CN107621828A - 一种基于多传感融合的四轴飞行器系统和工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于多传感融合的四轴飞行器系统和工作方法，通过姿态测量器测量四轴飞行器飞行的姿态，将姿态信息传输至飞控，飞控通过融合各传感器信息及遥控指令后将控制信息发送至电调，电调通过调节通电占空比，控制马达转速，从而达到对整个四轴飞行器进行控制的目的。飞控、电调、姿态测量器、电源板、保护罩模块化设计，需要使用四轴飞行器时将各个模块拼装组合即可，拆卸简单，携带方便。该系统结构简单紧凑，开发效率高，生产成本低。

Description

一种基于多传感融合的四轴飞行器系统和工作方法

技术领域

本发明涉及无人机飞行器领域，尤其涉及一种基于多传感融合的四轴飞行器系统和工作方法。

背景技术

随着科技的不断进步，四轴无人飞行器的研究越来越深入，其能搭载多种传感器设备完成各种所需的任务，如图像识别设备，红外传感器，超声波传感器等。随着技术的不断成熟，四轴无人飞行器的应用领域也越来越广，军事应用中，可用利用无人机来侦查发现敌人，并实施军事打击；工业应用中，可用应用无人机来进行检测，如铁路巡检；生活中，可用应用无人机拍摄照片，视频等，适合旅游休闲拍照，利用无人机拍摄图片，能达到意想不到的效果。大到军事科技，小到个人生活，无人机正扮演着越来越重要的角色。

本领域中，公开号为CN 106218859 A的中国专利，利用四根机械臂机构所构成一种易于拼装的四轴飞行器，其由香蕉接头、卡片等固定。该装置拆卸操作简单，收纳和携带方便。该发明系统中，没有搭载摄像头等传感设备，不能完成图像拍摄以及自助避障等功能。公开号为CN 205796521 U的中国专利，在四轴飞行器上设计有地磁计和气压计，利用地磁计配合控制单元实现飞行器的自动跟随飞行，利用气压计来采集当前环境的气压值，并将所采集到的气压值传输至控制单元。该发明中采用了一定的传感器，但是传感器的数量相对有限，不能很好的实现飞行器在空中飞行时保持自平衡，另外由于缺乏摄像头设备，该飞行器不能实现图像采集和传输功能。公布号为CN 106005372 A的中国专利，该专利发明了一种四旋翼飞行器及其控制系统，其有机架、四个轴和四个旋翼组成，在飞行使用过程中，通过调节旋翼轴的偏转角度能方便的控制、改变飞行器的飞行方向。但该发明系统不能实现图像拍摄、传输功能，不能实现自助避障飞行功能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于多传感融合的四轴飞行器系统和工作方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于多传感融合的四轴飞行器系统，包括：飞控组件、姿态电路组件和电调组件；

飞控组件四角向外延伸，该飞控组件形成“X”形，该飞控组件与电调组件上下契合，该飞控组件与电调组件中间夹缝中安装姿态电路组件，飞控组件的四角位置和电调组件的四角位置通过金属固定柱连接，在飞控组件的每一角设置螺旋桨，同时在飞控组件的每一角安装保护罩，该保护罩一端固定在飞控组件，另一端向外延伸的长度超过螺旋桨的运行半径。

所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，优选的，所述飞控组件包括：飞控板、红外传感器、超声波传感器、I²C通信电路、CAN通信电路、无线通信电路和摄像装置；

红外传感器和超声波传感器分别安装在飞控板的每一角最外侧，分别接收每个方位的距离信息和障碍物信息，摄像装置安装在飞控组件的每一角上部，用于采集图像数据，I²C通信电路布置在飞控组件和电调组件之间，传输红外传感器和超声波传感器的数据，CAN通信电路连接于飞控组件、姿态电路组件和电调组件之间，用于相互之间的数据交互，无线通信电路连接外部智能设备。

所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，优选的，所述电调组件包括：电调板、若干马达、电池绑缚孔、起落架和电源板；

电调板每一角安装马达，所述马达穿过电调板和飞控板带动螺旋桨转动，所述电调板中心位置开设条形的电池绑缚孔，该电池绑缚孔通过绕线安装固定电池，电池供电端连接电源板电源端，电调板每一角在马达内侧安装起落架，所述起落架面向地面一侧安装橡胶垫。

所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，优选的，所述飞控组件还包括：

红外传感器信号发送端连接飞控处理器红外信号接收端，超声波传感器信号发送端连接飞控处理器超声波信号接收端，I²C通信电路信号发送端连接飞控处理器I²C信号接收端，CAN通信电路信号交互端连接飞控处理器CAN总线信号交互端，无线通信电路信号交互端连接飞控处理器无线信号交互端，摄像装置信号发送端连接飞控处理器摄像信号接收端。

所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，优选的，所述姿态电路组件包括：加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘

加速度传感器信号发送端连接姿态处理器信号接收端，陀螺仪信号发送端连接姿态处理器信号接收端，电子罗盘信号发送端连接姿态处理器信号接收端。

所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，优选的，所述电源板还包括：电调处理器、电源电路、直流调相电路、传感器电路和通信电路；

电池供电端连接电源电路电源端，电源电路供电端连接电调处理器电源端，直流调相电路信号发送端连接电调处理器调相信号接收端，传感器电路信号发送端连接电调处理器传感器信号接收端，通信电路信号发送端连接电调处理器通信信号接收端。

所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，优选的，所述保护罩为扇形展开形状，所述保护罩与电调组件和飞控组件在同一平面，所述保护罩中部切削掏空若干对流框，使螺旋桨在保护罩上方旋转能够采集足够的气流，在保护罩四周设置若干发光LED灯组。

本发明还公开一种基于多传感融合的四轴飞行器系统的工作方法，包括如下步骤：

S1：启动飞行器系统并初始化，执行飞行指令过程中，姿态电路组件、红外传感器、超声波传感器、气压计进行采样，采样频率根据系统的响应频率进行匹配设定；

S2：根据采集的红外传感器输出电压数据，利用红外传感器输出电压-距离解算曲线解算出距离；根据超声波传感器采集数据解算出距离；根据气压传感器采集数据解算出气压值；根据姿态测量器采样数据利用旋转矩阵法解算出俯仰、横滚和偏航角；

S3：融合处理红外传感器、超声波传感器、气压计、姿态电路组件的参数数据，并进行飞行稳定性判断；保证整个飞行器系统的安全。

所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统的工作方法，优选的，所述S3包括：

根据飞控组件每个角安装的四个红外传感器测量的距离解算出四轴飞行器前后左右四个方向是否有障碍物，以及在各个方向上距离障碍物的距离。根据与飞控组件垂直安装的超声波传感器数据解算出飞行器系统低空飞行时距离地面的距离；根据气压计数据解算出飞行器系统高空飞行时距离地面的距离。根据姿态数据解算出飞行器系统飞行时的三维姿态；

所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统的工作方法，优选的，所述S3包括：

根据融合处理的红外传感器、超声波传感器、气压计、姿态电路组件的参数数据，判定当前飞行器系统飞行是否处于稳定状态，如果当前飞行状态处于稳定运动状态，则按照当前的飞行状态继续飞行，或者通过遥控指令，人为进行后续飞行操作；如果当前的飞行状态不是处于稳定飞行状态，通过遥控指令进行平衡稳定飞行操作，从而飞行器系统进行自平衡调整，然后以设定的安全降落程序进行降落。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

能够实现一定的负重飞行，同时利用四轴飞行器系统实现图像的采集，并利用无线装置实现图像的回传，并且能够实现四轴飞行器在空中飞行时的自平衡控制、定高飞行以及自动避障功能。通过姿态测量器测量四轴飞行器飞行的姿态，将姿态信息传输至飞控，飞控通过融合各传感器信息及遥控指令后将控制信息发送至电调，电调通过调节通电占空比，控制马达转速，从而实现对整个四轴飞行器进行控制的技术效果。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明飞控结构示意图；

图2是本发明姿态测量器结构示意图；

图3是本发明电调结构示意图；

图4是本发明保护罩结构示意图；

图5是本发明电源板结构示意图；

图6是本发明工作流程示意图；

图7是本发明电路示意图

图8是本发明电池供电的电源电路示意图；

图9是本发明电调电源电路示意图；

图10是本发明姿态测量单元电路示意图；

图11是本发明处理器示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

图1是本发明飞控结构示意图，如图所示，飞控成十字对称设计，四个角上设置有电源导电孔101、102，用于和四个电调及电源板连接，中间设置起落架固定安装孔103、104，姿态测量器固定安装孔105，飞控指令输出口106，串口107，遥控接口108，USB调试接口109，程序调试下载口110，无线模块接口111，红外传感器接口112，I2C通信接口113，CAN通信接口114，超声波传感器接口115以及摄像头接口116。飞控由微处理器单元、电源模块、传感器模块、通信模块、系统显示模块、输入输出模块组成。其中微处理器单元采用STM32F407ZGT6，其主要功能是融合处理各传感器数据信息，结合遥控器发出的指令对四轴飞行器系统进行飞行控制。电源模块提供三种不同压值的电压，第一种为11.1V，该电压用于驱动马达带动螺旋桨旋转，为四轴飞行器系统的动力电压，该电压通过导电孔101或102传至电调，同时，导电孔101、102也为飞控与电调的链接安装孔，飞控与电调间通过铜柱链接，不仅起链接固定作用，而且也利用铜柱来导电，能省去导电电线，使整个系统简洁，便于拆卸，便于携带；第二种电压值为5.0V电压，该电压是通过将11.1V的动力电压通过降压处理而得到，该电压主要用于CAN通信、USB通信供电以及为红外传感器、超声波传感器和蜂鸣器等供电，同时，5.0V的电压通过PWM接口106中设计的5.0V电压通道与电调上的5.0V电压相通，使飞控与四个电调的5.0V电压组网供电，能避免飞控或某个电调出现短暂供电不足的问题；第三种电压为3.3V电压，该电压是通过将5.0V电压通过降压处理而得到，3.3V电压主要为微处理器单元、加速度传感器、地磁传感器、陀螺仪、电子罗盘、串口通信、无线通信模块等供电，同时，3.3V电压通过PWM接口106中设计的3.3V电压通道与电调上的3.3V电压相通，使飞控与四个电调的3.3V电压组网供电，能避免飞控或某个电调出现短暂供电不足的问题。所述传感器模块主要由气压计、加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘、地磁传感器、超声波传感器、红外传感器等传感器组成。其中气压计传感器采用MS5611，设计于飞控背部靠近地面一侧，一共设计有两个气压计传感器，气压计传感器1和气压计传感器2，其中气压计传感器1为常用工作传感器，用于测量四轴飞行器飞行所处的环境大气压，微处理器根据气压计传感器的信息能计算出四轴飞行器飞离地面的距离。气压计传感器2为备用传感器，当气压计传感器1工作不正常时，气压计传感器2作为工作传感器。加速度传感器和陀螺仪采用集三轴加速度计与三轴陀螺仪于一体的芯片MPU6500，地磁传感器采用HMC5983，如图10所示，将MPU6500与HMC5983联合作为第一姿态测量单元，能够测量四轴飞行器在飞行过程中的俯仰、横滚和偏航角，为飞控微处理器提供四轴的飞行姿态数据。所述通信模块主要由串口通信、USB通信、CAN通信以及无线通信等构成。其中串口通信有利于在线调试飞控，用于二次开发，有利于二次开发程序和提高开发调试效率。USB通信也用于在线调，通过与相应的显示APP结合，利用USB通信将四轴飞行器的飞行状态上传至显示APP显示，能清楚的看到四轴的各项飞行参数及保存飞行参数，以利于对数据进行二次分析开发。CAN通信用于连接飞控与姿态测量器，通过CAN通信将姿态测量器计算所得的姿态数据传输至飞控微处理器。无线通信包括两种，第一种为普通2.4G无线模块，其功能是将四轴飞行器的各种飞行参数发送至地面基站，另一方面，可以接受使用2.4G无线通信遥控器发出的飞行控制指令；另外一种市面上所售的四轴飞行器遥控接收机，通过设计的遥控接收口与遥控接收机相连即可接受遥控器发出的飞行指令。保留两种通信接口可以提高自助研发设计无线通信的能力，也能很好的与市面所售普通遥控器接受器和遥控接受器相融合。所述系统显示显示模块由电源显示灯、飞行状态信号灯、控制指令信号灯构成。其中电源显示灯使用红色LED显示，包括11.1V电源指示灯，5.0V电源指示灯以及3.3V电源指示灯；飞行状态信号等使用三色LED灯，三色LED灯能发出不同颜色的灯光，其不同的颜色对应者不同的飞行状态；控制信号灯由普通的LED构成，一共有6颗，四边每边一颗，中间两颗，四边的四颗指示灯分别对应前后左右四边的偏航飞行，当发出控制指令让四轴飞行器向右边偏航飞行时候，右边的控制指令信号灯亮。所述输入输出模块主要由摄像头挂载接口、电源输入输出接口、控制信号输入输出接口、红外传感器接口、超声波传感器接口等构成。其中摄像头挂载接口用于挂载摄像头，根据需要进行航拍，飞控上设计有储存卡，能够将拍摄的图片保存在储存卡中；导电孔101、102为电源输入输出接口；遥控接口108和无线模块接口111为控制信号输入输出接口，用于挂载遥控接收器模块和2.4G无线模块；红外传感器接口112和超声波传感器接口115用于挂载红外传感器和超声波传感器。四个红外传感器与飞控平行安装，用于测量四轴飞行器水平面范围内障碍物距离飞行器的距离，当障碍物距离飞行其的距离达到设定的阈值时，微处理器会采取相应的避障措施；超声波传感器竖直方向安装，用于测量在四周飞行器距离地面的距离，为四轴飞行器的定高飞行和安全降落提供高度信息。本系统中同时使用了气压计和超声波传感器测量四轴飞行器飞行时距离地面的距离，当飞行高度大于设定的阈值时，气压计的测量数据更精确，以气压计所测量的数据作为飞行高度信息，当飞行高度小于设定的阈值时，超声波传感器所测量的数据更精确，此时，以超声波传感器测量的数据作为飞行高度信息。飞控上还设计有角架固定孔103、104，用于安装固定四轴飞行器脚架。姿态测量器固定孔105用于安装固定姿态测量器。

图2是本发明姿态测量器结构示意图，如图所示，图中黑色小方块代表传感器芯片，16片传感器芯片以4×4阵列均布在3.5×3.5cm的PCB板上。采用传感器阵列，利用多传感器冗余信息能有效提高测量精度。本系统中采用集三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴地磁计于一体的MPU9250芯片测量加速度、角速度及地磁强度大小，进而解算出四轴飞行器的俯仰、横滚、偏航角。姿态测量器采用了大量的传感器，如果让飞控微处理器直接提取每个传感器数据，然后对数据进行处理会占用飞控微处理器大量的时间，这样会大大降低飞控微处理器对整个系统的控制处理速度。因此为提高整个系统的数据处理及飞行控制反应速度，在姿态测量器上设计有独立的微处理器，其具体型号为STM32F405RGT6，如图11所示，通过该处理器采集每个传感器的数据，然后解算出四轴飞行器的飞行姿态，再通过CAN通信将最终的姿态数据传至飞控微处理器。姿态测量器位于飞控的上面，通过安装孔由螺栓和海绵与飞控链接，同时还设计有一定质量的配重块，利用海绵和配重块能够大大降低四周飞行时的震动对姿态测量器的影响，以保证测量的数据更加精确。本系统中飞控上设计的第一姿态测量单元也能测量出四轴在飞行过程中的三轴姿态，但是其精度没有姿态测量器测量的精度高，正常飞行使用中，以姿态测量器测量的数据作为姿态信息，在不适用姿态测量器的情况下，以第一姿态测量单元测量的数据作为姿态信息。

图3为本发明电调结构示意图，电调由微处理器单元、电源模块、通信模块、直流调相模块、传感模块构成。所述微处理器采用STM32F103C8T6，其主要功能是根据飞控的控制信号调节马达输入电压电流的大小，进而调节马达的转速，实现对四轴飞行的控制。所述电源模块提供三种不同的电压，第一种为11.1V，该电压用于驱动马达带动螺旋桨旋转，为四轴飞行器系统的动力电压,该电压直接由电源导电孔从电源板导入；第二种电压为5.0V电压，该电压是将11.1V电压经过降压处理后得到，主要用于CAN通信、I2C通信供电，5.0V电压通过PWM接口中的5.0V电压通道与飞控的5.0V电压相通，通过电压组网能避免局部瞬间供电不足，提高供电能力；第三种电压为3.3V电压，该电压由5.0V电压经过降压处理后得到，主要为微处理器单元、串口通信、无线通信模块等供电，3.3V电压通过PWM接口中的3.3V电压通道与飞控的3.3V电压相通，通过电压组网能避免局部瞬间供电不足，提高供电能力。所述通信模块主要由SWD下载口、串口通信、CAN通信以及无线通信构成。保留SWD下载口便于进行软件程序下载；串口通信用于在线调试，通过PC机能直接读取电调运行的各个参数；CAN通信用于和飞控通信，将电调的电流、电压、马达转速等信息传至飞控微处理器；无线模块能够使单个电调单独与基站进行通信，也可以和飞控进行无线通信，也可接受遥控发出的指令，有利于单独对电调的开发调试。所述直流调相模块电桥驱动器IR2301S、MOSFETAON6572构成，其主要功能是将直流电调相为三相交流电，为马达供电。所述传感模块主要采集马达旋转过程中的三相交流电压和电流，并将此信息反馈至微处理器，为控制马达转速提供参考信息。电调上还设计有马达安装孔，电源导电孔及PWM信号接口，其中电源导电孔用铜柱与飞控板和电源板链接，用于导通11.1V的动力电压，此外，电源导电孔还是安装固定孔，使电调与飞控固连，此设计有利于拆卸，便于四轴飞行器模块化携带；PWM接口与飞控的PWM接口插接式链接，为飞控控制信号、5.0V电压、3.3V电压通道。

图4为本发明保护罩示意图，如图所示，保护罩为扇形结构，中间为两个大的排风孔，此机构即能最大限度的保护螺旋桨，又能最大限度的降低保护罩对螺旋桨向下排出空气产生的推力。由PCB板设计而成，PCB板与普通塑料相比具有较强的韧性，不易撞碎，当四轴飞行器侧向撞到障碍物时，能保护螺旋桨不被撞坏，另外，PCB板的底面设计有LED阵列，如图中黑色小方块所示，LED灯光能为夜间飞行时，遥控人员提供灯光和方向信息，通过在四个保护罩上设置不同颜色的LED灯，能清楚的分辨四轴飞行器的方向。

如图5所示为本发明电源板结构示意图，如图所示，电源板结构与飞控结构相同，只在局部地区进行了适当的修改，以更适宜实现整个系统的功能。其中电源正极507和电源负极508分别与电池的正极和负极相连，电源板的正极电源区和负极电源区分别与电源正极和电源负极相连。电源导电孔501、502分别用铜柱和飞控及电调对应电源孔相连，将电能输送至飞控和电调。同时，电源导电孔501、502也是安装孔，用于将电源板和飞控及电调相连。脚架固定孔503、504用于固定四轴飞行器起落架。电池绑缚孔506用于安装电池绑缚，通过绑缚将电池与电源板绑在一起。本系统所用的起落架为塑料脚架，四个脚架分别用螺栓与电源板和飞控相连。脚架的底部设计有适宜的橡胶垫，用于四轴飞行器降落时减震，避免因四轴飞行器落地时反复弹跳而损坏脚架及其他部件。

如图8所示，其中充电电池供电端连接第34电容一端和第35电容一端，第34电容另一端和第35电容另一端连接后接地，第35电容一端还连接降压变换器TPS63060的使能端，第35电容另一端连接降压变换器信号同步端，电感一端连接降压变换器第一电感连接端，电感另一端连接降压变换器第二电感连接端，降压变换器电压输出端连接第38电阻一端，第38电阻另一端连接第39电阻一端和第40电容一端，第39电阻另一端和第40电容另一端连接后接地，第38电阻一端还连接第40电阻一端，第40电阻一端还连接第36电容一端、第37电容一端和第38电容一端共同连接端的一端，第36电容一端、第37电容一端和第38电容一端共同连接端的另一端接地，第36电容一端、第37电容一端和第38电容一端共同连接端的一端还连接第37电阻一端，第37电阻另一端连接5V电压输出端。

如图9所示，5V电压输出之后，将通过变压器降为3.3V之后对电调进行供电，5V电压输入端分别连接第33电容一端和变压器使能端，第33电容另一端接地，变压器输出端分别连接第31电容一端和第30电容一端，第31电容另一端和第30电容另一端连接后接地，第30电容一端还连接第33电阻一端，第33电阻另一端连接3.3V电压输出端。

如图6所示为本发明工作流程示意图，其具体工作流程如下所述：

S10：系统启动并初始化。

S20：飞行过程中红外传感器采样，超声波传感器采样，气压计采样，姿态测量器采样，具体的采样频率可根据系统的响应频率进行设定。

S30：根据采集的红外传感器输出电压数据，利用红外传感器输出电压-距离解算曲线解算出距离；根据超声波传感器采集数据解算出距离；根据气压传感器采集数据解算出气压值；根据姿态测量器采样数据利用旋转矩阵法解算出俯仰、横滚和偏航角。

S40：根据与飞控平行安装的四个红外传感器测量的距离解算出四轴飞行器前后左右四个方向是否有障碍物，以及在各个方向上距离里障碍物的距离。根据与飞控垂直安装的超声波传感器数据解算出四轴飞行器低空飞行时距离地面的距离；根据气压计数据解算出四轴飞行器高空飞行时距离地面的距离。根据姿态数据解算出四轴飞行器飞行时的三维姿态。

S50：融合处理红外传感器、超声波传感器、气压计、姿态测量器数据，并进行飞行稳定性判断。

S60：根据融合处理的各个传感器的数据，判定当前四轴飞行器飞行是否处于稳定状态，如果当前飞行状态处于稳定运动状态则，则可以当前的飞行状态继续飞行，或者通过遥控，人为进行后续飞行操作；如果当前的飞行状态不是处于稳定飞行状态，可以人为的通过遥控进行平衡稳定飞行操作，如果没有人为遥控的介入，则四轴飞行器进行自平衡调整，然后已设定的安全降落程序进行降落，以保证整个系统的安全。

如图7所示，所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，优选的，所述电调组件包括：电调板、若干马达、电池绑缚孔、起落架和电源板；

电调板每一角安装马达，所述马达穿过电调板和飞控板带动螺旋桨转动，所述电调板中心位置开设条形的电池绑缚孔，该电池绑缚孔通过绕线安装固定电池，电池供电端连接电源板电源端，电调板每一角在马达内侧安装起落架，所述起落架面向地面一侧安装橡胶垫。

所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，优选的，所述飞控组件还包括：

红外传感器信号发送端连接飞控处理器红外信号接收端，超声波传感器信号发送端连接飞控处理器超声波信号接收端，I²C通信电路信号发送端连接飞控处理器I²C信号接收端，CAN通信电路信号交互端连接飞控处理器CAN总线信号交互端，无线通信电路信号交互端连接飞控处理器无线信号交互端，摄像装置信号发送端连接飞控处理器摄像信号接收端。

所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，优选的，所述姿态电路组件包括：加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘

加速度传感器信号发送端连接姿态处理器信号接收端，陀螺仪信号发送端连接姿态处理器信号接收端，电子罗盘信号发送端连接姿态处理器信号接收端。

所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，优选的，所述电源板还包括：电调处理器、电源电路、直流调相电路、传感器电路和通信电路；

电池供电端连接电源电路电源端，电源电路供电端连接电调处理器电源端，直流调相电路信号发送端连接电调处理器调相信号接收端，传感器电路信号发送端连接电调处理器传感器信号接收端，通信电路信号发送端连接电调处理器通信信号接收端。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于多传感融合的四轴飞行器系统，其特征在于，包括：飞控组件、姿态电路组件和电调组件；

飞控组件四角向外延伸，该飞控组件形成“X”形，该飞控组件与电调组件上下契合，该飞控组件与电调组件中间夹缝中安装姿态电路组件，飞控组件的四角位置和电调组件的四角位置通过金属固定柱连接，在飞控组件的每一角设置螺旋桨，同时在飞控组件的每一角安装保护罩，该保护罩一端固定在飞控组件，另一端向外延伸的长度超过螺旋桨的运行半径。

2.根据权利要求1所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，其特征在于，所述飞控组件包括：飞控板、红外传感器、超声波传感器、I²C通信电路、CAN通信电路、无线通信电路和摄像装置；

红外传感器和超声波传感器分别安装在飞控板的每一角最外侧，分别接收每个方位的距离信息和障碍物信息，摄像装置安装在飞控组件的每一角上部，用于采集图像数据，I²C通信电路布置在飞控组件和电调组件之间，传输红外传感器和超声波传感器的数据，CAN通信电路连接于飞控组件、姿态电路组件和电调组件之间，用于相互之间的数据交互，无线通信电路连接外部智能设备。

3.根据权利要求2所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，其特征在于，所述电调组件包括：电调板、若干马达、电池绑缚孔、起落架和电源板；

电调板每一角安装马达，所述马达穿过电调板和飞控板带动螺旋桨转动，所述电调板中心位置开设条形的电池绑缚孔，该电池绑缚孔通过绕线安装固定电池，电池供电端连接电源板电源端，电调板每一角在马达内侧安装起落架，所述起落架面向地面一侧安装橡胶垫。

4.根据权利要求1所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，其特征在于，所述飞控组件还包括：

红外传感器信号发送端连接飞控处理器红外信号接收端，超声波传感器信号发送端连接飞控处理器超声波信号接收端，I²C通信电路信号发送端连接飞控处理器I²C信号接收端，CAN通信电路信号交互端连接飞控处理器CAN总线信号交互端，无线通信电路信号交互端连接飞控处理器无线信号交互端，摄像装置信号发送端连接飞控处理器摄像信号接收端。

5.根据权利要求4所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，其特征在于，所述姿态电路组件包括：加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘；

加速度传感器信号发送端连接姿态处理器信号接收端，陀螺仪信号发送端连接姿态处理器信号接收端，电子罗盘信号发送端连接姿态处理器信号接收端。

6.根据权利要求5所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，其特征在于，所述电源板还包括：电调处理器、电源电路、直流调相电路、传感器电路和通信电路；

电池供电端连接电源电路电源端，电源电路供电端连接电调处理器电源端，直流调相电路信号发送端连接电调处理器调相信号接收端，传感器电路信号发送端连接电调处理器传感器信号接收端，通信电路信号发送端连接电调处理器通信信号接收端。

7.根据权利要求1所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统，其特征在于，所述保护罩为扇形展开形状，所述保护罩与电调组件和飞控组件在同一平面，所述保护罩中部切削掏空若干对流框，使螺旋桨在保护罩上方旋转能够采集足够的气流，在保护罩四周设置若干发光LED灯组。

8.一种基于多传感融合的四轴飞行器系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：启动飞行器系统并初始化，执行飞行指令过程中，姿态电路组件、红外传感器、超声波传感器、气压计进行采样，采样频率根据系统的响应频率进行匹配设定；

S2：根据采集的红外传感器输出电压数据，利用红外传感器输出电压-距离解算曲线解算出距离；根据超声波传感器采集数据解算出距离；根据气压传感器采集数据解算出气压值；根据姿态测量器采样数据利用旋转矩阵法解算出俯仰、横滚和偏航角；

S3：融合处理红外传感器、超声波传感器、气压计、姿态电路组件的参数数据，并进行飞行稳定性判断；保证整个飞行器系统的安全。

9.根据权利要求8所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统的工作方法，其特征在于，所述S2包括：

根据飞控组件每个角安装的四个红外传感器测量的距离解算出四轴飞行器前后左右四个方向是否有障碍物，以及在各个方向上距离障碍物的距离；根据与飞控组件垂直安装的超声波传感器数据解算出飞行器系统低空飞行时距离地面的距离；根据气压计数据解算出飞行器系统高空飞行时距离地面的距离。

10.根据姿态数据解算出飞行器系统飞行时的三维姿态；

根据权利要求8所述的基于多传感融合的四轴飞行器系统的工作方法，其特征在于，所述S3包括：

根据融合处理的红外传感器、超声波传感器、气压计、姿态电路组件的参数数据，判定当前飞行器系统飞行是否处于稳定状态，如果当前飞行状态处于稳定运动状态，则按照当前的飞行状态继续飞行，或者通过遥控指令，人为进行后续飞行操作；如果当前的飞行状态不是处于稳定飞行状态，通过遥控指令进行平衡稳定飞行操作，从而飞行器系统进行自平衡调整，然后以设定的安全降落程序进行降落。