[發(fā)明專利]納型無人飛行器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210475161.0
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114987747A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尤政;孟子陽;魯文帥;郭久玖;俞鴻雁;紀(jì)興龍
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);啟元實(shí)驗室
• 主分類號: B64C27/08
• 分類號: B64C27/08;B64C19/00;B64D27/24
• 代理公司: 北京律和信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11446
• 代理人: 武玉琴;劉興

本申請?zhí)岢鲆环N納型無人飛行器，包括：飛行控制板，包括電機(jī)通孔；驅(qū)動單元，固定在所述電機(jī)通孔處，用于提供驅(qū)動力；管理芯片，設(shè)置在所述飛行控制板上，用于控制所述驅(qū)動單元；以及環(huán)境感知單元，設(shè)置在所述飛行控制板上，用于感測環(huán)境信息。根據(jù)本申請的示例實(shí)施例，通過融合多種傳感器，以增強(qiáng)納型無人飛行器的環(huán)境感知能力，從而實(shí)現(xiàn)納型無人飛行器的自主飛行及主動避障，使得納型無人飛行器更加自主化和智能化。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及無人飛行器技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種納型無人飛行器。

背景技術(shù)

多旋翼無人飛行器作為一種相對簡單靈活的無人飛行器在生產(chǎn)和生活中具有廣泛應(yīng)用。隨著近年來個人便攜式移動電子設(shè)備的飛速發(fā)展，新的生產(chǎn)、封裝、制造工藝更新迭代，各類傳感器和微處理器等電子元器件向低功耗、小型化和低成本化發(fā)展，為納型無人飛行器的設(shè)計、生產(chǎn)提供了技術(shù)前提，并催生了一系列的小型化的無人飛行器項目。

AutoQuad是一個軟固件開源但硬件閉源的項目，始于2011年，其旨在提供穩(wěn)定、動態(tài)飛行和具備自動駕駛功能的飛行控制板。AutoQuad飛行控制板的硬件采用了32位MCU和精心挑選的IMU傳感器，項目開始時，采用在STM32微處理芯片的開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)定增益導(dǎo)航濾波器的AutoQuad 5飛行控制板。在2012年，該項目推出了新一代的AutoQuad 6.4、AutoQuad 6.5和電子速度控制器ECS32 1.5、ECS32 2.1，并在2014年7月完成了新一代納型無人飛行器飛行控制板AutoQuad M4設(shè)計，在2015年推出AutoQuad M4 V2。AutoQuad M4旨在提供一款具備在口袋大小尺度(例如，對角長度為8cm)到利用擴(kuò)展板實(shí)現(xiàn)最多16個無刷電機(jī)的重型有效載荷的高可擴(kuò)展性多旋翼系統(tǒng)飛行控制板。

Crazyflie是一個軟硬件都開源的項目。該項目在2009年底開始進(jìn)行Crazyflie四旋翼飛行器的開發(fā)工作。Crazyflie 1.0，重約19g和且電機(jī)到電機(jī)長度約為90mm，使其成為當(dāng)時世界上最小的四旋翼飛行器。納型四旋翼無人飛行器Crazyflie 2.0大幅更改了PCB板的設(shè)計也增加了對數(shù)種外接擴(kuò)展板的支持，其整機(jī)重量約27g，三維尺寸92x92x29mm，可提供7min的續(xù)航。Crazyflie 2.1保持了同樣的重量和三維外形，提供了與Crazyflie 2.0相兼容的向后兼容性，小幅改進(jìn)了無線電性能和外部天線、升級了imu傳感器，各項參數(shù)性能與Crazyflie 2.0保持一致。

PX4是一個獨(dú)立的軟件、硬件都開源的項目，其目的在于為學(xué)術(shù)、愛好者和工業(yè)團(tuán)體提供一款低成本高性能的高端的自動駕駛儀。PX4項目遵守BSD許可協(xié)議開源。該項目源于ETH Zurich的計算機(jī)視覺與幾何實(shí)驗室的Pixhawk項目、并得到了自主系統(tǒng)實(shí)驗室和自動控制實(shí)驗室的支持。

Pixhawk是PX4的參考硬件平臺，在NuttX OS上運(yùn)行PX4。最新發(fā)布的飛行控制系統(tǒng)Pixhawk 5X核心飛控模塊僅重23g，三維尺寸為38.8x 31.8x 14.6mm。全板重51g，全板三維尺寸52.4x 103.4x 16.7mm。Pixhawk 5X基于Pixhawk Autopilot FMUv5X標(biāo)準(zhǔn)、Autopilot總線標(biāo)準(zhǔn)和連接器標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)裝最新的PX4 Autopilot固件，使用STM32F7的高性能微處理器，并采用三重冗余、溫度控制、隔離傳感器域等設(shè)計帶來高性能和高可靠性。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述項目對于推動納型無人飛行器技術(shù)的發(fā)展都起到了重要作用，但受限于項目的發(fā)起時間和當(dāng)時的技術(shù)條件、開源政策和外部可擴(kuò)展性等需求限制，在尺寸、功耗、一體化和高度集成化方面均有所欠缺。同時，上述項目僅專注于無人飛行器飛行控制系統(tǒng)的模塊化解決方案，并未考慮自主定位、自主飛行、安全避障等增強(qiáng)型無人飛行器自主能力的設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)岢鲆环N納新無人飛行器，以解決上述至少一種問題。