CN106741892A - 一种多旋翼航拍飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明属于航拍飞行器技术领域，具体公开了一种多旋翼航拍飞行器。该多旋翼航拍飞行器包括遥控器、机架和均设于机架上的电源、飞行控制器、电子调速器、电机、旋翼、第一减震组件、第二减震组件及拍照载荷；所述遥控器无线连接所述飞行控制器，所述电源依次连接所述飞行控制器、所述电子调速器、所述电机和所述旋翼，所述电机通过所述第一减震组件安装在所述机架上；所述拍照载荷包括云台、无线图像传输系统和摄像机，所述飞行控制器包括处理器、无线接收器、GPS模块、磁强计、陀螺仪、第一振动传感器和第二振动传感器。本发明的多旋翼航拍飞行器具有飞行平稳性高、拍摄质量好、可实时监控飞行状态的优点，具有实用性。

Description

一种多旋翼航拍飞行器

【技术领域】

本发明涉及航拍飞行器技术领域，特别涉及一种多旋翼航拍飞行器。

【背景技术】

随着航空模型技术的不断发展，多旋翼飞行器凭借其特有的优势而得到广泛的使用。而多旋翼一般是按照螺旋桨的个数和位置来分类的，常见的有四旋翼、六旋翼和八旋翼。相对于传统的固定翼飞机而言，多旋翼具备可垂直起降、携带方便、可悬停等优势，而相比于直升飞机，多旋翼同样具有结构简单、易于操作的优势；并且多旋翼可加载各类载荷来实现不同的功能，其中运用最广泛的便是加载各类摄影摄像设备来实现航拍功能，即多旋翼航拍飞行器。

正是因为多旋翼航拍飞行器具有可垂直起降并自由飞行、悬停精度高、稳定性好、携带方便、结构简单的优点，因此其被广泛应用于各类航拍活动，比如影视航拍、测绘等。然而，多旋翼航拍飞行器由于其特殊性，旋翼和电机始终处于高速旋转状态，加之在空中受重力、气象等影响，其稳定性与传统的摄影整备器材相比差了很多，易出现画面抖动的问题，轻则造成所拍摄的画面模糊不清，重则造成所拍摄的画面扭曲变形，这严重影响了拍摄效果，无法满足人们的拍摄需要。

【发明内容】

鉴于上述内容，有必要提供一种多旋翼航拍飞行器，该多旋翼航拍飞行器不仅可以有效降低飞行器机体的振动及该振动对摄像机造成的影响，从而可以增加摄像机的拍摄稳定性，进一步提高拍摄的画面质量，以达到良好的拍摄效果；而且可以更好的监控多旋翼航拍飞行器的飞行情况，避免多旋翼航拍飞行器在飞行过程中受到损坏。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种多旋翼航拍飞行器，包括遥控器、机架和均设于机架上的电源、飞行控制器、电子调速器、电机、旋翼及拍照载荷；所述遥控器无线连接所述飞行控制器，所述电源依次连接所述飞行控制器、所述电子调速器、所述电机和所述旋翼；所述拍照载荷包括云台、无线图像传输系统和摄像机，所述云台上安装所述无线图像传输系统和摄像机，所述无线图像传输系统分别与所述摄像机、地面上的监视器连接；所述机架上还设有第一减震组件和第二减震组件，所述电机通过所述第一减震组件安装在所述机架上，所述云台通过所述第二减震组件安装在所述机架的底部；所述飞行控制器包括处理器、无线接收器、GPS模块、磁强计、陀螺仪、第一振动传感器和第二振动传感器，所述处理器分别连接所述无线接收器、所述GPS模块、所述磁强计、所述陀螺仪、所述第一振动传感器和所述第二振动传感器；

所述无线接收器用来接收所述遥控器发出的指令信号并将指令信号发送给所述处理器，所述GPS模块用来对多旋翼航拍飞行器进行定位并将生成的位置信号发送给所述处理器，所述磁强计用来测量多旋翼航拍飞行器所在位置的磁感应强度并将生成的航向信号发送给所述处理器，所述陀螺仪用来感应多旋翼航拍飞行器的水平方位、垂直方位、俯仰方位、航向和角速度并将生成的姿态信号发送给所述处理器，所述第一振动传感器安装在所述电机上，用来感应所述电机的振动强度并将生成的第一振动强度信号发送给所述处理器，所述第二振动传感器安装在所述云台上，用来感应所述云台的振动强度并将生成的第二振动强度信号发送给所述处理器；所述处理器对所接收的指令信号、位置信号、航向信号、姿态信号、第一振动强度信号和第二振动强度信号进行综合分析，并得到用于调整所述多旋翼航拍飞行器当前飞行姿态的的脉宽信号发于所述电子调速器，所述电子调速器再根据接收到的脉宽信号控制所述电机的转速。

进一步的，所述多旋翼航拍飞行器采用双电源供电模式。

进一步的，所述飞行控制器还包括与所述处理器连接的电压传感器，所述电压传感器用来感应所述电源的电压强度并将生成的电压信号发送给所述处理器，所述处理器再根据该电压信号来控制所述双电源的切换。

进一步的，所述电源由二锂聚合物电池构成，并安装在所述机架的中心。

进一步的，所述云台为三轴云台，且每个轴均使用基于自适应卡尔曼滤波的模糊PID控制环路算法来控制自身的运转。

进一步的，所述机架由碳纤维制成。

进一步的，所述第一减震组件和第二减震组件均由硅胶减震球构成。

进一步的，所述电机为无刷电机，所述电子调速器为无刷电子调速器。

进一步的，所述机架的底部安装有可折叠脚架。

进一步的，所述旋翼为四个、六个或八个，且对称安装在所述机架上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.在本发明的多旋翼航拍飞行器中，首先，通过在电机和云台与机架之间安装减震组件来降低电机及旋翼旋转所产生的振动对摄像机的影响；其次，在电机及云台上安装的振动传感器，可将感应到的振动强度信号发送给处理器，处理器通过接收到的振动强度信号控制电子调速器调节电机的转速，从而降低电机及旋翼产生的振动；再次，处理器还可通过对无线接收器、GPS模块、磁强计和陀螺仪发送的指令信号、位置信号、航向信号和姿态信号进行综合分析后，将生成用于调整多旋翼航拍飞行器当前飞行姿态的脉宽信号发于电子调速器，电子调速器再根据接收到的脉宽信号控制所述电机的转速，再进一步控制所述旋翼的转速，进而修正六旋翼航拍飞行器当前的飞行姿态。因此，以上各种设置的结合，可以增加多旋翼航拍飞行器飞行的稳定性并有效的降低飞行器机体振动对摄像机的影响，从而增加了摄像机拍摄的稳定性，提高了拍摄质量。

2.本发明设置的无线图像传输系统可以将摄像机拍摄的画面实时发送到地面的监视器上，因此，使用者不仅可以通过无线图像传输系统同步预览拍摄画面，而且可以更好的监控多旋翼航拍飞行器的飞行情况，避免多旋翼航拍飞行器在飞行过程中遇到阻碍物而受到损坏。

【附图说明】

图1是本发明一种多旋翼航拍飞行器的工作原理示意图。

图2是本发明一种多旋翼航拍飞行器的立体结构示意图。

图3是本发明一种多旋翼航拍飞行器的旋翼部分结构图。

主要元件符号说明如下：

图中，1.机架，2.旋翼，3.第一减震组件，4.电子调速器，5.电机，6.第一振动传感器，7.第二振动传感器，8.云台，9.摄像机，10.可折叠脚架，11.第二减震组件。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

【具体实施方式】

如图1和图2所示，一种多旋翼航拍飞行器，包括遥控器、机架1和设于机架1上的飞行控制器、电源、电子调速器4、电机5、旋翼2及拍照载荷；电源依次连接飞行控制器、电子调速器4、电机5和旋翼2，飞行控制器与遥控器无线连接。

其中，拍照载荷包括云台8、无线图像传输系统和摄像机9，无线图像传输系统与摄像机9相连且均安装在云台8上，且无线图像传输系统与地面的监视器无线连接。因此，在此设置的无线图像传输系统可以将摄像机9拍摄的画面实时发送到地面的监视器上，从而使处于地面上的使用者不仅可以同步预览拍摄画面，而且可以更好的监控多旋翼航拍飞行器的飞行情况，避免多旋翼航拍飞行器在飞行过程中遇到阻碍物而受到损坏。

此外，机架1上还设有第一减震组件3和第二减震组件11，电机通过第一减震组件3安装在机架1上，云台8通过第二减震组件11安装在机架1的底部；这两处安装的减震组件可以降低电机5及旋翼2旋转所产生的振动对摄像机的影响，从而可以保证摄像机的拍摄质量。

进一步的，飞行控制器包括处理器、无线接收器、GPS模块、磁强计、陀螺仪、第一振动传感器6和第二振动传感器7，处理器分别连接无线接收器、GPS模块、磁强计、陀螺仪、第一振动传感器6和第二振动传感器7。其中，无线接收器用来接收遥控器发出的指令信号并将指令信号发送给处理器，GPS模块用来对多旋翼航拍飞行器进行定位并将生成的位置信号发送给处理器，磁强计用来测量多旋翼航拍飞行器所在位置的磁感应强度并将生成的航向信号发送给处理器，陀螺仪用来感应多旋翼航拍飞行器的水平方位、垂直方位、俯仰方位、航向和角速度并将生成的姿态信号发送给处理器，第一振动传感器6安装在电机5上，用来感应电机5的振动强度并将生成的第一振动强度信号发送给处理器，第二振动传感器7安装在云台8上，用来感应云台8的振动强度并将生成的第二振动强度信号发送给处理器。然后，处理器再对所接收的指令信号、位置信号、航向信号、姿态信号、第一振动强度信号和第二振动强度信号进行综合分析，并得到用于调整多旋翼航拍飞行器当前飞行姿态的的脉宽信号发于电子调速器4，电子调速器4再根据接收到的脉宽信号控制电机5的转速，进而通过调节电机5的转速来控制旋翼2的转速。因此，在保证正常飞行的情况下，飞行控制器通过综合各方面的信号调整飞行姿态来进一步降低机体产生的振动，从而来进一步提高摄像机摄像的稳定性，进而保证拍摄质量。

进一步的，本发明的多旋翼航拍飞行器采用双电源供电模式，一用一备，并且该多旋翼航拍飞行器通过飞行控制器中的电压传感器来感应电源的电压强度，然后电压传感器将生成的电压信号发送给与之连接的处理器，处理器再根据该电压信号来控制所述双电源的切换，以在当前所使用的电源电能无法支撑航拍飞行器正常飞行时及时切换到备用电源，保证负载的连续性，从而增加了多旋翼航拍飞行器的飞行时间，提高了多旋翼航拍飞行器飞行的连续性和安全性。另外，本发明的电源由二锂聚合物电池构成，二锂聚合物电池具有能量密度高、小型、超薄、轻量、安全性高及成本低的优点，由其构成的电源不仅可以为多旋翼航拍飞行器的飞行提供足够的能量来源，而且可以极大的减轻多旋翼航拍飞行器的载重，增加多旋翼航拍飞行器飞行的安全性和灵活性。

进一步的，旋翼2为四个、六个或八个，其对称安装在机架1上，并与安装在机架1中心的电源相配合，使得本发明的多旋翼航拍飞行器的重心与几何中心重合，从而可以保持多旋翼航拍飞行器的水平，避免了因重心偏差过大，导致重心偏差方向的电机高速运转而带来的两个问题：第一，长期高速旋转的电机5故障率增大，可能会导致多旋翼航拍飞行器烧毁，甚至坠落；第二，起飞时高速旋转的电机5在起飞后其转速的可调节余量变小，会导致在遇到微风或多旋翼航拍飞行器需要机动时，动力不足，造成多旋翼航拍飞行器抖动，从而导致拍摄画面模糊。

进一步的，机架1的底部安装有可折叠脚架10，脚架的设置有利于多旋翼航拍飞行器的安全着陆，而其可折叠式的设计则便于多旋翼航拍飞行器的收纳存放。

优选的，机架1由碳纤维制成，碳纤维具体重量轻、强度高和刚度大的优点，由其制成的机架1具有质轻耐用的特点，从而可延长多旋翼航拍飞行器的使用寿命。

优选的，电机5为无刷电机，具有低干扰、低噪音和寿命长的优点，其与效率高、稳定性好的无刷电子调速器6配合使用，可以增强自身的使用性能，使多旋翼航拍飞行器飞行姿态的调控更为灵活。

优选的，云台8为三轴云台，三轴云台是由三个转动自由度、动基座组成的复杂系统，通过一定的控制技术来控制轴的运转，从而可实现稳定云台视轴的作用，进而提高摄像机拍摄的质量；而在本发明中，使用基于自适应卡尔曼滤波的模糊PID控制环路算法来控制每个轴的运转状态。在该算法中，充分利用了模糊PID和自适应卡尔曼滤波的优点，用模糊控制器来整定PID的参数，用卡尔曼滤波来滤除环境中的控制干扰噪声和测量噪声，其与用经典PID控制算法和模糊PID控制算法控制三轴云台相比，具有响应速度快、精度高且可很好的抑制干扰噪声的优点，从而可进一步提高三轴云台的稳定性和灵活性，进而有效提高摄像机的拍摄质量。

优选的，第一减震组件3和第二减震组件11均由硅胶减震球构成，硅胶减震球减震效果良好且价格低廉，可以有效避免拍摄时由于机体抖动而出现的果冻效应，从而可提高拍摄质量。

在使用本发明的多旋翼航拍飞行器时，按以下步骤进行操作：

(1)打开折叠脚架10，将多旋翼航拍飞行器放置于空地上；

(2)通过遥控器控制多旋翼航拍飞行器的飞行；

(3)通过监视器预览摄像机拍摄的画面，并根据画面质量进一步调整多旋翼航拍飞行器的飞行姿态；

(4)完成拍摄后，通过遥控器使多旋翼航拍飞行器的降落后，取出摄像机并调出机身存储卡所保存的拍摄画面，即可。

综上所述，本发明的多旋翼航拍飞行器具有飞行平稳性高、拍摄质量好、可实时监控飞行状态的优点，具有实用性。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种多旋翼航拍飞行器，包括遥控器、机架和均设于机架上的电源、飞行控制器、电子调速器、电机、旋翼及拍照载荷；所述遥控器无线连接所述飞行控制器，所述电源依次连接所述飞行控制器、所述电子调速器、所述电机和所述旋翼；所述拍照载荷包括云台、无线图像传输系统和摄像机，所述云台上安装所述无线图像传输系统和摄像机，所述无线图像传输系统分别与所述摄像机、地面上的监视器连接；其特征在于：所述机架上还设有第一减震组件和第二减震组件，所述电机通过所述第一减震组件安装在所述机架上，所述云台通过所述第二减震组件安装在所述机架的底部；所述飞行控制器包括处理器、无线接收器、GPS模块、磁强计、陀螺仪、第一振动传感器和第二振动传感器，所述处理器分别连接所述无线接收器、所述GPS模块、所述磁强计、所述陀螺仪、所述第一振动传感器和所述第二振动传感器；

所述无线接收器用来接收所述遥控器发出的指令信号并将指令信号发送给所述处理器，所述GPS模块用来对多旋翼航拍飞行器进行定位并将生成的位置信号发送给所述处理器，所述磁强计用来测量多旋翼航拍飞行器所在位置的磁感应强度并将生成的航向信号发送给所述处理器，所述陀螺仪用来感应多旋翼航拍飞行器的水平方位、垂直方位、俯仰方位、航向和角速度并将生成的姿态信号发送给所述处理器；所述第一振动传感器安装在所述电机上，用来感应所述电机的振动强度并将生成的第一振动强度信号发送给所述处理器，所述第二振动传感器安装在所述云台上，用来感应所述云台的振动强度并将生成的第二振动强度信号发送给所述处理器；所述处理器对所接收的指令信号、位置信号、航向信号、姿态信号、第一振动强度信号和第二振动强度信号进行综合分析，并得到用于调整所述多旋翼航拍飞行器当前飞行姿态的的脉宽信号发于所述电子调速器，所述电子调速器再根据接收到的脉宽信号控制所述电机的转速。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼航拍飞行器，其特征在于：所述多旋翼航拍飞行器采用双电源供电模式。

3.根据权利要求2所述的一种多旋翼航拍飞行器，其特征在于：所述飞行控制器还包括与所述处理器连接的电压传感器，所述电压传感器用来感应所述电源的电压强度并将生成的电压信号发送给所述处理器，所述处理器再根据该电压信号来控制所述双电源的切换。

4.根据权利要求1所述的一种多旋翼航拍飞行器，其特征在于：所述电源由二锂聚合物电池构成，并安装在所述机架的中心。

5.根据权利要求1所述的一种多旋翼航拍飞行器，其特征在于：所述云台为三轴云台，且每个轴均使用基于自适应卡尔曼滤波的模糊PID控制环路算法来控制自身的运转。

6.根据权利要求1所述的一种多旋翼航拍飞行器，其特征在于：所述机架由碳纤维制成。

7.根据权利要求1所述的一种多旋翼航拍飞行器，其特征在于：所述第一减震组件和第二减震组件均由硅胶减震球构成。

8.根据权利要求1所述的一种多旋翼航拍飞行器，其特征在于：所述电机为无刷电机，所述电子调速器为无刷电子调速器。

9.根据权利要求1所述的一种多旋翼航拍飞行器，其特征在于：所述机架的底部安装有可折叠脚架。

10.根据权利要求1所述的一种多旋翼航拍飞行器，其特征在于：所述旋翼为四个、六个或八个，且对称安装在所述机架上。