ns公司生產(chǎn)的型號為MT1-G的慣性測量單元，其具有體積小、功耗低、成本低、重量輕的優(yōu)點，其能夠檢測機體運動時的三軸姿態(tài)數(shù)據(jù)、三軸角速度和三軸角加速度，其中姿態(tài)數(shù)據(jù)以歐拉角或者四元數(shù)表示。其通過第二串行通信接口與所述姿態(tài)控制器的處理器連接，輸出偏航角、俯仰角、橫滾角以及對應的角速度。
[0034]所述紅外測距儀通過A/D轉換模塊與所述姿態(tài)控制器的處理器信號連接，輸出模擬信號，由A/D轉換模塊轉換成數(shù)字信號得到高度值；本實施例中，所述紅外測距儀可以采用SHARP生產(chǎn)的型號為GP2Y0A02YK0F的紅外測距傳感器。
[0035]所述遙控器通過所述脈沖捕獲單元與所述姿態(tài)控制器的處理器信號連接，所述遙控器主要用于下達起飛、上升、下降、前進、后退、左移、右移、左旋、右旋、降落等命令；本實施例中，所述遙控器采用2.4GHz六通道FUTABA遠程遙控器輸出4路PWM信號，由姿態(tài)控制器的脈沖捕獲單元(eCAP)獲取并換算為期望的高度、俯仰角、橫滾角以及偏航角。
[0036]所述電機通過電子調(diào)速器與所述PWM模塊連接，所述電機采用X2216外轉子無刷直流電機，所述姿態(tài)控制器的處理器根據(jù)所述光流傳感器、慣性測量單元、紅外測距儀和遙控器所檢測的數(shù)據(jù)，控制PWM模塊，所述PWM模塊輸出計算得到的占空比到電子調(diào)速器，電子調(diào)速器輸出相應的電壓控制電機轉動。所述外轉子無刷直流電機搭配1A無刷電調(diào)，其通過反電勢檢測過零點進行電子換相，因此具有更高的效率和可靠性。電調(diào)使用的是Micrecopter專門為四旋翼飛行器設計的無刷直流電調(diào)，該電調(diào)通過500Hz的PWM脈沖來控制電機。
[0037]本實施例中，所述四旋翼飛行器還包括GPS模塊17、W1-Fi模塊18和攝像頭19 ；所述GPS模塊、W1-Fi模塊和攝像頭均通過USB接口與所述主控計算機連接，以將所述GPS模塊所檢測的所述四旋翼飛行器的位置數(shù)據(jù)發(fā)送至所述主控計算機，所述W1-Fi模塊用于與地面站PC進行通信，以通過所述地面站PC對所述旋翼飛行器進行控制；所述攝像頭可以對所述四旋翼飛行器的周圍環(huán)境進行拍攝。
[0038]本實施例中，所述處理器為TI公司生產(chǎn)的型號為TMS320F28335的DSP。
[0039]本實施例中，所述四旋翼飛行器還包括電源，所述電源使用的是12.5V可充電鋰電池，電池容量4500mAh，其可以維持四旋翼飛行器飛行30分鐘左右。
[0040]本發(fā)明通過在四旋翼飛行器的姿態(tài)控制器上加裝一塊板載計算機，由其通過W1-Fi模塊連接無線路由器組建的無線網(wǎng)絡搭建一個基于機器人操作系統(tǒng)(ROS)的網(wǎng)絡框架，再將各類飛行數(shù)據(jù)發(fā)送到ROS網(wǎng)絡中，再傳輸?shù)降孛嬲綪C，由地面站PC處理大量的數(shù)據(jù)，并計算出相應的控制指令控制四旋翼的飛行。
[0041]本發(fā)明的四旋翼飛行器的主控計算機可以通過攝像頭采集視頻流，并通過GPS采集位置信息；可以接收來自姿態(tài)控制器的控制指令并解析，而且可以接收來自地面站PC的控制指令并以MAVLink協(xié)議封裝發(fā)送給姿態(tài)控制器；所述姿態(tài)控制器接收來自主控計算機的控制指令，包括期望的姿態(tài)角和油門(控制期望的高度)，并通過所述PWM模塊控制電機運動，以執(zhí)行上述指令。
[0042]以上實施例的先后順序僅為便于描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0043]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種四旋翼飛行器，其特征在于，包括機體、電機和電路板； 所述電路板固定于所述機體上；所述電機的數(shù)量為4個，所述四個電機分別固定于所述機體的四個角部上，所述電機的輸出軸上安裝有螺旋槳葉片； 所述電路板上設置有飛行控制系統(tǒng)，所述飛行控制系統(tǒng)包括主控計算機、姿態(tài)控制器、光流傳感器、慣性測量單元、紅外測距儀、遙控器和電子調(diào)速器； 所述主控計算機為板載計算機； 所述姿態(tài)控制器包括處理器、A/D轉換模塊、脈沖捕獲單元、PWM模塊、第一串行通信接口、第二串行通信接口和第三串行通信接口 ；所述A/D轉換模塊、脈沖捕獲單元、PWM模塊、第一串行通信接口、第二串行通信接口和第三串行通信接口均與所述處理器信號連接； 所述主控計算機通過所述第三通信接口與所述姿態(tài)控制器信號連接； 所述光流傳感器通過所述第一串行通信接口與所述處理器信號連接； 所述慣性測量單元通過第二串行通信接口與所述處理器信號連接； 所述紅外測距儀通過A/D轉換模塊與所述姿態(tài)控制器的處理器信號連接； 所述遙控器通過所述脈沖捕獲單元與所述姿態(tài)控制器的處理器信號連接； 所述電機通過電子調(diào)速器與所述PWM模塊連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的四旋翼飛行器，其特征在于，所述機體呈中心對稱結構，且其包括碳纖維板、碳纖維桿和起落架，所述碳纖維板的形狀為方形，其四個角部分別與四根圓形碳纖維桿相連，起落架固定于所述碳纖維板的底部；所述四個電機分別固定于所述四個碳纖維桿的另一端。
3.根據(jù)權利要求2所述的四旋翼飛行器，其特征在于，所述起落架采用工程塑料制備。
4.根據(jù)權利要求3所述的四旋翼飛行器，其特征在于，所述起落架包括兩個半圓形的緩沖桿和四個橫桿；所述兩個半圓形的緩沖桿之間相互平行，所述兩根橫桿固定于所述兩個半圓形的緩沖桿的中部，所述碳纖維板固定于所述緩沖桿中部的兩根橫桿上，并使得所述碳纖維板位于所述機體中央，另兩根橫桿分別固定于所述兩個緩沖桿的底端，且所述四根橫桿之間相互平行。
5.根據(jù)權利要求4所述的四旋翼飛行器，其特征在于，還包括GPS模塊、W1-Fi模塊和攝像頭；所述GPS模塊、W1-Fi模塊和攝像頭均通過USB接口與所述主控計算機連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種四旋翼飛行器，其包括機體、電機和電路板；所述電路板上設置有飛行控制系統(tǒng)，所述飛行控制系統(tǒng)包括主控計算機和姿態(tài)控制器；所述主控計算機為板載計算機。本發(fā)明通過在四旋翼飛行器的姿態(tài)控制器上加裝一塊低性能板載計算機，由其通過Wi-Fi模塊連接無線路由器組建的無線網(wǎng)絡搭建一個基于機器人操作系統(tǒng)(ROS)的網(wǎng)絡框架，再將各類飛行數(shù)據(jù)發(fā)送到ROS網(wǎng)絡中，再傳輸?shù)降孛嬲綪C，由地面站PC處理大量的數(shù)據(jù)，并計算出相應的控制指令控制四旋翼的飛行，因此，所述板載計算機的運算量較小，能滿足所述四旋翼飛行器的自主飛行要求。
【IPC分類】B64C27-08, B64C39-08
【公開號】CN104875890
【申請?zhí)枴緾N201510292297
【發(fā)明人】呂強, 王國勝, 蘇奎峰, 王欽釗, 張洋, 馬建業(yè)
【申請人】中國人民解放軍裝甲兵工程學院
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月1日