[发明专利]旋翼无人机及其姿态控制方法

说明书

本申请实施例提供一种旋翼无人机及其姿态控制方法。在本申请实施例中，旋翼无人机的机架前端采用共轴主旋翼系统，不仅避免了使用尾桨，气动性能较好，而且可结合副旋翼系统控制旋翼无人机的翻滚、俯仰和偏航通道。另一方面，在本申请实施例中，采用设置于机架前端和尾部的主副旋翼系统，且主旋翼系统采用上下共轴结构，副旋翼系统并排设置结构，这种旋翼无人机结构可以根据实际能耗需求，灵活设置主旋翼和副旋翼的尺寸，有助于在降低能耗的同时，尽量缩小无人机的尺寸。

技术领域

本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种旋翼无人机及其姿态控制方法。

背景技术

无人机是一种无人驾驶的飞行器，它可以由地面遥控设备进行远程操控或者通过机载电脑自动驾驶。与载人飞行器相比，无人机体积小、造价低、使用方便。由于无人机的非载人特性以及多维度的可操控性等特点，能够在很多危险环境下作业。无人机的最初始是用在军事领域，作为侦查或者靶机。目前，除了军事应用之外，在航拍、农业、运输、娱乐等领域都有很广泛的应用。

无人机可分为固定翼与旋翼。固定翼续航时间长、飞行速度大、机动能力强，缺点是不能垂直起降、空中悬停。相比而言，旋翼机的续航、飞行速度虽有欠缺，但优点是可以实现垂直起降、空中悬停等功能，适合起飞场地受限等恶劣的飞行环境。

多旋翼无人机一般通过调节各个旋翼的转速和转动方向，来调节无人机的飞行状态。对于现有的多旋翼无人机，其在达到无人机预期的飞行状态时，每个旋翼所消耗的动力几乎相同。如果想降低无人机的能耗，则需对应增大每个旋翼的尺寸，这样却会增大无人机的尺寸。总之，对于现有的多旋翼无人机，无人机尺寸和能耗一直相互制约，很难平衡二者之间的矛盾。

发明内容

本申请的多个方面提供一种旋翼无人机及其姿态控制方法，用以在降低无人机能耗的同时，尽量缩小无人机的尺寸。

本申请实施例提供一种旋翼无人机，包括：机架和姿态控制系统；所述机架前端安装有一组主旋翼系统，所述主旋翼系统包括上下共轴的两个主旋翼；所述机架尾部安装有N组副旋翼系统，每组副旋翼系统包括并排设置的两个副旋翼，N为正整数；

所述姿态控制系统分别与所述主旋翼系统和所述N组副旋翼系统电连接，用于控制所述两个主旋翼和2N个副旋翼的转动方向和转速，以控制所述旋翼无人机的飞行状态。

本申请实施例还提供一种用于旋翼无人机的姿态控制方法，包括：

获取所述旋翼无人机的当前姿态和当前角速度，其中，所述旋翼无人机包括：安装于所述旋翼无人机的机架的前端的上下共轴的两个主旋翼以及安装于所述机架尾部的N组副旋翼系统，其中，每组副旋翼系统包括并排设置的两个副旋翼，N为正整数；根据所述旋翼无人机的当前姿态和当前角速度，计算所述旋翼无人机达到预期飞行状态时在三个自由度上所需的转速，所述三个自由度为翻滚、俯仰和偏航；

根据所述旋翼无人机达到预期飞行状态时在三个自由度上所需的转速、所需的升力对应的转速以及动力分配关系，计算所述旋翼无人机的两个主旋翼和每个副旋翼的预期转速；

将所述两个主旋翼和所述每个副旋翼的转速调节为所对应的预期转速，以使所述旋翼无人机处于所述预期飞行状态。

本申请实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被执行时，可实现上述方法中的步骤。

在本申请实施例中，旋翼无人机的机架前端采用共轴主旋翼系统，不仅避免了使用尾桨，气动性能较好，而且可结合机架尾部的副旋翼系统控制旋翼无人机的翻滚、俯仰和偏航通道。另一方面，在本申请实施例中，采用设置于机架前端和尾部的主副旋翼系统，且主旋翼系统采用上下共轴结构，副旋翼系统并排设置结构，可以根据实际能耗需求，灵活设置主旋翼和副旋翼的尺寸，有助于在降低能耗的同时，尽量缩小无人机的尺寸。

附图说明