[发明专利]一种具有新型气动布局的多旋翼无人机及其电机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有新型气动布局的多旋翼无人机及其电机控制方法，特别的，该无人机采用了两组不同大小的桨叶作为动力提供装置。

背景技术

随着旋翼类无人机发展应用普及，电动多旋翼设计种类与构型日益广泛，目前市面上常见的多旋翼无人机整机选用同型号电机桨叶作为动力配置。且多为中心对称平铺或共轴双桨式布局设计。而桨叶在较高速段工作点相应桨叶力效会有所变化，在载重提高的情况下会降低桨叶的使用效率。限于电池容量与能量密度，小型旋翼无人机的载重和续航能力受到限制，很难在较强负载能力和续航时间上做到均衡。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有新型气动布局的多旋翼无人机及其电机控制方法，该无人机和控制方法能够通过多种桨叶搭配，在现有基础上提高多旋翼的载重能力和续航时间。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案来实现的：一种具有新型气动布局的多旋翼无人机，它包括多个第一桨叶和与第一桨叶相同数量的第二桨叶；每只桨叶分别固定于轴上，再与机身相连接；每个第一桨叶连接一个第一电机，每个第二桨叶连接一个第二电机；两组桨叶以中心轴对称的结构平铺式排布，且第一桨叶和第二桨叶交错布置；第二桨叶的尺寸为第一桨叶尺寸的1.5~3倍。

进一步地，所述第一桨叶的尺寸为15~18寸，第一电机的KV值选取范围在260~450，第二桨叶的尺寸为25~30寸，第二电机的KV值选取范围100~230。

一种多旋翼无人机的电机控制方法，该方法为：通过油门分配，使得第一电机的转速大于第一电机满转速的60%以上，剩余部分油门通道所需量由第二电机提供；第二电机转速大于第二电机满转速的50%。

进一步地，该方法还根据无人机姿态信息，通过PID串级控制方法计算出无人机俯仰、横滚、偏航三个通道的控制输出量，将所需的通道输出量以比例分配的方式经过限幅器叠加到对应位置的电机上，调节飞行姿态。

该项发明的有益效果是：本发明将大小桨叶相间分布，在保持机身平衡的同时，尽可能减小了平铺式多旋翼的体积；通过两种大小桨叶的配合使用，提高了单位电量利用率，提升了载重能力。即与同类大小多旋翼相比较，能够在同样的电量消耗情况下，提供更大的负载能力和续航时间。

附图说明

图1是一种多旋翼无人机的旋翼结构，结合两种大小桨叶配置的一种典型八旋翼气动布局。大小尺寸桨叶轴心排布在两个半径不同的同心圆周上。

图2是另外一种多旋翼无人机的旋翼结构，将小尺寸桨叶置于靠近机身中心部位的排布方式；

图3是另外一种多旋翼无人机的旋翼结构，将大小桨叶排布在半径相同的圆周上。

图4是实际使用中对应电机转速的软件控制策略及与硬件连接示意图；

图中，第一桨叶1、第二桨叶2。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种具有新型气动布局的多旋翼无人机，它包括多个第一桨叶1和与第一桨叶1相同数量的第二桨叶2；每只桨叶分别固定于轴上，再与机身相连接；两组桨叶以中心轴对称的结构平铺式排布，且第一桨叶1和第二桨叶2交错布置；每个第一桨叶1连接一个第一电机，每个第二桨叶2连接一个第二电机；第一电机给第一桨叶1提供动力，主要用于产生升力；第二电机给第二桨叶2提供动力，主要用于提供控制无人机姿态的操纵力矩；因此，第一桨叶与第二桨叶的尺寸关系应当满足一定比例（第二桨叶2的尺寸为第一桨叶1尺寸的1.5~3倍）；一般情况下，所述第一桨叶的尺寸为15~18寸，第二桨叶的尺寸为25~30寸；若上述比例过大，即第一桨叶1过小，不利于提供充足的升力；若上述比例过小，即第二桨叶2过大，不仅提高了第二桨叶2的加工要求，而且第二桨叶2会在转动过程中引起挥舞和拍动，而导致无人机机身震动过大，不利于飞行稳定。

为配合第一桨叶1和第二桨叶2的使用，第一电机的KV值为260~450，第二电机的KV值为100~230。具体的在图1中，每只桨叶分别固定于八只轴上再与机身相连接，并且以中心对称的方式围绕机体，相间平铺排布。第一桨叶采用15寸桨叶，配300KV的第一电机。第二桨叶采用25寸桨叶，配150KV的第二电机。

飞机飞行时，通过PID串级控制方法计算得到的油门通道控制输出量，首先使得第一桨叶对应的第一电机的转速达到其满转速的60%以上，主要用作提供升力，剩余部分转速裕量留作动力储备。4个第二桨叶2对应的第二电机的转速达到其满转速的50%左右，主要用来补足负载所需的剩余部分升力，并在此基础上通过桨叶差速来提供维持飞机各项飞行姿态所需的操纵力矩。