CN107054675A - 一种微型叠层式四旋翼飞行控制器 - Google Patents

一种微型叠层式四旋翼飞行控制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,涉及无人机技术领域,包括主控制器,气压计,电子罗盘,无线通信模块,传感器保护罩,所述气压计设置在所述主控制器上,所述传感器保护罩设置在所述气压计上方,传感器保护罩通过安装孔叠合在主控制器上,所述电子罗盘通过导电长针和斜撑针连接所述主控制器,所述无线通信模块插接在所述主控制器上。本发明使得飞行控制系统结构牢固、体积小巧、线路简洁、拆装方便、贴片焊接方便、功能拓展方便,并且降低了局部气流对气压计的干扰,降低了电机驱动器所产生磁场对电子罗盘的干扰,提升了飞行性能。

Description

一种微型叠层式四旋翼飞行控制器
技术领域
本发明涉及无人机技术领域,尤其涉及一种微型叠层式四旋翼飞行控制器。
背景技术
四旋翼飞行器是一种通过四个垂直向下作用的旋翼进行飞行的飞行器。这种旋翼布置方式使得飞行器的横滚、俯仰和偏航可以通过各个旋翼的转速变化进行单独地控制。四旋翼飞行器从控制的观点看,是静不稳定系统,需要根据传感器信息,对旋翼转速进行高频率的反馈调节,才能使得飞行器稳定飞行,因此飞行控制系统是四旋翼飞行器的核心组件。在多机编队飞行研究领域,要求飞行控制系统在保证飞行器稳定飞行的同时,还能够有一定的自主性与合作能力,而且一般要求飞行器尽量小型化,这些对飞行控制系统的设计提出了更高要求。
现有的四旋翼飞行控制系统,有的虽然自主飞行能力较强,但是体积过大,外围线路连接复杂;有的体积小巧,但是自主能力不足,往往只能人工控制;有的传感器和处理器性能较差,导致飞行性能不佳,不适于研究。
因此,本领域的技术人员致力于开发一种叠层式四旋翼飞行控制系统,拥有自主飞行能力,还能够兼顾简洁小巧、高传感性能,使飞行器更适用于多机编队飞行研究。
发明内容
有鉴于现有技术的缺陷,本发明所要解决的技术问题是制作一种不易受干扰的微型易拆装自主飞行的飞行控制器。本发明使得飞行控制器结构牢固、体积小巧、线路简洁、拆装方便、贴片焊接方便、功能拓展方便,并且降低了局部气流对气压计的干扰,降低了电机驱动器所产生磁场对电子罗盘的干扰,提升了飞行性能。
本发明中所说的“上”指的是当微型叠层式四旋翼飞行控制器被放置在地面上时背离地面的方向,本发明中所说的“下”指的是当微型叠层式四旋翼飞行控制器被放置在地面上时面向地面的方向。
为实现上述目的,本发明提供了一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,包括主控制器1,气压计11,电子罗盘14,无线通信模块23,传感器保护罩24,所述气压计11设置在所述主控制器1上,所述传感器保护罩24设置在所述气压计11上方,传感器保护罩24通过安装孔叠合在主控制器1上,所述电子罗盘14通过导电长针和斜撑针连接所述主控制器1,所述无线通信模块23插接在所述主控制器1上。
进一步地,所述传感器保护罩24在所述气压计11位置上方设置有“S”形导管。
进一步地,所述导管管口朝上,所述导管内部填充海绵,阻隔螺旋桨气流对气压计的干扰,同时保证气压计可触及周围环境。
进一步地,电机驱动器20安装在所述主控制器1下方,所述主控制器1的供电与电机控制接口3通过导线与电机驱动器20连接。
进一步地,在电机驱动器20与主控制器1上均设置紧固安装孔2,所述螺柱21与螺栓22通过所述紧固安装孔2配合,使电机驱动器20与主控制器1相隔离。
进一步地,无线通信模块23通过针脚插接在主控制器1上的无线通信模块插接排母9上,并通过针脚与主控制器1通信。
进一步地,电子罗盘14与电子罗盘直针焊接槽口18通过电子罗盘导电直针13焊接连接,电子罗盘直针焊接槽口18焊接在电子罗盘14的过孔中。
进一步地,电子罗盘导电直针13顶部与主控制器1通过电子罗盘斜撑针12焊接连接。
进一步地,主控制器1底侧设置有核心元件惯性传感器16和微处理器17,在焊接过程中完成主控制器1上方元件焊接后再对所述惯性传感器16和所述微处理器17进行焊接。
进一步地,主控制器1上还设置有提供IIC两线式串行总线的第一组拓展接口6、用于向外供电与输入输出信号的第二组拓展接口15和室外导航用拓展GPS接口19。
进一步地,主控制器1上固定设置有八针式程序烧录接口4,所述八针式程序烧录接口4设置在主控制器1边缘,与电机控制接口3相邻。
本发明的有益效果是:
1、通过传感器保护罩的导管结构及其内部的海绵,降低了螺旋桨及横风气流对气压计的干扰;
2、通过导电长针架高电子罗盘,降低了电机驱动器所产生磁场对电子罗盘的干扰,提升了飞行性能;
3、电子罗盘的导线由导电长针代替,兼顾传输信号与结构支撑,于是整台飞行控制器实现完整功能所需要的信号导线(不计大功率线路)仅由一股6根供电与电机控制线和一股4根电池平衡线组成,无线通信设备、安全模式按钮也无需导线连接,这使得线路极为简洁;
4、采用螺柱与螺栓紧固连接主控制器、传感器保护罩、电机驱动器,结构牢固,电子罗盘的安装采用直针与斜撑针结合的焊接连接方式,提升结构刚度,防止电子罗盘振动;相邻螺柱间距不大于30mm,控制系统长宽均不大于45mm(不计导线),体积较为小巧;
5、系统各组件间多采用螺柱、螺栓连接,拆装方便,而电子罗盘的直针焊接在主控制器的槽口内,拆装焊接亦比传统过孔焊接更加方便;
6、主控制器对贴片点位精度要求最高的微处理器和惯性传感器均位于主控制器电路板的底侧,在贴片焊接工艺过程中,在贴片焊接完顶侧各低精度要求的元件后,用于插接无线通信模块的两列排母可以起到平稳支撑电路板的作用,便于微处理器和惯性传感器的上锡和定位;
7、该飞行控制系统主要为室内编队飞行设计,但依然留有户外飞行所需的GPS接口、连接大型飞行器机载计算机的USB接口等等,功能拓展方便。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的主控制器和电子罗盘部分立体图;
图2是本发明的一个较佳实施例的主控制器和电子罗盘部分底视图;
图3是本发明的一个较佳实施例的整体立体图;
其中:1、主控制器,2、紧固安装孔,3、供电与电机控制接口,4、程序烧录接口,5、复位按钮,6、第一组拓展接口,7、拓展USB接口,8、安全模式按钮,9、无线通信模块插接排母,10、电池平衡插口,11、气压计,12、电子罗盘斜撑针,13、电子罗盘导电直针,14、电子罗盘,15、第二组拓展接口,16、惯性传感器,17、微处理器,18、电子罗盘直针焊接槽口,19、拓展GPS接口,20、电机驱动器,21、螺柱,22、螺栓,23、无线通信模块,24、传感器保护罩。
具体实施方式
以下结合附图对本发明涉及的一种微型叠层式四旋翼飞行控制器的优选实施例做了详细描述,但本发明并不仅限于该实施例。为了是公众对本发明有彻底的了解,在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节。
如图1,图2和图3所示,一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,包括主控制器1,气压计11,电子罗盘14,无线通信模块23,传感器保护罩24,气压计11设置在主控制器1上,传感器保护罩24设置在气压计11上方,传感器保护罩24通过其两端相距30mm的安装孔叠合在主控制器1上,由螺栓22紧固,电子罗盘14通过导电长针和斜撑针连接主控制器1,无线通信模块23插接在主控制器1上。传感器保护罩24在气压计11位置上方设置有“S”形导管,导管管口朝上,导管内部填充海绵,用于阻隔螺旋桨气流对气压计的干扰,同时保证气压计可触及周围环境。
如图3所示,电机驱动器20安装在主控制器1下方并被螺柱21所隔离,主控制器1的供电与电机控制接口3通过一股六根导线与电机驱动器20连接。在电机驱动器20与主控制器1上均设置紧固安装孔2,紧固安装孔2的数量至少为4个,螺柱21与螺栓22通过紧固安装孔2配合,使电机驱动器20与主控制器1通过8mm长的M3螺柱21相隔离,相邻螺柱21之间距离30mm。
无线通信模块23通过20根针脚插接在主控制器1上的无线通信模块插接排母9上,并通过针脚与主控制器1通信。
如图1和图2所示,电子罗盘14与电子罗盘直针焊接槽口18通过五根电子罗盘导电直针13焊接连接,电子罗盘导电直针13焊接在电子罗盘14的过孔中,五根电子罗盘导电直针13分别具有供电、通信及触发功能。电子罗盘导电直针13顶部与主控制器1通过电子罗盘斜撑针12焊接连接,电子罗盘导电直针13焊接到主控制器1的焊盘上。
如图2所示,主控制器1底侧设置有核心元件惯性传感器16和微处理器17,在焊接过程中完成主控制器1上方元件焊接后再对惯性传感器16和微处理器17进行焊接。主控制器1上还设置有提供IIC两线式串行总线的第一组拓展接口6、用于向外供电与输入输出信号的第二组拓展接口15和室外导航用拓展GPS接口19。
如图1所示,主控制器1上设置有八针式程序烧录接口4,八针式程序烧录接口4设置在主控制器1边缘,与电机控制接口3相邻,使用数据线连接八针式程序烧录接口4和外部计算机以将程序烧录到主控制器1中;单侧无线通信模块插接排母9与八针式程序烧录接口4和电机控制接口3相邻,设置在主控制器1上背离边缘的内侧方向。
如图1所示,复位按钮5,第一组拓展接口6,拓展USB接口7和安全模式按钮8均设置在主控制器1边缘,复位按钮5、第一组拓展接口6、拓展USB接口7和安全模式按钮8依次设置在主控制器1边缘,其中复位按钮5、第一组拓展接口6和安全模式按钮8设置在主控制器1上侧,拓展USB接口7设置在主控制器1下侧;复位按钮5用于将主控制器1的各项设置重置;第一组拓展接口6能够提供IIC两线式串行总线,拓展USB接口7能够用于连接USB接口外设装置,如摄像头;安全模式按钮8用于使飞机进入自稳状态,等飞机四轴稳定后再切换会正常状态。
如图1所示,电池平衡插口10和气压计11设置在主控制器1上边缘,单侧无线通信模块插接排母9与电池平衡插口10和气压计11相邻,设置在主控制器1上背离边缘的内侧方向,无线通信模块插接排母9成对设置,两个单侧无线通信模块插接排母9相互平行。
本发明提供的一种叠层式四旋翼飞行控制系统依靠自身设备能够自主对四旋翼飞行器进行姿态控制与飞行高度控制,在外部视觉设备辅助下,能自主进行精确的位置控制与轨迹追踪飞行,在连接GPS的条件下,能自主进行室外环境的位置控制与轨迹追踪飞行,并能够高频率地与地面设备进行无线通信,其能力接近工业级无人机控制系统,但是本发明在保证各传感器性能、保证系统结构强度的同时去除了繁杂的接线,使得其长宽缩减至45mm,高度缩减至50mm,还采用了便于加工与组装的设计;本发明提供的叠层式四旋翼飞行控制系统适合于安装在微型四旋翼飞行器机架上,适合于进行室内等狭小空间的飞行,适用于多机编队飞行研究。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,其特征在于,包括主控制器(1),气压计(11),电子罗盘(14),无线通信模块(23),传感器保护罩(24),所述气压计(11)设置在所述主控制器(1)上,所述传感器保护罩(24)设置在所述气压计(11)上方,传感器保护罩(24)通过安装孔叠合在主控制器(1)上,所述电子罗盘(14)通过导电长针和斜撑针连接所述主控制器(1),所述无线通信模块(23)插接在所述主控制器(1)上。
2.如权利要求1所述的一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,其特征在于,所述传感器保护罩(24)在所述气压计(11)位置上方设置有“S”形导管。
3.如权利要求2所述的一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,其特征在于,所述导管管口朝上,所述导管内部填充海绵。
4.如权利要求1所述的一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,其特征在于,电机驱动器(20)安装在所述主控制器(1)下方,所述主控制器(1)的供电与电机控制接口(3)通过导线与电机驱动器(20)连接。
5.如权利要求4所述的一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,其特征在于,在电机驱动器(20)与主控制器(1)上均设置紧固安装孔(2),所述螺柱(21)与螺栓(22)通过所述紧固安装孔(2)配合,使电机驱动器(20)与主控制器(1)相隔离。
6.如权利要求1所述的一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,其特征在于,无线通信模块(23)通过针脚插接在主控制器(1)上的无线通信模块插接排母(9)上,并通过针脚与主控制器(1)通信。
7.如权利要求1所述的一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,其特征在于,电子罗盘(14)与电子罗盘直针焊接槽口(18)通过电子罗盘导电直针(13)焊接连接,电子罗盘导电直针(13)焊接在电子罗盘(14)的过孔中。
8.如权利要求7所述的一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,其特征在于,电子罗盘导电直针(13)顶部与主控制器(1)通过电子罗盘斜撑针(12)焊接连接。
9.如权利要求1所述的一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,其特征在于,主控制器(1)底侧设置有核心元件惯性传感器(16)和微处理器(17),在焊接过程中完成主控制器(1)上方元件焊接后再对所述惯性传感器(16)和所述微处理器(17)进行焊接。
10.如权利要求1所述的一种微型叠层式四旋翼飞行控制器,其特征在于,主控制器(1)上还设置有第一组拓展接口(6)、第二组拓展接口(15)和室外导航用拓展GPS接口(19)。
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