[发明专利]一种多旋翼无人机适时调速的差动轮系机构

说明书

一种多旋翼无人机适时调速的差动轮系机构，属于无人机技术领域。本发明的直驱多旋翼无人机可适时调的差动速轮系机构，其组成包括发动机（或电机）、差速传动机构及螺旋桨（或旋翼）；所述的发动机（或电机）的动力输出轴与差速传动机构的动力输入轴连接，所述的差速传动机构的动力输出轴上单向或固定连接螺旋桨（或旋翼），可以实现在不改变发动机（或电机）的转速的情况下，实现无人机的俯仰、翻滚、偏航等运动。本发明有效解决了现有直驱多旋翼无人机存在的多台发动机转速难于保持一致的问题，大大降低了无人机的欠驱动系统中位置变化与姿态变化的耦合性对控制结构的影响，使控制更加精确，提高无人机的灵活性及抗风扰的能力。

技术领域

本发明专利涉及一种无人机轮系机构，特别的是一种多旋翼无人机适时调速的差动轮系机构，属于无人机技术领域。

背景技术

多旋翼无人机相较于其它无人机具有得天独厚的优势，与固定翼飞机相比，具有可以垂直起降、定点盘旋的特点；与单旋翼直升机相比，多旋翼无人机没有尾桨装置，具有结构简单、安全性高、使用成本低等优点。其诸多优点使得多旋翼无人机得到了广泛的应用。

目前，多旋翼无人机领域已经推出了多款代表性产品，然而其稳定性及可靠性仍存在较多的问题，这也是旋翼无人机性能优化与提升的重点方向。主流的旋翼机多采用四旋翼配置，控制系统大部分使用忽略耦合作用的串级PID控制器，每个操作轴可能有多达6个PID控制器串联和若干并联的前馈控制器，通过控制量的分配实现空间六自由度的运动，这样的控制器结构需要大量的调参工作，过于依赖经验。

主流的四旋翼无人机输入控制量的数目小于输出控制量的数目，是一种欠驱动系统，其位置变化与姿态变化存在较强的耦合，现有的控制结构忽略了不同操作轴之间的耦合项，在操作轴联合机动时，轴间耦合引发的干扰降低了控制精度，限制了多旋翼的灵活性，其机动能力受到较大的限制。同时，由于采用反扭力矩进行航向的控制，导致偏航力矩控制不足，系统抗风扰能力弱。

发明内容

本发明的目的是提供一种多旋翼无人机适时调速的差动轮系机构，解决了现有油动多旋翼无人机各旋翼转速调节困难，难以保证一致的问题。本轮系具有结构简单、控制精确、可靠性和稳定性高等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多旋翼无人机适时调速的差动轮系机构，其主要组成包括发动机或电机、差速传动机构及螺旋桨或旋翼片；其特征在于：所述的发动机或电机的动力输出轴与差速传动机构的动力输入轴连接，所述的差速传动机构的动力输出轴上转动安装有螺旋桨或旋翼片。

所述的差速传动机构包括齿轮箱体、锥齿轮、蜗轮、蜗杆及调速电机；所述的锥齿轮由输入锥齿轮、两个过渡锥齿轮和输出锥齿轮组成。所述的发动机或电机的动力输出轴与输入锥齿轮的动力输入轴连接，输入锥齿轮的动力输入轴与齿轮箱体转动连接，所述的输入锥齿轮同时与两个过渡锥齿轮啮合，所述的两个过渡锥齿轮通过各自的齿轮轴与齿轮箱体转动连接，所述的两个过渡锥齿轮同时与输出锥齿轮啮合，所述的输出锥齿轮的动力输出轴与齿轮箱体转动连接，输出锥齿轮与蜗杆转动连接；蜗轮与箱体固定连接；输出锥齿轮的动力输出轴固定或单向连接螺旋桨或旋翼片，所述的蜗轮与蜗杆啮合，所述的蜗杆一端与调速电机的输出轴连接。差速传动机构设置在差速传动机构箱体内。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明通过可适时调速的差动轮系机构，使螺旋桨或者旋翼片达到飞行要求的转速，在无人机垂直运动（即起飞、降落和悬停）时，各个螺旋桨或旋翼片的转速一致；当需要进行俯仰、翻滚、偏航等其它自由度的运动时，可以在不改变发动机或电机的转速的情况下实现。有效解决了现有直驱多旋翼无人机存在发动机直接驱动螺旋桨或旋翼片时的转速难于保持一致的问题，大大降低了无人机的欠驱动系统中位置变化与姿态变化存在较强的耦合性对控制结构的影响，使得控制更加精确，提高无人机的灵活性及抗风扰的能力。