一种纵列式无人机控制方法与流程

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种纵列式无人机控制方法。

背景技术：

传统的纵列式双旋翼直升机构型独特，主要用于战术运输、客运、医疗、搜救等任务，主要优势在于其旋翼纵列安置，空间占用小，机身和外挂点不受结构及外挂货物的重心变化影响，无需特殊配平，不受起落机构干扰，带来的直接好处是其运载能力相较于传统的单旋翼直升机有明显的提升，载重能力也更大。从安全统计资料表明：纵列式双旋翼直升机事故率明显低于单旋翼直升机，总事故率和事故所造成的灾难都小很多。纵列式双旋翼直升机在其研发初衷，就是为运输而生。将其无人机化，更是把关于纵列式双旋翼直升机的固有特性优势进行良好的继承，在保持其高运力特性的同时，也给无人机物流运输开辟一个新的方向，使得载荷不再是制约无人机物流应用的最大障碍。因此，纵列式无人机飞行控制方法是本发明亟需解决的问题。

无人机进入植保市场以来，高空作业方式有利于植物的生长、不破坏植物等优势，逐步代替了传统的作业方式，备受广大用户的青睐。由于载重、续航和下压风场问题，致使工作效率和防治效果一般。

无人机已经广泛应用于警力、城市管理、农业、地质、气象、电力等领域，无人机的飞行控制计算机系统是无人机“大脑”的核心，是飞行控制系统的中央控制单元，其运算速度对无人机的控制有至关重要的作用。

目前无人机多数为消费级的，其控制计算机相对工业级来说比较简单。如多旋翼无人机，本身是从航模发展过来的，就相当于是一个大的航模，其特点是入门门槛低，容易操作，价格更便宜，备受广大消费者青睐。

相对消费级市场来看，工业级的无人机由于其构造比较复杂，对控制难度和精度要求较高，当遇到比较复杂的情况时，如同时开展多项作业操作，对飞行控制计算机系统运算处理能力提出了要求，对此无人机飞行控制计算机系统是亟需解决的问题。

近年来，植保无人飞机热潮的掀起，数百家企业涌入植保无人机行业。相较日本和中国，不难发现日本主流的植保无人飞机是单旋翼植保无人飞机，而中国的植保无人飞机则五花八门，有单旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼、十二旋翼等等。为何单旋翼能够成为日本植保无人飞机行业的一种主流，且受到日本政府的号召，成为一种不可撼动的力量。

中国农大信电学院农业无人机研究所执行所长刘云玲博士曾介绍：“多旋翼本身是从航模发展过来的，就相当于是一个大的航模，把它加载了喷药的器械，就成为植保无人机。其特点是入门门槛低，容易操作，价格更便宜，但其下旋风场要比单旋翼无人机弱。单旋翼飞机向下风场大，更有力量，抗风性更强。”

单旋翼植保无人机的前进、后退、上升、下降主要是依靠调整主桨的角度实现的，转向是通过调整尾部的尾桨实现的，主桨和尾桨的风场相互干扰的概率极低。

单旋翼植保无人机因载重大、续航长、下压风场大、作业效率高和防治效果好备受广大用户欢迎，其控制系统和方法也日趋成熟。

技术实现要素：

发明的目的：为了提供效果更好的一种纵列式无人机控制方法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：

方案一：

一种纵列式无人机控制方法，其特征在于，无人机为双旋翼无人机，前后两个旋翼分别包含一个十字盘，十字盘为前十字盘或者后十字盘，前后十字盘逆顺时针旋转，每个十字盘由3个舵机控制，实现飞行；前十字盘包含m1到m3三组舵机，后十字盘包含m4到m6三组舵机；

（1）升降功能：同时使m1-----m6这6个舵机的向上或者向下运动，可以控制舵机的总距，使飞机可以完成升降功能；

（2）俯仰功能：m1---m3总距下降，m4---m6总距上升就可以完成前飞功能；m1---m3总距上升，m4---m6总距下降就可以完成后飞功能；

（3）滚转功能：m1、m4行程量下降，m3、m6行程量上升，飞机就会左倾；m1、m4行程量上升，m3、m6行程量下降，飞机就会右倾；

（4）航向控制：m1行程量下降、m3行程量上升、m4行程量上升、m6行程量下降，飞机向左转弯；m1行程量上升、m3行程量下降、m4行程量下降、m6行程量上升，飞机向右转弯。

本发明进一步技术方案在于，双旋翼无人机即纵列式双桨无人机由一个发动机提供动力源，通过控制旋翼系统来控制飞机的姿态；每个十字盘有3个舵机通过定速变距的模式来控制，飞行时两副浆的转速恒定，转速方向相反，克服了两幅浆在旋转时的扭力。

方案二：

一种纵列式植保无人机，其特征在于，无人机包含传动结构，传动结构包含动力支架5，动力支架5上固定有动力部分13，动力部分13的动力输出轴通过主动轮2和动力轮6能够讲动力整体传递给转动轴8，传动轴8两侧动力连接着第一十字盘4和第二十字盘10对应的变速器和旋转翼，第一十字盘4和第二十字盘10对应的变速器和旋转翼能够各自带动各自的旋翼9旋转。

本发明进一步技术方案在于，动力支架5通过螺栓固定在整体的支架上。

本发明进一步技术方案在于，主动轮2和动力轮6是通过链条或者是皮带传动。

本发明进一步技术方案在于，传动轴8上包含两个联轴器7。

本发明进一步技术方案在于，第一十字盘4和第二十字盘10位于支架的两侧。

方案三：

一种纵列式植保无人机支架，其特征在于，无人机支架包含下方的倾斜支架12连接的底部支架1，两个底部支架1均中空，两个底部支架1的两侧各自包含喷头11，两个底部支架1上各自包含机架对接口18，还包含药箱15，药箱15上方包含上盖或者是药箱进口16，药箱15中包含泵，泵的泵出管针对药箱下方的下方出药对接口17；下方出药对接口17对接机架对接口18，能够泵出药物输送到底部支架1后从喷头11喷出。

本发明进一步技术方案在于，所述的喷头通过螺纹孔安装在两个底部支架1的两侧。

本发明进一步技术方案在于，喷头连通底部支架1的空腔中。

本发明进一步技术方案在于，所述的喷头均布在底部支架上。

方案四：

一种适用于不同地形和容量的纵列式植保无人机支架，其特征在于，无人机支架为可分拆的两部分，两部分分别为左侧部分和右侧部分，左侧部分和右侧部分各自包含机架本体杆20，机架本体杆20上包含多个机架本体杆孔19，左侧部分和右侧部分对应的机架本体杆20彼此嵌套后，螺栓穿过对应的机架本体杆孔19能够控制整体长度。

本发明进一步技术方案在于，所述的左侧部分或右侧部分的多个机架本体杆20均包含对接口14，对接口14方便机架本体杆20的对接。

本发明进一步技术方案在于，当左侧部分和右侧部分分开后各自能够安装动力部分为一个单旋翼无人机；组合在一起能够安装动力部分为双旋翼无人机；单旋翼无人机包含一个十字盘；双旋翼无人机包含两个十字盘。

采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：该控制方法能确保此机安全稳定飞行，有效提升了该机的灵活性、平稳性、穿透性。不用专门的管道，药箱固定方便，调整灵活，不会发生管道缠绕和勾连在下方植被上的事情。

附图说明

为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：

图1为发明结构示意图；

图2为发明动力部分示意图；

图3为喷药部分实施方式机架图；

图4为图3的局部结构放大图；

图5为药箱的实现方式图；

图6为整体式机架结构图；

图7为整体式机架的右侧部分；

图8为整体式机架的左侧部分；

图9为本专利控制部分的模块连接示意图；

图10为本专利的控制部分的实现图；

图11为纵列式无人机控制方法的舵机控制图；

其中：1.底部支架；2.主动轮；3.支架；4.第一十字盘；5.动力支架；6.动力轮；7.联轴器；8.转动轴；9.旋翼；10.第二十字盘；11.喷头；12.斜向支架；13.动力部分；14.对接口；15.药箱；16.药箱进口；17.下方出药对接口；18.机架对接口；19.机架本体杆孔；20.机架本体杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，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；可以是直接相连，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本专利提供多种并列方案，不同表述之处，属于基于基本方案的改进型方案或者是并列型方案。每种方案都有自己的独特特点。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例一：参考图11；

一种纵列式无人机控制方法，其特征在于，无人机为双旋翼无人机，前后两个旋翼分别包含一个十字盘，十字盘为前十字盘或者后十字盘，前后十字盘逆顺时针旋转，每个十字盘由3个舵机控制，实现飞行；前十字盘包含m1到m3三组舵机，后十字盘包含m4到m6三组舵机；

1升降功能：同时使m1-----m6这6个舵机的向上或者向下运动，可以控制舵机的总距，使飞机可以完成升降功能；

2俯仰功能：m1---m3总距下降，m4---m6总距上升就可以完成前飞功能；m1---m3总距上升，m4---m6总距下降就可以完成后飞功能；

3滚转功能：m1、m4行程量下降，m3、m6行程量上升，飞机就会左倾；m1、m4行程量上升，m3、m6行程量下降，飞机就会右倾；

4航向控制：m1行程量下降、m3行程量上升、m4行程量上升、m6行程量下降，飞机向左转弯；m1行程量上升、m3行程量下降、m4行程量下降、m6行程量上升，飞机向右转弯。

实施例二：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，双旋翼无人机即纵列式双桨无人机由一个发动机提供动力源，通过控制旋翼系统来控制飞机的姿态；每个十字盘有3个舵机通过定速变距的模式来控制，飞行时两副浆的转速恒定，转速方向相反，克服了两幅浆在旋转时的扭力。

方案二：参考图1和图2；

实施例三：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，一种纵列式植保无人机，其特征在于，无人机包含传动结构，传动结构包含动力支架5，动力支架5上固定有动力部分13，动力部分13的动力输出轴通过主动轮2和动力轮6能够讲动力整体传递给转动轴8，传动轴8两侧动力连接着第一十字盘4和第二十字盘10对应的变速器和旋转翼，第一十字盘4和第二十字盘10对应的变速器和旋转翼能够各自带动各自的旋翼9旋转。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：此传动结构仅需提供一条与主轴连接的皮带，就可以将发动机提供的动力传递给两旋翼轴，节点少，效率高，无需专用发动机，满足不同载荷纵列式无人机的需要。载荷大、续航时间长、起降不受限制、下压风场大、穿透力强、操作简单、携带方便的植保无人机，采用纵列式布局，用一根主传动轴带动两个旋翼旋转，有效提高了动力的传递效率。

所述的十字盘为一支架，其中安装有变速箱和旋翼轴，传动轴8的动力传动给变速箱实现变速和变向，让旋翼轴带动叶片旋转。纵列式植保无人机传动结构包括主传动轴、同步轮、两端的变速箱和旋翼轴，安装在传动主轴上同步轮通过一根皮带与发动机离合器连接提供动力输入，主轴两端的变速箱给旋翼轴提供输出动力，就可以将发动机提供的动力传递给两旋翼轴。

实施例四：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，动力支架5通过螺栓固定在整体的支架上。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：本实施例提供了一种具体的固定方式和结构，类似的固定方式和固定结构均在本专利的保护范围内。

实施例五：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，主动轮2和动力轮6是通过链条或者是皮带传动。类似的传动方式均在本专利的保护范围内。

实施例六：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，传动轴8上包含两个联轴器7。

实施例七：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，第一十字盘4和第二十字盘10位于支架的两侧。

方案三：参考图3和图4和图5；

实施例八：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，一种纵列式植保无人机支架，其特征在于，无人机支架包含下方的倾斜支架12连接的底部支架1，两个底部支架1均中空，两个底部支架1的两侧各自包含喷头11，两个底部支架1上各自包含机架对接口18，还包含药箱15，药箱15上方包含上盖或者是药箱进口16，药箱15中包含泵，泵的泵出管针对药箱下方的下方出药对接口17；下方出药对接口17对接机架对接口18，能够泵出药物输送到底部支架1后从喷头11喷出。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：本实施例对比于现有实施例，不用专门的管道和专门的药箱的固定结构了，固定更方便，因为没管道，所以不会和周围植被发生牵扯勾搭，不会被旋翼缠绕，利用本身的结构就能打药，更方便快捷。

实施例九：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，所述的喷头通过螺纹孔安装在两个底部支架1的两侧。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：本实施例提供了具体的喷头的固定方式和结构，类似的固定方式和结构均在本专利的保护范围内。

实施例九：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，喷头连通底部支架1的空腔中。

实施例十：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，所述的喷头均布在底部支架上。

方案四：参考图6和图7和图8；

实施例十一：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，一种适用于不同地形和容量的纵列式植保无人机支架，其特征在于，无人机支架为可分拆的两部分，两部分分别为左侧部分和右侧部分，左侧部分和右侧部分各自包含机架本体杆20，机架本体杆20上包含多个机架本体杆孔19，左侧部分和右侧部分对应的机架本体杆20彼此嵌套后，螺栓穿过对应的机架本体杆孔19能够控制整体长度。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：能够根据具体地形调整整体的长度，当地形条件大，就用比较大的骨架进行固定，当地形条件小，就缩小尺寸，用比较小的骨架进行固定。

实施例十二：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，所述的左侧部分或右侧部分的多个机架本体杆20均包含对接口14，对接口14方便机架本体杆20的对接。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：无对接口也可以直接插接，有对接口，插接效果更好。

实施例十三：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，当左侧部分和右侧部分分开后各自能够安装动力部分为一个单旋翼无人机；组合在一起能够安装动力部分为双旋翼无人机；单旋翼无人机包含一个十字盘；双旋翼无人机包含两个十字盘。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：使用更灵活。

方案五：参考图9和图10；

实施例十四：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，一种飞行控制计算机系统，其特征在于，系统包含处理器模块、高速ad模拟量采集模块、外围存储区域模块、数据通讯部分、电源模块；

电源模块电连接余下各个模块并未其供电；

处理器模块为arm处理器，处理器模块包含主处理器，主处理器采用stm32f4或者stm32f7，负责无人机各个单元模块的协调工作，根据控制算法和地面站指令，保持无人机安全稳定飞行；

处理器模块通信连接高速ad模拟量采集模块、外围存储区域模块、数据通讯部分；

高速ad模拟量采集模块采用ads8343高速ad芯片角度量进行采集，能够快速准确的得到飞机的角速度值；对系统电压、液位、压力、温度模拟量采集使用adc128s系列高速ad芯片，能够快速精确的获取模拟量值；

外围存储区域模块包含飞控运行状态参数存储模块和飞控调试参数存储模块；飞控运行状态参数存储模块能够存储飞机在飞行过程中飞行数据，以便后续数据分析；该处理器采用stm32f103系列芯片；飞控调试参数存储模块采用at24c256进行飞控控制参数保存，大容量的存储能够使得参数扩展功能增强，具有掉电保存功能；

数据通讯部分包含多路usart串口，本系统采用wk2124串口扩展芯片进行串口扩张功能，该芯片每个通达具有独立的收发fifo，多个通道能够同时准确的进行数据传输。

本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：无人机各个单元模块协调工作，根据控制算法和地面站指令，保持无人机安全稳定飞行。同时，该飞行控制计算机同时适用于200kg以下多旋翼、单旋翼及固定翼无人机。

实施例十五：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，处理器模块还包含从处理器，从处理器用于处理sd卡存储。

实施例十六：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，主处理器利用arm内部集成的pwm输出功能，能够准确的输出控制舵机的控制信号。

飞控计算机主要是由两个处理器、高速ad模拟量采集、外围存储区域、数据通讯部分组成；

主处理器：该处理器采用的型号是stm32f4或者stm32f7系列，该类处理器速度快，内部集成外设部分功能丰富，可以直接采集pwm脉冲信号，内部集成浮点运算单元使处理器运算速度大大提高，较大的flash和sram存储空间，可以完成庞大的程序任务功能；

模拟量输入模块：处理器内部的ad位数低，处理速度慢，所以采用ads8343高速ad芯片角度量进行采集，可以快速准确的得到飞机的角速度值；对系统电压、液位、压力、温度模拟量采集使用adc128s系列高速ad芯片，可以快速精确的获取模拟量值；

数据通讯接口：由于程序中数据传输的复杂性，需使用多路usart串口，本系统采用wk2124串口扩展芯片进行串口扩张功能，该芯片每个通达具有独立的收发fifo，多个通道可以同时准确的进行数据传输；

数据输出单元：利用arm内部集成的pwm输出功能，可以准确的输出控制舵机的控制信号；

数据存储：1飞控运行状态参数存储：从处理器的主要任务是存储飞机在飞行过程中飞行数据，以便后续数据分析；该处理器采用stm32f103系列芯片，灵活高效的sd卡驱动能力，可达32g的存储空间，使得数据存储实时，方便；

2飞控调试参数存储：采用at24c256进行飞控控制参数保存，大容量的存储可以使得参数扩展功能增强，具有掉电保存功能；

飞控软件控制框图：飞控软件控制中主要是通过控制滚转、俯仰、航向、高度这四个姿态量值使得飞机平稳飞行。

需要说明的是，本专利的多个模块属于现有技术的模块的整合，并不涉及新的模块。

开创性地，以上各个效果独立存在，还能用一套结构完成上述结果的结合。

需要说明的是，本专利提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不相互制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互组合，达到多个效果共同实现。

该文中出现的电器元件均与外界的主控器及蓄电池连接，并且主控机可为计算机等起到控制的常规已知设备。油箱通过螺栓固定在机架上。

作为非必须的拓展：

飞行控制系统包含飞行控制计算机、惯性测量和全球定位模块、数据链路传输模块，采用arm架构，具有超强的运算处理能力，能够完成复杂的运算控制；内置高精度三轴角速率陀螺，进行全温度补偿、卡尔曼滤波算法；具备高精度定位定向功能，支持gnss双天线输入；高精度测姿功能，航向角精度优于0.2°/r，横滚和俯仰角精度优于0.1°/r；采用高性能gps算法，具有50hz数据更新频率，gps信号不好时仍可以正常输出可信的航向信息、位置信息和速度信息；提供rs232、rs422等通信接口，多达8路的pwm控制，4路12bit的a/d；内置32g的高速tf卡，可以完整记录无人机的飞行数据；内置1w发射功率的900mhz跳频数传电台，通信距离可达20km；选用标准航空连接器，提供更多接口和更高的可靠性，实现了航线规划、一键返航、ab点作业，能够完成手动、半自主和全自主飞行。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除