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、傳感器和機架，機架上設置有第一動力裝置，第一動力裝置、第一無線通信模塊和傳感器均與飛行控制模塊電連接，第一動力裝置通過連桿機構與驅動軸連接，驅動軸上連接有螺旋槳；第一無線通訊模塊與移動終端的第二無線通訊模塊無線連接，用于接收所述移動終端通過所述第二無線通訊模塊發送的遙控指令，并將所述遙控指令發送至所述控制模塊；傳感器，用于獲取所述飛行器當前的飛行參數；飛行控制模塊根據所述遙控指令及所述傳感器獲取的所述飛行器當前的飛行參數，并通過驅動第一動力裝置控制所述飛行器的工作狀態。

關鍵詞：無人機；全向移動

1 背景技術：

現在無人機市場已進入成長期，競爭加劇、產品分化、服務豐富。目前做飛行器的大型公司或企業較為普遍，而飛行器的外形和控制方法無外乎為以下兩種：a.利用仿生學原理模仿鳥類的飛行而制作的翼型飛行器；b.由直升機原理而衍生出的旋翼式無人機（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，而且價格可讓廣大民眾接受，但這類飛行器的飛行轉向移動等運動功能局限性較大，飛行控 制等較為困難。為解決上述難題，我們設計提出一種靈活運動機能較大，可全方位自由移動，它能夠克服以上難題，實現飛行穩定，控制操作簡單易行等功能。

2 主要內容：

本論文要解決的技術問題是，現有的軍用飛行器制作成本較高；民用飛行器的飛行轉向移動等運動功能局限性較大，飛行控制等較為困難。

為解決上述技術問題，本論文討論以下技術方案：一種全向飛行器，包括飛行控制模塊、第一無線通信模塊、傳感器和機架（1），機架（1）上設置有第一動力裝置（3），第一動力裝置（3）、第一無線通信模塊和傳感器均與飛行控制模塊電連接，第一動力裝置（3）通過連桿機構與驅動軸（5）連接，驅動軸（5）上連接有螺旋槳（2）；

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

傳感器，用于獲取所述飛行器當前的飛行參數；

飛行控制模塊根據所述遙控指令及所述傳感器獲取的所述飛行器當前的飛行參數，并通過驅動第一動力裝置（3）控制所述飛行器的工作狀態。

連桿機構包括：擺動臂（41）、連接桿（42）和第一銷軸，連接桿（42）通過擺動臂（41）與第一動力裝置（3）連接；擺動臂（41）與第一動力裝置（3）連接，擺動臂（41）上設置條形滑孔（411），連接桿（42）中部設置有第一銷軸孔（421），第一銷軸穿過第一銷軸孔（421）和條形滑孔（411）；

連桿機構還包括：曲臂（43）和第二銷軸（44），連接桿（42）通過曲臂（43）與驅動軸（5）連接；曲臂（43）設置在驅動軸（5）上，曲臂（43）上設置有第二銷軸孔，連接桿（42）的端部設置有第三銷軸孔，第二銷軸（44）穿過第二銷軸孔和第三銷軸孔。

驅動軸（5）包括兩個，連接桿（42）的兩端通過曲臂（43）分別與兩個驅動軸（5）連接。

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

擺動臂（41）設置兩個且對稱分布在連接桿（42）兩側。

每個驅動軸（5）上均設置兩個曲臂（43），每個驅動軸（5）上的兩個曲臂（43）均對稱分布在連接桿（42）兩側。

每個驅動軸（5）的兩端均設置有支撐環（61），撐環（61）上設置有可轉動的支撐桿（62），支撐桿（62）兩端與第二動力裝置（7）連接；支撐桿（62）上設置有第三動力裝置（8），螺旋槳（2）設置在支撐桿（62）上并與第三動力裝置（8）連接；第二動力裝置（7）和第三動力裝置（8）均與控制系統電連接。

第一動力裝置（3）為舵機。

第二動力裝置（7）為舵機，第三動力裝置（8）為電動機。

傳感器包括陀螺儀傳感器和加速度傳感器，所述飛行器當前的飛行參數包括飛行器轉動角速度和飛行加速度；無線通訊模塊為WiFi模塊或藍牙模塊。

3技術效果：

1、通過機架中部的第一動力裝置帶動連接桿擺動，實現前后兩組支撐環同步旋轉，從而改變螺旋槳槳面前后傾角，螺旋槳槳面與機身存在一定夾角，當飛行器俯沖飛行時飛行器迎風角減小，使得飛行器阻力大大減小，提高了飛行器的機動性。

2、通過支撐環上的第二動力裝置，實現改變螺旋槳槳面左右傾角，使得定點懸停時飛行器正投影面積小，相對于傳統飛行器而言受空間限制程度更低。

3、通過同時改變前后傾角和左右傾角，實現飛行器全方位移動。

參考文獻

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[4] 朱培.四旋翼空中機器人自適應滑模控制研究[D].北京：北方工業大學，2015.

作者簡介：裴雷（1997-），男，漢族，鄭州大學機械工程學院2016級學生