CN105382423B - 一种四旋翼激光切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种四旋翼激光切割装置及使用方法，包括四旋翼飞行器、云台、激光切割头，四旋翼飞行器设置四组，且分别通过RS485通讯模块连接位置反馈装置，四旋翼飞行器与激光切割头之间设有云台，且激光切割头与云台垂直连接，四旋翼飞行器中安装有用于姿态检测的惯性传感器、高性能的微处理器和数据传输量大的无线传输模块，微处理器分别连接惯性传感器、位置反馈装置，并通过无线传输模块连接上位机，本发明结构原理简单、操作方便，能够实现加工现场与操作现场分离、快速、高精度的进行激光切割、焊接等操作的技术。从而大幅提高加工的安全性。

Description

一种四旋翼激光切割装置

技术领域：

本发明涉及一种工业激光加工装置，尤其涉及一种四旋翼激光切割装置及使用方法。

背景技术：

惯性传感器是检测和测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度(DoF)运动的传感器。惯性传感器是解决导航、定向和运动载体控制的重要部件。低精度MEMS惯性传感器作为消费电子类产品主要用在手机、GPS导航、游戏机、数码相机、音乐播放器、无线鼠标、PD、硬盘保护器、智能玩具、计步器、防盗系统。由于具有加速度测量、倾斜测量、振动测量甚至转动测量等基本测量功能，有待挖掘的消费电子应用会不断出现。中级MEMS惯性传感器作为工业级及汽车级产品，则主要用于汽车电子稳定系统(ESP或ESC)GPS辅助导航系统，汽车安全气囊、车辆姿态测量、精密农业、工业自动化、大型医疗设备、机器人、仪器仪表、工程机械等。高精度的MEMS惯性传感器作为军用级和宇航级产品，主要要求高精度、全温区、抗冲击等指数。主要用于通讯卫星无线、导弹导引头、光学瞄准系统等稳定性应用；飞机/导弹飞行控制、姿态控制、偏航阻尼等控制应用、以及中程导弹制导、惯性GP战场机器人等。

近年来，MEMS(微机电系统)结构的惯性传感器随半导体技术的进步得到了迅速发展，使其低成本而高精度的期望得到了实现。MEMS惯性传感器组成的惯性导航装置给四旋翼飞行器提供了导航和定位信息，再加上近年来针对于四 旋翼飞行器姿态解算的数字滤波算法的优化，使得四旋翼飞行器的运行轨迹和定位精度大大提高。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明提供了一种结构原理简单、操作方便，能够实现加工现场与操作现场分离、快速、高精度的进行激光切割、焊接等操作的技术，从而大幅提高加工的安全性的技术方案：

一种四旋翼激光切割装置，包括四旋翼飞行器、云台、激光切割头，四旋翼飞行器设置四组，且分别通过RS485通讯模块连接位置反馈装置，四旋翼飞行器与激光切割头之间设有云台，且激光切割头与云台垂直连接，四旋翼飞行器中安装有用于姿态检测的惯性传感器、高性能的微处理器和数据传输量大的无线传输模块，微处理器分别连接惯性传感器、位置反馈装置，并通过无线传输模块连接上位机；云台中安装有3个伺服电机，且伺服电机连接四旋翼飞行器；惯性传感器采用MEMS惯性传感器，MEMS惯性传感器包括MEMS加速度计、MEMS陀螺、惯性测量单元、姿态参考模块，MEMS加速度计由传感元件和检测电路组成，姿态参考模块由三个MEMS加速度传感器、三个陀螺以及解算电路组成；

四旋翼激光切割装置的使用方法包括以下步骤：

A、伺服电机启动，带动四旋翼飞行器运动，惯性传感器和位置反馈装置检测四组四旋翼飞行器飞行姿态和位置，并传输至微处理器；

B、微处理器接收到飞行姿态数据和位置数据，并对姿态数据、位置数据和 无线传输数据进行运算，得到四旋翼飞行器的四个旋翼的控制量；

C、控制量通过无线传输模块传输至上位机，上位机接收控制量后发送指令至微处理器；

D、微处理器控制四旋翼飞行器和云台来调整激光切割头的姿态，使激光切割头始终与云台垂直进行激光切割。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明结构原理简单、操作方便，能够实现加工现场与操作现场分离、快速、高精度的进行激光切割、焊接等操作的技术，从而大幅提高加工的安全性。

(2)本发明在四旋翼飞行器与激光切割头之间设置云台，能够保证四旋翼飞行器在飞行期间激光切割头(或焊接头)垂直于工作面，而不受飞行器运动的影响。

附图说明：

图1为本发明的整体连接结构图；

图2为本发明的各功能模块原理框图。

具体实施方式：

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

如图1、图2所示，一种四旋翼激光切割装置及使用方法，包括四旋翼飞行器1、云台2、激光切割头3，所述四旋翼飞行器1设置四组，且分别通过 RS485通讯模块连接位置反馈装置4，所述四旋翼飞行器1与所述激光切割头3之间设有云台2，且所述激光切割头3与所述云台2垂直连接，所述四旋翼飞行器1中安装有用于姿态检测的惯性传感器6、高性能的微处理器7和数据传输量大的无线传输模块8，所述微处理器7分别连接所述惯性传感器6、所述位置反馈装置4，并通过所述无线传输模块8连接上位机9，云台2中安装有3个伺服电机5，且所述伺服电机5连接所述四旋翼飞行器1，伺服电机和四旋翼飞行器1进行联动，始终保证激光切割头3的垂直。

本实施例中，惯性传感器6采用MEMS惯性传感器，所述MEMS惯性传感器包括MEMS加速度计、MEMS陀螺、惯性测量单元、姿态参考模块，所述MEMS加速度计由传感元件和检测电路组成，所述姿态参考模块由三个MEMS加速度传感器、三个陀螺以及解算电路组成。每个MEMS传感器都实现了业界领先的技术与信号调理技术的完美结合，可提供优化的动态性能。工厂校准为每个MEMS传感器提供灵敏度、偏置、对准和线性加速度(陀螺仪偏置)特性。因此，每个MEMS传感器都有其自己的动态补偿公式，可在-40℃至+85℃的温度范围内提供精确的传感器测量。能够精准测量四旋翼飞行器1的飞行姿态。

其使用方法包括以下步骤：

A、伺服电机5启动，带动四旋翼飞行器1运动，惯性传感器6和位置反馈装置4检测四组四旋翼飞行器1飞行姿态和位置，并传输至微处理器7；

B、微处理器7接收到飞行姿态数据和位置数据，并对姿态数据、位置数据和无线传输数据进行运算，得到四旋翼飞行器1的四个旋翼的控制量，进行精 确控制飞行器的空间飞行的距离；

C、控制量通过无线传输模块8传输至上位机9，上位机9接收控制量后发送指令至微处理器7；

D、微处理器7控制四旋翼飞行器1和云台2来调整激光切割头3的姿态，使激光切割头3始终与云台2垂直进行激光切割。

本发明采用高性能的MEMS结构的惯性传感器6，以及具有浮点运算单元的高性能微处理器7，用于进行姿态采集及解算，并要在外界加装位置反馈装置4进行高精度的位置反馈，利用无线数据传输的方式进行上位机与四旋翼飞行器1、四旋翼飞行器与位置反馈装置4之间的通信。本发明的有益效果在于：本发明结构原理简单、操作方便，能够实现加工现场与操作现场分离、快速、高精度的进行激光切割、焊接等操作的技术，从而大幅提高加工的安全性；在四旋翼飞行器与激光切割头之间设置云台，能够保证四旋翼飞行器在飞行期间激光切割头(或焊接头)垂直于工作面，而不受飞行器运动的影响。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (1)

1.一种四旋翼激光切割装置，其特征在于：包括四旋翼飞行器、云台、激光切割头，所述四旋翼飞行器设置四组，且分别通过RS485通讯模块连接位置反馈装置，所述四旋翼飞行器与所述激光切割头之间设有云台，且所述激光切割头与所述云台垂直连接，所述四旋翼飞行器中安装有用于姿态检测的惯性传感器、高性能的微处理器和数据传输量大的无线传输模块，所述微处理器分别连接所述惯性传感器、所述位置反馈装置，并通过所述无线传输模块连接上位机；所述云台中安装有3个伺服电机，且所述伺服电机连接所述四旋翼飞行器；所述惯性传感器采用MEMS惯性传感器，所述MEMS惯性传感器包括MEMS加速度计、MEMS陀螺、惯性测量单元、姿态参考模块，所述MEMS加速度计由传感元件和检测电路组成，所述姿态参考模块由三个MEMS加速度传感器、三个陀螺以及解算电路组成；

四旋翼激光切割装置的使用方法包括以下步骤：

A、伺服电机启动，带动四旋翼飞行器1运动，惯性传感器和位置反馈装置检测四组四旋翼飞行器飞行姿态和位置，并传输至微处理器；

B、微处理器接收到飞行姿态数据和位置数据，并对姿态数据、位置数据和无线传输数据进行运算，得到四旋翼飞行器的四个旋翼的控制量；

C、控制量通过无线传输模块传输至上位机，上位机接收控制量后发送指令至微处理器；

D、微处理器控制四旋翼飞行器和云台来调整激光切割头的姿态，使激光切割头始终与云台垂直进行激光切割。