一種具有吸附功能的微型單板式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有吸附功能的微型單板式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多旋翼無(wú)人機(jī)由于其結(jié)構(gòu)更為緊湊，產(chǎn)生的升力更大，穩(wěn)定性也更好，飛行性能卓越，所以在很多領(lǐng)域內(nèi)有著廣闊的應(yīng)用前景。而常規(guī)旋翼式無(wú)人機(jī)體積較大，續(xù)航時(shí)間短，不利于國(guó)防、公共安全等領(lǐng)域的長(zhǎng)時(shí)間定點(diǎn)偵察偵聽(tīng)和飛行等任務(wù)。
[0003]在NASA的支持下，斯坦福大學(xué)教授Friz Prinz和Ilan Kroo教授研制了外形為正方形的Mesicopter。機(jī)身為的正方形框架，每個(gè)角分別裝有一個(gè)微型馬達(dá)，旋翼直徑1.5cm,馬達(dá)和螺旋漿各重0.3g，并能以50000r/min的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。該飛行器從一開(kāi)始就引起了研宄人員極大地興趣，目前已完成試驗(yàn)樣機(jī)在一竿臂上的離地起飛。目前國(guó)外對(duì)四旋翼飛行器已經(jīng)進(jìn)行了比較廣泛和深入的研宄，國(guó)內(nèi)的幾所高校和相關(guān)研宄單位也緊隨其后，并制作出了微型四旋翼無(wú)人機(jī)的原型樣機(jī)，但總體而言落后于歐美。
[0004]微型四旋翼體積較小，同樣意味著電機(jī)較小、電池容量也小，導(dǎo)致續(xù)航時(shí)間更短，雖然實(shí)用性很高，但是無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間工作。
[0005]如果在普通無(wú)人機(jī)機(jī)體上安裝攝像，無(wú)人機(jī)在懸浮中也必然存在飄動(dòng)，這將使得成像質(zhì)量極低；而若在無(wú)人機(jī)機(jī)體上安裝錄音功能，所得的錄音必然充滿電機(jī)的噪音。
[0006]申請(qǐng)?zhí)?01110322551.6公開(kāi)了一種空中飛行和全方位吸附微型機(jī)器人，然而飛行器的尺寸過(guò)大，調(diào)節(jié)重心平衡困難，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)受力不合理，機(jī)器人進(jìn)行側(cè)吸時(shí)，支撐處是點(diǎn)支撐，導(dǎo)致在壁面吸附時(shí)會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的問(wèn)題。
[0007]申請(qǐng)?zhí)?01410734767.7公開(kāi)了一種可吸附多功能微型飛行裝置，但是這種無(wú)人機(jī)體積較大，機(jī)動(dòng)性不足，同時(shí)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，真空泵的使用極其耗費(fèi)電能，且沒(méi)有地面監(jiān)控站，隱蔽性和實(shí)用性很難滿足實(shí)際需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)【背景技術(shù)】中所涉及的缺陷，提供一種具有吸附功能的微型單板式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及其控制方法，吸附中的無(wú)人機(jī)不消耗任何能量，穩(wěn)定性極高，同時(shí)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，無(wú)人機(jī)的體積更小，更為隱蔽。
[0009]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
一種具有吸附功能的微型單板式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，包含微型單板式無(wú)人機(jī)、和地面監(jiān)控站；所述地面監(jiān)控站包含地面射頻通信模塊；
所述微型單板式無(wú)人機(jī)包含單PCB板式機(jī)體、飛行控制模塊、機(jī)載射頻通信模塊、旋鈕式吸盤和至少四組飛行機(jī)構(gòu)；所述飛行機(jī)構(gòu)、機(jī)載射頻通信模塊均與飛行控制模塊電氣相連；
所述飛行控制模塊、機(jī)載射頻通信模塊、飛行機(jī)構(gòu)均固定在單PCB板式機(jī)體上，所述旋鈕式吸盤的旋鈕固定在PCB板式機(jī)體的上端面；
所述飛行控制模塊用于根據(jù)接收到的指令控制飛行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，并將飛行狀況反饋給地面監(jiān)控站；
所述飛行機(jī)構(gòu)包含電機(jī)、電調(diào)和螺旋槳，所述電機(jī)用于帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，所述電調(diào)用于調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
所述機(jī)載射頻通信模塊和地面射頻通信模塊無(wú)線通信。
[0010]作為本發(fā)明一種具有吸附功能的微型單板式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述飛行控制模塊包含控制芯片、三軸陀螺儀傳感器、三軸加速度計(jì)傳感器、GPS芯片和氣壓計(jì)，所述控制芯片分別和三軸陀螺儀傳感器、三軸加速度計(jì)傳感器、GPS芯片、氣壓計(jì)電氣相連。
[0011]作為本發(fā)明一種具有吸附功能的微型單板式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述控制芯片STM32系列芯片。
[0012]作為本發(fā)明一種具有吸附功能的微型單板式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述機(jī)載射頻通信模塊、地面射頻通信模塊均采用2.4G射頻通信芯片。
[0013]作為本發(fā)明一種具有吸附功能的微型單板式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述旋鈕式吸盤的吸盤采用熱塑性聚氨酯彈性體橡膠制成。
[0014]本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于該具有吸附功能的微型單板式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的控制方法，包含以下步驟:
步驟1)，地面監(jiān)控站將目標(biāo)的坐標(biāo)、高度以及飛行航跡發(fā)送給微型單板式無(wú)人機(jī)；
步驟2)，飛行控制模塊控制飛行機(jī)構(gòu)運(yùn)行，使得微型單板式無(wú)人機(jī)飛行至指定地點(diǎn)，并反饋給地面監(jiān)控站；
步驟3)，當(dāng)微型單板式無(wú)人機(jī)接收到地面監(jiān)控站發(fā)送的或航跡中指定的吸附命令時(shí)，進(jìn)行如下步驟:
步驟3.1)，飛行控制模塊控制飛行機(jī)構(gòu)運(yùn)行，使得微型單板式無(wú)人機(jī)垂直向上飛行，直至旋鈕式吸盤的吸盤吸附在所需固定的平面上；
步驟3.2)，飛行控制模塊控制飛行機(jī)構(gòu)運(yùn)行，使得微型單板式無(wú)人機(jī)順時(shí)針偏航180。；
步驟4)，當(dāng)微型單板式無(wú)人機(jī)接收到地面監(jiān)控站發(fā)送的或航跡中指定的脫離命令時(shí)，飛行控制模塊控制飛行機(jī)構(gòu)運(yùn)行，使得微型單板式無(wú)人機(jī)逆時(shí)針偏航180°。
[0015]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1.吸盤材料為熱塑性聚氨酯彈性體橡膠，其承載能力、抗沖擊性及減震性能突出，最大可以承受1kg負(fù)重；
2.旋鈕式吸盤的結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，無(wú)人機(jī)只需偏航一定的角度即可完成吸附與脫離吸附等操作，無(wú)需操作舵機(jī)、機(jī)械臂等機(jī)構(gòu)；
3.飛行控制模塊的控制芯片為STM32系列芯片，運(yùn)算處理能力更強(qiáng)，響應(yīng)能力更快，外設(shè)更為豐富，可以支持更多種類設(shè)備的掛載以滿足各行各業(yè)的不同需求；
4.由于無(wú)人機(jī)機(jī)體由PCB電路板制作而成，使得無(wú)人機(jī)體積更小，相對(duì)的兩個(gè)飛行機(jī)構(gòu)的中心距離僅9厘米，機(jī)動(dòng)性更好，重量更輕，且更具隱蔽性，在偵察、偵聽(tīng)等特殊任務(wù)中更為實(shí)用；
5.地面監(jiān)控站可以為無(wú)人機(jī)設(shè)定航跡與任務(wù)，使得無(wú)人機(jī)可以定時(shí)定點(diǎn)完成飛行、吸附和偵察與監(jiān)控等任務(wù)，并在地面站中實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)狀態(tài)，在軍用與民用領(lǐng)域具有更為廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的模塊示意圖；
圖2為微型單板式無(wú)人機(jī)的俯視圖；
圖3為飛行控制模塊的模塊示意圖；
圖4為旋鈕式吸盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中，1-飛行機(jī)構(gòu)，2-無(wú)磁不銹鋼旋鈕，3-橡膠吸盤。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種具有吸附功能的微型單板式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，包含微型單板式無(wú)人機(jī)、和地面監(jiān)控站；所述地面監(jiān)控站包含地面射頻通信模塊；
所述微型單板式無(wú)人機(jī)包含單PCB板式機(jī)體、飛行控制模塊、機(jī)載射頻通信模塊、鋰電池、旋鈕式吸盤和四組飛行機(jī)構(gòu)；所述四組飛行機(jī)構(gòu)、機(jī)載射頻通信模塊、鋰電池均與飛行控制模塊電氣相連；
所述飛行控制模塊、機(jī)載射頻通信模塊、飛行機(jī)構(gòu)均固定在單PCB板式機(jī)體上，所述旋鈕式吸盤的旋鈕固定在PCB板式機(jī)體的上端面；
所述飛行控制模塊用于根據(jù)接收到的指令控制飛行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，并將飛行狀況反饋給地面監(jiān)控站；
所述飛行機(jī)構(gòu)包含電機(jī)、電調(diào)和螺旋槳，所述電機(jī)用于帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，所述電調(diào)用于調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
所述機(jī)載射頻通信模塊和地面射頻通信