一种增升增稳装置、带有该装置的无人机及其控制方法

本发明涉及无人机，具体涉及一种增升增稳装置、带有该装置的无人机及其控制方法。

背景技术：

1、多旋翼无人机因其应用场景较广获得了广泛的关注，目前已相继有一些团队开始了各种类型无人机的探索，如开放桨式多旋翼、涵道式多旋翼等。相比于开放式多旋翼无人机而言，涵道式多旋翼无人机具备更加令人心动的优点，涵道圈不仅能提供更大的升力储备，同时能对螺旋桨进行保护，使得其能在更小的环境中飞行而不必担心螺旋桨与外界环境发生碰撞。但涵道式多旋翼无人机也存在一个不容忽视的缺点，那就是在室外风场环境下，其稳定性相较于开放式螺旋桨系统而言略差。为改善这一不足，通常在多旋翼无人机上设置增升增稳装置，从而进一步提高多旋翼无人机的稳定性。

2、现有的增升增稳装置大多采用的是类似机翼形状的增升模块，附着在多旋翼无人机的中心位置处，以此来增加无人机在飞行过程中的升力。例如，文献号为cn107066636a的中国专利公开了一种多旋翼无人机增升增稳器，此增升增稳器会在多旋翼无人机飞行时，对机体产生附加升力，实现类似于固定翼无人机机翼产生升力的效果，但其增升增稳效果并不显著，尤其是对于涵道式陆空两栖无人机而言。该方案仅在无人机进行水平方向上机动飞行时，增升装置产生类似机翼的效果从而增加无人机的升力，但对于无人机在垂直方向的机动飞行时，并不能带来附加升力；并且对于涵道式陆空无人机而言，此方案并不能增加无人机的抗风性，因此，此增升增稳装置具有很大的局限性。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种增升增稳装置、带有该装置的无人机及其控制方法，拟解决现有增升增稳装置在多旋翼无人机稳定悬停时或垂直起降时增升效果差、不能增加无人机抗风性的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

2、一种增升增稳装置，包括固定板以及设置于所述固定板上表面的动力驱动组件、传动组件和四连杆组件；所述四连杆组件上设有电机螺旋桨组件；所述动力驱动组件用于带动所述传动组件转动，从而驱动四连杆组件活动，使得与所述四连杆组件相连的电机螺旋桨组件展开或收缩。

3、进一步的，所述四连杆组件包括两个四连杆组，两个所述四连杆组分别对称设置于所述固定板的左右两侧；所述四连杆组包括两个呈前后对称设置的四连杆；所述电机螺旋桨组件包括四个电机螺旋桨，所述电机螺旋桨与所述四连杆一一对应；所述动力驱动组件用于带动所述传动组件转动，从而驱动相邻两个四连杆同步向相反方向转动，使得与所述四连杆相连的电机螺旋桨展开或收缩。

4、进一步的，所述动力驱动组件包括驱动电机以及与所述驱动电机的输出轴固定相连的齿轮一；所述驱动电机与所述固定板固定连接；所述齿轮一通过同步齿轮带一带动所述传动组件同步转动。

5、进一步的，所述传动组件包括齿轮二、齿轮三、齿轮四、齿轮五、齿轮六、齿轮七、齿轮八、齿轮九、齿轮十、齿轮十一、齿轮十二和齿轮十三；所述齿轮二、齿轮四、齿轮六、齿轮七、齿轮八、齿轮九、齿轮十二和齿轮十三分别通过转轴转动连接于所述固定板的上方；所述齿轮二通过同步齿轮带一与所述齿轮一相连；所述齿轮三与所述齿轮二同轴设置，所述齿轮三的一侧啮合连接齿轮四；所述齿轮五与所述齿轮四同轴设置，所述齿轮五通过同步齿轮带二带动齿轮六、齿轮七、齿轮八和齿轮九同步转动；所述齿轮十一与所述齿轮七同轴设置，所述齿轮十一的一侧啮合连接齿轮十三；所述齿轮十与所述齿轮九同轴设置，所述齿轮十的一侧啮合连接齿轮十二；四个所述四连杆分别与齿轮六、齿轮八、齿轮十二和齿轮十三所在的转轴连接，并与齿轮六、齿轮八、齿轮十二和齿轮十三同步转动。

6、进一步的，所述四连杆包括第一杆、第二杆、第三杆和第四杆；四个所述第一杆的首端分别与所述固定板通过立柱转动连接；四个所述第二杆的首端分别与齿轮六、齿轮八、齿轮十二和齿轮十三所在的转轴连接；所述第一杆、第二杆的末端分别与第三杆的两端活动连接；所述第四杆的首端与所述第三杆的末端固定连接，所述第四杆的末端连接有电机螺旋桨。

7、进一步的，还包括连接板；所述连接板通过若干根支柱与所述固定板连接；若干根所述支柱的下端与所述固定板固定连接，若干根所述支柱的上端通过螺钉与所述连接板连接。

8、进一步的，在所述收缩状态下，所述固定板、连接板、动力驱动组件、传动组件和四连杆组件的左右两侧均未超出无人机宽度的边界。

9、一种无人机，包括机体，所述机体的上方设置有如上所述的增升增稳装置。

10、进一步的，所述机体为四旋翼无人机；与所述四连杆组件相连的电机螺旋桨组件完全展开时，与所述四旋翼无人机的四个螺旋桨构成双重x结构或双重十字结构；与所述四连杆组件相连的电机螺旋桨组件完全收缩时，与所述四旋翼无人机的四个螺旋桨构成类似共轴双桨结构。

11、一种无人机的控制方法，用于控制如上所述的一种无人机，控制过程包括：

12、当无人机飞行时，首先获取无人机当前所处环境参数，并基于获取的环境参数判断是否适合增升增稳装置展开；然后根据判断结果，控制增升增稳装置进行收缩或展开模式切换；

13、其中，当无人机工作在增升增稳装置展开模式下时，通过动力驱动组件将电机螺旋桨组件展开，无人机自有的四个螺旋桨仅提供飞行升力，增升增稳装置不仅提供飞行升力，同时参与姿态调整控制；

14、当无人机工作在增升增稳装置收缩模式下时，通过动力驱动组件将电机螺旋桨组件收缩，利用增升增稳装置提高升力。

15、本发明的有益效果是：

16、1.本发明提供的增升增稳装置适用性较广、移植性较强，可适用于不同类型的多旋翼无人机，能大幅提高无人机的升力储备，相较于传统的增升增稳器，本发明不仅水平飞行时效果显著，同时对垂直方向的飞行也具有很大的增升作用，并能增强其抗风性能和稳定性，尤其对于涵道式无人机，效果更为明显。

17、2.本发明提供的增升增稳装置具备可变形的特点，可以根据不同的环境需求改变其作用模式，具备展开和收缩功能，在室外空旷环境中飞行时，为保证足够的动力和考虑风场扰动下的稳定性时，可采用增升增稳装置展开形态，而在无人机需要在室内飞行或者需要穿过狭小区域时，可采用增升增稳装置收缩形态，同时具备快速拆装的能力。

18、3.本发明提供的增升增稳装置具备不同的控制策略，可根据不同的形态模式切换到不同的控制方式，从而达到最优控制的目的，并能在一定程度上降低能耗，减少控制过程中的失误。

19、4.与传统增升增稳装置相比，本发明充分利用了装置的变形特点，使得该装置能抵消自身重力带来的升力损失。

技术特征：

1.一种增升增稳装置，其特征在于：包括固定板(20)以及设置于所述固定板(20)上表面的动力驱动组件、传动组件和四连杆组件；所述四连杆组件上设有电机螺旋桨组件；所述动力驱动组件用于带动所述传动组件转动，从而驱动四连杆组件活动，使得与所述四连杆组件相连的电机螺旋桨组件展开或收缩。

2.根据权利要求1所述的一种增升增稳装置，其特征在于：所述四连杆组件包括两个四连杆组，两个所述四连杆组分别对称设置于所述固定板(20)的左右两侧；所述四连杆组包括两个呈前后对称设置的四连杆(30)；所述电机螺旋桨组件包括四个电机螺旋桨(40)，所述电机螺旋桨(40)与所述四连杆(30)一一对应；所述动力驱动组件用于带动所述传动组件转动，从而驱动相邻两个四连杆(30)同步向相反方向转动，使得与所述四连杆(30)相连的电机螺旋桨(40)展开或收缩。

3.根据权利要求2所述的一种增升增稳装置，其特征在于：所述动力驱动组件包括驱动电机以及与所述驱动电机的输出轴固定相连的齿轮一(1)；所述驱动电机与所述固定板(20)固定连接；所述齿轮一(1)通过同步齿轮带一(14)带动所述传动组件同步转动。

4.根据权利要求3所述的一种增升增稳装置，其特征在于：所述传动组件包括齿轮二(2)、齿轮三(3)、齿轮四(4)、齿轮五(5)、齿轮六(6)、齿轮七(7)、齿轮八(8)、齿轮九(9)、齿轮十(10)、齿轮十一(11)、齿轮十二(12)和齿轮十三(13)；所述齿轮二(2)、齿轮四(4)、齿轮六(6)、齿轮七(7)、齿轮八(8)、齿轮九(9)、齿轮十二(12)和齿轮十三(13)分别通过转轴转动连接于所述固定板(20)的上方；所述齿轮二(2)通过同步齿轮带一(14)与所述齿轮一(1)相连；所述齿轮三(3)与所述齿轮二(2)同轴设置，所述齿轮三(3)的一侧啮合连接齿轮四(4)；所述齿轮五(5)与所述齿轮四(4)同轴设置，所述齿轮五(5)通过同步齿轮带二(15)带动齿轮六(6)、齿轮七(7)、齿轮八(8)和齿轮九(9)同步转动；所述齿轮十一(11)与所述齿轮七(7)同轴设置，所述齿轮十一(11)的一侧啮合连接齿轮十三(13)；所述齿轮十(10)与所述齿轮九(9)同轴设置，所述齿轮十(10)的一侧啮合连接齿轮十二(12)；四个所述四连杆(30)分别与齿轮六(6)、齿轮八(8)、齿轮十二(12)和齿轮十三(13)所在的转轴连接，并与齿轮六(6)、齿轮八(8)、齿轮十二(12)和齿轮十三(13)同步转动。

5.根据权利要求4所述的一种增升增稳装置，其特征在于：所述四连杆(30)包括第一杆(31)、第二杆(32)、第三杆(33)和第四杆(34)；四个所述第一杆(31)的首端分别与所述固定板(20)通过立柱转动连接；四个所述第二杆(32)的首端分别与齿轮六(6)、齿轮八(8)、齿轮十二(12)和齿轮十三(13)所在的转轴连接；所述第一杆(31)、第二杆(32)的末端分别与第三杆(33)的两端活动连接；所述第四杆(34)的首端与所述第三杆(33)的末端固定连接，所述第四杆(34)的末端连接有电机螺旋桨(40)。

6.根据权利要求1所述的一种增升增稳装置，其特征在于：还包括连接板；所述连接板通过若干根支柱(50)与所述固定板(20)连接；若干根所述支柱(50)的下端与所述固定板(20)固定连接，若干根所述支柱(50)的上端通过螺钉与所述连接板连接。

7.根据权利要求6所述的一种增升增稳装置，其特征在于：在所述收缩状态下，所述固定板(20)、连接板、动力驱动组件、传动组件和四连杆组件的左右两侧均未超出无人机宽度的边界。

8.一种无人机，其特征在于：包括机体，所述机体的上方设置有如权利要求1-7任意一项所述的增升增稳装置。

9.根据权利要求8所述的一种无人机，其特征在于：所述机体为四旋翼无人机；与所述四连杆组件相连的电机螺旋桨组件完全展开时，与所述四旋翼无人机的四个螺旋桨构成双重x结构或双重十字结构；与所述四连杆组件相连的电机螺旋桨组件完全收缩时，与所述四旋翼无人机的四个螺旋桨构成类似共轴双桨结构。

10.一种无人机的控制方法，用于控制如权利要求9所述的一种无人机，其特征在于，控制过程包括：

技术总结本发明公开了一种增升增稳装置、带有该装置的无人机及其控制方法，属于无人机技术领域，包括固定板以及设置于所述固定板上表面的动力驱动组件、传动组件和四连杆组件；所述四连杆组件上设有电机螺旋桨组件；所述动力驱动组件用于带动所述传动组件转动，从而驱动四连杆组件活动，使得与所述四连杆组件相连的电机螺旋桨组件展开或收缩。本发明提供的增升增稳装置适用性较广、移植性较强，可适用于不同类型的多旋翼无人机，能大幅提高无人机的升力储备，相较于传统的增升增稳器，本发明不仅水平飞行时效果显著，同时对垂直方向的飞行也具有很大的增升作用，并能增强其抗风性能和稳定性，尤其对于涵道式无人机，效果更为明显。技术研发人员：唐寿星,樊伟,张旺旺,赵之然,田甘霖,徐彬,刘春桃受保护的技术使用者：北京理工大学重庆创新中心技术研发日：技术公布日：2024/5/27