CN106896823B - 无人飞行器的控制装置及无人飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无人机技术领域，公开了一种无人飞行器的控制装置，包括外壳、固定在外壳内的惯性测量装置、电连接于惯性测量装置的飞控主电路板、以及电连接于所述飞控主电路板且紧贴于外壳内壁的接口软板，所述接口软板两侧穿过所述外壳电连接于外部设备。本发明还公开了一种包括上述控制装置的无人飞行器。本发明通过上述结构设置，各部件间结构紧凑，提高了整个控制装置集成化程度，降低了震动对惯性测量装置的影响，提高了惯性测量装置测量的稳定性。在外壳内贴设接口软板，接口软板将现有多个分体设置的接口板集成于一体，能够提高其安装在外壳内的稳定性，并且可以随意折叠，节省安装空间，减小整个控制装置的体积。

Description

无人飞行器的控制装置及无人飞行器
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人飞行器的控制装置及无人飞行器。
背景技术
无人飞行器是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。目前，随着科技的发展，无人飞行器技术日趋成熟，无人飞行器以其速度快、操作灵活的特点被广泛应用。
无人飞行器在飞行过程中，需要控制装置对其进行控制和导航，由控制装置控制无人飞行器的姿态，反馈无人飞行器所在的位置，实现无人飞行器的姿态控制和定位功能。现有的无人飞行器的控制装置通常是通过其内的惯性测量装置进行无人飞行器的姿态信息及位置信息的分析，进而实现导航作用。
目前无人飞行器的控制装置通常存在以下问题：
(1)现有控制装置的整体集成化程度不高，控制装置的各个部件之间的结构不紧凑，在无人飞行器飞行过程中产生震动，该震动会影响惯性测量装置的测量，导致测量数据不准确。
(2)现有控制装置上连接电路板的各接口板通常是分体设置，安装接口板时，控制装置需要具有足够的安装空间，导致整个控制装置体积变大，结构相对复杂，且分体设置的各接口板存在着稳定性相对较差的问题，受震动的影响较大。而且现有控制装置的外部接口较多，使用时存在插错接口的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人飞行器的控制装置，以解决现有无人飞行器控制装置集成化程度低、震动对控制装置影响较大的问题。
本发明的另一目的在于提供一种无人飞行器的控制装置，通过设置上述无人飞行器的控制装置，能够提高无人飞行器系统的可靠性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种无人飞行器的控制装置，包括外壳、固定在外壳内的惯性测量装置、电连接于惯性测量装置的飞控主电路板、以及电连接于所述飞控主电路板且紧贴于外壳内壁的接口软板，所述接口软板两侧穿过所述外壳电连接于外部设备。
上述结构的设置，能够使得整个控制装置的结构更加紧凑，提高了整个控制装置集成化程度，降低了震动对惯性测量装置的影响，提高了惯性测量装置测量的稳定性。
作为优选，所述接口软板包括相对而设的第一接口板和第二接口板、以及连接于第一接口板和第二接口板的第一软板，所述第一接口板和第二接口板上均设置有电连接于所述外部设备的所述排针，所述第一软板电连接于所述飞控主电路板。
作为优选，所述接口软板还包括电连接于第二接口板的电源软板以及电连接于电源软板的第二软板，所述电源软板位于第二接口板的一侧，所述第二软板位于所述电源软板和第二接口板之间，用于屏蔽电源软板和第二接口板。
通过设置接口软板，接口软板将现有多个分体设置的接口板集成于一体，能够提高其安装在外壳内的稳定性，并且可以随意折叠，节省安装空间，减小整个控制装置的体积。
作为优选，所述外壳两侧设置有接口插件，所述第一接口板和第二接口板上的排针穿过所述接口插件电连接于所述外部设备。
作为优选，所述第一接口板和第二接口板通过紧固件固定在所述接口插件内侧；
所述第一接口板和第二接口板的外侧均设置有限位板，所述限位板卡设于所述接口插件上。
通过将第一接口板和第二接口板固定在接口插件内侧，进一步增加了接口软板安装在外壳内的稳定性，减小震动对其的影响。
作为优选，还包括位于外壳内且套设在所述惯性测量装置外的限位框体，所述第一接口板、飞控主电路板以及电源软板分别贴设在所述限位框体的三个侧壁外侧。
作为优选，所述限位框体一侧设置有卡凸块，且所述卡凸块与限位框体侧壁之间形成有间隙，所述电源软板靠近第一软板的一端置于所述间隙内。
作为优选，所述外壳包括互相连接的上壳和底盖，所述上壳两侧开设有插槽，所述接口插件可拆卸的插接在所述插槽内，所述限位板卡设于插槽内，所述上壳顶部设有限位凸台，所述惯性测量装置由所述限位凸台限位，并由所述底盖支撑。
作为优选，所述限位框体未贴附第一接口板、飞控主电路板以及电源软板的一侧设置有弧形凸起，所述上壳一侧内壁上设有供所述弧形凸起卡入的卡槽；
所述限位框体顶部设有缺口，所述底盖上设有卡入所述缺口的凸条。
通过上述限位框体结构，能够降低震动对接口软板以及惯性测量装置的影响。
为达另一目的，本发明还提供一种无人飞行器，包括上述的控制装置。
本发明的控制装置通过上述结构设置，各部件间结构紧凑，提高了整个控制装置集成化程度，降低了震动对惯性测量装置的影响，提高了惯性测量装置测量的稳定性。在外壳内贴设接口软板，接口软板将现有多个分体设置的接口板集成于一体，能够提高其安装在外壳内的稳定性，并且可以随意折叠，节省安装空间，减小整个控制装置的体积。同时将排针设置在接口软板的两侧，接口插件设置在外壳两侧，能够避免插错接口的问题。
本发明的上述无人飞行器，通过安装上述控制装置，能够提高无人飞行器检测和控制的准确性，提高了其系统的飞行可靠性。
附图说明
图1是本发明中控制装置的分解示意图；
图2是本发明中上壳的结构示意图；
图3是本发明中底盖的结构示意图；
图4是本发明中惯性测量装置的分解示意图；
图5是本发明惯性测量装置的传感组件显示有第一集成电路板的结构示意图；
图6是本发明惯性测量装置的传感组件显示有第一集成电路板的结构示意图
图7是本发明惯性测量装置的第一增重块的结构示意图；
图8是本发明中接口软板安装后的结构示意图；
图9是本发明中接口软板展开后的结构示意图；
图10是本发明中限位框体的结构示意图。
图中：
1、上壳；2、接口插件；3、惯性测量装置；4、飞控主电路板；5、接口软板；6、限位框体；7、底盖；1.1、插槽；1.2、限位凸台；1.3、卡槽；1.4、第一定位销孔；2.1、第二定位销孔；2.2、插口；2.3、排针孔；3.1、环形壳体；3.2、上金属片；3.3、下金属片；3.4、插片；3.5、通孔；3.6、第一集成电路板；3.7、第二集成电路板；3.8、第二软排线；3.9、第一减震垫；3.1＇、第一增重块；3.2＇、第二增重块；3.3＇、第二减震垫3.4＇、容纳腔；3.5＇、气压仓；5.1、排针；5.2、第一接口板；5.3、第二接口板；5.4、第一软板；5.5、电源软板；5.6、第二软板；5.7、限位板；5.8、螺母；6.1、卡凸块；6.2、间隙；6.3、弧形凸起；6.4、缺口；7.1、凸条。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供一种无人飞行器的控制装置，如图1所示，该控制装置包括外壳、接口插件2、惯性测量装置3、飞控主电路板4、接口软板5以及限位框体6，其中：
上述外壳包括上壳1和底盖7，如图2和图3所示，上述上壳1以及底盖7的四角处均开设有连接孔，可通过连接件穿过上壳1以及底盖7的连接孔，将上壳1和底盖7固定连接。
上述上壳1呈内部中空结构设置，如图2所示，在上壳1的顶部设置有两个限位凸台1.2，该限位凸台1.2用于对惯性测量装置3的限位固定。在上壳1一侧内壁上设有呈弧形结构的卡槽1.3，用于对限位框体6进行限位。在上壳1的两侧对称且贯通的开设有插槽1.1，在插槽1.1两端的上下面上竖直设有相对的第一定位销孔1.4，上述接口插件2可水平插入插槽1.1内，并通过定位销(图中未示出)固定在插槽1.1内。
如图3所示，在底盖7上设有凸条7.1，该凸条7.1用于进一步对限位框体6限位，使得限位框体6被限制在外壳内，降低震动对限位框体6的影响。
本实施例中，通过连接件将上壳1以及底盖7固定连接，能够使得上壳1和底盖7将其内的惯性测量装置3、接口软板5以及限位框体6压紧，使惯性测量装置3、接口软板5以及限位框体6的位置更加稳固，进而减小震动对惯性测量装置3、接口软板5以及限位框体6的影响。
本实施例中，如图1所示，上述接口插件2设置有两个，其分别插入上壳1两侧的插槽1.1内，在接口插件2两端对应第一定位销孔1.4的位置竖直设有第二定位销孔2.1，上述定位销由下而上的依次穿过第一定位销孔1.4、第二定位销孔2.1、第一定位销孔1.4将接口插件2可拆卸的固定在插槽1.1内。通过将接口插件2可拆卸的固定在上壳1上，相对于现有一体设置的上壳和接口插件，本实施例的接口插件2可单独批量生产，便于加工，可随时替换，而且不需要更换上壳1，节省了成本，提高了外壳的整体美观性。本实施例中，上述接口插件2为塑胶件，便于加工，且加工成本低。
上述接口插件2上设有供外部设备的插头插入的插口2.2，在插口2.2上设有与接口软板5上的排针5.1相对应的排针孔2.3，上述接口软板5的排针5.1插入排针孔2.3内，用于与外部设备的插头电连接。
如图4所示，上述惯性测量装置3安装在上壳1内，并由底盖7压紧在上壳1内，具体的，该惯性测量装置3包括第一外壳，安装在第一外壳内的传感组件和减震组件，其中第一外壳包括环形壳体3.1，以及位于环形壳体3.1上下两侧的上金属片3.2以及下金属片3.3，上述传感组件和减震组件置于环形壳体3.1内并由下金属片3.3支撑。上述上金属片3.2和下金属片3.3均可通过该卡扣与卡孔相扣合的方式固定在环形壳体3.1上。优选的，在上金属片3.2和下金属片3.3上相对的两侧均延伸有两个插片3.4，上述插片3.4可插入环形壳体3.1内并且抵持在环形壳体3.1的内壁上，其能够防止环形壳体3.1发生变形，增强了其刚性，起到了加强筋的作用，同时也能使得整个第一外壳的结构更加稳定，能够降低震动对位于第一外壳内的传感组件的影响。
本实施例中，上述上金属片3.2和下金属片3.3的表面上均开设有四个通孔3.5，在将整个惯性测量装置3安装在外壳内时，上壳1顶部的两个限位凸台1.2卡入下金属片3.3上的两个通孔3.5内，将惯性测量装置3限位，所述惯性测量装置3由底盖7支撑固定在上壳1内。
如图5和图6所示，上述传感组件包括有第一集成电路板3.6和第二集成电路板3.7，第一集成电路板3.6和第二集成电路板3.7之间通过第一软排线(图中未示出)连接，上述第一集成电路板3.6上设置有惯性传感器(图中未示出)以及第二软排线3.8，在第二集成电路板3.7上设置有气压传感器，上述第二软排线3.8连接于飞控主电路板4，第一集成电路板3.6以及第二集成电路板3.7上的传感器的信号均通过第二软排线3.8传输至飞控主电路板4，既能实现同种数据多个传感器数据融合，又能实现多种多个传感器组件数据整合，能够提高测量数据可靠性、有效性、稳定性和准确性。上述传感组件用于实时采集获取无人飞行器的飞行状态信息，可采集到的数据有三轴姿态角或角速率，以及加速度和三轴方位。
上述减震组件包括由上到下依次连接的第一减震垫3.9、第一增重块3.1＇、第二增重块3.2＇和第二减震垫3.3＇，上述传感组件置于第一增重块3.1＇和第二增重块3.2＇之间的空间内，具体的，可参照图7，在第一增重块3.1＇和第二增重块3.2＇之间内部形成有放置传感组件的容置腔(图中未示出)，第一集成电路板3.6置于第二增重块3.2＇内，在第一增重块3.1＇上设有容纳腔3.4＇以及气压仓3.5＇，上述容纳腔3.4＇设置有两个，分别用于容纳惯性传感器的陀螺仪和加速计，上述气压仓3.5＇连通于外界，用于容纳第二集成电路板3.7以及其上的气压传感器。通过上述容置腔、容纳腔3.4＇以及气压仓3.5＇，一方面通过第一增重块3.1＇和第二增重块3.2＇两者自身的空间放置传感组件，节省了原有所需的放置传感组件的额外空间，提高了整个惯性测量装置3的集成化程度，另一方面能够减少震动对惯性传感器的影响以及高速杂乱气流对气压传感器的干扰，提高两者的测量精度。
进一步的，在上述容置腔内填充有导热硅脂。同时在气压仓3.5＇上安装有密封仓盖(图中未示出)，该密封仓盖与气压仓3.5＇通过连接件固定，用于将气压仓3.5＇密封。通过密封仓盖密封气压仓3.5＇，使得气压仓3.5＇与第一增重块3.1＇和第二增重块3.2＇之间形成的容置腔相隔离，其能够避免导热硅脂影响气压仓3.5＇内的气压，进而提高了位于气压仓3.5＇内的气压传感器测量结果的准确性。
同时上述导热硅脂的填充，能够缓和震动，使得第一集成电路板3.6上各元器件温度保持在一定范围内且受热均匀。而且能避免元器件自身发生震动。同时填充导热硅脂，能够使集成电路板上各元器件成为一体并在同一个频率上震动，进一步降低缓和震动。
上述第一减震垫3.9与第二减震垫3.3＇均采用疏松多孔透气缓冲材料制成，能够避免风速过大形成局部湍流，从而避免外界空气大量快速进入影响气压仓3.5＇内气压急剧变换，能够缓冲隔离震动、降低共振频率、缓冲高速杂乱气流。
本实施例中，上述飞控主电路板4上集成有主控单元(图中未示出)，该主控单元用于控制无人飞行器与任务设备，其接收来自于惯性测量装置3的传感组件传递的数据，通过传感组件信息数据融合，生成控制信号，产生无人飞行器飞行的控制命令。其中，所述主控单元由ARM、DSP、单片机中任意一种运算单元实现。
如图8和图9所示，上述接口软板5为软性电路板，其具有随意折叠，能够节省空间的特点。在接口软板5上设有为整个控制装置供电的电源单元以及与任务设备连接的接口，接口为串口、IIC、SPI以及CAN中的一种或多种。具体的，
具体的，该接口软板5包括相对而设的第一接口板5.2和第二接口板5.3，连接于第一接口板5.2和第二接口板5.3的第一软板5.4，上述第一接口板5.2、第二接口板5.3以及第一软板5.4均紧贴在上壳1的内侧，以使得接口软板5更加稳固的安装在上壳1内，空间利用更加合理，进一步提高了集成化程度，减小整个控制装置的体积。上述接口软板5的排针5.1设置在第一接口板5.2和第二接口板5.3上，在第一软板5.4上设有板对板连接器(图中未示出)，并通过该板对板连接器连接于飞控主电路板4。
在第二接口板5.3的一侧连接有电源软板5.5，在电源软板5.5和第二接口板5.3之间设置有第二软板5.6，该第二软板5.6内覆盖有铜皮，其设置在电源软板5.5和第二接口板5.3之间，能够屏蔽电源软板5.5和第二接口板5.3两者之间的干扰。
本实施例中，上述第一接口板5.2和第二接口板5.3紧贴的固定在上壳1内，具体的，其可以通过在第一接口板5.2和第二接口板5.3上均设置螺母5.8，上壳1的插槽1.1上相对应的设置有通孔3.5，通过紧固件也就是螺栓穿过通孔3.5并螺纹连接在螺母5.8上，能够将第一接口板5.2和第二接口板5.3固定在上壳1设置插槽1.1的两侧内，能够限制接口软板5的前后移动。在第一接口板5.2和第二接口板5.3固定在上壳1内时，第一软板5.4紧贴在上壳1的另一侧壁上。通过上述结构，能够将接口软板5有效的固定在上壳1内，且能够减轻震动对其的影响。
优选的，本实施例还可以在第一接口板5.2和第二接口板5.3的外侧均设有限位板5.7，该限位板5.7的面积小于第一接口软板5和第二接口板5.3，其可卡设在插槽1.1内，进一步限制了接口软板5的上下以及左右的移动，而且结合第一接口板5.2和第二接口板5.3通过螺栓螺母5.8固定在上壳1内所限制的前后移动，能够使得整个接口软板5完全被限位在上壳1内，进一步降低震动对其的影响。
上述第一接口板5.2、第二接口板5.3、第一软板5.4、电源软板5.5以及第二软板5.6均通过展开的接口软板5(图9所示)折叠而成，其可根据不同的上壳1大小折叠成与上壳1适应的接口软板5，一方面节省了接口软板5的安装空间，使得其上的各元器件布置更加合理，减小整个控制装置的体积；另一方面能够根据不同的上壳1的形状进行相应的调整，以提高接口软板5安装的稳定性，降低震动对其产生的影响。
如图10所示，上述限位框体6由底盖7支撑固定在上壳1内，具体是底盖7将限位框体6紧压在上壳1内。上述限位框体6套设在惯性测量装置3的第一外壳外，上述接口软板5的第一接口板5.2和电源软板5.5以及飞控主电路板4贴设与限位框体6外侧。在上述限位框体6的一侧设置有卡凸块6.1，在卡凸块6.1与限位框体6侧壁之间形成有间隙6.2，在安装限位框体6时，上述卡凸块6.1隔设在电源软板5.5与第二软板5.6之间，电源软板5.5端部卡设于间隙6.2内，卡凸块6.1将电源软板5.5与第二软板5.6隔开，一方面能够避免第二软板5.6与电源软板5.5接触而挤压电源软板5.5上的元器件，另一方面能够对第二软板5.6进行支撑，使得第二软板5.6抵住第一接口软板5，对第一软板5.4上的排针5.1起到支撑作用，防止排针5.1受力过大而受损。
在限位框体6未紧贴第一接口板5.2、飞控主电路板4以及电源软板5.5的一侧设置有弧形凸起6.3，该弧形凸起6.3可插入上壳1的弧形卡槽1.3内，由弧形凸起6.3和弧形卡槽1.3的配合，将限位框体6限制在上壳1内。
进一步的，在限位框体6顶部设有缺口6.4，上述底盖7的凸条7.1可卡入该缺口6.4内，进一步对限位框体6进行限位。通过对限位框体6的限位，能够降低震动对限位框体6的影响，也就进一步降低了对接口软板5以及惯性测量装置3的影响。
本发明的上述控制装置在安装时，首先，先将接口软板5安装到上壳1内对应位置，并通过螺栓固定在上壳1的插槽1.1侧壁上。再将接口插件2插入插槽1.1内，并用定位销固定在插槽1.1内；然后将惯性测量装置3放入到上壳1对应位置，上壳1的限位凸台1.2插入到惯性测量装置3的下金属片3.3的通孔3.5内，起到对惯性测量装置3的限位作用。随后将飞控主电路板4与接口软板5的第一软板5.4通过板对板连接器连接，之后将惯性测量装置3的第二软排线3.8连接于飞控主电路板4。最后安装限位框体6，将限位框体6三个侧面分别与第一接口软板5、第二接口软板5以及飞控主电路板4紧贴，另一侧面通过弧形凸台与上壳1侧壁上的弧形卡槽1.3紧密配合，从而通过限位框体6将惯性测量装置3紧固在上壳1内，达到安装紧密，结构紧凑且牢固的目的，提高了惯性测量装置3的减震效果。
之后将底盖7密封安装在上壳1上，并使得底盖7上的凸条7.1卡入限位框体6的缺口6.4内，底盖7将惯性测量装置3以及限位框体6压紧，即完成整个控制装置的安装。通过上述安装结构，使得整个控制装置结构更加紧凑，并使得其内的惯性测量装置3安装更加稳定，大大降低了无人飞行器震动频率对惯性测量装置3的影响，提高了惯性测量装置3测量的稳定性和准确度；而且本发明的上述控制装置集成化程度更高，体积更小，提高了整个控制装置的可靠性。
本发明还提供一种无人飞行器，包括上述控制装置，通过安装上述控制装置，能够提高无人飞行器检测和控制的准确性，提高了其系统的飞行可靠性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人飞行器的控制装置，其特征在于，包括外壳、固定在外壳内的惯性测量装置（3）、电连接于惯性测量装置（3）的飞控主电路板（4）、以及电连接于所述飞控主电路板（4）且紧贴于外壳内壁的接口软板（5），所述接口软板（5）两侧穿过所述外壳电连接于外部设备；
所述接口软板（5）包括相对而设的第一接口板（5.2）和第二接口板（5.3）、以及连接于第一接口板（5.2）和第二接口板（5.3）的第一软板（5.4），所述第一接口板（5.2）和第二接口板（5.3）上均设置有电连接于所述外部设备的排针（5.1），所述第一软板（5.4）电连接于所述飞控主电路板（4）。
2.根据权利要求1所述的无人飞行器的控制装置，其特征在于，所述接口软板（5）还包括电连接于第二接口板（5.3）的电源软板（5.5）以及电连接于电源软板（5.5）的第二软板（5.6），所述电源软板（5.5）位于第二接口板（5.3）的一侧，所述第二软板（5.6）位于所述电源软板（5.5）和第二接口板（5.3）之间，用于屏蔽电源软板（5.5）和第二接口板（5.3）。
3.根据权利要求2所述的无人飞行器的控制装置，其特征在于，所述外壳两侧设置有接口插件（2），所述第一接口板（5.2）和第二接口板（5.3）上的排针（5.1）穿过所述接口插件（2）电连接于所述外部设备。
4.根据权利要求3所述的无人飞行器的控制装置，其特征在于，所述第一接口板（5.2）和第二接口板（5.3）通过紧固件固定在所述接口插件（2）内侧；
所述第一接口板（5.2）和第二接口板（5.3）的外侧均设置有限位板（5.7），所述限位板（5.7）卡设于所述接口插件（2）上。
5.根据权利要求4所述的无人飞行器的控制装置，其特征在于，还包括位于外壳内且套设在所述惯性测量装置（3）外的限位框体（6），所述第一接口板（5.2）、飞控主电路板（4）以及电源软板（5.5）分别贴设在所述限位框体（6）的三个侧壁外侧。
6.根据权利要求5所述的无人飞行器的控制装置，其特征在于，所述限位框体（6）一侧设置有卡凸块（6.1），且所述卡凸块（6.1）与限位框体（6）侧壁之间形成有间隙（6.2），所述电源软板（5.5）靠近第一软板（5.4）的一端置于所述间隙（6.2）内。
7.根据权利要求6所述的无人飞行器的控制装置，其特征在于，所述外壳包括互相连接的上壳（1）和底盖（7），所述上壳（1）两侧开设有插槽（1.1），所述接口插件（2）可拆卸的插接在所述插槽（1.1）内，所述限位板（5.7）卡设于插槽（1.1）内，所述上壳（1）顶部设有限位凸台（1.2），所述惯性测量装置（3）由所述限位凸台（1.2）限位，并由所述底盖（7）支撑。
8.根据权利要求7所述的无人飞行器的控制装置，其特征在于，所述限位框体（6）未贴附第一接口板（5.2）、飞控主电路板（4）以及电源软板（5.5）的一侧设置有弧形凸起（6.3），所述上壳（1）一侧内壁上设有供所述弧形凸起（6.3）卡入的卡槽（1.3）；
所述限位框体（6）顶部设有缺口（6.4），所述底盖（7）上设有卡入所述缺口（6.4）的凸条（7.1）。
9.一种无人飞行器，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的控制装置。
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