[發(fā)明專利]四旋翼飛行器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410558617.5
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104386246A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉瑞昌;葉孝璐;章志誠;張文安;徐晉鴻;楊金橋
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B64C27/08
• 分類號: B64C27/08;B64C27/12
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種四旋翼飛行器。

背景技術(shù)

四旋翼飛行器的運(yùn)用是多方面的，除了最基礎(chǔ)的供學(xué)習(xí)參考、娛樂休閑的功能外，還具有實(shí)際意義的價(jià)值。比如，在拓展外部攝像頭的情況下，可以實(shí)現(xiàn)地形地貌航拍功能，為地質(zhì)測量提供數(shù)據(jù)支持；進(jìn)行野外探尋，高空尋找失散物；對森林火災(zāi)進(jìn)行現(xiàn)場航空拍攝，得到控制。在外拓一些溫濕度傳感器，大氣微粒傳感器等設(shè)備外，還可以對高空空氣質(zhì)量狀況提供詳細(xì)數(shù)據(jù)。

在已有的技術(shù)中，四旋翼飛行器的硬件電路設(shè)計(jì)有很多。從主控芯片的選擇到各個(gè)種類的傳感器的設(shè)計(jì)，都是需要通過篩選、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)從而得到最終確定和實(shí)現(xiàn)的。但是現(xiàn)有的四旋翼設(shè)備性價(jià)比不高，穩(wěn)定性差，機(jī)械結(jié)構(gòu)不安全，物理結(jié)構(gòu)不結(jié)實(shí)。同時(shí)，因?yàn)槠浼啥雀撸瑑?nèi)部芯片唯一化，因此當(dāng)四旋翼飛行器發(fā)生故障的時(shí)候，不能夠很好地進(jìn)行自我維修。

作為一種優(yōu)選方案，與其他飛行器類似。四旋翼飛行器于空中有六個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)左右、上下、前后的運(yùn)動。通過這些運(yùn)動的變換，達(dá)到上述俯仰、偏航、翻轉(zhuǎn)等行為動作。通過力學(xué)原理，可以看出，四旋翼飛行器在四個(gè)控制量的前提下，要實(shí)現(xiàn)六個(gè)自由度的運(yùn)動，這是一個(gè)很典型的欠驅(qū)動系統(tǒng)，同時(shí)，四旋翼飛行器是三維方向上的運(yùn)行，有很高的耦合動特性。所以，如果不通過嵌入式技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，很難對該飛行器進(jìn)行理想控制。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有四旋翼飛行器存在的性價(jià)比不高，穩(wěn)定性差，機(jī)械結(jié)構(gòu)不安全，物理結(jié)構(gòu)不結(jié)實(shí)等的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種四旋翼飛行器。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

四旋翼飛行器，包括機(jī)身，所述的機(jī)身的前端對稱安裝有第一、第二旋翼，所述的機(jī)身的后端對稱安裝有第三、第四旋翼，所述的第一、第二、第三、第四旋翼分別一與無刷直流電機(jī)相連，所述的無刷直流電機(jī)分別連接一電機(jī)調(diào)速器，所述的電機(jī)調(diào)速器調(diào)節(jié)無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速；所述的電機(jī)調(diào)速器均與一飛行控制器相連，所述的飛行控制器控制電機(jī)調(diào)速器的調(diào)節(jié)；其特征在于：還包括角速度傳感器和角度傳感器，所述的角速度傳感器與角度傳感器分別與所述的飛行控制器連接。

進(jìn)一步，所述的機(jī)身上安裝有用于高空采集圖像的無線攝像頭，所述的無線攝像頭與下位機(jī)通信連接，所述的下位機(jī)通過UART接口與PC端上位機(jī)連接。用STM32設(shè)計(jì)UC/OSII嵌入式系統(tǒng)的下位機(jī)，使用無線與四旋翼飛行器進(jìn)行通信，用作人機(jī)交互以及圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹虚g站，能夠完成飛行器各個(gè)狀態(tài)之間的切換以及數(shù)據(jù)的接收顯示。

進(jìn)一步，所述的飛行控制器包括ARM單片機(jī)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，所述的ARM單片機(jī)通過USART接口與STM32控制器連接，所述的ARM單片機(jī)通過無線模塊與下位機(jī)連接，所述的STM32控制器與安裝在機(jī)身上的無線攝像頭控制連接；所述的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括包括MPU6050陀螺儀、HMC5883電子羅盤和MS5611氣壓計(jì)。

進(jìn)一步，所述的下位機(jī)采用STM32開發(fā)的uc/osII的嵌入式系統(tǒng)。

本發(fā)明根據(jù)空氣動力學(xué)原理可以通過嵌入式系統(tǒng)來控制其旋翼的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明中，飛行控制器采用了STM32F103VET6的ARM單片機(jī)，進(jìn)行飛行控制和姿態(tài)控制；其功能強(qiáng)大，性價(jià)比高，同時(shí)使用另一塊STM32控制器進(jìn)行圖像采集與數(shù)據(jù)通信。下位機(jī)則是使用STM32開發(fā)的uc/osII的嵌入式系統(tǒng)，其集成了普通遙控功能以及采用一塊GY-8610DOF模塊制作的感應(yīng)遙控部分。同時(shí)，3.2寸的帶觸控TFT液晶顯示器也能夠承擔(dān)一個(gè)很好的人機(jī)交互的角色。下位機(jī)與PC端上位機(jī)的交互則采用了UART接口，通過FT232電平轉(zhuǎn)換模塊達(dá)到電平匹配的目的。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是采集飛行器機(jī)體的運(yùn)動狀態(tài)信息作為控制系統(tǒng)控制的重要信息依據(jù)。慣性導(dǎo)航平臺的反饋精度直接影響到控制系統(tǒng)的控制精度。本發(fā)明的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)由MPU6050陀螺儀、HMC5883電子羅盤和MS5611氣壓計(jì)組成。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：四旋翼飛行器性價(jià)比高，穩(wěn)定性強(qiáng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，操作性不高。內(nèi)部芯片模塊化，便于自身維修。

附圖說明

圖1是本發(fā)明四旋翼飛行器硬件系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖2是本發(fā)明STM32控制器連接電路。

圖3是本發(fā)明MPU6050陀螺儀連接電路。

圖4是本發(fā)明HMC5883電子羅盤連接電路。

圖5是本發(fā)明MS5611氣壓計(jì)連接電路。

圖6是本發(fā)明無線攝像頭OV7620連接電路。

圖7是本發(fā)明nRF24L01連接電路。

具體實(shí)施方式