一种全向飞行器的研究
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摘 要：本论文研究一种全向飞行器，包括飞行控制模块、第一无线通信模块、传感器和机架，机架上设置有第一动力装置，第一动力装置、第一无线通信模块和传感器均与飞行控制模块电连接，第一动力装置通过连杆机构与驱动轴连接，驱动轴上连接有螺旋桨；第一无线通讯模块与移动终端的第二无线通讯模块无线连接，用于接收所述移动终端通过所述第二无线通讯模块发送的遥控指令，并将所述遥控指令发送至所述控制模块；传感器，用于获取所述飞行器当前的飞行参数；飞行控制模块根据所述遥控指令及所述传感器获取的所述飞行器当前的飞行参数，并通过驱动第一动力装置控制所述飞行器的工作状态。
关键词：无人机；全向移动
1 背景技术：
现在无人机市场已进入成长期，竞争加剧、产品分化、服务丰富。目前做飞行器的大型公司或企业较为普遍，而飞行器的外形和控制方法无外乎为以下两种：a.利用仿生学原理模仿鸟类的飞行而制作的翼型飞行器；b.由直升机原理而衍生出的旋翼式无人机（四轴、八轴、多者有十六轴的），前者制作成本较高，主要为军用；后者虽然已深入民用市场，而且价格可让广大民众接受，但这类飞行器的飞行转向移动等运动功能局限性较大，飞行控 制等较为困难。为解决上述难题，我们设计提出一种灵活运动机能较大，可全方位自由移动，它能够克服以上难题，实现飞行稳定，控制操作简单易行等功能。
2 主要内容：
本论文要解决的技术问题是，现有的军用飞行器制作成本较高；民用飞行器的飞行转向移动等运动功能局限性较大，飞行控制等较为困难。
为解决上述技术问题，本论文讨论以下技术方案：一种全向飞行器，包括飞行控制模块、第一无线通信模块、传感器和机架（1），机架（1）上设置有第一动力装置（3），第一动力装置（3）、第一无线通信模块和传感器均与飞行控制模块电连接，第一动力装置（3）通过连杆机构与驱动轴（5）连接，驱动轴（5）上连接有螺旋桨（2）；
第一无线通讯模块与移动终端的第二无线通讯模块无线连接，用于接收所述移动终端通过所述第二无线通讯模块发送的遥控指令，并将所述遥控指令发送至所述控制模块；
传感器，用于获取所述飞行器当前的飞行参数；
飞行控制模块根据所述遥控指令及所述传感器获取的所述飞行器当前的飞行参数，并通过驱动第一動力装置（3）控制所述飞行器的工作状态。
连杆机构包括：摆动臂（41）、连接杆（42）和第一销轴，连接杆（42）通过摆动臂（41）与第一动力装置（3）连接；摆动臂（41）与第一动力装置（3）连接，摆动臂（41）上设置条形滑孔（411），连接杆（42）中部设置有第一销轴孔（421），第一销轴穿过第一销轴孔（421）和条形滑孔（411）；
连杆机构还包括：曲臂（43）和第二销轴（44），连接杆（42）通过曲臂（43）与驱动轴（5）连接；曲臂（43）设置在驱动轴（5）上，曲臂（43）上设置有第二销轴孔，连接杆（42）的端部设置有第三销轴孔，第二销轴（44）穿过第二销轴孔和第三销轴孔。
驱动轴（5）包括两个，连接杆（42）的两端通过曲臂（43）分别与两个驱动轴（5）连接。
连接杆（42）中部的第一销轴孔（421）包括至少一个且沿连接杆（42）轴向间隔设置。
摆动臂（41）设置两个且对称分布在连接杆（42）两侧。
每个驱动轴（5）上均设置两个曲臂（43），每个驱动轴（5）上的两个曲臂（43）均对称分布在连接杆（42）两侧。
每个驱动轴（5）的两端均设置有支撑环（61），撑环（61）上设置有可转动的支撑杆（62），支撑杆（62）两端与第二动力装置（7）连接；支撑杆（62）上设置有第三动力装置（8），螺旋桨（2）设置在支撑杆（62）上并与第三动力装置（8）连接；第二动力装置（7）和第三动力装置（8）均与控制系统电连接。
第一动力装置（3）为舵机。
第二动力装置（7）为舵机，第三动力装置（8）为电动机。
传感器包括陀螺仪传感器和加速度传感器，所述飞行器当前的飞行参数包括飞行器转动角速度和飞行加速度；无线通讯模块为WiFi模块或蓝牙模块。
3技术效果：
1、通过机架中部的第一动力装置带动连接杆摆动，实现前后两组支撑环同步旋转，从而改变螺旋桨桨面前后倾角，螺旋桨桨面与机身存在一定夹角，当飞行器俯冲飞行时飞行器迎风角减小，使得飞行器阻力大大减小，提高了飞行器的机动性。
2、通过支撑环上的第二动力装置，实现改变螺旋桨桨面左右倾角，使得定点悬停时飞行器正投影面积小，相对于传统飞行器而言受空间限制程度更低。
3、通过同时改变前后倾角和左右倾角，实现飞行器全方位移动。
参考文献
[1] 贺俊旺.基于反步法的微小型四旋翼无人机飞行控制研究[D].南京：东南大学，2013.
[2] 李劲松.四旋翼小型无人直升机自适应逆控制研究[D].上海：上海交通大学，2014.
[3] 曾佑基于DSP的四旋翼无人机驱动器的控制研究阿.天津：天津大学，2012.
[4] 朱培.四旋翼空中机器人自适应滑模控制研究[D].北京：北方工业大学，2015.
作者简介：裴雷（1997-），男，汉族，郑州大学机械工程学院2016级学生
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