CN105109674B - 多旋翼飞行器智能降落支架及其控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多旋翼飞行器智能降落支架及其控制系统和方法，包括多旋翼飞行器，飞行器上设有若干个机翼，每个机翼下均设置有伸缩支柱，伸缩支柱包括固定腔体，固定腔体为一个下端开口的柱形腔体，固定腔体内设置有电机，电机下端的转轴连接有移动螺杆，固定腔体下端开口处安装有固定螺母，固定腔体下端安装有超声波测距传感器；本发明在每个机翼下均安装伸缩支柱，伸缩支柱内安装电机及移动螺杆，在每个伸缩支柱下端安装了超声波测距传感器，通过单片机读取各个超声波测距传感器的数据获得当前各个伸缩支柱离地面的高度，进而启动电机调节各个移动螺杆长度，由各个伸缩支柱长短的不同来补偿高低不平的地面，使飞行器最终降落状态处于水平态。
Description
技术领域
本发明属于机械设计领域，特别涉及一种多旋翼飞行器智能降落支架及其控制系统和方法。
背景技术
常规的飞行器降落支架为四根等长支柱，且长短固定，一般只能降落在平坦的地面才算安全。但实际飞行场合地面复杂多样，降落地面往往不平整，高低起伏，给飞行器降落带来了不便。特别是在飞行器电量不足需要紧急降落的情况下，操控人员来不及选择降落地点，飞行器很可能要在有一定角度的斜坡上降落。这种降落十分危险，机身容易倾斜导致高速旋转的桨叶擦碰到地面，轻则损伤到桨叶，重则由于桨叶卡死导致电机、电调过热烧毁，这给航模人员带来了较大损失。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种多旋翼飞行器智能降落支架及其控制系统和方法，以解决现有技术中飞行器只能在平坦的地面上才能安全降落的问题。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多旋翼飞行器智能降落支架，包括多旋翼飞行器，所述飞行器上设有若干个机翼，每个机翼下均设置有伸缩支柱，所述伸缩支柱包括固定腔体，所述固定腔体为一个下端开口的柱形腔体，固定腔体内设置有电机，电机下端的转轴连接有移动螺杆，所述固定腔体下端开口处安装有固定螺母，所述移动螺杆通过固定螺母伸出于固定腔体，固定螺母的下端设置有螺杆底座；所述固定腔体下端安装有超声波测距传感器。
优选的，所述固定螺母的内壁和移动螺杆外壁上设置有相互匹配的螺纹。
优选的，所述电机下端的转轴与移动螺杆固定连接。
进一步的，所述电机顶部设置有电机底座。
进一步的，所述固定腔体的内壁上竖直设置有两根固定滑杆。
优选的，所述两根固定滑杆以移动螺杆为轴相互对称。
进一步的，所述电机底座卡在两根固定滑杆之间，电机能在固定腔体做竖直的往复运动。
优选的，所述电机底座两侧的侧壁上均设置有凹槽，凹槽内卡有固定滑杆。
进一步的，所述螺杆底座可绕移动螺杆的底端自由倾斜，但不脱落。
一种多旋翼飞行器智能降落支架控制系统，包括单片机及若干组超声波测距传感器、驱动模块和电机，其中每组超声波测距传感器均连接单片机，单片机连接驱动模块，驱动模块连接电机，每组超声波测距传感器对应一组驱动模块，每组驱动模块对应一组电机。
优选的，所述超声波测距传感器、驱动模块和电机均为四组。
一种多旋翼飞行器智能降落支架控制方法，包括以下步骤：
步骤一、将单片机初始化；
步骤二、单片机依此读取每组超声波测距传感器数据，得出每个伸缩支柱距离地面的距离；
步骤三、单片机计算每组距离的平均值；
步骤四、当每组距离的平均值大于50cm则不启动降落程序，回到步骤二；当每组距离的平均值小于等于50cm则启动降落程序，单片机继续计算各个伸缩支柱与平均值之差，得出移动螺杆需要移动的距离；
步骤五、判断距离是否小于5cm，如果小于5cm则停机飞行器平稳落地，否则执行步骤六；
步骤六、各个驱动模块驱动与其相对应的电机转动相对应数据量，继续重复步骤二至五，直到多旋翼飞行器平稳落地。
有益效果：本发明在每一个机翼底下均安装一个伸缩支柱作为飞行器支架，在伸缩支柱内安装了电机及移动螺杆，并且在每个伸缩支柱下端安装了超声波测距传感器，通过单片机读取各个超声波测距传感器的数据获得当前各个伸缩支柱离地面的高度，进而启动电机快速调节各个移动螺杆长度，由各个伸缩支柱长短的不同来补偿高低不平的地面，使飞行器最终降落状态处于水平态。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中伸缩支柱的结构示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是本发明伸缩支柱的使用状态图之一；
图5是本发明伸缩支柱的使用状态图之二；
图6是本发明伸缩支柱的使用状态图之三；
图7是本发明的控制电路系统结构框图；
图8是本发明的控制系统程序流程图；
其中：1-固定腔体，2-固定滑杆，3-固定螺母，4-电机，5-电机底座，6-移动螺杆，7-螺杆底座，8-超声波测距传感器，9-多旋翼飞行器，10-机翼，11-伸缩支柱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种多旋翼飞行器智能降落支架，包括多旋翼飞行器，所述飞行器上设有若干个机翼，每个机翼下均设置有伸缩支柱，所述伸缩支柱包括固定腔体1，所述固定腔体1为一个下端开口的柱形腔体，固定腔体1内设置有电机4，电机4下端的转轴连接有移动螺杆6，所述固定腔体1下端开口处安装有固定螺母3，所述移动螺杆6通过固定螺母3伸出于固定腔体1，固定螺母3的下端设置有螺杆底座7；所述固定腔体1下端安装有超声波测距传感器8，实时检测当前支柱离降落地点的高度，并实时快速调整对应支柱的长度，使机身平稳降落到地面；其中固定螺母3固定在固定腔体1的底部，且固定螺母3的轴心与固定腔体的轴心重合。
所述固定螺母3的内壁和移动螺杆6外壁上设置有相互匹配的螺纹；固定螺母3有内丝螺纹，移动螺杆6有外丝螺纹且与固定螺母3的螺纹匹配。将移动螺杆6通过固定螺母3的螺纹旋进固定腔体1内部。
所述电机4下端的转轴与移动螺杆6同轴固定连接；为了精确控制电机4转动带动移动螺杆6移动的距离，电机4采用步进电机或伺服电机；电机4转动时可带动移动螺杆6转动，移动螺杆6转动实际表现为移动螺杆相对固定腔体1的伸缩，最终调整了整个支柱的高度。达到支柱可伸缩的目的。
所述电机4顶部设置有电机底座5。
所述固定腔体1的内壁上竖直设置有两根固定滑杆2。
所述两根固定滑杆2以移动螺杆6为轴相互对称。
所述电机底座5卡在两根固定滑杆2之间，电机4能在固定腔体1做竖直的往复运动；为防止电机4转轴转动过程中电机自身也跟随旋转，在固定腔体1的腔内设有两根固定滑杆2，固定滑杆2固定在固定腔体1内侧面不动，并且这两根固定滑杆2正好卡在电机底座5的两个凹槽内，这就限制了电机4只能沿着固定腔体1方向上下移动而不能绕着固定腔体1轴心转动。
所述电机底座5两侧的侧壁上均设置有凹槽，凹槽内卡有固定滑杆2。
如图4-6所示，所述螺杆底座7可绕移动螺杆6的底端自由倾斜，但不脱落；为了使飞行器降落到地面后仍保持自身平稳度，在每个移动螺杆6的底端还设有螺杆底座7，螺杆底座7可绕移动螺杆6的底端按一定角度自由倾斜，但不脱落。螺杆底座7面积为移动螺杆6截面积的两倍，面积大可降低支柱对地面的压强，防止支柱陷入松软地面。能按一定角度倾斜可保证飞行器降落到地面与地面更加贴紧，防止降落后飞行器滑动。
本发明在每个支柱的固定腔体1下端均设有超声波测距传感器8，飞行器降落过程中，飞行器本身是水平的，但是地面可能存在一定坡度，如果要求飞行器降落在斜坡上或凸凹不平的地面上后仍旧保持机身水平状态，这就要求四个支柱的长度不同，用以弥补四个支柱离各自支撑点的高度差。在降落过程中四个支柱对应的四组超声波测距传感器8实时检测当前支柱离降落地点的高度，然后实时快速调整对应支柱的长度，使机身平稳降落到地面。
如图7所示，一种多旋翼飞行器智能降落支架控制系统，包括单片机及若干组超声波测距传感器、驱动模块和电机，其中每组超声波测距传感器均连接单片机，单片机连接驱动模块，驱动模块连接电机，每组超声波测距传感器对应一组驱动模块，每组驱动模块对应一组电机。
所述超声波测距传感器、驱动模块和电机均为四组。
如图8所示，一种多旋翼飞行器智能降落支架控制方法，
步骤一、将单片机初始化；
步骤二、单片机依此读取每组超声波测距传感器数据，得出每个伸缩支柱距离地面的距离；
步骤三、单片机计算每组距离的平均值；
步骤四、当每组距离的平均值大于50cm则不启动降落程序，回到步骤二；当每组距离的平均值小于等于50cm则启动降落程序，单片机继续计算各个伸缩支柱与平均值之差，得出移动螺杆需要移动的距离；
步骤五、判断距离是否小于5cm，如果小于5cm则停机飞行器平稳落地，否则执行步骤六；
步骤六、各个驱动模块驱动与其相对应的电机转动相对应数据量，继续重复步骤二至五，直到多旋翼飞行器平稳落地。
单片机启动四组超声波传感器实时检测各支柱离降落地高度。如果数据大于50cm则不启动降落程序。如果检测到的高度数据小于50cm，可以判定飞行器将要进行降落，此时将启动降落程序。首先将四个电机位置调整到固定腔体1的中心位置，该位置作为坐标原点位置，调整到中心位置的目的是让四个支柱的长度可加可减，能在最大范围内自由伸缩。然后采集四个传感器高度数据，求平均值。然后比较四个传感器数据与平均值之差，该差值即为四个支柱相对原点位置应伸长或缩短的绝对长度，大于平均值的传感器对应的支柱应伸长，反之小于平均值的传感器对应的支柱应缩短。控制电机转动使对应支柱伸长或缩短对应长度即可。飞行器在降落过程中应实时检测高度数据，并实时调整各支柱长度。
现以具体的实施例加以说明。设单片机采集到四个超时波测距传感器数据分别为支柱A：43cm、支柱B：38cm、支柱C：46cm、支柱D：52cm，单片机首先计算出四个传感器高度数据平均值为：（43+38+46+52）/4 = 44.8cm。由于高度小于50，因此判定飞行器目前处于准备降落状态。此时设定44.8cm为电机处于固定腔体1的原点位置，则各支柱应伸长或缩短的距离计算为：
支柱A：43-44.8=-1.8cm，支柱A应缩短1.8cm。
支柱B：38-44.8=-6.8cm，支柱B应缩短6.8cm。
支柱C：46-44.8=1.2cm，支柱C应伸长1.2cm。
支柱D：52-44.8=7.2cm，支柱D应伸长7.2cm。
单片机计算出以上数据后，启动对应的电机伸长或缩短相应的距离即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多旋翼飞行器智能降落支架，包括多旋翼飞行器，所述多旋翼飞行器上设有若干个机翼，每个机翼下均设置有伸缩支柱，其特征在于：所述伸缩支柱包括固定腔体，所述固定腔体为一个下端开口的柱形腔体，固定腔体内设置有电机，电机下端的转轴连接有移动螺杆，所述固定腔体下端开口处安装有固定螺母，所述移动螺杆通过固定螺母伸出于固定腔体，固定螺母的下端设置有螺杆底座；所述固定腔体下端安装有超声波测距传感器；
还包括单片机及若干组超声波测距传感器、驱动模块和电机，其中每组超声波测距传感器均连接单片机，单片机连接驱动模块，驱动模块连接电机，每组超声波测距传感器对应一组驱动模块，每组驱动模块对应一组电机；
所述螺杆底座可绕移动螺杆的底端自由倾斜，但不脱落。
2.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器智能降落支架，其特征在于：所述固定螺母的内壁和移动螺杆外壁上设置有相互匹配的螺纹。
3.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器智能降落支架，其特征在于：所述电机下端的转轴与移动螺杆同轴固定连接；所述电机顶部设置有电机底座。
4.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器智能降落支架，其特征在于：所述固定腔体的内壁上竖直设置有两根固定滑杆；所述两根固定滑杆以移动螺杆为轴相互对称。
5.根据权利要求3所述的多旋翼飞行器智能降落支架，其特征在于：所述电机底座卡在两根固定滑杆之间，电机能在固定腔体做竖直的往复运动。
6.根据权利要求5所述的多旋翼飞行器智能降落支架，其特征在于：所述电机底座两侧的侧壁上均设置有凹槽，凹槽内卡有固定滑杆。
7.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器智能降落支架，其特征在于：所述超声波测距传感器、驱动模块和电机均为四组。
8.一种基于权利要求1-7中任一所述的多旋翼飞行器智能降落支架的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将单片机初始化；
步骤二、单片机依此读取每组超声波测距传感器数据，得出每个伸缩支柱距离地面的距离；
步骤三、单片机计算每组距离的平均值；
步骤四、当每组距离的平均值大于50cm则不启动降落程序，回到步骤二；当每组距离的平均值小于等于50cm则启动降落程序，单片机继续计算各个伸缩支柱与平均值之差，得出移动螺杆需要移动的距离；
步骤五、判断距离是否小于5cm，如果小于5cm则停机飞行器平稳落地，否则执行步骤六；
步骤六、各个驱动模块驱动与其相对应的电机转动相对应数据量，继续重复步骤二至五，直到多旋翼飞行器平稳落地。
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