[發(fā)明專利]基于瑞薩芯片R5F100LEA的四旋翼自主飛行器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410181608.9
• 申請(qǐng)日: 2014-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103921949A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊超;李超;張凱旋;孫舒婷;于海丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B64D31/00
• 分類號(hào): B64D31/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于瑞薩芯片R5F100LEA的四旋翼自主飛行器，屬于飛行器控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

四旋翼飛行器是一種具有四個(gè)螺旋槳并且四個(gè)螺旋槳呈十字形交叉結(jié)構(gòu)的飛行器。它可以以多種姿態(tài)進(jìn)行飛行，包括懸停、前飛、倒飛和側(cè)飛等飛行姿態(tài)。

目前國(guó)內(nèi)外很多高校和研究團(tuán)隊(duì)都致力于四旋翼飛行器的研究。四旋翼飛行器也在諸如軍事和民用等多個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。例如民用方面的航拍和圖像傳輸，巡邏監(jiān)視和目標(biāo)跟蹤，自然災(zāi)害發(fā)生之后的搜索和救援，高壓線、橋梁、水壩和地震后路段的檢查等；軍事方面的地面戰(zhàn)場(chǎng)偵察、獲取敵方情報(bào)、近距離控制巡邏、監(jiān)視、電子戰(zhàn)、地面通信等。

目前四旋翼飛行器的控制方式主要有：遙控飛行、自主飛行、以及半自主飛行三種方式。自主飛行是指在飛行過(guò)程中可以完全脫離人的干預(yù)實(shí)現(xiàn)飛行，通常采用磁羅盤測(cè)量姿態(tài)，與角速率陀螺組成姿態(tài)角穩(wěn)定內(nèi)回路，并采用導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航。目前常用的自主飛行控制核心有以下三種：

(1)ATMEL公司的AVR單片機(jī)。它是RISC精簡(jiǎn)指令集的高速8位單片機(jī)。以較為常見(jiàn)的ATmega16為例，它的數(shù)據(jù)吞吐率為1MIPS/MHz，有32個(gè)通用工作寄存器，16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，32個(gè)可編程的I/O口。但是它的片內(nèi)資源不足，難以滿足高精度大難度的四旋翼飛行器飛行控制需要。

(2)TI公司的TMS320F2812。它是高性能32位單片機(jī)。它具有128K*16字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，56個(gè)可編程的I/O口。當(dāng)然，DSP是專門為運(yùn)算而生的芯片，TMS320F2812也不例外。但是它的控制性能欠佳，甚至難以滿足四旋翼飛行器的平穩(wěn)控制，且價(jià)格昂貴。

(3)ST公司的STM32F103CBT6。它也是一款32位單片機(jī)，擁有128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，80個(gè)可編程I/O口。它采用ARM?Corex-M3內(nèi)核，運(yùn)行速度快，可拓展性強(qiáng)，靈活性高。缺點(diǎn)是其程序指令基于C/C++語(yǔ)言結(jié)構(gòu)，編寫完成復(fù)雜控制功能的程序過(guò)程復(fù)雜，代碼可讀性和可修改性都很差。由于四旋翼飛行器是電池供電，該芯片的高功耗也是制約其應(yīng)用的一個(gè)重要因素。另外，價(jià)格昂貴也是它的一個(gè)缺點(diǎn)。

綜上所述，在四旋翼飛行器控制方面，目前常用的控制核心存在著諸如功耗高、片內(nèi)資源不足、運(yùn)行速度不快、編程復(fù)雜不便編寫和修改等多種問(wèn)題，難以滿足高精度高難度的四旋翼飛行器飛行控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決使用傳統(tǒng)控制芯片在四旋翼飛行器控制中存在的內(nèi)部資源不足、計(jì)算速度不快和控制精度不高等問(wèn)題，提供了一種基于瑞薩芯片R5F100LEA的四旋翼自主飛行器。

本發(fā)明所述基于瑞薩芯片R5F100LEA的四旋翼自主飛行器，它包括四旋翼機(jī)體、四個(gè)螺旋槳、螺旋槳控制單元和螺旋槳驅(qū)動(dòng)單元；

在四旋翼機(jī)體的四個(gè)機(jī)架末端分別安裝一個(gè)螺旋槳，四個(gè)螺旋槳的結(jié)構(gòu)相同，處于同一高度，相對(duì)的兩個(gè)螺旋槳具有相同的旋轉(zhuǎn)方向，且與另一對(duì)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向相反；

所述螺旋槳控制單元包括中央處理器、姿態(tài)模塊、光電傳感器、超聲波傳感器和電磁鐵；光電傳感器、超聲波傳感器和電磁鐵設(shè)置在機(jī)架下表面；

所述螺旋槳驅(qū)動(dòng)單元包括前端電子調(diào)速器、后端電子調(diào)速器、左端電子調(diào)速器、右端電子調(diào)速器、前端螺旋槳電機(jī)、后端螺旋槳電機(jī)、左端螺旋槳電機(jī)和右端螺旋槳電機(jī)；

姿態(tài)模塊的姿態(tài)信號(hào)輸出端與中央處理器的姿態(tài)信號(hào)輸入端相連；

光電傳感器的循跡信號(hào)輸出端與中央處理器的循跡信號(hào)輸入端相連；

超聲波傳感器的測(cè)距信號(hào)輸出端與中央處理器的測(cè)距信號(hào)輸入端相連；

中央處理器的拾鐵指令輸出端與電磁鐵的使能端相連；

中央處理器的第一PWM調(diào)速控制信號(hào)輸出端與前端電子調(diào)速器的輸入端相連；前端電子調(diào)速器的輸出端與前端螺旋槳電機(jī)的調(diào)速控制端相連；

中央處理器的第二PWM調(diào)速控制信號(hào)輸出端與后端電子調(diào)速器的輸入端相連；后端電子調(diào)速器的輸出端與后端螺旋槳電機(jī)的調(diào)速控制端相連；

中央處理器的第三PWM調(diào)速控制信號(hào)輸出端與左端電子調(diào)速器的輸入端相連；左端電子調(diào)速器的輸出端與左端螺旋槳電機(jī)的調(diào)速控制端相連；

中央處理器的第四PWM調(diào)速控制信號(hào)輸出端與右端電子調(diào)速器的輸入端相連；右端電子調(diào)速器的輸出端與右端螺旋槳電機(jī)的調(diào)速控制端相連。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：