一種全向飛行器的研究

裴雷 劉歡 王宏煬

摘 要：本論文研究一種全向飛行器，包括飛行控制模塊、第一無線通信模塊、傳感器和機(jī)架，機(jī)架上設(shè)置有第一動(dòng)力裝置，第一動(dòng)力裝置、第一無線通信模塊和傳感器均與飛行控制模塊電連接，第一動(dòng)力裝置通過連桿機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)軸連接，驅(qū)動(dòng)軸上連接有螺旋槳；第一無線通訊模塊與移動(dòng)終端的第二無線通訊模塊無線連接，用于接收所述移動(dòng)終端通過所述第二無線通訊模塊發(fā)送的遙控指令，并將所述遙控指令發(fā)送至所述控制模塊；傳感器，用于獲取所述飛行器當(dāng)前的飛行參數(shù)；飛行控制模塊根據(jù)所述遙控指令及所述傳感器獲取的所述飛行器當(dāng)前的飛行參數(shù)，并通過驅(qū)動(dòng)第一動(dòng)力裝置控制所述飛行器的工作狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；全向移動(dòng)

1 背景技術(shù)：

現(xiàn)在無人機(jī)市場已進(jìn)入成長期，競爭加劇、產(chǎn)品分化、服務(wù)豐富。目前做飛行器的大型公司或企業(yè)較為普遍，而飛行器的外形和控制方法無外乎為以下兩種：a.利用仿生學(xué)原理模仿鳥類的飛行而制作的翼型飛行器；b.由直升機(jī)原理而衍生出的旋翼式無人機(jī)（四軸、八軸、多者有十六軸的），前者制作成本較高，主要為軍用；后者雖然已深入民用市場，而且價(jià)格可讓廣大民眾接受，但這類飛行器的飛行轉(zhuǎn)向移動(dòng)等運(yùn)動(dòng)功能局限性較大，飛行控 制等較為困難。為解決上述難題，我們設(shè)計(jì)提出一種靈活運(yùn)動(dòng)機(jī)能較大，可全方位自由移動(dòng)，它能夠克服以上難題，實(shí)現(xiàn)飛行穩(wěn)定，控制操作簡單易行等功能。

2 主要內(nèi)容：

本論文要解決的技術(shù)問題是，現(xiàn)有的軍用飛行器制作成本較高；民用飛行器的飛行轉(zhuǎn)向移動(dòng)等運(yùn)動(dòng)功能局限性較大，飛行控制等較為困難。

為解決上述技術(shù)問題，本論文討論以下技術(shù)方案：一種全向飛行器，包括飛行控制模塊、第一無線通信模塊、傳感器和機(jī)架（1），機(jī)架（1）上設(shè)置有第一動(dòng)力裝置（3），第一動(dòng)力裝置（3）、第一無線通信模塊和傳感器均與飛行控制模塊電連接，第一動(dòng)力裝置（3）通過連桿機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)軸（5）連接，驅(qū)動(dòng)軸（5）上連接有螺旋槳（2）；

第一無線通訊模塊與移動(dòng)終端的第二無線通訊模塊無線連接，用于接收所述移動(dòng)終端通過所述第二無線通訊模塊發(fā)送的遙控指令，并將所述遙控指令發(fā)送至所述控制模塊；

傳感器，用于獲取所述飛行器當(dāng)前的飛行參數(shù)；

飛行控制模塊根據(jù)所述遙控指令及所述傳感器獲取的所述飛行器當(dāng)前的飛行參數(shù)，并通過驅(qū)動(dòng)第一動(dòng)力裝置（3）控制所述飛行器的工作狀態(tài)。

連桿機(jī)構(gòu)包括：擺動(dòng)臂（41）、連接桿（42）和第一銷軸，連接桿（42）通過擺動(dòng)臂（41）與第一動(dòng)力裝置（3）連接；擺動(dòng)臂（41）與第一動(dòng)力裝置（3）連接，擺動(dòng)臂（41）上設(shè)置條形滑孔（411），連接桿（42）中部設(shè)置有第一銷軸孔（421），第一銷軸穿過第一銷軸孔（421）和條形滑孔（411）；

連桿機(jī)構(gòu)還包括：曲臂（43）和第二銷軸（44），連接桿（42）通過曲臂（43）與驅(qū)動(dòng)軸（5）連接；曲臂（43）設(shè)置在驅(qū)動(dòng)軸（5）上，曲臂（43）上設(shè)置有第二銷軸孔，連接桿（42）的端部設(shè)置有第三銷軸孔，第二銷軸（44）穿過第二銷軸孔和第三銷軸孔。

驅(qū)動(dòng)軸（5）包括兩個(gè)，連接桿（42）的兩端通過曲臂（43）分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸（5）連接。

連接桿（42）中部的第一銷軸孔（421）包括至少一個(gè)且沿連接桿（42）軸向間隔設(shè)置。

擺動(dòng)臂（41）設(shè)置兩個(gè)且對稱分布在連接桿（42）兩側(cè)。

每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸（5）上均設(shè)置兩個(gè)曲臂（43），每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸（5）上的兩個(gè)曲臂（43）均對稱分布在連接桿（42）兩側(cè)。

每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸（5）的兩端均設(shè)置有支撐環(huán)（61），撐環(huán)（61）上設(shè)置有可轉(zhuǎn)動(dòng)的支撐桿（62），支撐桿（62）兩端與第二動(dòng)力裝置（7）連接；支撐桿（62）上設(shè)置有第三動(dòng)力裝置（8），螺旋槳（2）設(shè)置在支撐桿（62）上并與第三動(dòng)力裝置（8）連接；第二動(dòng)力裝置（7）和第三動(dòng)力裝置（8）均與控制系統(tǒng)電連接。

第一動(dòng)力裝置（3）為舵機(jī)。

第二動(dòng)力裝置（7）為舵機(jī)，第三動(dòng)力裝置（8）為電動(dòng)機(jī)。

傳感器包括陀螺儀傳感器和加速度傳感器，所述飛行器當(dāng)前的飛行參數(shù)包括飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和飛行加速度；無線通訊模塊為WiFi模塊或藍(lán)牙模塊。

3技術(shù)效果：

1、通過機(jī)架中部的第一動(dòng)力裝置帶動(dòng)連接桿擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前后兩組支撐環(huán)同步旋轉(zhuǎn)，從而改變螺旋槳槳面前后傾角，螺旋槳槳面與機(jī)身存在一定夾角，當(dāng)飛行器俯沖飛行時(shí)飛行器迎風(fēng)角減小，使得飛行器阻力大大減小，提高了飛行器的機(jī)動(dòng)性。

2、通過支撐環(huán)上的第二動(dòng)力裝置，實(shí)現(xiàn)改變螺旋槳槳面左右傾角，使得定點(diǎn)懸停時(shí)飛行器正投影面積小，相對于傳統(tǒng)飛行器而言受空間限制程度更低。

3、通過同時(shí)改變前后傾角和左右傾角，實(shí)現(xiàn)飛行器全方位移動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：裴雷（1997-），男，漢族，鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2016級學(xué)生