CN105539815B - 一种水空两栖无人机调姿配重控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水空两栖无人机调姿配重控制系统，包括中央控制器、配水模块、导管输送模块和导管调姿模块；配水模块包括蠕动泵电机控制器、与蠕动泵电机控制器导线连接的蠕动泵电机，还包括与中央控制器导线连接的流量计；导管输送模块包括步进电机驱动器、与步进电机驱动器导线连接的导管输送步进电机，设置在导管输送步进电机上的第一光电编码器；导管调姿模块包括丝杆电机驱动器、与丝杆电机驱动器导线连接的导管调姿丝杆电机、设置在导管调姿丝杆电机上的第二光电编码器。本发明能够对配重系统进行实时控制，使得无人机在飞行、水面航行两种状态进行切换时，稳定性高，有利于精简驱动系统，节约空间。
Description
【技术领域】
本发明涉及无人机控制系统的技术领域，特别是调姿配重控制系统的技术领域。
【背景技术】
无人机已经广泛应用到军民领域，传统的无人机仅能适应单一的环境，极大地局限了其应用范围。水空两栖无人机是一种既能作为飞行器、又能在水上航行的设备，一般的水空两用无人机上，负责飞行状态的驱动系统和负责水上航行状态的驱动系统采取独立的两套驱动设备，这种采用分立驱动设备的两栖无人机结构复杂、体积大，而采用一套驱动系统同时为飞行状态和水上航行状态提供动力所面临的主要障碍之一就是两种状态之间切换时的过程中稳定性难以得到保证，而解决途径之一就是采用可调节的配重系统进行位姿调整，所以需要开发一种适用于水空两栖无人机调姿配重结构的控制系统。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种水空两栖无人机调姿配重控制系统，能够对配重系统进行实时控制，使得无人机在飞行、水面航行两种状态进行切换时，稳定性高，有利于精简驱动系统，节约空间。
为实现上述目的，本发明提出了一种水空两栖无人机调姿配重控制系统，包括中央控制器、配水模块、导管输送模块和导管调姿模块；所述配水模块包括与中央控制器导线连接的蠕动泵电机控制器、与蠕动泵电机控制器导线连接的蠕动泵电机，还包括与中央控制器导线连接的流量计；所述导管输送模块包括与中央控制器导线连接的步进电机驱动器、与步进电机驱动器导线连接的导管输送步进电机，设置在导管输送步进电机上的第一光电编码器，所述第一光电编码器通过导线与中央控制器相连接；所述导管调姿模块包括与所述中央控制器通过导线连接的丝杆电机驱动器、与丝杆电机驱动器导线连接的导管调姿丝杆电机、设置在导管调姿丝杆电机上的第二光电编码器，所述第二光电编码器通过导线与所述中央控制器相连接；所述中央控制器上还分别通过导线连接有陀螺仪和超声波定位器。
本发明的有益效果：本发明通过采用中央控制器集中管理为无人机进行调姿配重的配水模块、导管输送模块和导管调姿模块，使得无人机从飞行姿态转变为水上航行状态的过程中能够通过向水囊中注入重心偏移的水来稳定缓慢的调整姿态，同时导管伸出到机体外部的长度和角度随着机体本身的倾斜状态进行动态调整，从而使导管在抽水结束之前始终能够将终端沉浸于水面之下，保证姿态调整的连续性和稳定性；采用蠕动泵脉冲小，也有利于调姿的稳定性。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明水空两栖无人机调姿配重控制系统的连接框图；
图2是本发明所适用的水空两栖无人机的飞行姿态示意图；
图3是本发明所使用的水空两栖无人机水上航行姿态内部结构示意图。
图中：1-驱动系统、2-机体、3-水囊。
【具体实施方式】
参阅图1、图2和图3，本发明一种水空两栖无人机调姿配重控制系统，包括中央控制器、配水模块、导管输送模块和导管调姿模块；所述配水模块包括与中央控制器导线连接的蠕动泵电机控制器、与蠕动泵电机控制器导线连接的蠕动泵电机，还包括与中央控制器导线连接的流量计；所述导管输送模块包括与中央控制器导线连接的步进电机驱动器、与步进电机驱动器导线连接的导管输送步进电机，设置在导管输送步进电机上的第一光电编码器，所述第一光电编码器通过导线与中央控制器相连接；所述导管调姿模块包括与所述中央控制器通过导线连接的丝杆电机驱动器、与丝杆电机驱动器导线连接的导管调姿丝杆电机、设置在导管调姿丝杆电机上的第二光电编码器，所述第二光电编码器通过导线与所述中央控制器相连接；所述中央控制器上还分别通过导线连接有陀螺仪和超声波定位器。
本发明工作过程：
1)本发明一种水空两栖无人机调姿配重控制系统在工作过程中，当两栖无人机处于如图2所示的飞行姿态时，若要转变为水上航行姿态，则机体2逐渐下降到水面位置，下降过程中，超声波定位器会向水面发射超声波进行高度定位，使下降过程平缓无冲击；
2)机体2的底端降到水面后，中央控制器控制导管输送模块中的导管输送步进电机驱动导管深入到水面以下，从机体内伸出的长度根据第一光电编码器所记录的导管输送步进电机的转数进行换算；
3)中央控制器控制蠕动泵电机控制器发出指令使蠕动泵电机开始工作，使位于其上的蠕动泵将很小的脉冲水流输送到如图3所示的水囊3中，此时机体2因为水囊3的位置偏移了重心而逐渐倾斜，此过程缓慢稳定，机体2倾斜的程度通过陀螺仪进行检测，并反馈到中央控制器中；
4)随着机体2的倾斜偏移，导管会有逐渐脱离水面的趋势，此时中央控制器控制丝杆电机启动器发出指令，使导管调姿丝杆电机压迫导管在原本向机体2外部伸长的同时向下弯曲，这样在机体2逐渐从树立状态转为水平状态时，导管向下弯曲依然能沉浸于水面以下，从而保证水囊3中能够得到足够的水量，保证调姿能够达到最合理的状态，从而使驱动系统1的工作效率达到最大。
本发明，通过采用中央控制器集中管理为无人机进行调姿配重的配水模块、导管输送模块和导管调姿模块，使得无人机从飞行姿态转变为水上航行状态的过程中能够通过向水囊中注入重心偏移的水来稳定缓慢的调整姿态，同时导管伸出到机体外部的长度和角度随着机体本身的倾斜状态进行动态调整，从而使导管在抽水结束之前始终能够将终端沉浸于水面之下，保证姿态调整的连续性和稳定性；采用蠕动泵脉冲小，也有利于调姿的稳定性。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种水空两栖无人机调姿配重控制系统，其特征在于：包括中央控制器、配水模块、导管输送模块和导管调姿模块；所述配水模块包括与中央控制器导线连接的蠕动泵电机控制器、与蠕动泵电机控制器导线连接的蠕动泵电机，还包括与中央控制器导线连接的流量计；所述导管输送模块包括与中央控制器导线连接的步进电机驱动器、与步进电机驱动器导线连接的导管输送步进电机，设置在导管输送步进电机上的第一光电编码器，所述第一光电编码器通过导线与中央控制器相连接；所述导管调姿模块包括与所述中央控制器通过导线连接的丝杆电机驱动器、与丝杆电机驱动器导线连接的导管调姿丝杆电机、设置在导管调姿丝杆电机上的第二光电编码器，所述第二光电编码器通过导线与所述中央控制器相连接；所述中央控制器上还分别通过导线连接有陀螺仪和超声波定位器；
当两栖无人机处于飞行姿态时，若要转变为水上航行姿态，则机体逐渐下降到水面位置，下降过程中，超声波定位器会向水面发射超声波进行高度定位，使下降过程平缓无冲击；
机体的底端降到水面后，中央控制器控制导管输送模块中的导管输送步进电机驱动导管深入到水面以下，从机体内伸出的长度根据第一光电编码器所记录的导管输送步进电机的转数进行换算；
中央控制器控制蠕动泵电机控制器发出指令使蠕动泵电机开始工作，使位于其上的蠕动泵将很小的脉冲水流输送到水囊中，此时机体因为水囊的位置偏移了重心而逐渐倾斜，此过程缓慢稳定，机体倾斜的程度通过陀螺仪进行检测，并反馈到中央控制器中；
随着机体的倾斜偏移，导管会有逐渐脱离水面的趋势，此时中央控制器控制丝杆电机启动器发出指令，使导管调姿丝杆电机压迫导管在原本向机体外部伸长的同时向下弯曲，这样在机体逐渐从树立状态转为水平状态时，导管向下弯曲依然能沉浸于水面以下，从而保证水囊中能够得到足够的水量，保证调姿能够达到最合理的状态。
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