机体自调节爬坡角度的四旋翼无人机履带配合装置

摘要

本发明公开了一种机体自调节爬坡角度的四旋翼无人机履带配合装置。本发明中的万向节由十字轴承、两块上侧板和两块下侧板组成；两块上侧板通过顶板与四旋翼飞行装置的底部连接，两块下侧板与履带装置连接；十字轴承的一对末端分别与两块上侧板连接，十字轴承的另一对末端分别与两块下侧板连接；所述万向节的姿态由一对电动推杆控制。本发明能实现无人机的陆空两用，同时在面对爬坡等地形时，能够实现陆空配合翻越。避免单依靠履带爬坡速度较慢、效率低的情况，同时解决在缺乏飞行条件的地区无人机无法进入的困难。

说明书

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种机体自调节爬坡角度的四旋翼无人机履带配合装置。

背景技术

无人机最早出现于20世纪20年代，当时是作为训练用的靶机使用的，是一个许多国家用于描述最新一代无人驾驶飞机的术语。从字面上讲，这个术语可以描述从风筝，无线电遥控飞机，到V-1飞弹从发展来的巡航导弹，但是在军方的术语中仅限于可重复使用的比空气重的飞行器。无人机用途广泛，成本低，效费比好；无人员伤亡风险；生存能力强，机动性能好，使用方便，在现代战争中有极其重要的作用，在民用领域更有广阔的前景。

四轴飞行器，又称四旋翼飞行器、四旋翼直升机，简称四轴、四旋翼。四轴飞行器(Quadrotor)是一种多旋翼飞行器，四轴飞行器的四个螺旋桨都是电机直连的简单机构，十字形的布局允许飞行器通过改变电机转速获得旋转机身的力，从而调整自身姿态。因为它固有的复杂性，历史上从未有大型的商用四轴飞行器。近年来得益于微机电控制技术的发展，稳定的四轴飞行器得到了广泛的关注，应用前景十分可观。国际上比较知名的四轴飞行器公司有中国大疆创新公司、法国Parrot公司、德国AscTec公司和美国3D Robotics公司，四轴飞行器可进行垂直运动，俯仰运动，翻滚运动，偏航运动。

但一般的无人机无法做到陆空两用的无人机，在一些复杂未知的空域和强风环境下飞行有一定风险性。给边境巡逻、核辐射探测、航空摄影、航空探矿、灾情监视、交通巡逻、治安监控等造成困难和一定的经济损失。现有履带陆空两用无人机爬坡时，履带和四旋翼因固定而维持平行关系，坡度使机翼相对于地面坐标系不能保持水平角度，

单依靠四旋翼飞行装置爬坡存在受环境影响大、能耗高的问题，局限了无人机工作范围，不利于完成复杂地形的任务。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供了一种机体自调节爬坡角度的四旋翼无人机履带配合装置。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

本发明包括四旋翼飞行装置，惯性测量单元，单片机控制板，万向节，电动推杆和履带装置。

所述万向节由十字轴承、两块上侧板和两块下侧板组成；两块上侧板通过顶板与四旋翼飞行装置的底部连接，两块下侧板与履带装置连接；十字轴承的一对末端分别与两块上侧板连接，十字轴承的另一对末端分别与两块下侧板连接；所述万向节的姿态由一对电动推杆控制。

所述惯性测量单元用于获取四旋翼飞行装置的三轴姿态角，并与单片机控制板信号连接。

所述的电动推杆受控于所述单片机控制板，通过两根直流电动推杆长度的变化来实现万向节角度的变化，用于保持四旋翼飞行装置的水平。

进一步说，所述电动推杆的一端连接至所述顶板，所述电动推杆的另一端铰接于电动推杆底座上，所述电动推杆底座横跨于履带之间。

进一步说，所述电动推杆的另一端铰接结构采用球形万向接头。

进一步说，所述的电动推杆为直流电动推杆。

本发明具有的有益效果是：

本发明能实现无人机的陆空两用，同时在面对爬坡等地形时，能够实现陆空配合翻越。避免单依靠履带爬坡速度较慢、效率低的情况，同时解决在缺乏飞行条件的地区无人机无法进入的困难。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明侧视图；

图3是球形万向接头在爬坡状态的侧视图；

图4是本发明爬坡状态的侧视图；

图中：1、四旋翼飞行装置，2、惯性测量单元，3、单片机控制板，4、十字轴承，5、直流电动推杆，6、直流电动推杆底座，7、履带装置，8、下侧板，9、上侧板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行了示例性描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

本发明包括四旋翼飞行装置，惯性测量单元IMU，单片机控制板，万向节，直流电动推杆，履带装置。

所述四旋翼飞行装置为履带无人机四旋翼飞行部分，包括机架、四旋翼、机臂，主要执行履带无人机的飞行任务。

所述履带装置包括履带、传动轴、齿轮，主要执行履带无人机地面行进任务。

由惯性测量单元IMU，单片机控制板，万向节，直流电动推杆组成配合装置。在四旋翼无人机上坡时，由IMU测量四旋翼飞行装置倾斜方向与角度，将角度信号传输给单片机控制板。由单片机处理接收到的角度信号并控制调整直流电动推杆长度，通过两根直流电动推杆长度的变化来实现万向节角度的变化，当IMU测量到四旋翼飞行装置保持水平后结束控制。

所述惯性测量单元IMU用于测量物体三轴姿态角。在爬坡过程中实时测量四旋翼飞行装置倾斜方向与角度并向单片机控制板输出信号。

所述直流电动推杆和万向节配合工作。通过控制两根直流电动推杆的伸缩长度来实现对万向节角度的控制，从而保持四旋翼飞行装置保持水平。

作为对本发明的改进：

所述直流电动推杆上下分别连接万向节顶板和底座，其中底座与履带装置中的横梁连接。直流电动推杆的连接件为球形万向接头，直流电动推杆由单片机控制板控制。

作为对本发明的改进：

所述万向节由十字轴承和四块侧板组成。两块下侧板与履带装置连接。两块上侧板与四旋翼飞行装置连接，使得万向节变化角度与四旋翼飞行装置一致，万向节由两根支流电动推杆控制。

所述单片机控制板用来加装所需电子元器件，包括单片机，开关，电源接口等。

作为对本发明的改进：

所述单片机用来接收IMU输出的角度信号，根据角度信号控制直流电动推杆的伸缩长度。

惯性测量单元IMU，直流电动推杆，万向节，单片机组成本发明机体自调节爬坡角度的四旋翼无人机履带配合装置。

实施例：

如图1和图2所示，本实施例提供的一种机体自调节爬坡角度的四旋翼无人机履带配合装置，包括四旋翼飞行装置1，惯性测量单元2，单片机控制板3，十字轴承4，直流电动推杆5，直流电动推杆底座6，履带装置7，下侧板8和上侧板9。

十字轴承4、两块上侧板9和两块下侧板8组成本实施例中的万向节；两块上侧板9通过顶板与四旋翼飞行装置1的底部连接，两块下侧板8与履带装置7连接，同时也作为万向节的支撑结构；十字轴承有四个方向，相对的一对末端与两块上侧板连接，十字轴承的另一对相对的末端与两块下侧板连接；所述万向节的姿态由一对直流电动推杆5控制；所述直流电动推杆5上下分别连接万向节顶板和直流电动推杆底座6，其中底座与履带装置中的横梁连接，直流电动推杆与底座的连接件为球形万向接头，见图3。

所述惯性测量单元2用于获取四旋翼飞行装置的三轴姿态角，并与单片机控制板3信号连接；

所述的直流电动推杆5受控于所述单片机控制板3，通过两根直流电动推杆长度3的变化来实现万向节角度的变化，用于保持四旋翼飞行装置1在爬坡时的水平。

在履带无人机开始爬坡时，如图4所示。惯性测量单元IMU 测量到四旋翼飞行装置发生倾斜并将角度信号输出到单片机控制板。由单片机根据输入的角度信号来控制两个直流电动推杆的伸缩长度。通过直流电动推杆的长度变化实现万向节十字轴承4转动，带动万向节上侧板，以此来控制四旋翼飞行装置保持水平。

综上，本发明的装置在爬坡时使机翼相对于地面坐标系保持水平角度，能够使机翼在实际地形工作时仍保持水平，爬坡配合装置可以加强履带无人机的爬坡能力，提高无人机应对复杂环境的能力，扩大无人机工作范围。

显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。