[发明专利]机身平衡无人机及其控制方法

说明书

本发明属于无人机技术领域，涉及机身平衡无人机及其控制方法。本发明无人机采用倾转旋翼技术，通过旋翼倾转装置使旋翼支架旋转以控制旋翼的倾角，做飞行姿态调整时不需要调整机身姿态，同时设有机身平衡控制器和机身平衡执行器来抵消风力导致的机身倾转，飞行过程中机身能保持平衡性，可以提高抗风能力，增加飞行稳定性，适用于作为摄像平台。相对于传统直升机，该无人机没有复杂的倾斜盘结构，用一个结构简单的旋翼倾转装置实现对旋翼倾角的控制，相对于多旋翼无人机，该无人机只有一个升力装置，另外，所用的机身平衡执行器也是结构简单的部件，整机结构简单、成本低。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，更具体地说，是涉及机身平衡无人机及其控制方法。

背景技术

近年来，随着微电子技术和新型材料的发展，消费级无人机(主要是直升型无人机)快速发展。早期的消费级无人机是传统直升机，主要有共轴双桨、单桨加尾桨两种构型，传统直升机的倾斜盘的结构太复杂、制造难度大、可靠性低，相应的，多旋翼无人机的结构简单，制造容易，可靠性高，目前多旋翼无人机已成为市场的主流，其中，四旋翼无人机是最流行的多旋翼无人机类型。

消费级无人机最主要的应用是拍摄，拍摄对无人机的机身平衡性要求很高，不然，机身不断晃动，带动相机不断晃动，会严重影响拍摄的影像效果。然而，根据传统直升机和多旋翼无人机的飞行控制原理，在飞行过程中无人机却是无法保持机身平稳不动的，在加减速、风速变化或者风向变化等情况下，无人机都需要做俯仰运动和/或滚转运动才能实现飞行控制，比如：前飞时无人机要低头使旋翼前倾产生前向的推力、而侧飞时无人机要侧倾使旋翼侧倾产生横向的推力、侧向有风时无人机要侧倾使旋翼侧倾抵抗风力，无人机的这种俯仰和滚转运动频繁并且幅度很大。

公告号为CN106428543B、CN206243472U的专利中提出了一种倾转旋翼控制装置，该装置包含两个旋转机构，可以控制旋翼绕着两个旋转轴旋转，从而控制旋翼的倾角，实现无人机的飞行控制。采用这种控制装置的无人机与上述的传统直升机和多旋翼无人机的飞行控制器原理不同，其调整旋翼的倾角时，机身姿态不需要随着调整，因此机身在飞行姿态调整时是保持平衡的。不过，这种控制方式有个问题：旋翼的推力不能用于机身姿态的控制，决定机身姿态的主要作用力为风力(或其它外力)和机身重力，当受到风力作用时，机身会随风倾斜，倾斜角度主要由风力和重力的大小决定。对于微小型无人机，由于机身重量小，风力较大时，机身倾斜角度会很大，当风向和风速交变频繁时，甚至会触发来回震荡，影响飞行稳定性。

解决无人机机身不断晃动所导致的影像不佳问题，一个简单的方法是采用数字图像防抖技术，不过数字图像防抖技术无法获得很让人满意的影像。目前中高端无人机的解决方法是将相机挂在一个云台上，由云台转动来抵消机身的晃动，可以获得比较令人满意的图像。但是，微型无人机由于机身轻，相较于较重的大型无人机，需要调整更大的俯仰角或滚转角才能产生足够的力完成同样的飞行姿态控制，这意味着云台需要更快速地、更大幅度地转动，然而，微型无人机的空间小，只能安置小型的性能较低的云台，因此，当遇到较大的风时，特别是风速和风向变化频繁时，云台仍然无法完全抵消机身的倾转运动，造成拍摄影像不佳。

近年来，AR/VR技术和应用快速发展，全景影像的拍摄是未来影像领域的一个重要方向。全景影像的拍摄需要环绕布置多个相机(360°影像至少要4个以上，720°影像至少要6个以上)，所有相机同步拍摄，然后用图像算法将所有相机拍摄的影像进行拼接。目前飞行拍摄全景影像的方法是：用一个云台挂一个球形吊仓，在吊仓的四周安装多个相机进行拍摄。由于吊仓挂在无人机下面，因此无法拍摄吊仓上面的场景，无法拍摄720°影像。一个机身总是保持平衡能拍摄720°全景影像的飞行平台对于未来全景影像的发展具有很大的价值。

发明内容

本发明的目的在于提供机身平衡无人机及其控制方法，以解决现有无人机机身不断晃动影响影像拍摄的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种机身平衡无人机，包括：

机身；