一种无人机姿态控制的对重偏心装置

1.本发明涉及无人机控制技术领域，
2.尤其是，本发明涉及一种无人机姿态控制的对重偏心装置。


背景技术：

3.随着高空测绘遥感技术的飞速发展，现在利用无人机进行高空作业的要求越来越高，对于无人机技术的发展也越来越受到重视
4.在常见的旋翼无人机的操控过程中，由于其进行俯仰、偏航、滚转等动作时，主要由不同旋翼之间的力的差值或是力矩的差值进行控制的，由于力的差值或者力矩差值难以计算或预估，往往导致无人机在进行俯仰、偏航、滚转等动作时过程不平滑，产生较大的震荡，且需要反复调整以达到预期位置。因此我们希望将这一缺点进行改进，考虑到由于飞轮产生控制力以及控制力矩较为稳定，突变小，力矩平缓，因此我们希望将飞轮应用于无人机控制中，使无人机的控制更加平稳，例如中国专利发明专利cn112278255a公开了一种用飞轮进行姿态控制的无人机，包括无人机本体。所述无人机主要由框架、飞轮驱动机构以及旋翼机构构成，包含三个由电机驱动的互相垂直飞轮机构，用于控制无人机俯仰、横滚与偏航轴的倾角，从而控制无人机的飞行方向；包含一个由电机驱动的共轴双桨的旋翼机构，上下两个旋翼旋向相反，转速相同，产生的扭矩相同。控制效果更加平稳，防止出现误操作导致的力矩突变以及姿态突变。
5.但是上述姿态控制结构依然存在以下问题：上述结构仅仅是采用多组旋翼机构来辅助无人机飞行操作时的姿态纠正，但是对于空气密度不均匀或者风速影响下等外力造成的无人机晃动这一情况没有很好的纠正作用，特别是无人机整体发生了周期性的左右晃动，没有办法利用简单的旋翼来进行补偿，会造成无人机空中解体。
6.因此为了解决上述问题，设计一种合理高效的无人机姿态控制的对重偏心装置对我们来说是很有必要的。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种结构简单，使用方便，通过在无人机主体上加装一个具有偏心转动的转动盘，对无人机飞行室内的左右周期晃动进行对重补偿，有效增加无人机高空复杂环境下飞行的稳定性，无人机安全性能更好，且适合在各类无人机主体上进行加装的无人机姿态控制的对重偏心装置。
8.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案得以实现的：
9.一种无人机姿态控制的对重偏心装置，包括设置于无人机主体上的支撑轴和设置于所述支撑轴上的功能盘，所述功能盘的中心设置有中心孔，所述支撑轴通过连接弹簧与所述中心孔的内侧壁连接，所述功能盘上设置有环形槽，所述环形槽内设置有偏心轮，所述环形槽侧壁设置有第一卡齿，所述偏心轮外侧设置有用于与所述第一卡齿啮合的第二卡齿，所述无人机主体上设置有用于驱动所述支撑轴轴向转动的第一驱动机，所述偏心轮上
设置有用于驱动所述偏心轮轴向转动的第二驱动机。
10.作为本发明的优选，所述支撑轴、功能盘、中心孔以及环形槽均为同轴设置。
11.作为本发明的优选，所述环形槽的数量至少为一个。
12.作为本发明的优选，所述连接弹簧的数量至少为一个。
13.作为本发明的优选，多个所述连接弹簧规格相同，且多个所述连接弹簧均匀绕所述支撑轴轴心设置。
14.作为本发明的优选，所述功能盘外侧的厚度不小于所述功能盘内侧的厚度，且随着距离所述中心孔的距离的增加，所述功能盘厚度的增加量也在增加。
15.作为本发明的优选，所述第二驱动机设置于所述偏心轮上侧，且所述偏心轮的下侧为光滑设置的弧形结构。
16.作为本发明的优选，所述支撑轴上设置有用于与所述功能盘远离所述无人机主体的一侧连接的托盘，所述托盘的外径不小于所述中心孔的内径。
17.作为本发明的优选，所述托盘为网状盘。
18.作为本发明的优选，所述功能盘为一体成型的合金圆盘。
19.作为本发明的优选，所述偏心轮的重量不小于所述功能盘的重量的十分之一。
20.本发明一种无人机姿态控制的对重偏心装置的有益效果在于：结构简单，使用方便，通过在无人机主体上加装一个具有偏心转动的转动盘，对无人机飞行室内的左右周期晃动进行对重补偿，有效增加无人机高空复杂环境下飞行的稳定性，无人机安全性能更好，且适合在各类无人机主体上进行加装。
附图说明
21.图1为本发明一种无人机姿态控制的对重偏心装置的一个实施例的整体结构的俯视示意图；
22.图2为本发明一种无人机姿态控制的对重偏心装置的一个实施例的整体结构的主视剖视示意图；
23.图中：1、支撑轴，11、连接弹簧，12、托盘，2、功能盘，21、中心孔，22、环形槽，23、偏心轮。
具体实施方式
24.以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
25.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的模块和步骤的相对布置和步骤不限制本发明的范围。
26.同时，应当明白，为了便于描述，附图中的流程并不仅仅是单独进行，而是多个步骤相互交叉进行。
27.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”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，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
29.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法及系统可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法及系统应当被视为授权说明书的一部分。
30.实施例一：如图1、2所示，仅仅为本发明的其中一个的实施例，一种无人机姿态控制的对重偏心装置，包括设置于无人机主体上的支撑轴1和设置于所述支撑轴1上的功能盘2，所述功能盘2的中心设置有中心孔21，所述支撑轴1通过连接弹簧11与所述中心孔21的内侧壁连接，所述功能盘2上设置有环形槽22，所述环形槽22内设置有偏心轮23，所述环形槽22侧壁设置有第一卡齿，所述偏心轮23外侧设置有用于与所述第一卡齿啮合的第二卡齿，所述无人机主体上设置有用于驱动所述支撑轴1轴向转动的第一驱动机，所述偏心轮23上设置有用于驱动所述偏心轮23轴向转动的第二驱动机。
31.在本发明中，一般支撑轴1是竖直设置的，且功能盘2为水平设置，将支撑轴1悬挂加装在无人机主体的正下方，所述支撑轴1、功能盘2、中心孔21以及环形槽22均为同轴设置，也就是支撑轴1和功能盘2自身的转动不是偏心转动，功能盘2、中心孔21以及环形槽22均跟随支撑轴1绕其中心轴进行转动。
32.当无人机发生重心偏移时，可以开启第二驱动机使得偏心轮23位移至环形槽22内对应位置后停止，以对重块的身份来平衡无人机的重心。
33.一旦无人机开始左右周期性晃动，可以开启第一驱动机，利用设置有偏心轮23后，功能盘2的重心偏移，即便在功能盘2绕支撑轴1中心轴转动的情况下，也形成了偏心振动，以此来补偿无人机主体的晃动。
34.若是周期性晃动补偿不足够，可以进一步开启第二驱动机持续工作，使得偏心轮23在环形槽22内进行转动，将第二驱动机的动能转变为偏心轮23绕支撑轴1圆周转动的离心力，使得功能盘2形成偏心振动，进一步补偿无人机主体的晃动。
35.也就是通过第一驱动机、第二驱动机的启闭或者开启功率来进行无人机主体的对重平衡和偏心平衡。
36.本发明一种无人机姿态控制的对重偏心装置的结构简单，使用方便，通过在无人机主体上加装一个具有偏心转动的转动盘，对无人机飞行室内的左右周期晃动进行对重补偿，有效增加无人机高空复杂环境下飞行的稳定性，无人机安全性能更好，且适合在各类无人机主体上进行加装。
37.实施例二，仍如图1、2所示，仅为本发明的其中一个实施例，在实施例一的基础上，本发明一种无人机姿态控制的对重偏心装置中，所述环形槽22的数量至少为一个，可以有多个偏心轮23分别在多个环形槽22内进行转动，可以符合不同晃动幅度的对重补偿。
38.而且，所述连接弹簧11的数量至少为一个，多个所述连接弹簧规格相同，且多个所述连接弹簧11均匀绕所述支撑轴1轴心设置，使得在第一驱动机和第二驱动机停止时，可以保证支撑轴1位于中心孔21的正中间。
39.另外，所述功能盘2外侧的厚度不小于所述功能盘2内侧的厚度，且随着距离所述中心孔21的距离的增加，所述功能盘2厚度的增加量也在增加，这样横截面形成一个碗型结
构，如图2所示，一来防止功能盘2的上表面形成气流扰动无人机的飞行姿态，二来增大外围重量，越是外围的环形槽22内的偏心轮23的偏心平衡能力越好，那么多个环形槽22形成调节级数递增的多级式平衡调节。
40.还有，所述第二驱动机设置于所述偏心轮23上侧，且所述偏心轮23的下侧为光滑设置的弧形结构，偏心轮23是水平设置于环形槽22内的，偏心轮23的外径刚好等于环形槽22的宽度，使得偏心轮23在环形槽22内时，偏心轮23外周面可以一直抵在环形槽22的内侧壁，第二卡齿与第一卡齿啮合，第二驱动机工作时，偏心轮23便在环形槽22内滚动，当第二驱动机停止，偏心轮23将固定在环形槽22内某一位置不再位移；偏心轮23的下侧设置光滑设置的弧形结构，可以降低偏心轮23在环形槽22内滚动时与环形槽22底的摩擦。
41.还有，所述支撑轴1上设置有用于与所述功能盘2远离所述无人机主体的一侧连接的托盘12，所述托盘12的外径不小于所述中心孔21的内径，防止连接弹簧11不足以固定功能盘2使得功能盘2端部上下晃动的情况发生。
42.以及，所述托盘12为网状盘，可以有效将进入至中心孔21处的灰层落下排出。
43.还有，所述功能盘2为一体成型的合金圆盘。
44.最后，所述偏心轮23的重量不小于所述功能盘2的重量的十分之一，保证偏心轮23具有较大的平衡调节能力。
45.本发明一种无人机姿态控制的对重偏心装置的结构简单，使用方便，通过在无人机主体上加装一个具有偏心转动的转动盘，对无人机飞行室内的左右周期晃动进行对重补偿，有效增加无人机高空复杂环境下飞行的稳定性，无人机安全性能更好，且适合在各类无人机主体上进行加装。
46.本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。