[實用新型]一種四旋翼多模式飛行器

有效

• 申請號: 201720881303.8
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN207008412U
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 張子哲
• 申請（專利權）人: 張子哲
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10;G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于電子通信和新能源技術領域的太陽能航模或無人機技術，具體涉及一種四旋翼多模式飛行器。

背景技術

遙控機器人已經廣泛應用于地震探測和火災救援等任務。由于在這些特殊的環境下存在諸多的未知因素，且室內無GPS定位信號，因此需要依靠先進的科學技術和儀器來獲取遙控機器人的導航信息。目前主要采用的導航傳感方式有視覺、光電、超聲和里程計等，但是上述導航傳感方式易受外界環境干擾，而且飛行器在導航過程中對障礙物的判斷和避障控制面臨著許多問題，尤其是，飛行器電能供給及續航時間較短，無法持續飛行和執行任務，難以滿足特定環境下的應用需求。因此，設計和開發一種具有自主導航、避障和移動通信功能的飛行器，具有重要意義。

隨著電子信息技術和新能源技術的不斷進步，自主導航飛行器得到了迅速發展。近年來 MEMS(微機電系統)慣性導航技術和太陽能電池技術在無人機或飛行機器人廣泛應用，其安裝在無人機或飛行器運載體內，工作時不依賴GPS定位信息，能提供較充足的飛行動力和充電續航能力，基本可以滿足無人機或飛行器自主導航和長時間航行需求。因此，發明和設計一種具有操控方便、機動靈活、自主導航，適合在復雜城市環境或山區環境及在狹小區域垂直起降的飛行器，用于解決大氣中污染物和有害氣體等環境監測、對地面場景進行空中拍攝，以及為災害地區或特定環境提供應急通信，具有理論創新意義和實用價值。

實用新型內容

為實現上述目的，本實用新型發明了一種四旋翼多模式飛行器。

本發明采用的技術方案是，提供一種四旋翼多模式飛行器，用于環境監測、航拍偵查和應急通信。所述飛行器由主控單元、驅動模塊、導航模塊、感知模塊、無線通信模塊、太陽能電池組件和遙控裝置構成，其中，

所述主控單元用于收集傳感器信息，存儲飛行器航行記錄和實時采集信息，接收遙控信號及返回飛行狀態信息等，并通過遙控裝置捕獲指令、實時跟蹤與檢測飛行器狀態；

所述驅動模塊由驅動電路和電機組成，驅動模塊通過電機控制端口與主控單元連接，并通過驅動電機和旋翼來為飛行器提供飛行動力；

所述導航模塊集成電子羅盤、三軸MEMS陀螺儀和三軸MEMS加速度計，通過SPI接口與主控單元連接，并通過I²C接口與三軸磁力計進行多軸數據融合，實現飛行器的平衡控制、姿態調節和精確定位；

所述感知模塊采用集成式結構，包含溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、PM2.5傳感器、CCD視覺傳感器和超聲波測距傳感器，與主控單元連接，用于對目標環境中的溫度、濕度、煙霧、PM2.5濃度監測和場景拍攝，以及實現飛行器飛行高度檢測與避障控制；

所述無線通信模塊裝有收發天線，通過SPI接口與主控單元連接，實現與地面監測站的無線通信，并將飛行器的飛行狀態以及監測信息，以無線傳輸方式發送到遙控裝置及地面監測站；

所述太陽能電池組件為薄膜太陽能光伏電池，其利用光伏電池將太陽光能轉化為電能，通過電機驅動螺旋槳產生飛行動力，既可以維持飛行器的正常工作，也可通過儲能元件對機載電源充電及給飛行器續航供電；

所述遙控裝置用于飛行器遠程控制和模式切換。

所述飛行器具有監測模式、航拍模式和通信模式等多種工作模式，并通過遙控裝置完成模式切換功能。

在監測模式，所述飛行器通過溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器和PM2.5傳感器監測目標環境的溫度、濕度、煙霧和PM2.5濃度，并通過無線傳輸方式將監測信息發送到遙控裝置及地面監測站；在航拍模式，所述飛行器通過CCD視覺傳感器拍攝目標環境的場景，并通過無線傳輸方式將航拍圖像信息發送到遙控裝置及地面監測站；在通信模式，所述飛行器通過WiFi無線通信接口和LTE空中接口，向地面終端提供無線接入和移動通信功能。

所述飛行器為輕質材料四旋翼飛行器，其中，相鄰的螺旋槳槳葉方向相反，相對的螺旋槳槳葉方向相同，以抵消飛行器運動時的旋轉力矩；所述飛行器通過調整電機的PWM波輸出信號，實現其向前、向后、向左和向右的平移運動，以及完成俯仰方向、橫滾方向和偏航方向上的旋轉運動。

所述飛行器具有RS232接口、USB接口、ADC接口、SPI接口、I²C接口、WiFi接口和LTE 接口。

所述飛行器具有太陽能電池電壓自動檢測功能，飛行過程中若電池電壓過低，則通過遙控器進行聲、光和短信報警并強制飛行器降落。