单元和所述监测传感单元。

4.如权利要求3所述的燃料动力多旋翼无人机，其特征在于，所述动力单元还包括蓄电池模块；

所述蓄电池模块，与所述转换模块和所述驱动单元相连接，包括蓄电池和充放电控制子模块，用于接收到所述控制单元传输的充电控制指令时，在充放电控制子模块的控制下对所述蓄电池进行充电；还用于接收到所述控制单元传输的断电控制指令时，在充放电控制子模块的控制下停止对所述蓄电池充电；还用于接收到所述控制单元传输的供电控制指令时，为所述驱动单元和监测传感单元提供电力。

5.如权利要求4所述的燃料动力多旋翼无人机，其特征在于，所述监测传感单元包括：

卫星定位传感器和惯性传感器，用于监测无人机的水平坐标；

激光测距传感器，用于监测无人机的相对高度；

激光扫描传感器，用于障碍物的监测；

视觉传感器，用于对特定目标的捕捉；

旋转编码器，用于反馈无人机旋翼的旋转速度；

第一电压传感器，用于监测所述燃料发电机的发电电压；

第二电压传感器，用于监测所述AC-DC转换模块的输出电压；

第三电压传感器，用于监测所述蓄电池模块的蓄电池电压；

燃料检测传感器，用于监测所述燃料发电机的剩余燃料值。

6.如权利要求5所述的燃料动力多旋翼无人机，其特征在于，所述驱动单元包括相互连接的直流电机驱动器和直流电机，所述直流电机驱动器在接收到所述控制单元传输的驱动控制指令后驱动所述直流电机工作。

7.如权利要求6所述的燃料动力多旋翼无人机，其特征在于，所述无人机的机架采用碳纤维材料制成，所述机架包括多根机臂、中心盘及起落架，其中：每根机臂尾端安装一个所述直流电机、一个旋转编码器及一个旋翼，起始端铰接于所述中心盘上，所述起落架铰接于所述中心盘，所述中心盘含上下板，分别用于连接所述机臂、起落架，并安装所述燃料发动机、所述发电机、所述AC-DC转换模块、所述蓄电池、所述直流电机驱动器、所述监测传感单元。