变质心共轴双旋翼飞行器及其控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114476045A(43)申请公布日2022.05.13(21)申请号202210357038.9(22)申请日2022.04.07(71)申请人西安工业大学地址710072陕西省西安市金花北路4号(72)发明人王司令吉思臣周洋高嵩陈超波马天力赵素平王倩(74)专利代理机构西安佩腾特知识产权代理事务所(普通合伙)61226专利代理师张倩(51)Int.Cl.B64C27/10(2006.01)B64C19/00(2006.01)B64C25/56(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图2页(54)发明名称变质心共轴双旋翼飞行器及其控制方法(57)摘要本发明涉及共轴旋翼无人飞行器技术领域，特别涉及一种变质心共轴双旋翼飞行器及其控制方法，包括了壳体、飞行驱动、支撑架和若干质心调节装置，质心调节装置包括变质心驱动组件和滑块；支撑架设置在壳体的内侧，飞行驱动分别设置在支撑架的上下两端，变质心驱动组件设置在支撑架上，并且变质心驱动组件位于支撑架上下两端的飞行驱动之间，滑块设置在支撑架上，并且滑块与变质心驱动组件活动连接；通过改变质心的位置来控制飞行器的姿态，无需依靠周期变距，通过变质心驱动组件调节滑块的位置来改变飞行器质心位置，从而使得飞行器所受的合力矩改变，进而控制飞行器的姿态，结构简单，操作方便，稳定可靠。CN114476045ACN114476045A权利要求书1/4页1.一种变质心共轴双旋翼飞行器，其特征在于，包括壳体（1）、飞行驱动（2）、支撑架（3）和若干质心调节装置，所述质心调节装置包括变质心驱动组件（4）和滑块（5）；所述支撑架（3）设置在壳体（1）的内侧，所述飞行驱动（2）相对设置在支撑架（3）的两端，所述变质心驱动组件（4）设置在支撑架（3）上，并且变质心驱动组件（4）位于飞行驱动（2）之间，所述滑块（5）通过变质心驱动组件（4）与支撑架（3）滑动连接。2.根据权利要求1所述的变质心共轴双旋翼飞行器，其特征在于，所述支撑架（3）包括支撑杆（31）和固定件（32），所述固定件（32）通过支撑杆（31）与壳体（1）连接，所述变质心驱动组件（4）与固定件（32）连接，所述滑块（5）设置在对应的支撑杆（31）上并与支撑杆（31）滑动连接，变质心驱动组件（4）的输出端与滑块（5）连接。3.根据权利要求2所述的变质心共轴双旋翼飞行器，其特征在于，所述支撑杆（31）的数量为2~5个，支撑杆（31）绕固定件（32）的轴线均匀设置，支撑杆（31）与水平面的夹角为0~30°。4.根据权利要求3所述的变质心共轴双旋翼飞行器，其特征在于，所述支撑杆（31）的数量为3个，所述滑块（5）与支撑杆（31）一一对应。5.根据权利要求4所述的变质心共轴双旋翼飞行器，其特征在于，所述变质心驱动组件（4）包括质心驱动件（41）和质心驱动连杆（42），所述质心驱动件（41）与固定件（32）连接，质心驱动件（41）通过质心驱动连杆（42）与滑块（5）活动连接。6.根据权利要求5所述的变质心共轴双旋翼飞行器，其特征在于，所述固定件（32）两端的飞行驱动（2）结构相同，所述飞行驱动（2）包括动力驱动件和与动力驱动件输出端连接的旋翼，所述动力驱动件设置在固定件（32）对应的端部，所述旋翼沿壳体（1）轴线设置，所述质心驱动件（41）与支撑杆（31）均位于固定件（32）两端的旋翼之间。7.根据权利要求6所述的变质心共轴双旋翼飞行器，其特征在于，所述变质心共轴双旋翼飞行器还包括外挂气囊（6），所述外挂气囊（6）套设在壳体（1）的外侧。8.一种变质心共轴双旋翼飞行器的控制方法，其特征在于，基于权利要求7所述的变质心共轴双旋翼飞行器，包括以下步骤：S1、建立地面坐标系和变质心共轴双旋翼飞行器的机体坐标系；S2、根据变质心共轴双旋翼飞行器在地面坐标中起始位置和期望位置计算得到期望俯仰角和期望滚转角，进而得到变质心共轴双旋翼飞行器的期望姿态角矢量；S3、根据期望姿态角矢量计算得到期望质心位置在机体坐标系的矢量形式，从而计算得到3个滑块（5）的目标舵量，来实现对变质心共轴双旋翼飞行器姿态的控制。9.根据权利要求8所述的变质心共轴双旋翼飞行器控制方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：S21、所述滑块（5）的数量为3个，3个滑块（5）分别为第一滑块、第二滑块和第三滑块，根据刚体转动定理，得到第一滑块相对于地面坐标系的速度矢量：，其中为变质心共轴双旋翼飞行器相对于地面坐标系的速度矢量，为无人机转动角速度矢量，为滑块（5）相对机体坐标系的速度矢量，为滑块（5）相对机体坐标系的位置矢2CN114476045A权利要求书2/4页量；S22、计算得到变质心共轴双旋翼飞行器的质心相对于地面坐标系的速度矢量，具体的：根据质心