CN105549609A - 微型六轴飞行器及其构成的机群控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型六轴飞行器及其构成的机群控制系统和控制方法，包括多个微型六轴飞行器和一个飞行智能管理器，多个微型六轴飞行器中的一个配置有WiFi无线通信模块和GPS定位模块并作为机群中的协调器，协调器与其他微型六轴飞行器之间通过ZigBee无线通信模块通信，协调器与飞行智能管理器之间通过WiFi无线通信模块通信，在飞行智能管理器中安装有用于控制飞行器的智能APP软件，用户通过操控飞行智能管理器中的智能APP软件实现机群控制。有益效果：微型六轴飞行器结构简单，容易控制，机动灵活，控制效率高，微型六轴飞行器机群团队友好协作，编队飞行，承载能力好，适应能力强，反应迅速，应用范围广，精确度高。

Description

微型六轴飞行器及其构成的机群控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，具体的说是一种微型六轴飞行器及其构成的机群控制系统和控制方法。

背景技术

微型六轴飞行器是无人飞行器，具备可垂直升降、空中自由悬停等优点，在现代军事和民用方便都具有广阔的应用前景。军事上应用于地面战场侦察和监视、排爆、情报获取、近距离空中支持等方面；民用上可以用于航拍、自然灾害之后的搜救、高压线、水坝的检查等。因此开展微型飞行器的研究具有十分重大的意义。

但是由于微型六轴飞行器主体尺寸小、自重偏大，飞行速度低，其飞行雷诺数较低，同时，微型六轴飞行器也是一个具有空间6个自由度而只有4个输入的欠驱动系统，具有多变量、非线性和强耦合等特性。因此，微型六轴飞行器可携带的设备与有效载荷都受到了极大的限制，其有效载荷能力小，难以有效完成复杂任务，使微型飞行器的发展受到极大的限制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种微型六轴飞行器及其构成的机群控制系统和控制方法，采用多个微型飞行器通过无线传感网，构建一个微型飞行器机群，使其编队飞行，团队友好协作，从而提高系统的综合效能和任务执行时的冗余性能，增大有效负荷量。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种微型六轴飞行器，包括安装主体，在所述安装主体上按照圆周均匀分布有六个旋臂，在靠近每个旋臂的端部处分别设置有一个电机，在每一个所述电机的转轴上设置有旋翼，在所述安装主体的下方设置有停机架，所述安装主体为一电路安装腔，该电路安装腔内部的控制电路中设置有微控制器，所述微控制器分别控制每一个旋臂上的电机转动，在所述微控制器上还连接有陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力计传感器、温度传感器、状态显示模块、姿态显示模块、电源以及通信模块。

通过上述设计，微型六轴飞行器的微控制器控制六个电机按照预设的参数转动，并结合陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力计传感器、温度传感器检测的各种参数以及油门、航向、滚转、俯仰等参数，来实现不同的飞行状态，并通过状态显示模块显示出来，其中飞行状态包括垂直上升、垂直下降、向左移动、向右移动、向前移动、向后移动、侧向飞行、空中悬停、紧急停机等；状态显示模块包括无线通讯显示、启动状态显示、紧急停机报警、充电指示、运行状态、电量情况、电源指示等。

进一步描述，为了使微控制器能精准控制微型六轴飞行器，且能及时读取各个传感器的数据、进行数据快速处理、控制6个电机、把相关数据通过通信模块传给其他微型六轴飞行器以及在微型六轴飞行器上实时显示飞行器的飞行姿态，微控制器采用LPC2148单片机；为了使陀螺仪传感所占空间小、功耗低、定位准、精度高，所述陀螺仪传感器采用FXAS21002三轴数字角速度陀螺仪；为了降低整个飞行器的重量，使电路更加简洁，所述加速度传感器和磁力计传感器采用一块高集成芯片，所述加速度传感器和磁力计传感器采用FXOS8700CQ集成模块；为了提高测量的精度，所述温度传感器采用型号为DS18B20的数字温度传感器；所述通信模块包括ZigBee无线通信模块。

再进一步描述，为了实现地面控制微型六轴飞行器，所述微控制器上还连接有WiFi无线通信模块以及GPS定位模块。

优选地，所述WiFi无线通信模块采用RN1723，所述GPS定位模块采用BU-1315。

再进一步描述，为了拍摄微型六轴飞行器所处的环境，以便用户实时控制微型六轴飞行器，在所述安装主体上设置有摄像头模块，为了保存微型六轴飞行器的各种数据，方便用户分析查看微型六轴飞行器的飞行记录，来分析微型六轴飞行器的飞行情况，在所述微控制器上连接有SD卡存储模块。

再进一步地，为了使ZigBee无线通信模块具有较高的接收灵敏度和抗干扰性能，所述ZigBee无线通信模块采用CC2530F64，为了提高拍摄质量，所述摄像头模块采用OV16825-2A。

一种基于微型六轴飞行器构成的机群控制系统，包括多个微型六轴飞行器和一个飞行智能管理器，所述多个微型六轴飞行器中的一个配置有WiFi无线通信模块和GPS定位模块并作为机群中的协调器，所述协调器与其他微型六轴飞行器之间通过ZigBee无线通信模块通信，所述协调器与飞行智能管理器之间通过WiFi无线通信模块通信，在所述飞行智能管理器中安装有用于控制飞行器的智能APP软件，用户通过操控所述飞行智能管理器中的智能APP软件实现机群控制。

通过上述设计，所述多个微型六轴飞行器也通过ZigBee无线通信模块通信，所述飞行智能管理器通过WiFi无线网络和协调器进行通信。

一种基于微型六轴飞行器构成的机群控制系统的控制方法，按照以下步骤进行：

S1：系统初始化；

S2：通过WiFi无线网络，实现协调器与飞行智能管理器之间的通信，通过ZigBee无线通信模块，实现协调器与其它微型飞行器之间的通信；

S3：飞行智能管理器实时检测是否打开用于控制飞行器的智能APP软件，若是，进入步骤S4，否则返回步骤S3；

S4：飞行智能管理器实时检测协调器是否有紧急停机报警指示，若有，则结束控制；否则进入步骤S5；

S5：飞行智能管理器实时检测是否有新的飞行参数通过该智能APP软件界面输入，若有则进入步骤S6；否则返回S4；

所述飞行参数包括垂直上升、垂直下降、向左移动、向右移动、向前移动、向后移动、翻转飞行、侧向飞行、自由悬停以及以及紧急停机参数。

S6：飞行智能管理器通过WiFi无线通信模块将飞行参数传送给协调器的微控制器，协调器的微控制器再将飞行参数传送到其他微型六轴飞行器的微控制器上，微控制器控制电机转动；

S7：飞行智能管理器的实时检测是否按下关闭智能APP软件的按钮，若是，进入步骤S8，否则返回S4；

S8：是否关闭飞行智能管理器，若是，系统结束；否则返回S3。

本发明的有益效果：微型六轴飞行器结构简单，容易控制，机动灵活，控制效率高，承载能力好，再采用飞行智能管理器实现多个微型六轴飞行器编队飞行，团队友好合作，编队飞行，使其承载能力大大提高，适应能力强，反应迅速，应用范围广，精确度高。

附图说明

图1是本发明微型六轴飞行器结构示意图；

图2是本发明的微型六轴飞行器的电路结构框图；

图3是本发明的系统结构框图；

图4是本发明的协调器的结构框图；

图5是本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

从图1和图2可以看出，一种微型六轴飞行器，包括安装主体，在安装主体上按照圆周均匀分布有六个旋臂，在靠近每个旋臂的端部处分别设置有一个电机，在每一个电机的转轴上设置有旋翼，在安装主体的下方设置有停机架，安装主体为一电路安装腔，该电路安装腔内部的控制电路中设置有微控制器，微控制器分别控制每一个旋臂上的电机转动，在微控制器上还连接有陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力计传感器、温度传感器、状态显示模块、姿态显示模块、电源以及通信模块。

从图2可以看出，在本实施例中，在微型六轴飞行器上连接的通信模块为ZigBee无线通信模块，且ZigBee无线通信模块采用CC253F64。

从图3和图4可以看出，一种基于微型六轴飞行器构成的机群控制系统，包括多个微型六轴飞行器和一个飞行智能管理器，多个微型六轴飞行器中的一个配置有WiFi无线通信模块和GPS定位模块并作为机群中的协调器，协调器与其他微型六轴飞行器之间通过ZigBee无线通信模块通信，协调器与飞行智能管理器之间通过WiFi无线通信模块通信，在飞行智能管理器中安装有用于控制飞行器的智能APP软件，用户通过操控飞行智能管理器中的智能APP软件实现机群控制。

优选地，在本实施例中，微控制器采用LPC2148单片机；陀螺仪传感器采用FXAS21002三轴数字角速度陀螺仪；加速度传感器和磁力计传感器采用FXOS8700CQ集成模块；温度传感器采用型号为DS18B20的数字温度传感器；

从图4可以看出，优选地，在协调器上还连接有WiFi无线通信模块以及GPS定位模块，且WiFi无线通信模块采用RN1723，GPS定位模块采用BU-1315；

从图2可以看出，在除协调器以外的微型六轴飞行器的微控制器上还连接有有摄像头模块和SD卡存储模块，优选地，摄像头模块采用OV16825-2A。

从图5可以看出，一种基于微型六轴飞行器构成的机群控制系统的控制方法，按照以下步骤进行：

S1：系统初始化；

S2：通过WiFi无线网络，实现协调器与飞行智能管理器之间的通信，通过ZigBee无线通信模块，实现协调器与其它微型飞行器之间的通信；

S3：飞行智能管理器实时检测是否打开用于控制飞行器的智能APP软件，若是，进入步骤S4，否则返回步骤S3；

S4：飞行智能管理器实时检测协调器是否有紧急停机报警指示，若有，则结束控制；否则进入步骤S5；

S5：飞行智能管理器实时检测是否有新的飞行参数通过该智能APP软件界面输入，若有则进入步骤S6；否则返回S4；

所述飞行参数包括垂直上升、垂直下降、向左移动、向右移动、向前移动、向后移动、翻转飞行、侧向飞行、自由悬停以及以及紧急停机参数。

S6：飞行智能管理器通过WiFi无线通信模块将飞行参数传送给协调器的微控制器，协调器的微控制器再将飞行参数传送到其他微型六轴飞行器的微控制器上，微控制器控制电机转动；

S7：飞行智能管理器的实时检测是否按下关闭智能APP软件的按钮，若是，进入步骤S8，否则返回S4；

S8：是否关闭飞行智能管理器，若是，系统结束；否则返回S3。

Claims (8)

1.一种微型六轴飞行器，包括安装主体，其特征在于，在所述安装主体上按照圆周均匀分布有六个旋臂，在靠近每个旋臂的端部处分别设置有一个电机，在每一个所述电机的转轴上设置有旋翼，在所述安装主体的下方设置有停机架，所述安装主体为一电路安装腔，该电路安装腔内部的控制电路中设置有微控制器，所述微控制器分别控制每一个旋臂上的电机转动，在所述微控制器上还连接有陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力计传感器、温度传感器、状态显示模块、姿态显示模块、电源以及通信模块。

2.根据权利要求1所述的微型六轴飞行器，其特征在于，所述微控制器采用LPC2148单片机，所述陀螺仪传感器采用FXAS21002三轴数字角速度陀螺仪，所述加速度传感器和磁力计传感器采用FXOS8700CQ集成模块，所述温度传感器采用型号为DS18B20的数字温度传感器，所述通信模块包括ZigBee无线通信模块。

3.根据权利要求2所述的微型六轴飞行器，其特征在于，在所述微控制器上还连接有WiFi无线通信模块以及GPS定位模块。

4.根据权利要求3所述的微型六轴飞行器，其特征在于，所述WiFi无线通信模块采用RN1723，所述GPS定位模块采用BU-1315。

5.根据权利要求1-4任一所述的微型六轴飞行器，其特征在于，在所述安装主体上设置有摄像头模块，在所述微控制器上连接有SD卡存储模块。

6.根据权利要求5所述的微型六轴飞行器，其特征在于，所述ZigBee无线通信模块采用CC2530F64，所述摄像头模块采用OV16825-2A。

7.一种基于微型六轴飞行器构成的机群控制系统，其特征在于，包括多个微型六轴飞行器和一个飞行智能管理器，所述多个微型六轴飞行器中的一个配置有WiFi无线通信模块和GPS定位模块并作为机群中的协调器，所述协调器与其他微型六轴飞行器之间通过ZigBee无线通信模块通信，所述协调器与飞行智能管理器之间通过WiFi无线通信模块通信，在所述飞行智能管理器中安装有用于控制飞行器的智能APP软件，用户通过操控所述飞行智能管理器中的智能APP软件实现机群控制。

8.一种如权利要求7所述的基于微型六轴飞行器构成的机群控制系统的控制方法，其特征在于按照以下步骤进行：

S1：系统初始化；

S2：通过WiFi无线网络，实现协调器与飞行智能管理器之间的通信，通过ZigBee无线通信模块，实现协调器与其它微型飞行器之间的通信；

S3：飞行智能管理器实时检测是否打开用于控制飞行器的智能APP软件，若是，进入步骤S4，否则返回步骤S3；

S4：飞行智能管理器实时检测协调器是否有紧急停机报警指示，若有，则结束控制；否则进入步骤S5；

S5：飞行智能管理器实时检测是否有新的飞行参数通过该智能APP软件界面输入，若有则进入步骤S6；否则返回S4；

所述飞行参数包括垂直上升、垂直下降、向左移动、向右移动、向前移动、向后移动、翻转飞行、侧向飞行、自由悬停以及以及紧急停机参数。

S6：飞行智能管理器通过WiFi无线通信模块将飞行参数传送给协调器的微控制器，协调器的微控制器再将飞行参数传送到其他微型六轴飞行器的微控制器上，微控制器控制电机转动；

S7：飞行智能管理器的实时检测是否按下关闭智能APP软件的按钮，若是，进入步骤S8，否则返回S4；

S8：是否关闭飞行智能管理器，若是，系统结束；否则返回S3。