一种精准降落无人空气动力伞

1.本实用新型属于动力伞技术领域，尤其涉及一种精准降落无人空气动力伞。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，智能控制技术日渐成熟。与传统的固定翼无人机、旋翼类无人机相比，无人动力伞车是在可控翼伞和传统载人翼伞基础上发展的一种可操纵的无人飞行器，能实现大载荷下长时间平稳飞行，具有起降条件要求低、低速性能优异以及结构简单、制造成本低廉、可重复使用的特点。但是常规无人动力伞只有推力以及两个下拉量这三个控制输入，动力伞的升力主要靠伞翼来提供，导致动力伞的控制困难并且动作缓慢。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种精准降落无人空气动力伞，具有反推动力辅助，能够大幅减小无人动力伞的转弯半径以及提高降落精度，提高动力伞的准确性。
4.一种精准降落无人空气动力伞，包括机身和连接在机身上的冲压翼伞，所述机身后端设置有舵机一和舵机二，舵机一和舵机二上的输出端分别与摇臂一、摇臂二连接，摇臂一、摇臂二以机身中心为对称面对称布置，冲压翼伞与摇臂一、摇臂二的末端连接；冲压翼伞同时固定在机身框架两侧，即冲压翼伞与机身之间的固定点有四处；所述机身上装载有行走轮，行走轮包括位于前方的转向轮和位于后方的定向轮一和定向轮二，转向轮与两个行走轮呈三角形三点式布置；所述机身上装载有多个无刷电机，通过连接螺旋桨在机身前端提供主动力和机身后端提供反推辅助动力；所述机身上搭载导航与控制系统，具体包括飞控及与之电连接的gps定位装置、视觉辅助定位装置和气压高度计，舵机一和舵机二与飞控电连接，无刷电机通过电刷与飞控电连接；所述动力伞还包括供电系统。
5.所述机身主体是不锈钢框架机构，为刚性结构。
6.所述冲压翼伞为柔性材料制作，采用尼龙绸。
7.所述机身上装载有一个提供主动力的无刷电机一和两个提供反推辅助动力的无刷电机二和无刷电机三，均通过螺栓固定在机身上，无刷电机二和无刷电机三中间位置与机身质心以及无刷电机一输出端为同一水平线；提供主动力的无刷电机一通过电机架固定在机身尾部机身框架上，无刷电机一的电机轴上安装有螺旋桨一，通过连接螺旋桨一提供一个向后的推力；提供反推辅助动力的无刷电机二和无刷电机三放置在机身的前端，以机身中心为对称面放置在机身的左右两端，无刷电机二的输出端连接有螺旋桨二，无刷电机三的输出端连接有螺旋桨三，螺旋桨二、螺旋桨三与螺旋桨一的朝向相反，即无刷电机二、无刷电机三与无刷电机一提供的推力方向相反。
8.所述视觉辅助定位装置采用固定架通过螺纹连接固定在机身上，包括小型舵机一、小型舵机二、小型舵机三、云台架和相机，相机固定在云台架上，相机识别到降落信标之后将拍照并把信息传递给飞控，根据小型舵机一、小型舵机二、小型舵机三的转动角度以及
气压高度计提供的信息，飞控获得动力伞与降落信标之间的相对位置，使动力伞能更加精确的降落；气压高度计根据动力伞当前的气压和空速来提供给飞控高度信息，遥控器和地面站负责无人动力伞的手动控制以及观察动力伞当前信息。
9.本实用新型的有益效果是：
10.1.常规无人动力伞只有推力以及两个下拉量这三个控制输入，动力伞的升力主要靠伞翼来提供，导致动力伞的控制困难并且动作缓慢，本实用新型在现有常规动力伞的基础上，设置了具有反推动力辅助功能的两个无刷电机，通过带动螺旋桨使其具有反推动力辅助功能，通过两个无刷电机的差速来减小动力伞的空中转弯半径；另外在降落过程，能够更好的调节动力伞的前进方向，起反推动力辅助功能的两个无刷电机共同反推作用能够缩减动力伞的横向降落距离，从而提高着陆精度。
11.2.本实用新型设置了gps定位装置和相机，通过“gps+视觉引导”的方式，避免了常规无人机因gps误差大而导致降落误差大情况的出现。
12.3.本实用新型为纯电式轮式动力伞，解决了现有内燃机动力伞噪音大、振动大、排放污染的问题，减低动力伞的运行成本。
13.4.本实用新型具有包括植保、物流、高空勘探、电力巡检、广告在内的多应用前景。
附图说明
14.图1为本实用新型所提供的精准降落无人空气动力伞的总体结构示意图；
15.图2为本实用新型所提供的精准降落无人空气动力伞中的机身的结构示意图；
16.图3为图2的正视图；
17.图4为图2的侧视图；
18.其中，
19.1-机身，2-飞控，3-gps定位装置，4-气压高度计，5-转向轮，6-定向轮一，7-定向轮二，8-螺旋桨一，9-螺旋桨二，10-螺旋桨三，11-无刷电机一，12-无刷电机二，13-无刷电机三，14-舵机一，15-舵机二，16-摇臂一，17-摇臂二，18-伞绳固定点一，19-伞绳固定点二，20-相机，21-小型舵机一，22-小型舵机二，23-小型舵机三，24-固定架，25-供电系统，26-云台架一段，27-云台架二段，28-云台架三段。
具体实施方式
20.为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案和效果作详细描述。
21.如图1-4所示，一种精准降落无人空气动力伞，包括机身1和连接在机身1上的冲压翼伞，所述机身1主体是不锈钢框架机构，为刚性结构；所述冲压翼伞为柔性材料制作，本实施例中采用尼龙绸。所述机身1后端设置有舵机一14和舵机二15，舵机一14和舵机二15上的输出端分别与摇臂一16、摇臂二17连接，摇臂一16、摇臂二17以机身1中心为对称面对称布置，冲压翼伞与摇臂一16、摇臂二17的末端连接；冲压翼伞同时固定在机身1框架两侧机身1，即冲压翼伞与机身1之间的固定点有四处，分别为两个“定点”和两个“动点”，两个“定点”为固定在机身1框架上的两处，伞绳固定点一18和伞绳固定点二19如图2所示，两个“动点”为固定在摇臂一16和摇臂二17末端的两处。
22.所述空气动力伞为轮式动力伞，机身1上装载有行走轮，行走轮包括位于前方的转向轮5和位于后方的定向轮一6和定向轮二7，转向轮5与两个行走轮呈三角形三点式布置，行走轮保障无人动力伞在起飞阶段有一个良好的起飞方向，避免因路障、泥坑等地段导致不能起飞或起飞不顺利等情况。
23.所述机身1上装载有多个无刷电机，通过连接螺旋桨在机身1前端提供主动力和机身1后端反推辅助动力，本实施例中机身1上装载有一个提供主动力的无刷电机一11和两个提供反推辅助动力的无刷电机二12和无刷电机三13，均通过螺栓固定在机身1上，无刷电机二12和无刷电机三13中间位置与机身1质心以及无刷电机一11输出端为同一水平线，无刷电机二12和无刷电机三13提供差速或相同转速，分别在动力伞的转弯过程与着陆过程中提供辅助作用。提供主动力的无刷电机一11通过电机架固定在机身1尾部机身1框架上，无刷电机一11的电机轴上安装有螺旋桨一8，通过连接螺旋桨一8提供一个向后的推力，使得动力伞在空中产生前行的速度，从而通过冲压翼伞上下表面的压差为冲压翼伞提供一个向上的升力，无刷电机一11与舵机一14、舵机二15为冲压翼伞提供伞绳下拉量。提供反推辅助动力的无刷电机二12和无刷电机三13放置在机身1的前端，以机身1中心为对称面放置在机身1的左右两端，无刷电机二12的输出端连接有螺旋桨二9，无刷电机三13的输出端连接有螺旋桨三10，螺旋桨二9、螺旋桨三10与螺旋桨一8的朝向相反，即无刷电机二12、无刷电机三13与无刷电机一11提供的推力方向相反。在动力伞的转向阶段，通过无刷电机二12和无刷电机三13之间的差速，产生一个推力反差与无刷电机一11、舵机一14、舵机二15提供的伞绳下拉量配合，使得动力伞的转向半径减小；同理，在降落阶段，通过调整无刷电机二12和无刷电机三13的差速来快速矫正降落的方向；调整无刷电机二12和无刷电机三13为相同大小的转速，产生一个与无刷电机一11相反的反向推力，使得动力伞的水平降落距离减少，避免动力伞动作缓慢、受风影响越过原设定降落点的情况。
24.所述机身1上搭载导航与控制系统，具体包括飞控2及与之电连接的gps定位装置3、视觉辅助定位装置和气压高度计4，舵机一14和舵机二15与飞控2电连接，无刷电机一11、无刷电机二12和无刷电机三13通过电刷与飞控2电连接；飞控2发送pwm信号给舵机一14和舵机二15，舵机一14和舵机二15接受信号转动，从而使摇臂一16和摇臂二17完成摆动，拉动伞绳完成冲压翼伞后缘的下拉，摇臂一16和摇臂二17摆动幅度越大，冲压翼伞下拉量越大。飞控2通过控制舵机一14和舵机二15的工作从而控制摇臂一16和摇臂二17来实现下拉伞绳，相当于常规动力伞中人为控制下拉量来使得动力伞完成减速、转向和降落动作。遥控器和地面站与飞控2通过数传连接，实现通讯连接，在地面端由操纵手控制。gps定位装置中的磁罗盘测量得到三轴角速度，并提供动力伞所在的地理位置的经纬度、速度信息；气压高度计4提供空速和高度信息；视觉辅助定位装置提供动力伞与降落信标之间的相对位置估计。
25.所述视觉辅助定位装置采用固定架24通过螺纹连接固定在机身1上，包括小型舵机一21、小型舵机二22、小型舵机三23、云台架和相机20，相机20固定在云台架上，云台架分为三段，均为l形，小型舵机三23固定在固定架24上，其输出轴与云台架三段28固定连接，通过小型舵机输出轴的转动来驱动云台架三段28在xy面转动；小型舵机二22固定在云台架三段28上，其输出轴固定在云台架二段27上，通过小型舵机二22输出轴的转动使云台架二段27在yz平面转动；小型舵机一21与云台架二段27固定，其输出轴与云台架一段26固定，通过小型舵机一21输出轴的转动使云台架一段26在xz平面上转动，小型舵机一21、小型舵机二
22、小型舵机三23与飞控2电连接，带动云台架的转动，使得相机20能够对焦空间上的任意一个方向；相机20识别到降落信标之后将拍照并把信息传递给飞控2，根据小型舵机一21、小型舵机二22、小型舵机三23的转动角度以及气压高度计4提供的信息，飞控2获得动力伞与降落信标之间的相对位置，使动力伞能更加精确的降落；气压高度计4根据动力伞当前的气压和空速来提供给飞控2高度信息，遥控器和地面站负责无人动力伞的手动控制以及观察动力伞当前信息。
26.所述动力伞还包括供电系统25，为飞控2、gps定位装置3、气压高度计4、无刷电机一11、无刷电机二12、无刷电机三13、舵机一14、舵机二15、小型舵机一21、小型舵机二22、小型舵机三23、相机20供电，本装置采用纯电动式驱动。本实施例中所述供电系统25为24v锂电池以及与其连接的分电板、bec变压器。
27.动力伞飞行阶段动力来源只有无刷电机一11提供的推力，由推力产生速度，冲压翼伞形状与机翼类似，在有速度的情况下产生一个向上的升力；在转弯阶段，一方面依靠舵机一14和舵机二15带动摇臂一16和摇臂二17的摆动幅度来影响翼伞后缘形状，使动力伞完成转弯动作，另一方面通过无刷电机二12、无刷电机三13的差速来提供一个转向力，帮助动力伞完成转弯动作，具体为：当动力伞向左转弯，无刷电机二12的转速是高于无刷电机三13的转速，由于无刷电机二12、无刷电机三13提供推力的位置不与机身1质心一条线，无刷电机三不工作，无刷电机二12带动螺旋桨二9转动，，会提供给伞车一个向心力，由动力伞顶部向下看，提供一个方向为逆时针的向心力，使得动力伞的转向更快，转弯半径更小，同理，向右转弯则是相反，即无刷电机二12不工作，无刷电机三13带动螺旋桨三10转动。在降落阶段，动力伞依靠gps定位装置降落点信息传递给飞控，飞控通过数传连接传递给地面站，人在地面站设定既定路线，根据既定路线飞行到降落点附近，但由于gps定位装置误差较大，地面站上规划的降落点与实际降落信标位置有偏差，因此采用视觉引导的方式来减少定位误差，即相机拍摄降落信标后传给飞控，飞控通过数传连接传递给地面站，人通过传到地面站上面的画面框选降落信标，通过数传传回给飞控，飞控根据视觉辅助定位装置中小型舵机一、小型舵机二、小型舵机三上轴的转动量以及气压高度计测量的高度信息，判断动力伞与降落信标的相对位置估计，对降落信标进行目标跟踪实现精准降落；调整降落方向这一方面与转弯阶段类似，无刷电机一11的转速减少或直接降低为零，舵机一14和舵机二15使摇臂一16和摇臂二17同时完成下拉，拉动冲压翼伞后缘的伞绳，改变冲压翼伞的形状，从而通过增大阻力的方式使动力伞减速，同时无刷电机二12、无刷电机三13提供相同的转速，产生一个与无刷电机一11作用相反的力，来增大机身1的阻力，使得动力伞的降落距离缩短，避免现有动力伞减速过慢而导致的越过降落点的情况发生。

技术特征：
1.一种精准降落无人空气动力伞，其特征在于：包括机身和连接在机身上的冲压翼伞，所述机身后端设置有舵机一和舵机二，舵机一和舵机二上的输出端分别与摇臂一、摇臂二连接，摇臂一、摇臂二以机身中心为对称面对称布置，冲压翼伞与摇臂一、摇臂二的末端连接；冲压翼伞同时固定在机身框架两侧，即冲压翼伞与机身之间的固定点有四处；所述机身上装载有行走轮，行走轮包括位于前方的转向轮和位于后方的定向轮一和定向轮二，转向轮与两个行走轮呈三角形三点式布置；所述机身上装载有多个无刷电机，通过连接螺旋桨在机身前端提供主动力和机身后端提供反推辅助动力；所述机身上搭载导航与控制系统，具体包括飞控及与之电连接的gps定位装置、视觉辅助定位装置和气压高度计，舵机一和舵机二与飞控电连接，无刷电机通过电刷与飞控电连接；所述动力伞还包括供电系统。2.根据权利要求1所述的一种精准降落无人空气动力伞，其特征在于：所述机身主体是不锈钢框架机构，为刚性结构。3.根据权利要求1所述的一种精准降落无人空气动力伞，其特征在于：所述冲压翼伞为柔性材料制作，采用尼龙绸。4.根据权利要求1所述的一种精准降落无人空气动力伞，其特征在于：所述机身上装载有一个提供主动力的无刷电机一和两个提供反推辅助动力的无刷电机二和无刷电机三，均通过螺栓固定在机身上，无刷电机二和无刷电机三中间位置与机身质心以及无刷电机一输出端为同一水平线；提供主动力的无刷电机一通过电机架固定在机身尾部机身框架上，无刷电机一的电机轴上安装有螺旋桨一，通过连接螺旋桨一提供一个向后的推力；提供反推辅助动力的无刷电机二和无刷电机三放置在机身的前端，以机身中心为对称面放置在机身的左右两端，无刷电机二的输出端连接有螺旋桨二，无刷电机三的输出端连接有螺旋桨三，螺旋桨二、螺旋桨三与螺旋桨一的朝向相反，即无刷电机二、无刷电机三与无刷电机一提供的推力方向相反。5.根据权利要求1所述的一种精准降落无人空气动力伞，其特征在于：所述视觉辅助定位装置采用固定架通过螺纹连接固定在机身上，包括小型舵机一、小型舵机二、小型舵机三、云台架和相机，相机固定在云台架上，相机识别到降落信标之后将拍照并把信息传递给飞控，根据小型舵机一、小型舵机二、小型舵机三的转动角度以及气压高度计提供的信息，飞控获得动力伞与降落信标之间的相对位置，使动力伞能更加精确的降落；气压高度计根据动力伞当前的气压和空速来提供给飞控高度信息，遥控器和地面站负责无人动力伞的手动控制以及观察动力伞当前信息。

技术总结
本实用新型涉及一种精准降落无人空气动力伞，包括机身和冲压翼伞，机身后端设置有舵机一和舵机二，分别与摇臂一、摇臂二连接，冲压翼伞与摇臂一、摇臂二的末端连接；冲压翼伞同时固定在机身框架两侧；机身上装载有行走轮，行走轮包括转向轮和定向轮一、定向轮二，呈三点式布置；机身上装载有多个无刷电机，通过连接螺旋桨在机身前端提供主动力和机身后端提供反推辅助动力；机身上搭载导航与控制系统，具体包括飞控及与之电连接的GPS定位装置、视觉辅助定位装置和气压高度计；还包括供电系统。本实用新型具有反推动力辅助，能够大幅减小无人动力伞的转弯半径以及提高降落精度，提高动力伞的准确性。高动力伞的准确性。高动力伞的准确性。


技术研发人员：岳玉梅 石昊 郭昇 王留芳 任赵旭 胡为 宋崎 龚鹏
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/5/4