CN107544533A - 多功能便携式微型无人机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多功能便携式微型无人机系统，包括机体以及飞控主板，所述机体与飞控主板集成在一块PCB板上。本发明具有结构简单、质量轻、尺寸小、成本低、隐蔽性好、使用方便以及应用灵活广泛等优点，携带和展开方便，可以在室内或室外复杂地形下飞行，便于隐蔽执行侦察任务，同时对使用环境的要求不高。

Description

多功能便携式微型无人机系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种多功能便携式微型无人机系统。

背景技术

无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)，是利用机载传感器和飞行自动控制系统自主执行给定任务或者通过无线电遥控设备发送遥控指令执行任务的飞行器。多功能便携式微型无人机MAV在军事领域和民用领域中都发挥着极其重要的作用，在军事领域中，面对现代高技术条件下的局部战争，MAV主要遂行战术侦察任务，特别是在城市反恐、丛林作战等特殊战况下，可提供及时、准确战术的情报，提高作战效率；MAV也能够应用在电力巡线、森林防火、环保监测以及消防搜救等领域，单兵便携式MAV具有较好的实用价值和巨大的军事应用前景。

目前常用的多款四旋翼无人机在功能和尺寸上均各有偏重，或功能全而尺寸大，或尺寸小而功能少，两者未能得到有机统一，主要存在以下缺点：

1)微型无人机各子系统集成难度较大；

2)无人机机体结构微型化难度大；由于制造技术及成本等原因，市面上的其他飞行器的尺寸相对较大；

3)市面上很多微型飞行器只具有增稳飞行功能，功能简单，基本只能实现增稳飞行，不具有无人机的诸如定高、定点以及航线飞行等功能，因此只能叫做航模；

4)市面上很多微型飞行器功能单一，不具备可扩展能力；

5)同性能的无人机产品价格昂贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、质量轻、尺寸小、成本低以及应用灵活广泛的多功能便携式微型无人机系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种多功能便携式微型无人机系统，包括机体以及飞控主板，所述机体与飞控主板集成在一块PCB板上。

作为本发明的进一步改进：所述PCB板上开设有若干个镂空孔。

作为本发明的进一步改进：若干个所述镂空孔呈对称状布置。

作为本发明的进一步改进：所述PCB板的中部设置有GPS接收机、主控制芯片和航姿参考模块，所述主控制芯片包括惯性传感器、气压计和磁力计。

作为本发明的进一步改进：所述主控制芯片采用STM32F405芯片，内核为Cortex-M4，所述惯性传感器采用整合性6轴运动处理组件MPU6000，所述气压计采用气压传感器MS5611；所述磁力计采用带有数字接口的弱磁传感器的集成模块HMC5883；所述GPS接收机采用ublox_M8N模块。

作为本发明的进一步改进：所述机体包括外壳、飞行组件及电池仓，所述飞行组件包括一组以上电机和螺旋桨的组合，用来实现无人机系统的飞行。

作为本发明的进一步改进：所述外壳上还设置有电池仓以及微型摄像头、GPS接收机。

作为本发明的进一步改进：所述PCB板的四周设置有电子调速器焊盘、电机安装孔、电机焊盘，用来安装机体的飞行组件。

作为本发明的进一步改进：还包括与所述微型无人机连接的地面站软件、数传电台以及控制器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明无人机系统，由于结构简单、质量轻、尺寸小、成本低、隐蔽性好、使用方便，可作为特种作战部队、防暴警察、消防救灾人员等的短距侦察装备，并能够适用于城市、山地、森林等各种复杂地形和恶劣环境，在经济、社会和生态各个方面具有广阔的应用前景；

2)本发明无人机系统，由于体积小、质量轻，携带和展开均十分方便，充分优化尺寸结构，并将尺寸优势与多种任务功能完美结合，填补了市场空白，且制造成本低，便于大规模开发生产，具有广阔的经济优势；

3)本发明无人机系统，兼具性能与尺寸优势，可以在室内或室外复杂地形下(特别是狭小空间)飞行，在灾害救援中有效探索灾害现场，准确定位受困人位置，为生命救援争取时间，且噪声小，便于进行隐蔽侦察，可以在安防和警用中执行情报收集任务，在电网巡线、高速公路巡查等领域也有一定的应用前景；

4)本发明无人机系统，采用锂电池作为能源，清洁环保无污染，环境兼容性优异，通过搭载环保监测传感器用于进行大面积巡航作业，能够第一时间发现排污现象，准确定位污染源头，发挥环境质量检测的功能优势；

5)本发明无人机系统，安全易操作，不会对其他飞行器和个人造成危险，使用人员只需要接受少量培训即可使用，能够手抛起降，对使用环境的要求不高。

附图说明

图1是本发明在具体应用实施例中的立体示意图。

图2是本发明在具体应用实施例中的俯视结构原理示意图

图3是本发明在具体应用实施例中的主视结构原理示意图。

图4是本实施例中PCB板的原理示意图。

图5是本实施例多功能便携式无人机系统的原理示意图。

图例说明：

1、外壳；2、微型摄像头；3、电机；4、螺旋桨；5、GPS接收机；6、电池仓；7、PCB板；8、镂空孔；9、航姿参考模块；10、主控制芯片；11、电子调速器焊盘；12、电机安装孔；13、电机焊盘。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明多功能便携式微型无人机系统包括机体以及飞控主板，机体与飞控主板集成在一块PCB板7上，搭建轻量化微型无人机平台，实现机体-控制主板一体化设计。

在具体应用实例中，在PCB板7上开设有若干个镂空孔8，其作用是在保证强度的前提下最大可能的减轻整机重量。镂空孔8的形状可以为腰型孔、圆形孔等等。若干个所述镂空孔8呈对称状布置。

本发明在PCB板7的中部设置有GPS接收机5、主控制芯片10和航姿参考模块IMU9，所述主控制芯片10包括惯性传感器、气压计和磁力计。

由于PCB板7的强度有限，若一味加厚PCB板7虽能增加机身强度，但是相应的也会增加机体重量，因此，必须在机体强度和机身重量两者之间寻找一个合理的折衷，本发明通过将机体与飞控主板集成在一块PCB板7上，可以大大减少无人机的机体重量，能耗低、重量轻，实际中不含电池机体总重可减轻至约88g，同时还能够兼顾机身强度。

同时，由于微型飞行器飞行品质对机体重心的依赖较大，因此在各子模块的布局上需从多方面考虑。首先考虑到重心的配平，经过计算和测量，可将航姿参考模块IMU9和GPS接收机5的位置定出，分别居于机体重心两侧。此外，兼顾考虑各传感器之间的电磁干扰，定下主控制芯片10的位置，经优化，主控制芯片10的位置定于机体右下侧。

在具体应用实例中，该机体包括外壳1、飞行组件及电池仓6，飞行组件包括一组以上电机3和螺旋桨4的组合，用来实现无人机系统的飞行。外壳1上还设置有电池仓6以及微型摄像头2、GPS接收机5。本发明进一步在PCB板7的四周设置有电子调速器焊盘11、电机安装孔12、电机焊盘13，用来安装机体的飞行组件。

如图4和图5所示，本发明飞控主板中包括主控制芯片10以及航姿参考模块IMU9，航姿参考模块IMU9内包含有分别与主控制芯片10连接的惯性传感器、气压计、磁力计，控制主板资源丰富，可扩展性强。

本发明无人机的飞行控制系统从硬件设计具体如下(主要元件)：

主控制芯片10，采用性能强大的STM32F405芯片，属于中端32位ARM控制芯片，其内核为Cortex-M4，价格上也比原厂PX4选用的STM32F427芯片便宜一半。

惯性传感器组，选择MPU6000，MPU6000为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速度计的轴间耦合误差的问题，并且也减少了大量的安装空间。

气压计，采用MS5611芯片，MS5611是一款具有SPI和I²C总线接口的新一代高分辨率气压传感器，分辨率可达到10cm，比较合适用于MAV的高度控制。

磁力计，采用HMC5883，该款芯片是一种表面贴装的高集成模块，并带有数字接口的弱磁传感器，特别适用于低成本罗盘和磁场检测领域。

GPS，采用ublox_M8N模块，Ublox_M8系列是一款最新推出的高精度、低功耗的GPS导航模块。速度精度为0.05m/s，航向精度为0.3deg。

本发明无人机系统中的技术指标如表1所示，同时采用3d打印技术成型，为无人机专门设计了防水外壳1。本发明通过采用3d打印防水外壳1，造型精美，符合人体工程学。

表1：无人机技术指标。

本发明基于微型无人机平台、地面站软件、数传电台以及2.4G遥控器，最终构建了多功能便携式无人机系统，多功能便携式无人机系统结构图如图5所示。

同时，本发明采用3d打印技术成型，为无人机专门设计了防水外壳，造型精美，符合人体工程学。

通过采用上述本发明的无人机系统，具有以下特点：

1、体积小、质量轻，携带和展开均十分方便，全机重量不到100克；机动性好，可以在室内或室外复杂地形下(特别是狭小空间)飞行；噪声小，便于隐蔽执行侦察任务；安全易操作，不会对其他飞行器和个人造成危险，使用人员只需要接受少量培训即可使用；能够手抛起降，对使用环境的要求不高。

2、机体本身就是一块PCB板，上面的电子元器件组成了飞行控制系统。

3、功能全，能够自稳、定高以及定点，甚至航线飞行。此外，还具有安全保护机制，能够失控返航以及低电量返航等。

4、器件的排列使其受到的电磁干扰最小，并且能够很好的控制重心。

5、飞行控制器的核心工作原理是控制无人机的飞行姿态，使其能够在空中稳定飞行。

本发明的上述无人机系统，可以适用于以下用途：(1)搜索与救援；(2)狭小受限空间隐蔽侦查，获取受障碍物遮挡的场景信息；(3)代替常规作业人员完成其无法完成的侦查任务，检查发生事故后的核装置和化工厂等；(4)环境保护，可遂行诸如空气质量检测、观察保护野生动物等任务；同时非常适合作为作战部队、警察、消防、救灾人员、环保人员等的短距侦察装备，用于城市、山地等复杂地形的各种抵近侦察任务。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种多功能便携式微型无人机系统，包括机体以及飞控主板，其特征在于，所述机体与飞控主板集成在一块PCB板(7)上。

2.根据权利要求1所述的多功能便携式微型无人机系统，其特征在于，所述PCB板(7)上开设有若干个镂空孔(8)。

3.根据权利要求2所述的多功能便携式微型无人机系统，其特征在于，若干个所述镂空孔(8)呈对称状布置。

4.根据权利要求1或2或3所述的多功能便携式微型无人机系统，其特征在于，所述PCB板(7)的中部设置有GPS接收机(5)、主控制芯片(10)和航姿参考模块(9)，所述主控制芯片(10)包括惯性传感器、气压计和磁力计。

5.根据权利要求4所述的多功能便携式微型无人机系统，其特征在于，所述主控制芯片(10)采用STM32F405芯片，内核为Cortex-M4，所述惯性传感器采用整合性6轴运动处理组件MPU6000，所述气压计采用气压传感器MS5611；所述磁力计采用带有数字接口的弱磁传感器的集成模块HMC5883；所述GPS接收机(5)采用ublox_M8N模块。

6.根据权利要求1或2或3所述的多功能便携式微型无人机系统，其特征在于，所述机体包括外壳(1)、飞行组件及电池仓(6)，所述飞行组件包括一组以上电机(3)和螺旋桨(4)的组合，用来实现无人机系统的飞行。

7.根据权利要求6所述的多功能便携式微型无人机系统，其特征在于，所述外壳(1)上还设置有电池仓(6)以及微型摄像头(2)、GPS接收机(5)。

8.根据权利要求1或2或3所述的多功能便携式微型无人机系统，其特征在于，所述PCB板(7)的四周设置有电子调速器焊盘(11)、电机安装孔(12)、电机焊盘(13)，用来安装机体的飞行组件。

9.根据权利要求1或2或3所述的多功能便携式微型无人机系统，其特征在于，还包括与所述微型无人机连接的地面站软件、数传电台以及控制器。