專利名稱：非共軸類多旋翼飛行器及其姿態(tài)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多旋翼飛行器姿態(tài)控制方法及使用該方法的飛行器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在市場上的多旋翼飛行器的控制方法都是通過改變旋翼轉(zhuǎn)速來控制飛行器姿態(tài)，這樣的控制方法存在以下缺陷I.其旋翼驅(qū)動(dòng)方式多適用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不易于設(shè)計(jì)制造重載荷、長航時(shí)的多旋翼 飛行器。2.不易于使用除電機(jī)驅(qū)動(dòng)以外的驅(qū)動(dòng)方式的控制，如燃油驅(qū)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決目前多旋翼飛行器通過改變旋翼轉(zhuǎn)速來控制飛行器姿態(tài)所導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)方式單一、飛行器載荷小、航時(shí)短等技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多旋翼飛行器及其姿態(tài)控制方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種非共軸類多旋翼飛行器，包括機(jī)體、動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、2N個(gè)旋翼組件，其中N > 2 ;所述動(dòng)力系統(tǒng)通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)旋翼組件轉(zhuǎn)動(dòng),所述飛行控制系統(tǒng)控制動(dòng)力系統(tǒng)工作；其特殊之處在于所述每個(gè)旋翼組件包括旋翼以及用于改變旋翼槳距的槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述飛行控制系統(tǒng)用于控制每個(gè)槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作；所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括依次交錯(cuò)分布的N個(gè)正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和N個(gè)反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述動(dòng)力系統(tǒng)通過N個(gè)正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)N個(gè)旋翼組件的旋翼沿同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),所述動(dòng)力系統(tǒng)通過N個(gè)反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)另外N個(gè)旋翼組件的旋翼沿反方向旋轉(zhuǎn),所述2N個(gè)旋翼組件的旋翼轉(zhuǎn)速絕對值相等。上述動(dòng)力系統(tǒng)為動(dòng)力裝置和減速裝置,所述動(dòng)力裝置為電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)； 所述正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)組件,所述反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括換向組件以及與正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相同的傳動(dòng)組件，所述傳動(dòng)組件是齒輪傳動(dòng)組件、皮帶傳動(dòng)組件、軸傳動(dòng)組件或者鏈傳動(dòng)組件；所述換向組件用于改變減速機(jī)構(gòu)輸出軸和傳動(dòng)組件輸入端之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系；所述減速裝置的輸出軸分別與所有正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)組件的輸入端相連，同時(shí)通過換向組件分別與所有反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)組件的輸入端相連。上述動(dòng)力系統(tǒng)還包括離合器，所述離合器設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和減速裝置之間或者設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)之間?！N非共軸類多旋翼飛行器，包括機(jī)體、2N個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、2N個(gè)旋翼組件，其中N > 2 ;所述動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的旋翼組件轉(zhuǎn)動(dòng)，所述飛彳丁控制系統(tǒng)控制動(dòng)力系統(tǒng)工作；其特殊之處在于
所述每個(gè)旋翼組件包括旋翼以及用于改變旋翼槳距的槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述飛行控制系統(tǒng)用于控制每個(gè)槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作；所述N個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)N個(gè)旋翼組件的旋翼沿同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，所述另外N個(gè)反向動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)N個(gè)旋翼組件的旋翼沿反方向旋轉(zhuǎn),所述任意相鄰的旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，所述2N個(gè)旋翼組件的旋翼轉(zhuǎn)速絕對值相等。上述動(dòng)力系統(tǒng)為動(dòng)力裝置和減速裝置,所述動(dòng)力裝置為電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)；所述減速裝置的輸出軸分別與 相應(yīng)旋翼的驅(qū)動(dòng)軸相連；所述動(dòng)力系統(tǒng)還包括離合器，所述離合器設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和減速裝置之間或者設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)和旋翼組件之間。—種非共軸類多旋翼飛行器，包括機(jī)體、N個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、2N個(gè)旋翼組件，其中NS 2 ;所述動(dòng)力系統(tǒng)通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)旋翼組件轉(zhuǎn)動(dòng),所述飛行控制系統(tǒng)控制動(dòng)力系統(tǒng)工作；其特殊之處在于所述每個(gè)旋翼組件包括旋翼以及用于改變旋翼槳距的槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述飛行控制系統(tǒng)用于控制每個(gè)槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作；所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括對角設(shè)置的正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置在正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中間，所述動(dòng)力系統(tǒng)通過正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)一個(gè)旋翼組件的旋翼旋轉(zhuǎn)，該動(dòng)力系統(tǒng)通過反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)對角設(shè)置的另外一個(gè)旋翼組件的旋翼旋轉(zhuǎn)，所述任意相鄰的旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，所述2N個(gè)旋翼組件的旋翼轉(zhuǎn)速絕對值相等。上述動(dòng)力系統(tǒng)為動(dòng)力裝置和減速裝置,所述動(dòng)力裝置為電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)；所述正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)組件,所述反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括換向組件以及與正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相同的傳動(dòng)組件，所述傳動(dòng)組件是齒輪傳動(dòng)組件、皮帶傳動(dòng)組件、軸傳動(dòng)組件或者鏈傳動(dòng)組件；所述換向組件用于改變減速機(jī)構(gòu)輸出軸和傳動(dòng)組件輸入端之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系；所述減速裝置的輸出軸分別與所有正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)組件的輸入端相連，同時(shí)通過換向組件分別與所有反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)組件的輸入端相連。上述動(dòng)力系統(tǒng)還包括離合器，所述離合器設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和減速裝置之間或者設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)之間?！N非共軸類多旋翼飛行器的姿態(tài)控制方法，其特殊之處在于包括以下步驟I多旋翼飛行器的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)至少2N個(gè)旋翼同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，使多旋翼飛行器處于飛行或懸停狀態(tài)，其中的N彡2 ;2飛行控制系統(tǒng)采用如下方式對飛行器姿態(tài)進(jìn)行控制2. I懸停姿態(tài)的控制步驟如下2. I. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反；2. I. 2使所有旋翼的槳距相同；2. 2上升姿態(tài)的控制步驟如下2. 2. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反；2. 2. 2使所有旋翼同時(shí)增加相同的旋翼的槳葉角度；2. 3下降姿態(tài)的控制步驟如下2. 3. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反；2. 3. 2使所有的旋翼同時(shí)減小相同的旋翼的槳葉角度；
2. 4俯仰姿態(tài)的控制步驟如下2. 4. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反；2. 4. 2使位于X軸一側(cè)的旋翼槳距與X軸另一側(cè)的旋翼槳葉角度產(chǎn)生槳距差，X軸同一側(cè)旋翼的槳距相同；2. 5滾轉(zhuǎn)姿態(tài)的控制步驟如下2. 5. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反；2. 5. 2使位于Y軸一側(cè)的旋翼槳距與Y軸另一側(cè)的旋翼槳距產(chǎn)生槳距差，Y軸同一側(cè)旋翼的槳距相同；2. 6偏航姿態(tài)的控制步驟如下·2. 6. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反；2. 6. 2使同一對角線旋轉(zhuǎn)方向相同的所有旋翼的槳距同時(shí)增加且與相反旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生槳距差，即相反旋轉(zhuǎn)方向的槳距不變或減小。上述發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量為一臺、N臺或者數(shù)量與旋翼的數(shù)量一致且--對應(yīng)。本發(fā)明的有益效果I、本發(fā)明非共軸類多旋翼飛行器，在使飛行器各個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼轉(zhuǎn)速相反的條件下，通過控制旋翼槳距來調(diào)整飛行器姿態(tài)，克服了目前通過旋翼轉(zhuǎn)速來進(jìn)行飛行器姿態(tài)控制所導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)方式單一、飛行器載荷小、航時(shí)短等技術(shù)問題。2、本發(fā)明非共軸類多旋翼飛行器的姿態(tài)控制方法，使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反；旋翼的轉(zhuǎn)速由控制系統(tǒng)的同一通道控制且保持始終轉(zhuǎn)速相同。每個(gè)旋翼均可獨(dú)立控制旋翼槳距，通過控制槳距改變而改變升力，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)飛行器的六自由度姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)控制。


圖I為變槳距機(jī)構(gòu)示意圖；圖2為可變槳距的旋翼組件機(jī)構(gòu)示意圖；圖3為四旋翼飛行器的旋翼分布結(jié)構(gòu)圖；圖4為四旋翼飛行器的旋翼旋轉(zhuǎn)示意圖；圖5為四旋翼飛行器處于垂直姿態(tài)控制的旋翼狀態(tài)圖；圖6為四旋翼飛行器處于俯仰/滾動(dòng)姿態(tài)控制的旋翼狀態(tài)圖；圖7為四旋翼飛行器處于偏航姿態(tài)控制的旋翼狀態(tài)具體實(shí)施例方式一種多旋翼飛行器，包括機(jī)體、飛行控制系統(tǒng)、安裝于機(jī)體上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及2N個(gè)旋翼組件，其中N > 2，旋翼組件安裝于機(jī)體上方且均布于以機(jī)架為中心的圓周上。動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在減速機(jī)構(gòu)和旋翼組件之間的動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)和反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)的數(shù)量與旋翼組件的數(shù)量一致，反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的數(shù)量是旋翼組件數(shù)量的一半；動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)按照飛行控制系統(tǒng)的姿態(tài)控制信號將減速機(jī)構(gòu)輸出的動(dòng)力直接分配至相應(yīng)的旋翼組件或者通過反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)再分配至相鄰的旋翼組件，減速機(jī)構(gòu)用于將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速減小，減速機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)速通過多個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞給多個(gè)可變槳距的旋翼組件，動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分為正向動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和反向動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，正向動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出的轉(zhuǎn)速與減速機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)速同向，反向動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出的轉(zhuǎn)速與減速機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)速反向向，反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間隔設(shè)置，動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過傳動(dòng)軸2傳動(dòng)。每個(gè)旋翼組件均包括一個(gè)變槳距組件3，變槳距組件3的輸入端與飛行控制系統(tǒng)連接，輸出端與旋翼連接。飛行控制系統(tǒng)包括伺服機(jī)構(gòu)(包括槳距、油門)、多種傳感器(包括轉(zhuǎn)速、氣壓高度、GPS、空速傳感器)、基于MEMS (微機(jī)械系統(tǒng))的慣性測量單元三軸姿態(tài)MU、三軸加速度計(jì)、三軸數(shù)字羅盤、姿態(tài)控制計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航控制計(jì)算機(jī)。無線通訊數(shù)據(jù)鏈路包括上下行數(shù)傳、圖傳電臺及發(fā)射接收天線系統(tǒng)；還包括地面站及遙控器。飛行器可搭載各種可用于飛行器掛載的任務(wù)載荷，如可見光、紅外、合成孔徑雷達(dá)等成像設(shè)備；農(nóng)藥、化肥、電子干擾設(shè)備、通訊中繼設(shè)備；各種可用于飛行器掛載的武器裝 奮寺寺。為了更清晰的了解多旋翼飛行器的姿態(tài)控制方法，以下將結(jié)合

，以四旋翼I臺發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為例(通過機(jī)械傳動(dòng)將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力同步傳給四個(gè)旋翼，使它們等速旋轉(zhuǎn))。如圖4，首先將四個(gè)旋翼I分為順時(shí)針和逆時(shí)針兩組，位于同一對角線的兩個(gè)旋翼為同組，即旋翼1、3—組，2、4 一組。四只旋翼的轉(zhuǎn)速由控制系統(tǒng)的同一通道控制且保持始終轉(zhuǎn)速相同。四只旋翼均可獨(dú)立控制旋翼槳距。通過四個(gè)旋翼控制槳距改變而改變升力，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)飛行器的六自由度姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)控制。如圖5所示，在一定轉(zhuǎn)速下，四只旋翼槳距相同時(shí)，反扭力兩兩相互抵消，飛行器可以懸停；同時(shí)增加或減小槳距角度可以實(shí)現(xiàn)飛行器垂直上升、下降運(yùn)動(dòng)。如圖6所示，在一定轉(zhuǎn)速下，僅旋翼I增加槳距，旋翼3槳距不變或減小，則飛行器產(chǎn)生繞Y軸的俯仰運(yùn)動(dòng)，并可產(chǎn)生相應(yīng)方向的平移，反之亦然。在一定轉(zhuǎn)速下，僅旋翼2增加槳距，旋翼4槳距不變或減小，則飛行器產(chǎn)生繞X軸的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并可產(chǎn)生相應(yīng)方向的平移，反之亦然。如圖7所示，在一定轉(zhuǎn)速下，等量增加或減小同一組旋翼槳距，比如旋翼(1、3)同時(shí)增加，而旋翼(2、4)槳距不變或減小，則飛行器因產(chǎn)生反扭力而引起繞Z軸的偏航運(yùn)動(dòng)，反之亦然。此變槳距控制多旋翼的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)的方法，適用于十字型布局四旋翼飛行器。通過對不同旋翼的耦合控制算法也適用于X型布局的四旋翼飛行器，同時(shí)可以擴(kuò)展到包括三旋翼、六旋翼、八旋翼......N旋翼等布局的飛行器上。如使用兩臺發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，則分別用一臺發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)同一對角線的同組旋翼。同時(shí)需要使用兩組轉(zhuǎn)速傳感器分別監(jiān)測這兩組旋翼的轉(zhuǎn)速，并通過控制回路調(diào)整油門量以使兩組旋翼保持相同轉(zhuǎn)速。如使用四臺及以上的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)多旋翼布局的飛行器，則分別由一臺發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)旋翼(可直接驅(qū)動(dòng)，也可由機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng))，同時(shí)需要給每一個(gè)旋翼安裝轉(zhuǎn)速傳感器監(jiān)測該旋翼轉(zhuǎn)速，并通過控制回路調(diào)整油門量以使所以旋翼保持相同轉(zhuǎn)速。此種變槳距控制方法也適用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的多旋翼飛行器。對于此類多旋翼飛行器的控制信號，可以由遙控接收機(jī)或飛控計(jì)算機(jī)等產(chǎn)生。
本發(fā)明中的旋翼也成為螺 旋槳。
權(quán)利要求
1.一種非共軸類多旋翼飛行器，包括機(jī)體、動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、2N個(gè)旋翼組件，其中NS 2 ;所述動(dòng)力系統(tǒng)通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)旋翼組件轉(zhuǎn)動(dòng),所述飛行控制系統(tǒng)控制動(dòng)力系統(tǒng)工作； 其特征在于 所述每個(gè)旋翼組件包括旋翼以及用于改變旋翼槳距的槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述飛行控制系統(tǒng)用于控制每個(gè)槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作； 所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括依次交錯(cuò)分布的N個(gè)正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和N個(gè)反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述動(dòng)力系統(tǒng)通過N個(gè)正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)N個(gè)旋翼組件的旋翼沿同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),所述動(dòng)力系統(tǒng)通過N個(gè)反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)另外N個(gè)旋翼組件的旋翼沿反方向旋轉(zhuǎn),所述2N個(gè)旋翼組件的旋翼轉(zhuǎn)速絕對值相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非共軸類多旋翼飛行器，其特征在于 所述動(dòng)力系統(tǒng)為動(dòng)力裝置和減速裝置，所述動(dòng)力裝置為電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)； 所述正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)組件，所述反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括換向組件以及與正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相同的傳動(dòng)組件，所述傳動(dòng)組件是齒輪傳動(dòng)組件、皮帶傳動(dòng)組件、軸傳動(dòng)組件或者鏈傳動(dòng)組件；所述換向組件用于改變減速機(jī)構(gòu)輸出軸和傳動(dòng)組件輸入端之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系； 所述減速裝置的輸出軸分別與所有正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)組件的輸入端相連，同時(shí)通過換向組件分別與所有反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)組件的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非共軸類多旋翼飛行器，其特征在于所述動(dòng)力系統(tǒng)還包括離合器，所述離合器設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和減速裝置之間或者設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)之間。
4.一種非共軸類多旋翼飛行器，包括機(jī)體、2N個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、2N個(gè)旋翼組件，其中N > 2 ;所述動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的旋翼組件轉(zhuǎn)動(dòng),所述飛行控制系統(tǒng)控制動(dòng)力系統(tǒng)工作； 其特征在于 所述每個(gè)旋翼組件包括旋翼以及用于改變旋翼槳距的槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述飛行控制系統(tǒng)用于控制每個(gè)槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作； 所述N個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)N個(gè)旋翼組件的旋翼沿同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),所述另外N個(gè)反向動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)N個(gè)旋翼組件的旋翼沿反方向旋轉(zhuǎn)，所述任意相鄰的旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，所述2N個(gè)旋翼組件的旋翼轉(zhuǎn)速絕對值相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非共軸類多旋翼飛行器，其特征在于 所述動(dòng)力系統(tǒng)為動(dòng)力裝置和減速裝置，所述動(dòng)力裝置為電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)； 所述減速裝置的輸出軸分別與相應(yīng)旋翼的驅(qū)動(dòng)軸相連； 所述動(dòng)力系統(tǒng)還包括離合器，所述離合器設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和減速裝置之間或者設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)和旋翼組件之間。
6.—種非共軸類多旋翼飛行器,包括機(jī)體、N個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、2N個(gè)旋翼組件，其中NS 2 ;所述動(dòng)力系統(tǒng)通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)旋翼組件轉(zhuǎn)動(dòng),所述飛行控制系統(tǒng)控制動(dòng)力系統(tǒng)工作； 其特征在于 所述每個(gè)旋翼組件包括旋翼以及用于改變旋翼槳距的槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述飛行控制系統(tǒng)用于控制每個(gè)槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作； 所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括對角設(shè)置的正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置在正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中間，所述動(dòng)力系統(tǒng)通過正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)一個(gè)旋翼組件的旋翼旋轉(zhuǎn)，該動(dòng)力系統(tǒng)通過反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)對角設(shè)置的另外一個(gè)旋翼組件的旋翼旋轉(zhuǎn)，所述任意相鄰的旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，所述2N個(gè)旋翼組件的旋翼轉(zhuǎn)速絕對值相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非共軸類多旋翼飛行器，其特征在于 所述動(dòng)力系統(tǒng)為動(dòng)力裝置和減速裝置，所述動(dòng)力裝置為電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)； 所述正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)組件，所述反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括換向組件以及與正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相同的傳動(dòng)組件，所述傳動(dòng)組件是齒輪傳動(dòng)組件、皮帶傳動(dòng)組件、軸傳動(dòng)組件或者鏈傳動(dòng)組件；所述換向組件用于改變減速機(jī)構(gòu)輸出軸和傳動(dòng)組件輸入端之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系； 所述減速裝置的輸出軸分別與所有正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)組件的輸入端相連，同時(shí)通過換向組件分別與所有反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)組件的輸入端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非共軸類多旋翼飛行器，其特征在于所述動(dòng)力系統(tǒng)還包括離合器，所述離合器設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和減速裝置之間或者設(shè)置在動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)之間。
9.一種非共軸類多旋翼飛行器的姿態(tài)控制方法，其特征在于包括以下步驟 .1多旋翼飛行器的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)至少2N個(gè)旋翼同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，使多旋翼飛行器處于飛行或懸停狀態(tài)，其中的N彡2 ； .2飛行控制系統(tǒng)采用如下方式對飛行器姿態(tài)進(jìn)行控制 .2.I懸停姿態(tài)的控制步驟如下 . 2.I. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反； .2.I. 2使所有旋翼的槳距相同； .2.2上升姿態(tài)的控制步驟如下 .2.2. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反； .2.2. 2使所有旋翼同時(shí)增加相同的旋翼的槳葉角度； .2.3下降姿態(tài)的控制步驟如下 .2.3. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反； .2.3. 2使所有的旋翼同時(shí)減小相同的旋翼的槳葉角度； .2.4俯仰姿態(tài)的控制步驟如下 .2.4. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反； .2.4. 2使位于X軸一側(cè)的旋翼槳距與X軸另一側(cè)的旋翼槳葉角度產(chǎn)生槳距差，X軸同一側(cè)旋翼的槳距相同； .2.5滾轉(zhuǎn)姿態(tài)的控制步驟如下 .2.5. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反； .2.5. 2使位于Y軸一側(cè)的旋翼槳距與Y軸另一側(cè)的旋翼槳距產(chǎn)生槳距差，Y軸同一側(cè)旋翼的槳距相同； .2.6偏航姿態(tài)的控制步驟如下 .2.6. I使所有旋翼的轉(zhuǎn)速相同，相鄰旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反； .2.6. 2使同一對角線旋轉(zhuǎn)方向相同的所有旋翼的槳距同時(shí)增加且與相反旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生槳距差，即相反旋轉(zhuǎn)方向的槳距不變或減小。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多旋翼飛行器姿態(tài)控制方法，其特征在于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量為一臺、N臺或者數(shù)量與旋翼的數(shù)量一致且--對應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非共軸類多旋翼飛行器，包括機(jī)體、動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、2N個(gè)旋翼組件，其中N≥2；動(dòng)力系統(tǒng)通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)旋翼組件轉(zhuǎn)動(dòng)，飛行控制系統(tǒng)控制動(dòng)力系統(tǒng)工作；每個(gè)旋翼組件包括旋翼以及用于改變旋翼槳距的槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，飛行控制系統(tǒng)用于控制每個(gè)槳距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作；傳動(dòng)系統(tǒng)包括依次交錯(cuò)分布的N個(gè)正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和N個(gè)反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；動(dòng)力系統(tǒng)通過N個(gè)正向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)N個(gè)旋翼組件的旋翼沿同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明解決了目前多旋翼飛行器通過改變旋翼轉(zhuǎn)速來控制飛行器姿態(tài)所導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)方式單一、飛行器載荷小、航時(shí)短等技術(shù)問題。
文檔編號B64C11/30GK102951290SQ201210429709
公開日2013年3月6日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者王輝 申請人:西安韋德沃德航空科技有限公司