本發(fā)明涉及一種將多個多旋翼飛行器合并形成較大飛行器的機(jī)械電子控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

多旋翼飛行器是一種高可靠性、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的飛行器，在軍事、農(nóng)業(yè)、生活領(lǐng)域有大量的應(yīng)用。一般單個多旋翼飛行器的主要功能部件有機(jī)架、電子控制系統(tǒng)、動力單元。動力單元為電機(jī)驅(qū)動的旋翼(螺旋槳)，一般為3到8個，成中心對稱分布。

飛行器一般有其額定的負(fù)載能力。通常大重量的負(fù)載需要較大的飛行系統(tǒng)，重量較小的負(fù)載采用較小的飛行系統(tǒng)。多旋翼飛行器結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，如果能將多個旋翼飛行器合并成一個大的飛行器，其有效載荷能得到成倍的提高。在載重要求比較靈活的應(yīng)用場合，這種方法可以通過小飛行器的組合獲得大重量的飛行負(fù)載需求，也可以拆分獨(dú)立應(yīng)對小重量飛行負(fù)荷需求，節(jié)省大飛行器的投資，大大降運(yùn)營成本。本發(fā)明提供一種將多個飛行器合并的機(jī)械電子系統(tǒng)，提供最核心的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

圖1為剛性多旋翼飛行器合并系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。圖1中部件2為剛性連接機(jī)架，與部件3連接桿固定在一起。圖1中部件1為單個多旋翼飛行器，在其機(jī)體上有連接座(圖2中部件4)，與合并模塊(圖2中部件5)。連接機(jī)架通過連接桿與多旋翼飛行器的連接座連接固定，一般連接機(jī)架按照中心對稱的原則將旋翼飛行器固定連接，見圖1中的四個多旋翼飛行器的固定方法。固定完成的系統(tǒng)，合并成一個大的飛行器架構(gòu)。如果每個飛行器有效負(fù)載為g，大的飛行器的有效載荷近似為n·g，可以承載較大的飛行負(fù)荷。

每個獨(dú)立的多旋翼具備一個合并模塊(圖2中部件5)完成如下功能：1)確定其在獨(dú)立飛行還是合并飛行的模式。2)確定其所載控制器將作為合并飛行器的主控單元還是從屬控制單元。3)傳遞控制信息。

每個獨(dú)立的多旋翼飛行器的控制系統(tǒng)，應(yīng)具備獨(dú)立飛行模式和合并飛翔模式，并可通過合并單元的設(shè)置來識別。在獨(dú)立飛行模式下，每個飛行器的控制系統(tǒng)單獨(dú)控制其多個動力單元，每個動力單元的驅(qū)動信號是不同的，以維持其飛行姿態(tài)。在合并飛行模式下，每個旋翼機(jī)中的多個動力單元使用一路控制信號同步驅(qū)動，多個動力單元合并為單一動力單元，合并系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類似一個更大的多旋翼飛行器。設(shè)定其中一臺飛行器的控制系統(tǒng)作為主控單元，其它飛行器的控制系統(tǒng)作為從屬單元。因合并系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上成為一個剛性整體，主控單元利用自身的陀螺儀、加速度計(jì)、gps、磁場計(jì)等傳感器檢測的姿態(tài)信息可以作為合并系統(tǒng)的姿態(tài)信息，通過算法將飛行過程的實(shí)時控制信號通過合并模塊(圖2中部件5)，傳遞給從屬飛行器，從屬飛行器按控制信號的大小驅(qū)動自身的動力單元，共同完成合并飛行器的各種姿態(tài)控制任務(wù)。

按照上述原理，剛性多旋翼飛行器合并系統(tǒng)系統(tǒng)特征如下：

1.一種剛性多旋翼飛行器合并系統(tǒng)，通過剛性支架、連接桿、連接座將多個小飛行器固定為一體，形成合并飛行器架構(gòu)。

2.如1中所述的小飛行器個體帶有合并模塊，完成獨(dú)立飛行與合并飛行的設(shè)定，完成主控制器與從屬控制器的設(shè)定，完成主從機(jī)控制信號傳遞。

3.如1中所述的小飛行器個體，其控制系統(tǒng)具有識別合并模塊設(shè)定模式的功能，除具備通常的獨(dú)立飛行模式程序，還需具備合并飛行模式的程序；在合并飛行模式下，程序可以區(qū)分主機(jī)和從機(jī)工作模式，主機(jī)要檢測合并飛行器的姿態(tài)、位置信息、接收外部工作指令，并計(jì)算動力控制量，合并控制自身的動力單元，同時通過合并模塊將從機(jī)的控制信息傳輸給從機(jī)，完成飛行器的飛行控制；從機(jī)主要根據(jù)主機(jī)傳遞的控制信息合并控制其從機(jī)動力單元。

附圖說明

圖1剛性多旋翼飛行器合并系統(tǒng)整體示意圖

圖2小個體飛行器與剛性支架的連接示意圖

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施例1

采用4個飛行器進(jìn)行合并，剛性固定機(jī)架為圓形，中心對稱安裝四個連接桿，與四個多旋翼機(jī)進(jìn)行連接。合并模塊由2個2位開關(guān)和多股(至少5根線)信號線構(gòu)成，其中1個2位開關(guān)與控制器開關(guān)量接口連接，設(shè)定獨(dú)立/合并飛行模式；另一個2位開關(guān)與控制器開關(guān)量接口連接，設(shè)定主機(jī)/從機(jī)模式。主機(jī)能檢測合并飛行器的姿態(tài)、位置信息、接收外部工作指令，并根據(jù)指令通過算法計(jì)算動力單元控制量。使用高精度pwm信號將信息輸出給各個電機(jī)驅(qū)動模塊。一方面合并控制自身的動力單元，另一方面從機(jī)的控制信息通過合并模塊的多股導(dǎo)線傳輸給其它三個從機(jī)，完成飛行器的飛行控制；從機(jī)主要根據(jù)主機(jī)傳遞的控制信息控制其從機(jī)動力單元，與主機(jī)動力單元一起完成飛行姿態(tài)控制，此種方式最簡潔。

具體實(shí)施例2

將具體實(shí)施例1中的合并模塊由2個2位開關(guān)、無線傳輸模塊構(gòu)成，開關(guān)功能同具體實(shí)施例1，主從機(jī)間的信號交互采用無線傳輸模塊。主機(jī)需要將信號協(xié)議化通過無線模塊傳輸給從機(jī)，從機(jī)需要有相應(yīng)的軟件處理無線信號。主機(jī)與從機(jī)間不存在連線，安裝更方便，并且在主從機(jī)間傳遞其它有用信息。

具體實(shí)施例3

具體實(shí)施例1中的合并模塊由2個2位開關(guān)和高速通信線構(gòu)成，主從機(jī)間的信號交互采用高速數(shù)字信號量。主機(jī)需要將信號協(xié)議化通過高速信號線傳輸給從機(jī)，從機(jī)需要有相應(yīng)的軟件處理高速協(xié)議數(shù)字信號。一般高速數(shù)字信號線為2到3根銅芯導(dǎo)線，比具體實(shí)施例1中所用的信號線數(shù)量少，并且在主從機(jī)間傳遞其它有用信息。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種剛性多旋翼飛行器合并系統(tǒng)，采用剛性支架、連接桿等部件將多個旋翼飛行器連接在一起，形成較大的飛行器結(jié)構(gòu)，具有更大的飛行負(fù)荷能力。通過合并模塊設(shè)定個體飛行器的獨(dú)立飛行或合并飛行模式，設(shè)定主從模式，進(jìn)行主從機(jī)信號交互。主控制器完成飛行姿態(tài)的檢測和動力單元的控制信號計(jì)算，主控制器合并控制自身的動力單元，并將從機(jī)動力信號傳遞給從機(jī)。從機(jī)根據(jù)主機(jī)的動力信號完成自身動力單元的控制，與主機(jī)動力單元一起完成飛行姿態(tài)控制。

技術(shù)研發(fā)人員：侯明;李擎;柏森;付興建
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京信息科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.22
技術(shù)公布日：2017.10.20