一種六旋翼飛行系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及飛行器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種六旋翼飛行系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]多旋翼飛行器擁有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊以及可垂直起降的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軍事、警備和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。其中，以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低廉的四旋翼飛行器居多，但四旋翼飛行器載重低，滯空時(shí)間短，容錯(cuò)性不強(qiáng)。相對(duì)于四旋翼飛行器，六旋翼飛行器多了兩個(gè)電機(jī)，在自重提升不大的前提下，升力提升明顯，并且通過(guò)各電機(jī)的調(diào)整，可達(dá)到較佳的容錯(cuò)控制效果。由于成本高、控制策略復(fù)雜和續(xù)航時(shí)間短等缺點(diǎn)，六旋翼飛行器的發(fā)展和普及應(yīng)用速度緩慢。近年來(lái)，隨著新型材料、微機(jī)電(MEMS)、微慣導(dǎo)(MMU)以及飛行控制等技術(shù)的發(fā)展，六旋翼飛行器的制造成本大為降低，其自適應(yīng)飛行能力得到長(zhǎng)足進(jìn)步。通過(guò)各種算法和數(shù)學(xué)模型可以靈活控制六個(gè)旋翼的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)垂直起降、定點(diǎn)懸停、旋轉(zhuǎn)、側(cè)飛、倒飛等功能。六旋翼飛行器憑借載重能力強(qiáng)、可控度高、動(dòng)作靈活以及容錯(cuò)性能好等優(yōu)點(diǎn)成為國(guó)內(nèi)外炙熱的研究熱點(diǎn)和技術(shù)攻關(guān)領(lǐng)域。
[0003]由于實(shí)際條件限制，對(duì)于六旋翼飛行器控制研究的理論成果不少，但大多設(shè)計(jì)復(fù)雜，系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，對(duì)于普通用戶而言難以實(shí)施操作。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)和操作的六旋翼飛行系統(tǒng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種六旋翼飛行系統(tǒng)，包括控制器和飛行器，所述控制器包括第一無(wú)線通信模塊、第一處理模塊、定位裝置、航姿測(cè)量裝置以及用于設(shè)定飛行器的油門值、航向角和高度值的調(diào)節(jié)裝置，所述第一無(wú)線通信模塊與第一處理模塊連接，定位裝置、航姿測(cè)量裝置和調(diào)節(jié)裝置均與第一處理模塊連接;所述飛行器包括第二無(wú)線通信模塊、第二處理模塊、電機(jī)、電機(jī)調(diào)速裝置和定高裝置，所述第二無(wú)線通信模塊、第二處理模塊、調(diào)速裝置和電機(jī)依次連接，定高裝置與第二處理模塊連接;所述第一無(wú)線通信模塊與第二無(wú)線通信模塊連接。
[0006]作為優(yōu)選，所述定位裝置包括第一陀螺儀、第一加速度計(jì)和GPS模塊，所述第一陀螺儀、第一加速度計(jì)和GPS模塊均與第一處理模塊連接。
[0007]作為優(yōu)選，所述航姿測(cè)量裝置包括第二陀螺儀、第二加速度計(jì)、電子磁場(chǎng)計(jì)和溫度傳感器，所述第二陀螺儀、第二加速度計(jì)、電子磁場(chǎng)計(jì)和溫度傳感器均與第一處理模塊連接。
[0008]作為優(yōu)選，所述航姿測(cè)量裝置為三軸加速度陀螺儀傳感器。
[0009]作為優(yōu)選，所述定高裝置包括超聲波傳感器和氣壓計(jì)傳感器，所述超聲波傳感器和氣壓計(jì)傳感器均與第二處理模塊連接。
[0010]作為優(yōu)選，所述電機(jī)為無(wú)刷電機(jī)。
[0011]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果在于，通過(guò)控制器和飛行器的分工合作，在一定程度上減輕了飛行器的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，增強(qiáng)了人機(jī)交互性，降低了用戶的操作難度，相比現(xiàn)有技術(shù)，此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，更容易實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的六旋翼飛行系統(tǒng)的模塊示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面，結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述:
[0014]—種六旋翼飛行系統(tǒng)，如圖1所示，包括控制器和飛行器，所述控制器包括第一無(wú)線通信模塊、第一處理模塊、定位裝置、航姿測(cè)量裝置和調(diào)節(jié)裝置，所述第一無(wú)線通信模塊與第一處理模塊連接，定位裝置、航姿測(cè)量裝置和調(diào)節(jié)裝置均與第一處理模塊連接；
[0015]所述飛行器包括第二無(wú)線通信模塊、第二處理模塊、電機(jī)、電機(jī)調(diào)速裝置和定高裝置，所述第二無(wú)線通信模塊、第二處理模塊、調(diào)速裝置和電機(jī)依次連接，定高裝置與第二處理模塊連接；
[0016]所述第一無(wú)線通信模塊與第二無(wú)線通信模塊連接。
[0017]所述定位裝置包括第一陀螺儀、第一加速度計(jì)和GPS模塊，所述第一陀螺儀、第一加速度計(jì)和GPS模塊均與第一處理模塊連接，所述定位裝置通過(guò)陀螺儀、加速度計(jì)和GPS模塊采集的信號(hào)，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)算法測(cè)算飛行器所處的空間坐標(biāo)，并于用戶期望的懸停位置相比較，通過(guò)數(shù)字PID算法鎖定空間位置。
[0018]所述航姿測(cè)量裝置包括第二陀螺儀、第二加速度計(jì)、電子磁場(chǎng)計(jì)和溫度傳感器，所述第二陀螺儀、第二加速度計(jì)、電子磁場(chǎng)計(jì)和溫度傳感器均與第一處理模塊連接;所述航姿測(cè)量裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)控制器的姿態(tài)、作業(yè)環(huán)境溫度和磁場(chǎng)信息，并將檢測(cè)信號(hào)發(fā)送給第一處理模塊;所述第一處理模塊首先利用溫度信息對(duì)陀螺儀輸出信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度漂移補(bǔ)償，然后利用磁場(chǎng)信息對(duì)陀螺儀輸出信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，最后利用四元素融合算法對(duì)姿態(tài)信號(hào)進(jìn)行處理，得出可以控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的歐拉角(即橫滾角(Θ)、俯仰角(Φ)和航向角(Φ))。
[0019]優(yōu)選地所述航姿測(cè)量裝置為三軸加速度陀螺儀傳感器;三軸加速度陀螺儀傳感器分別采集控制器在X、Y、Z軸上的加速度以及控制器繞三軸旋轉(zhuǎn)的角速度，發(fā)送給第一處理模塊，經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和磁場(chǎng)校準(zhǔn)后進(jìn)行姿態(tài)估計(jì)，采集互補(bǔ)濾波融合信號(hào)并使用四元數(shù)法進(jìn)行姿態(tài)解算得到歐拉角。
[0020]本實(shí)施例中三軸加速度陀螺儀傳感器分別采集控制器在Χ、Υ、Ζ軸上的加速度以及控制器繞三軸旋轉(zhuǎn)的角速度，發(fā)送給第一處理模塊;經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和磁場(chǎng)校準(zhǔn)后進(jìn)行姿態(tài)估計(jì)，采用互補(bǔ)濾波融合信號(hào)并使用四元數(shù)法進(jìn)行姿態(tài)解算，得出可以控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的歐拉角，通過(guò)調(diào)節(jié)裝置設(shè)定飛行器的油門值、航向角和高度值，并發(fā)送至第一處理模塊。
[0021]所述調(diào)節(jié)裝置用于設(shè)定飛行器的油門值、航向角和高度值，并將調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)送至第一處理模塊；
[0022]所述定高裝置包括超聲波傳感器和氣壓計(jì)傳感器，所述超聲波傳感器和氣壓計(jì)傳感器均與第二處理模塊連接;本實(shí)用的飛行器在低空飛行時(shí)，采用超聲波傳感器進(jìn)行定高，在高空飛行時(shí)，采用氣壓傳感器進(jìn)行定高。
[0023]第一處理模塊將處理后的姿態(tài)信號(hào)、油門值、航向角和高度值打包并通過(guò)第一無(wú)線通信模塊發(fā)送至飛行器，飛行器通過(guò)第二無(wú)線通信模塊接收控制器發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)，同時(shí)根據(jù)電子磁場(chǎng)計(jì)的測(cè)量信號(hào)和定高裝置采集的信號(hào)，由第二處理模塊通過(guò)互補(bǔ)濾波融合和姿態(tài)解耦運(yùn)算等算法解算出六路PWM值，分別輸出六個(gè)通道的脈寬調(diào)制信號(hào)至電機(jī)調(diào)速裝置，由電機(jī)調(diào)速裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成飛行器的平衡控制以及橫滾、俯仰、偏航等空間六自由度的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)在X、Y和Z方向上的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。
[0024]所述電機(jī)優(yōu)選為無(wú)刷電機(jī)。
[0025]本實(shí)用新型利用無(wú)線通信裝置傳輸數(shù)據(jù)，將控制器和飛行器聯(lián)系在一起，使得控制控制器的姿態(tài)就相當(dāng)于控制飛行器的姿態(tài)?？刂破骱惋w行器分工合作，控制器負(fù)責(zé)姿態(tài)數(shù)據(jù)的收集、處理和數(shù)值的設(shè)定，而飛行器負(fù)責(zé)把接收的信號(hào)與其自身采集的信號(hào)進(jìn)行融合運(yùn)算再處理，發(fā)出六通道控制信號(hào)，完成既定的目標(biāo)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。
[0026]本實(shí)用新型在一定程度上減輕了飛行器的負(fù)擔(dān)，提高了整個(gè)飛行系統(tǒng)的運(yùn)行效率，為其它更多功能的拓展提供了基礎(chǔ)，相比現(xiàn)有技術(shù)，此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，更容易實(shí)現(xiàn)，降低了普通用戶對(duì)飛行器的控制難度。
[0027]對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種六旋翼飛行系統(tǒng)，包括控制器和飛行器，其特征在于，所述控制器包括第一無(wú)線通信模塊、第一處理模塊、定位裝置、航姿測(cè)量裝置以及用于設(shè)定飛行器的油門值、航向角和高度值的調(diào)節(jié)裝置，所述第一無(wú)線通信模塊與第一處理模塊連接，定位裝置、航姿測(cè)量裝置和調(diào)節(jié)裝置均與第一處理模塊連接;所述飛行器包括第二無(wú)線通信模塊、第二處理模塊、電機(jī)、電機(jī)調(diào)速裝置和定高裝置，所述第二無(wú)線通信模塊、第二處理模塊、調(diào)速裝置和電機(jī)依次連接，定高裝置與第二處理模塊連接;所述第一無(wú)線通信模塊與第二無(wú)線通信模塊連接。2.如權(quán)利要求1所述的六旋翼飛行系統(tǒng)，其特征在于，所述定位裝置包括第一陀螺儀、第一加速度計(jì)和GPS模塊，所述第一陀螺儀、第一加速度計(jì)和GPS模塊均與第一處理模塊連接。3.如權(quán)利要求1所述的六旋翼飛行系統(tǒng)，其特征在于，所述航姿測(cè)量裝置包括第二陀螺儀、第二加速度計(jì)、電子磁場(chǎng)計(jì)和溫度傳感器，所述第二陀螺儀、第二加速度計(jì)、電子磁場(chǎng)計(jì)和溫度傳感器均與第一處理模塊連接。4.如權(quán)利要求1所述的六旋翼飛行系統(tǒng)，其特征在于，所述航姿測(cè)量裝置為三軸加速度陀螺儀傳感器。5.如權(quán)利要求1所述的六旋翼飛行系統(tǒng)，其特征在于，所述定高裝置包括超聲波傳感器和氣壓計(jì)傳感器，所述超聲波傳感器和氣壓計(jì)傳感器均與第二處理模塊連接。6.如權(quán)利要求1所述的六旋翼飛行系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)為無(wú)刷電機(jī)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種六旋翼飛行系統(tǒng)，包括控制器和飛行器，所述控制器包括第一無(wú)線通信模塊、第一處理模塊、定位裝置、航姿測(cè)量裝置和調(diào)節(jié)裝置，所述第一無(wú)線通信模塊與第一處理模塊連接，定位裝置、航姿測(cè)量裝置和調(diào)節(jié)裝置均與第一處理模塊連接；所述飛行器包括第二無(wú)線通信模塊、第二處理模塊、電機(jī)、電機(jī)調(diào)速裝置和定高裝置，所述第二無(wú)線通信模塊、第二處理模塊、調(diào)速裝置和電機(jī)依次連接，定高裝置與第二處理模塊連接；所述第一無(wú)線通信模塊與第二無(wú)線通信模塊連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)控制器和飛行器的分工合作，在一定程度上減輕了飛行器的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，增強(qiáng)了人機(jī)交互性，降低了用戶的操作難度。
【IPC分類】G05D1/08, G05D1/10
【公開號(hào)】CN205353765
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620116141
【發(fā)明人】黃偉鋒, 唐宇, 駱少明, 林滿冬, 姚鑫, 黃博爍, 王克強(qiáng), 林進(jìn)添
【申請(qǐng)人】仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院
【公開日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2016年2月4日