CN105783896B - 一种交互式无人机磁罗盘校准装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交互式无人机磁罗盘校准装置及方法，包括可折叠脚架、可伸缩立杠，带有水平角度输出的三维云台，带有三维角度输出的可折叠承重力臂，可折叠配重力臂和带有人机对话面板的ARM控制系统。操作者可通过人机对话面板上的功能按键输入不同的控制指令，利用承重力臂上的角度传感器获取当前无人机的三维姿态，利用水平角度传感器获取无人机水平旋转角度。水平旋转三维云台，监测液晶显示屏上显示的实时角度数据，完成无人机磁罗盘不同角度的校准。装置具有操作简单、便携性强等优点，角度传感器的加入能够实现无人机磁罗盘的水平及多种角度的精确校准。

Description

一种交互式无人机磁罗盘校准装置及校准方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体地来讲为一种交互式无人机磁罗盘校准装置及校准方法。

背景技术

无人机领域近年来发展及其迅速，完成了从军用到民用的转变过程。小型的固定翼或者多旋翼无人机更是被大量应用在航拍、监测、植保等应用中。大多数民用无人机上使用电子磁罗盘监测航向，由于电子磁罗盘航向角误差值较大，易受环境因素干扰，因此在使用前需要对其校准。电子磁罗盘常用的校准方法是使装有磁罗盘的无人机载体姿态处于某个特定角度并做特定的运动，得到不同的磁场强度值，通过飞控处理分析从而完成对磁罗盘的校准。常见的磁罗盘校准过程一般为手持无人机载体，凭人体视觉判断使无人机分别处于水平或者垂直或任意角度的姿态，并旋转若干圈，完成磁罗盘的方向校准。该方法误差较大，无法准确完成磁罗盘校准。对于植保等应用的多轴无人机，无论体积和重量更不适用由人体完成磁罗盘校准工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种交互式无人机磁罗盘校准装置及校准方法，解决现有技术中校准误差较大，无法准确完成磁罗盘校准的问题。

本发明是这样实现的，一种交互式无人机磁罗盘校准装置，包括：可折叠脚架、可伸缩立杠，带水平转动角度输出的三维云台，带三维平面角度输出的可折叠力臂，以及带有人机对话面板的ARM控制系统；

所述折叠脚架包括一个中心轴，以及通过锁紧螺丝与中心轴连接的三个支臂，锁紧螺丝使支臂保持水平或者竖直收起状态；

所述立杠包括上立杠与下立杠，上立杠与下立杠上具有四阶矫位孔，通过锁紧螺丝穿过矫位孔调整无人机离地距离；

所述三维云台置于立杠上，三维云台的两端对称连接两个可折叠力臂，三维云台的底端连接一个光电编码器，光电编码器测量水平旋转角度，并将数据传给ARM控制系统；

一侧的可折叠力臂为悬挂无人机载重力臂，另一侧的可折叠力臂为配重力臂，载重力臂上水平安装一个三轴角度传感器，配置有固定螺丝与无人机连接，配重力臂一端同样配置一个固定螺丝用以安装配重块；

所述ARM控制系统包括带有液晶显示和按键单元的人机对话面板、以及一端与立柱连接，一端与人机对话面板连接的支架，通过调整支架对人机对话面板进行收放动作；

进一步地，上立杠尺寸较下立杠略小，使得上立杠可在下立杠径内自由滑动，最终由锁紧螺丝锁紧进而固定立杠整体高度；

进一步地，所述ARM控制系统安装在人机对话面板底部。

一种交互式无人机磁罗盘校准方法，

包括以下顺序和步骤：

a、将装置的折叠脚架及可折叠力臂完全打开，调整两个可折叠力臂成水平姿态并将相应的锁紧螺丝锁紧；

b、将承重立杠高度调至最高，并将待校准无人机竖直悬挂在承重力臂上，调整承重立杠至合适高度，并锁紧矫高螺丝；

c、支起人机对话面板并打开电源开关，此时液晶屏显示承重力臂角度值及云台水平方向角度值；

d、水平校准过程：调整承重力臂，并观察力臂倾斜角度值，使其显示0度倾角，无人机处水平姿态；液晶屏云台显示的水平旋转角度值清零，此时根据需要，手动水平旋转承重力臂，液晶显示屏实时显示已旋转的角度，当旋转角度满足磁罗盘校准要求的旋转角度时，完成无人机磁罗盘的水平校准操作；

e、垂直校准过程：调整承重力臂使其倾角为180度，水平旋转角度清零，根据需要，手动水平旋转承重力臂，观察显示屏幕，直到水平旋转角度满足要求时，完成无人机磁罗盘垂校准操作；

f、全向校准过程：分别调整承重力臂角度，在倾角0度至180度之间选择合适间距依次校准，每个倾角水平旋转一周，直到180度倾角水平旋转一周结束，此期间每次水平旋转前将水平角度清零，完成磁罗盘全向校准。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本交互式无人机磁罗盘校准装置结构采用可折叠、可伸缩结构，体积小，便携性强，适应的无人机种类广。

内部设置有ARM控制器及多种姿态传感器，能够精确地完成无人机校准所需要的各种姿态，将误差降到最低。提供人机对话窗口，允许事先输入校准参数指令，校准过程中可通过液晶显示模块实时观测校准完成情况，完成后会有声光提示。可实现水平至任意角度的校准。

附图说明

附图1交互式无人机磁罗盘校准装置水平校准正面结构图；

附图2交互式无人机磁罗盘校准装置垂直校准正面构框图；

附图3交互式无人机磁罗盘校准装置收起状态正面结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1结合图2以及图3，本发明的交互式无人机磁罗盘校准装置包括可折叠脚架40、可伸缩立杠50，带有水平角度输出的三维云台10，带有三维角度输出的可折叠承重力臂20，可折叠配重力臂30和ARM控制系统60。

可折叠脚架40由一个中心轴401，三个支臂402，和六个锁紧螺丝403构成，中心轴与立杠连接。锁紧螺丝可使支臂保持水平或者竖直收起状态。

立杠50包括上立杠501、下立杠502和两个锁紧螺丝503。其中上下立杠分别有四阶矫位孔，配合锁紧螺丝503用以调整无人机离地距离。

ARM控制系统60由带有液晶显示和按键单元的人机对话面板603、可充电5V锂电池601和支架602构成。通过调整支架602可方便地对液晶键盘进行收放动作。

三维云台10两侧与可折叠力臂20连接，连接处有锁紧螺丝102，底端连接一个光电编码器101，光电编码器101测量水平旋转角度，并将数据传给ARM控制系统60。

可折叠力臂包括两个对称力臂，一个是悬挂无人机载重力臂20，另一个是配重力臂30，载重力臂20上水平安装了一个角度传感器201，悬挂无人机处配置有固定螺丝202。配重力臂一端同样配置一个固定螺丝301。

可折叠脚架主轴401与支臂402连接处设计成两个限位，通过将锁紧螺丝403穿过不同的通孔使支臂处于水平或者垂直收起的状态。

承重主杠50设计成上立杠501和下立杠502对接模式，上立杠尺寸较下立杠略小，使得上立杠可在下立杠径内自由滑动，最终由锁紧螺丝503锁紧进而固定。

人机对话面板603底部设计有折叠支架602，操作时将支架602支起，此时面板与水平面成45°夹角，方便操作员操作与监测。ARM控制板安装在人机对话面板底部。

ARM控制系统60配置有一个5V、10000mAH可充电锂电池组601，可以用市面上任何5V输出的移动电源替换。

交互式无人机磁罗盘校准方法，包括：

a、将装置的折叠脚架及可折叠力臂完全打开，调整两个可折叠力臂成水平姿态并将相应的锁紧螺丝锁紧；

b、将承重立杠高度调至最高，并将待校准无人机竖直悬挂在承重力臂上，调整承重立杠至合适高度，并锁紧矫高螺丝；

c、支起人机对话面板并打开电源开关，此时液晶屏显示承重力臂角度值及云台水平方向角度值；

d、水平校准过程：调整承重力臂，并观察力臂倾斜角度值，使其显示0度倾角，无人机处水平姿态；液晶屏云台显示的水平旋转角度值清零，此时根据需要(通常2～4周即720度～1440度之间)，手动水平旋转承重力臂，液晶显示屏实时显示已旋转的角度，当旋转角度满足磁罗盘校准要求的旋转角度时，完成无人机磁罗盘的水平校准操作；

e、垂直校准过程：调整承重力臂使其倾角为180度，水平旋转角度清零，根据需要(不同型号无人机磁罗盘的校准角度要求)(通常2～4周即720度～1440度之间)手动水平旋转承重力臂，观察显示屏幕，直到水平旋转角度满足要求时，完成无人机磁罗盘垂校准操作。

f、全向校准过程：分别调整承重力臂角度，在倾角0度至180度之间选择合适间距依次校准，每个倾角水平旋转一周。如倾角跨度为20度，即0度倾角水平旋转一周；20度倾角水平旋转一周，直到180度倾角水平旋转一周结束，此期间每次水平旋转前将水平角度清零。即可完成磁罗盘全向校准。

Claims (4)

1.一种交互式无人机磁罗盘校准装置，其特征在于，包括：可折叠脚架、可伸缩立杠，带水平转动角度输出的三维云台，带三维平面角度输出的可折叠力臂，以及带有人机对话面板的ARM控制系统；

所述折叠脚架包括一个中心轴，以及通过锁紧螺丝与中心轴连接的三个支臂，锁紧螺丝使支臂保持水平或者竖直收起状态；

所述立杠包括上立杠与下立杠，上立杠与下立杠上具有四阶矫位孔，通过锁紧螺丝穿过矫位孔调整无人机离地距离；

所述三维云台置于立杠上，三维云台的两端对称连接两个可折叠力臂，三维云台的底端连接一个光电编码器，光电编码器测量水平旋转角度，并将数据传给ARM控制系统；

一侧的可折叠力臂为悬挂无人机载重力臂，另一侧的可折叠力臂为配重力臂，载重力臂上水平安装一个三轴角度传感器，配置有固定螺丝与无人机连接，配重力臂一端同样配置一个固定螺丝用以安装配重块；

所述ARM控制系统包括带有液晶显示和按键单元的人机对话面板、以及一端与立柱连接，一端与人机对话面板连接的支架，通过调整支架对人机对话面板进行收放动作。

2.根据权利要求1所述的交互式无人机磁罗盘校准装置，其特征在于，上立杠尺寸较下立杠略小，使得上立杠可在下立杠径内自由滑动，最终由锁紧螺丝锁紧进而固定立杠整体高度。

3.根据权利要求1所述的交互式无人机磁罗盘校准装置，其特征在于，所述ARM控制系统安装在人机对话面板底部。

4.一种交互式无人机磁罗盘校准方法，其特征在于，

包括以下顺序和步骤：

a、将装置的折叠脚架及可折叠力臂完全打开，调整两个可折叠力臂成水平姿态并将相应的锁紧螺丝锁紧；

b、将承重立杠高度调至最高，并将待校准无人机竖直悬挂在承重力臂上，调整承重立杠至合适高度，并锁紧矫高螺丝；

c、支起人机对话面板并打开电源开关，此时液晶屏显示承重力臂角度值及云台水平方向角度值；

d、水平校准过程：调整承重力臂，并观察力臂倾斜角度值，使其显示0度倾角，无人机处水平姿态；液晶屏云台显示的水平旋转角度值清零，此时根据需要，手动水平旋转承重力臂，液晶显示屏实时显示已旋转的角度，当旋转角度满足磁罗盘校准要求的旋转角度时，完成无人机磁罗盘的水平校准操作；

e、垂直校准过程：调整承重力臂使其倾角为180度，水平旋转角度清零，根据需要，手动水平旋转承重力臂，观察显示屏幕，直到水平旋转角度满足要求时，完成无人机磁罗盘垂校准操作；

f、全向校准过程：分别调整承重力臂角度，在倾角0度至180度之间选择合适间距依次校准，每个倾角水平旋转一周，直到180度倾角水平旋转一周结束，此期间每次水平旋转前将水平角度清零，完成磁罗盘全向校准。