CN106314779B - 无人机及无人机控制方法 - Google Patents

无人机及无人机控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种无人机，所述机身上设置有第一处理器，所述机身上设置有至少两个相对于所述机身中的对称平面呈对称分布的第一桨臂，所述第一桨臂包括与机身连接的固定端，及远离固定端的连接端；所述连接端设置有四轴动力系统；所述第一处理器与所述四轴动力系统之间信号连接。本发明还提供一种无人机控制方法。本发明中所述第一处理器与所述四轴动力系统配合控制所述无人机飞行，提高了无人机的姿态调整反应速度以及定位精确性，并进一步提升了无人机的飞行动力。

Description

无人机及无人机控制方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机及无人机控制方法。
背景技术
无人机是目前开始逐渐实用化的一种飞行器，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低等优点。目前无人机最普遍的是单轴单桨、单轴共桨以及多旋翼(例如，四旋翼)形式。目前，多旋翼无人机已普遍应用于各行各业，为各行业的生产发展带来巨大的便利。例如，多旋翼无人机作为快递投送工具已在各国开始投入试运行，无人机的点对点飞行，速度快，效率高，具有一定的负载能力。但是，多旋翼无人机仍然存在承载能力较低、指令发出后，姿态调整反应时间较长等缺陷。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种无人机及无人机控制方法，旨在提高无人机的载重能力以及无人机的对姿态调整的反应速度。
为实现上述目的，本发明提出的无人机，包括机身，所述机身上设置有第一处理器，所述机身上设置有至少两个相对于所述机身中的对称平面呈对称分布的第一桨臂，所述第一桨臂包括与机身连接的固定端，及远离固定端的连接端；所述连接端设置有四轴动力系统；所述第一处理器与所述四轴动力系统之间信号连接。
优选地，所述四轴动力系统包括第二处理器，所述第一处理器与所述第二处理器之间信号连接，所述第一处理器控制所述第二处理器。
优选地，所述四轴动力系统还包括呈对称分布的第二桨臂，所述第二桨臂远离所述连接端的一端设有桨叶组件，所述桨叶组件包括安装在所述第二桨臂上的电机和连接在所述电机的输出轴上的桨叶；所述第二处理器控制所述电机的转速。
优选地，所述第一处理器包括组合导航传感器，能够单独解算所述无人机的位置、姿态。
优选地，所述第二处理器包括惯性导航传感器，能够解算姿态信息。
优选地，四个所述第一桨臂上的任一所述第二桨臂与所述第一桨臂的延伸方向不平行。
优选地，所述第一桨臂包括可拆卸或/及可折叠的连接成一体的第一段桨臂和第二段桨臂；所述第一段桨臂与所述机身一体成型，所述第二处理器设置在所述第一桨臂的第二段桨臂外端部上。
优选地，所述无人机还包括起落架组件，所述起落架组件设置在所述第二处理器的下方。
优选地，所述无人机还包括弹簧脚架组件，所述弹簧脚架组件设置在所述第一桨臂及/或机身上，所述弹簧脚架组件包括弹簧脚架和弹簧脚架固定装置，所述弹簧脚架通过所述弹簧脚架固定装置连接在所述第一桨臂及/或机身上；在所述弹簧脚架未受压缩力时，所述弹簧脚架远离所述机身的一端到所述机身上一平面的距离，大于起落架远离所述机身一端到上述平面的距离。
本发明还提供一种无人机控制方法，所述无人机的机身上设置第一处理器，所述第一桨臂远离所述机身的一端设置第二处理器，所述方法包括：
所述第一处理器获取终端发送的控制指令，并解析该控制指令；
所述第一处理器根据该控制指令产生相应的控制信号发送给第二处理器，所述第二处理器接收第一处理器发出的控制信号；
所述第二处理器解析接收到的控制信号，产生相应的姿态信息；
所述第二处理器根据相应的姿态信息控制第二桨臂的姿态调整，将所述无人机驱动至目标位置。
本发明技术方案中，在无人机的机身上设置有第一处理器，所述机身上设置有第一处理器，所述机身上设置有至少两个相对于所述机身中的对称平面呈对称分布的第一桨臂，所述第一桨臂包括与机身连接的固定端，及远离固定端的连接端；所述第一桨臂的连接端设有第二处理器，本发明中所述第一处理器与所述四轴动力系统配合控制所述无人机飞行，提高了无人机的姿态调整反应速度以及定位精确性，并进一步提升了无人机的飞行动力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明无人机的结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 无人机 30 第一桨臂
10 第一处理器 40 第二桨臂
20 第二处理器 50 桨叶组件
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种无人机。
请参照图1，在本发明一实施例中，该无人机100，包括机身(图未示)，所述机身上设置有第一处理器10，所述机身上设置有至少两个相对于所述机身中的对称平面呈对称分布的第一桨臂30，所述第一桨臂30包括与机身连接的固定端，及远离固定端的连接端；所述连接端设置有四轴动力系统(未标示)；所述第一处理器与所述四轴动力系统之间信号连接。
本实施例中的无人机中通过在所述第一桨臂的连接端设置四轴动力系统，所述第一处理器与所述四轴动力系统配合控制所述无人机飞行，提高了无人机的姿态调整反应速度以及定位精确性，并进一步提升了无人机的飞行动力。
进一步地，所述四轴动力系统包括第二处理器，所述第一处理器10与所述第二处理器20之间进行信号连接，所述第一处理器10控制所述第二处理器20。需要说明的是，所述第二处理器设置在于所述第一桨臂30的连接端相连的外壳内，并且此外壳与所述第一桨臂30的连接端一体成型而成。
本实施例中处理器包括作为主控制器的第一处理器10和作为协处理器的第二处理器20，通过第一处理器10与第二处理器20的配合，实现双层控制结构，从而实现无人机飞行姿态的双层调整，实现无人机的精确定位，使无人机能更快、更准确的到达目的地。
进一步地，所述四轴动力系统还包括呈对称分布的第二桨臂40，所述第二桨臂40远离所述连接端的一端设有桨叶组件50，所述桨叶组件50包括安装在所述第二桨臂上40的电机(图未示)和连接在所述电机的输出轴上的桨叶(图未示)；所述第一处理器10与所述第二处理器20之间进行信号连接，所述第二处理器20用于控制所述电机的转速。
本实施例中，所述第一处理器10作为主控制器包含了控制无人机100的大部分算法，而所述第二处理器20作为与所述第一处理器10配合的协处理器为所述第一处理器10分担了部分运算程序，减少了所述第一处理器10的运算方程，使得所述第一处理器10具有更快的响应速度。所述第一处理器10与所述第二处理器20之间进行信号连接，可完成所述第一处理器10与所述第二处理器20之间的通讯。通过所述第一处理器10将接收到的终端的相应的指令下发至所述第二处理器20，使所述第二处理器20调整所述电机的转速以及所述第二桨臂40的姿态，从而使整个无人机100更快的相应姿态调整。提高了整个无人机100的姿态调整的速度。同时，本实施例中，所述第二桨臂40上的多个电机协同作用，使得即使其中一个第二桨臂40上的电机出现故障，所述无人机仍能安全返回。同时，多个电机协同作用，增加了整个无人机的飞行动力，使无人机100的载重能力提高。
可以理解的是，所述无人机的机身可以为长方体结构或者圆柱体结构，其边角及转角处均为流线型过渡，以使得空气在机身的表面流过时表现为层流，从而降低无人机在飞行过程中的阻力。需要说明的是，本实施例的机身有碳纤维材料制成，在满足较高使用强度和刚度的前提下，可大幅度减轻机身的重量，从而降低无人机的动力需求以及提高无人机的机动性。当然，机身还可以由塑料或者其他任意使用的材料制成，在此不做赘述。作为较佳的实施方式，所述桨叶组件50中的桨叶为一体式结构，当然本实施例的桨叶也可以为组合式结构。
进一步地，所述第一处理器10包括组合导航传感器，能够单独解算所述无人机的位置、姿态，所述组合导航传感器为GPS、惯性测量单元(IMU)、方向传感器、气压传感器、角度传感器、测距传感器等的任意组合。进一步地，所述第二处理器20包括惯性导航传感器，能够解算姿态信息，所述惯性导航传感器优选为惯性测量单元。所述第一处理器10控制所述第二处理器20；所述第二处理器20与所述电机之间建立通讯连接。本实施例中，所述第一处理器10作为主控制器，控制整个飞行器的飞行姿态，通过采用惯性系统以外的辅助导航信息源以提高惯性系统的精度，接收终端数据并处理位置、姿态信息，将处理之后的姿态信息发往四个第二处理器20，产生对应的姿态角。所述第二处理器20直接跟所述电机建立通讯连接，通过获取电机的方位信息以及第一处理器10发送过来的控制信号，控制电机的转速以及控制第二桨臂40的姿态调整，协助第一处理器10调整整个飞行器的飞行姿态，驱动飞行器至目标位置。
进一步地，所述第一桨臂30的个数为四个，所述第二桨臂40的个数为四个。更进一步地，四个所述第一桨臂30上的任一第二桨臂40与所述第一桨臂30的延伸方向不平行。可以理解的是，所述四个第一桨臂30在所述机身上均布，所述第二桨臂40在与所述连接端相连的外壳上均布，所述第二桨臂40在地面上的投影与所述第一桨臂30上的投影不重合，这样当所述第二桨臂40上需要安装起落架或者其他支撑件时，所述第一桨臂30不会阻挡所述第二桨臂40的安装位置，具体的第二桨臂40与第一桨臂30的位置分布可根据实际情况安排，以不阻挡第一桨臂30或第二桨臂40上的部件安装为准。
所述第一桨臂30还可以为六个在所述机身上均匀分布的第一桨臂30，第二桨臂40也可以为六个在与所述连接端相连的外壳上均匀分布的第二桨臂40，具体的可根据需求而设计。
进一步地，本实施例中，为了降低结构设计的难度和生产成本并简化包装运输，所述第一桨臂30包括可拆卸或/及可折叠的连接成一体的第一段桨臂和第二段桨臂；所述第一段桨臂与所述机身一体成型，所述第二处理器20设置在所述第一桨臂的第二段桨臂外端部上。具体地，第一段桨臂与所述机身一体成型，第二段桨臂则通过螺钉、卡扣结构以及其他任意适用的可拆卸连接结构固定在第一段桨臂的端部，第二处理器30设置在第二段桨臂的外端部上。
本实施例中所述第二桨臂40设计为为一段式结构，但是需要说明的是，本实施例中的所述第二桨臂40也采用可拆卸连接的方式组成，包括可拆卸的连接成一体的第三段桨臂和第四段桨臂；所述桨叶组件50设置在所述第二桨臂的第四段桨臂外端部上。其中，由于桨叶组件50的电机需要与机身的电控系统电连接，因此实现对电机的控制。考虑到第三段桨臂与第四段桨臂为拆分结构，在所述第三段桨臂远离所述第二处理器的一端设有供所述无人机100的公头插接的公头孔，所述第四段桨臂上与所述第一段桨臂连接的端部设置有供所述无人机的母头插接的母头孔，所述公头与所述母头插接适配。从而使电机的电连接结构简单易实现。
进一步地，起落架设置在第二处理器30的下方，远离电机的设置，而不是设置在电机下方，在飞机降落时可以减小对电机的损伤。
进一步地，本实施例中的无人机还包括弹簧组件(图未示)，所述弹簧脚架组件设置在所述第一桨臂30及/或机身上，所述弹簧脚架组件包括弹簧脚架(图未示)和弹簧脚架固定装置(图未示)，所述弹簧脚架通过所述弹簧脚架固定装置连接在所述第一桨臂30及/或机身上；作为优选方式，所述弹簧脚架通过所述弹簧脚架固定装置连接在所述第一桨臂的第一段桨臂上，主要也是因为第一段桨臂与所述机身一体成型，具有更高的强度，从而将所述弹簧脚架固定在所述第一段桨臂上。在所述弹簧脚架未受压缩力时，所述弹簧脚架远离所述机身的一端到所述机身上一平面的距离，大于起落架远离所述机身一端到上述平面的距离。由此可知，当无人机降落时，先是弹簧脚架与地面接触，从而减小对起落架的冲击力，可起到保护起落架的作用。
需要说明的是，在其他变形实施例中，该弹簧脚架组件也可以不设置的第一桨臂30上，也可以设置设置在机身上。所述弹簧脚架组件与所述起落架组件配合安装，如当所述第二桨臂40上安装有起落架组件，那么该第二桨臂40就不安装弹簧脚架组件。同时也可以只在所述机身上设置弹簧脚架组件，在第一桨臂或者第二桨臂均不设置弹簧脚架组件。
进一步地，为了提高无人机在飞行过程中的平衡性，所述无人机上位于同一第二桨臂40上的所述桨叶的旋转轴线均位于同一圆柱面上。可以理解的是，当所述机身的结构使得分布在其上的几个桨臂的臂长不均等时，将影响所述桨叶转动的平衡性，因此设计时，适当的调节个桨臂的长度使得所有桨叶的旋转轴线均位于同一圆柱面上，由此使得多旋翼无人机在飞行过程中所设计的平衡及姿态变化控制更简单，具有更加优异的平衡性能，从而提高了多旋翼无人机的适航能力。
本发明还提出一种无人机控制方法，所述无人机的机身上设置第一处理器，所述第一桨臂远离所述机身的一端设置第二处理器，所述方法包括：
步骤S10，所述第一处理器10获取终端发送的控制指令，并解析该控制指令；
用户通过遥控器或者是终端产品输入相应的操作，如控制无人机向上飞行或控制无人机飞行至确定的目的地，无人机接收到用户所发出的操控指令，通过所述第一处理器解析该指令。
步骤S20，所述第一处理器10根据该控制指令产生相应的控制信号发送给第二处理器20，所述第二处理器20接收第一处理器10发出的控制信号；
所述第一处理器10作为中间主控制器携带了组合导航传感器，通过采用惯性系统以外的辅助导航信息源以提高惯性系统的精度，接收地面站数据并处理位置、姿态信息，将处理之后的姿态信息发往四个第二处理器20，产生对应的姿态角。其次，可以理解的是，所述第一处理器10可根据接收到的地面指令调整第一桨臂的姿态，并且所述第一处理器作为整个无人机的主控制器可相应的控制机身的飞行状态。
步骤S30，所述第二处理器20解析接收到的控制信号，产生相应的姿态信息；
需要说明的是，所述第二处理器20接收到的所述第一处理器10传输过来的控制信号，不包括电机的方位信息，电机的方位信息需由第二处理器20自行判断，具体地，所述第二处理器20根据与电机之间的通讯得到电机的方位信息，根据飞行器的飞行状态控制电机的转速。所述第二处理器20仅携带惯性导航传感器，仅解算相应的姿态信息。所述第一传感器10根据解算出的地理位置信息，控制所述第二处理器20，所述第二处理器20进一步控制电机，驱动机体至目标位置。
步骤S40，所述第二处理器20根据相应的姿态信息控制对应的螺旋桨组件对无人机的姿态进行调整，将所述无人机100驱动至目标位置。
将对应的第二桨臂40的姿态信息指令发送至第二处理器20，所述第二处理器20根据对应的姿态角调整所述第二桨臂40的姿态，所述第二处理器20与所述第一处理器40配合，将所述无人机100驱动之目标位置。
本实施例中，所述第一处理器10作为主控制器包含了控制无人机100的大部分算法，而所述第二处理器20作为与所述第一处理器10配合的协处理器为所述第一处理器10分担了部分运算程序，减少了所述第一处理器10的运算方程，使得所述第一处理器10具有更快的响应速度。所述第一处理器10与所述第二处理器20之间进行信号连接，可完成所述第一处理器10与所述第二处理器20之间的通讯。通过所述第一处理器10将接收到的终端的相应的指令下发至所述第二处理器20，使所述第二处理器20调整所述电机的转速以及所述四轴动力系统上的第二桨臂40的姿态，从而使整个无人机100更快的相应姿态调整。提高了整个无人机100的姿态调整的速度。同时，本实施例中，所述第二桨臂40上的多个电机协同作用，使得即使其中一个第二桨臂40上的电机出现故障，所述无人机仍能安全返回。同时，多个电机协同作用，增加了整个无人机的飞行动力，使无人机100的载重能力提高。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种无人机，其特征在于，包括机身，所述机身上设置有第一处理器，所述机身上设置有至少两个相对于所述机身中的对称平面呈对称分布的第一桨臂，所述第一桨臂包括与机身连接的固定端，及远离固定端的连接端；所述连接端设置有四轴动力系统；所述第一处理器与所述四轴动力系统之间信号连接；所述四轴动力系统包括第二处理器，所述第一处理器与所述第二处理器之间信号连接，所述第一处理器控制所述第二处理器；所述四轴动力系统还包括呈对称分布的第二桨臂，所述第二桨臂远离所述连接端的一端设有桨叶组件，所述桨叶组件包括安装在所述第二桨臂上的电机和连接在所述电机的输出轴上的桨叶；所述第二处理器控制所述电机的转速；所述第二处理器包括惯性导航传感器，能够解算姿态信息；
其中，所述第一处理器用于获取终端发送的控制指令，并解析所述控制指令；
所述第一处理器还用于根据所述控制指令产生相应的控制信号发送给第二处理器，所述第二处理器接收所述第一处理器发出的所述控制信号；
所述第二处理器用于解析接收到的所述控制信号，产生相应的姿态信息；
所述第二处理器还用于根据相应的姿态信息控制所述第二桨臂的姿态调整，将所述无人机驱动至目标位置。
2.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述第一处理器包括组合导航传感器，能够单独解算所述无人机的位置、姿态。
3.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，四个所述第一桨臂上的任一所述第二桨臂与所述第一桨臂的延伸方向不平行。
4.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述第一桨臂包括可拆卸或/及可折叠的连接成一体的第一段桨臂和第二段桨臂；所述第一段桨臂与所述机身一体成型，所述第二处理器设置在所述第一桨臂的第二段桨臂外端部上。
5.如权利要求1-4任一所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括起落架，所述起落架设置在所述第二处理器的下方。
6.如权利要求5所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括弹簧脚架组件，所述弹簧脚架组件设置在所述第一桨臂及/或机身上，所述弹簧脚架组件包括弹簧脚架和弹簧脚架固定装置，所述弹簧脚架通过所述弹簧脚架固定装置连接在所述第一桨臂及/或机身上；在所述弹簧脚架未受压缩力时，所述弹簧脚架远离所述机身的一端到所述机身上一平面的距离，大于起落架远离所述机身一端到上述平面的距离。
7.一种无人机控制方法，其特征在于，所述无人机的机身上设置第一处理器，所述机身上设置有第一桨臂，所述第一桨臂远离所述机身的一端设置第二处理器和呈对称分布的第二桨臂，所述第二桨臂上设有桨叶组件，所述桨叶组件包括安装在所述第二桨臂上的电机和连接在所述电机的输出轴上的桨叶；所述第二处理器控制所述电机的转速；所述方法包括：
所述第一处理器获取终端发送的控制指令，并解析该控制指令；
所述第一处理器根据该控制指令产生相应的控制信号发送给第二处理器，所述第二处理器接收第一处理器发出的控制信号；
其中，所述第二处理器包括惯性导航传感器，能够解算姿态信息；
所述第二处理器解析接收到的控制信号，产生相应的姿态信息；
所述第二处理器根据相应的姿态信息控制所述第二桨臂的姿态调整，将所述无人机驱动至目标位置。
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