[发明专利]一种菱形布局柔性无人机吊挂倾转系统及控制方法

说明书

本发明提出的菱形布局柔性无人机吊挂倾转系统及控制方法，针对菱形布局大展弦比柔性无人机又柔又轻特点，通过感知‑控制中枢控制吊挂倾转系统各机构协同作业，通过绳索收放实现多点吊装升空时的姿态控制，并在全过程给菱形布局柔性无人机系统平台合理的动力学约束，从而将菱形布局大展弦比柔性无人机安全稳定的带入临近空间并按照设计的姿态完成释放分离。该吊挂倾转系统具有通用性强，成本低特点，为菱形布局柔性太阳能无人机载球发放升空提供了一种可靠性高、实用价值高的姿态控制解决方案。

技术领域

本发明涉及航空工程技术领域，具体涉及一种菱形布局柔性无人机吊挂倾转系统及控制方法。

背景技术

无人机因为具有巡航时间长，使用成本低、应用场景广泛等优点，近年来受到广泛关注。对于中大型固定翼无人机，起飞方式有利用自身动力起飞、火箭助推弹射起飞等，这些起飞方式主要使用低展弦比结构或者低柔性结构无人机，依靠自身结构的刚性或在地面依靠外部刚体的支撑作用即可实现起飞。而对于菱形布局大展弦比柔性无人机而言，更大的展弦比以及又柔又轻的特点，使得其难以在地面依靠自身结构刚性或者依附外部结构实现起飞并达到飞行稳定态，导致其大规模应用受到限制。

载球发放升空是一种新的无人机发放模式，通过载球吊挂无人机升空，可以全流程实现无人机从静止态到飞行稳定态，而无需使用其它辅助能源，但目前能够查询到的载球发放升空方式，都是将无人机在地面支架上布置好起飞姿态，然后保持起飞姿态，利用载球吊挂升空，当到达设定高度后，切断无人机与载球连接，实现无人机飞行。但对于菱形布局大展弦比柔性无人机来说，由于难以确定可靠支撑点，并且地面支架的经济性和快速起飞便捷性也很差，所以需要采用无地面支架的载球发放升空模式。

发明内容

为实现菱形布局大展弦比柔性无人机无地面支架的载球发放升空方式，本发明提出了一种菱形布局柔性无人机吊挂倾转系统及控制方法，能够在发放升空过程中合理控制无人机姿态，实现在空中将菱形布局柔性无人机姿态调整至起飞姿态，无需地面支架支撑。

本发明的技术方案为：

所述一种菱形布局柔性无人机吊挂倾转系统，包括感知-控制中枢、纵向倾转装置和横向倾转装置；

所述感知-控制中枢能够接收或测量菱形布局柔性无人机姿态角、绳索拉力数据；并根据设定的绳索拉力允许范围调整绳索拉力，以及根据设定的菱形布局柔性无人机起飞姿态，通过控制绳索调整菱形布局柔性无人机姿态角；

所述纵向倾转装置包括绳索收放机构、纵向倾转机构、若干滑轮和若干绳索；所述绳索收放机构的第一绳索释放端与第一滑轮连接，所述绳索收放机构固定在吊挂载体上，并受所述感知-控制中枢控制，通过收放所述第一绳索，实现第一滑轮高度变化；所述第一滑轮下端挂接第二滑轮；所述纵向倾转装置中的第三滑轮和第四滑轮分别通过力传感器连接菱形布局柔性无人机机头位置吊点，所述第二滑轮位于第三滑轮和第四滑轮之间；所述纵向倾转装置中的第五滑轮连接菱形布局柔性无人机机尾吊点；所述纵向倾转装置中另有两组滑轮固定在吊挂载体上，且每组滑轮之间具有一个纵向倾转机构；所述纵向倾转装置中的第二绳索依次通过第一组滑轮、第三滑轮、第二滑轮、第四滑轮、第二组滑轮和第五滑轮后，回到第一组滑轮，且所述第一组滑轮以及所述第二组滑轮与所述第五滑轮之间的第二绳索上分别具有力传感器；所述第一组滑轮之间以及所述第二组滑轮之间的纵向倾转机构受所述感知-控制中枢控制，通过同步收放所述第二绳索，调整菱形布局柔性无人机俯仰角；

所述菱形布局柔性无人机机尾位置吊点位于菱形布局柔性无人机纵向对称面上，所述菱形布局柔性无人机机头位置两个吊点相对菱形布局柔性无人机纵向对称面对称；所述第二滑轮中心位于菱形布局柔性无人机纵向对称面上；所述第一组滑轮与所述第二组滑轮相对菱形布局柔性无人机纵向对称面对称；