CN110254735B - 多旋翼无人机全地形自平衡起降平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多旋翼无人机全地形自平衡起降平台，包括电动推杆、推杆支撑架、支架联板、台面支架、平衡控制器、平台台面，电动推杆的数量为三个，在每个电动推杆上分别安装两个有推杆卡箍，每个电动推杆的底端分别螺纹连接有万向调节支脚，每个电动推杆的顶端分别通过万向接头与支架联板的底面铰接，在支架联板的顶面固定有平衡控制器，平台台面通过台面支架支撑在支架联板的上方；推杆支撑架包括一根支撑杆和六根连接臂，六个推杆卡箍分别与六根连接臂的一端铰接，六根连接臂的另一端分别与套接在支撑杆上连接件及支撑杆的顶端铰接。本发明可以实现水平度的自平衡调整，避免无人机旋翼因倾覆、坠机等事故的损坏，降低无人机维修的输出费用。

Description

多旋翼无人机全地形自平衡起降平台

技术领域

本发明属于无人机飞行配套设施技术领域，特别是涉及到一种多旋翼无人机全地形自平衡起降平台。

背景技术

国网公司将智能运检视为目前人员缺员率较大形势下提高运检效率的主要方式。多旋翼无人机具有结构简单、机动灵活、可悬停、使用成本低等特点，在输电线路智能巡检工作应用广泛。但是受无人机电池续航能力限制，多旋翼无人机的任务荷载非常小，在使用过程中需要频繁起降更换电池，而电力线路主要处于田地、陡坡、山地、乱石、灌木杂草丛生等复杂环境中，无人机在起降过程中一方面受地形影响，很容易发生倾覆、刮碰损坏等事故；另一方面无人机在起降过程中带起沙石等异物颗粒易对螺旋桨、电机等配件造成损坏，因此在起降过程中需要花较长的时间寻找相对平整、宽阔的场地。

目前针对输电专业相关的无人机巡检配套设施的研发很少，自2017年起相关机构陆续开展多旋翼无人机全地形自平衡起降平台的研制工作：2017年沈阳理工大学张纪敏设计出一种面向空中—水面协作的自主起降系统，完成无人机与无人船通信、跟踪及部分协作功能；2017年6月中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局公开一种便携式全地形多旋翼无人机全地形自平衡起降平台，包括三脚架、支架和台面三部分组成；2017年11月国网山东省电力公司检修公司提出一种旋翼无人机多功能起降平台，采用两种支撑板的结构，解决了多旋翼无人机无专用起降平台问题，并起到隔绝扬尘保护无人机机载设备的功能；2018年1月郭嘉伟、侯朝晖发明一种全自主多旋翼无人机全地形自平衡起降平台，包括由电源系统、无线充电系统、通信系统、平台机电系统以及导航系统，实现电源模块的管理；2018年2月贵州电网有限责任公司提出一种轻型多旋翼无人机背架式起降平台，实现无人机的背运和作为升降平台使用。2018年5月国网辽源供电公司和国网长春供电公司采用牛皮纸蜂巢结构设计出一种面向架空输电线路的小型无人机巡检起降平台。现有的多旋翼无人机全地形自平衡起降平台都是靠手动调整，对于不平整的地面很难保证多旋翼无人机全地形自平衡起降平台的水平，而且现有的多旋翼无人机全地形自平衡起降平台调平耗时长，降低了无人机巡检的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多旋翼无人机全地形自平衡起降平台，以解决现有的多旋翼无人机全地形自平衡起降平台均为手动调整，不仅调平耗时长，还难以保证水平度的问题。本发明提供的多旋翼无人机全地形自平衡起降平台，包括：万向调节支脚、电动推杆、推杆卡箍、推杆支撑架、万向接头、支架联板、台面支架、平衡控制器、平台台面；其中，电动推杆的数量为三个，在每个电动推杆上分别安装两个推杆卡箍，每个电动推杆的底端分别螺纹连接有一个万向调节支脚，每个电动推杆的顶端分别通过万向接头与支架联板的底面铰接，在支架联板的顶面固定有用于控制三个电动推杆动作的平衡控制器，平台台面通过台面支架支撑在支架联板的上方；推杆支撑架包括一根支撑杆和六根连接臂，其中三根连接臂的一端分别与支撑杆的顶端铰接，三根连接臂的另一端分别与对应的电动推杆上位于上方的推杆卡箍铰接，另三根连接臂的一端分别与套接在支撑杆上的连接件铰接，另三根连接臂的另一端分别与对应的电动推杆上位于下方的推杆卡箍铰接。

此外，优选的方案是，三个电动推杆通过电源线分别接入平衡控制器电机插头，以及平衡控制器包括供电电源、隔离芯片、九轴姿态传感器、微处理器、直流电机驱动模块、薄膜按键和液晶屏，供电电源用于为隔离芯片、九轴姿态传感器、微处理器、直流电机驱动模块和液晶屏提供3.3V电压，直流电机驱动模块与电机插头连接，用于电动推杆的电机实现正转或反转，九轴姿态传感器用于检查平台台面的姿态变化，薄膜按键用于实现直流电机驱动模块的工作模式的转换，液晶屏用于显示平台台面的姿态信息，隔离芯片用于对直流电机驱动模块的干扰信号进行隔离，微处理器用于读取九轴姿态传感器的数据、读取薄膜按键的按键状态、向液晶屏发送显示内容以及驱动直流电机驱动模块对电动推杆进行控制；其中，稳压芯片的输入引脚接入直流电源的正极，稳压芯片的接地引脚接直流电源的负极，稳压芯片的输出引脚输出3.3V电压，稳压芯片的输入引脚还通过两个有极电容接直流电源的负极，稳压芯片的输出引脚通过两个有极电容接直流电源的负极；九轴姿态传感器的3和8引脚接稳压芯片的输出引脚输出的3.3V电压，九轴姿态传感器的5和11引脚接地，九轴姿态传感器的3和4引脚接微处理器的67和66引脚；薄膜按键包括向上按键、向下按键、返回按键和确认按键，向上按键、向下按键、返回按键和确认按键的一端分别接地，另一端分别接微处理器的63、61、59和76引脚，微处理器的63、61、59和76引脚通过上拉电阻接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压；六个直流电机驱动模块的1引脚分别接地，六个直流电机驱动模块的2引脚分别接隔离芯片的7、9、12、14、16、18引脚，六个直流电机驱动模块的3引脚分别通过上拉电阻接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压，六个直流电机驱动模块的4和8引脚并联后接电机插头的1-6引脚，六个直流电机驱动模块的5和6引脚分别通过下拉电阻接地，六个直流电机驱动模块的7引脚分别接12V电压的电源；隔离芯片的1和19引脚并联后接地，隔离芯片的2引脚接微处理器的133引脚，隔离芯片的4引脚接微处理器的131引脚，隔离芯片的6引脚接微处理器的105引脚，隔离芯片的8引脚接微处理器的104引脚，隔离芯片的11引脚接微处理器的109引脚，隔离芯片的13引脚接微处理器的106引脚，隔离芯片的10、15和17引脚并联后接地，隔离芯片的20引脚接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压，隔离芯片的2、4、6、8、11、13引脚分别通过下拉电阻接地，隔离芯片的20引脚接滤波电容后接地；液晶屏的1引脚接微处理器的99引脚，液晶屏的2引脚接微处理器的97引脚，液晶屏的3引脚接微处理器的95引脚，液晶屏的4引脚接微处理器的91引脚，液晶屏的5引脚接微处理器的8引脚，液晶屏的6引脚接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压，液晶屏的7引脚接微处理器的82引脚，液晶屏的8引脚接地，在液晶屏的6与8引脚之间接有旁路电容；微处理器的5、16、43、56、70、94、108、122、133引脚分别接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压以及分别通过去耦电容接地。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过平衡控制器检测平台台面的姿态变化，并控制三个电动推杆的长短使平台台面达到水平状态，实现多旋翼无人机全地形自平衡起降平台的自平衡调整，避免无人机旋翼因倾覆、坠机等事故的损坏，降低无人机维修的输出费用；同时多旋翼无人机全地形自平衡起降平台能够降低无人机因避免“地面效应”而花费的大量试着陆时间，缩短作业时间、提高巡检作业效率，提升无人机的有效电池使用率。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明实施例提供的多旋翼无人机全地形自平衡起降平台的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的平衡控制器的逻辑结构图；

图3为本发明实施例提供的平衡控制器的电路图；

图4为图3中一处的局部放大图；

图5为图3中另一处的局部放大图。

图中：1-万向调节支脚、2-电动推杆、3-推杆卡箍、4-推杆支撑架、5-万向接头、6-支架联板、7-台面支架、8-平衡控制器、81-供电电源、82-隔离芯片、83-九轴姿态传感器、84-微处理器、85-直流电机驱动模块、86-薄膜按键、87-液晶屏、88-电机插头、9-平台台面。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

图1示出了本发明实施例提供的多旋翼无人机全地形自平衡起降平台的结构。

如图1所示，本发明提供的多旋翼无人机全地形自平衡起降平台，包括：万向调节支脚1、电动推杆2、推杆卡箍3、推杆支撑架4、万向接头5、支架联板6、台面支架7、平衡控制器8和平台台面9；其中，电动推杆2作为支架，其数量为三个且围成三棱锥形状，以保证支架的稳定性，三个电动推杆2分别通过电源线接入平衡控制器8的电机插头，在每个电动推杆2上分别安装两个推杆卡箍3，每个电动推杆2的底端分别螺纹连接一个万向调节支脚1，用于将电动推杆2底端支撑在地面上，每个电动推杆2的顶端分别通过万向接头5与支架联板6的底面铰接，万向接头5用于实现电动推杆2与支架联板6的活动连接，通过调节电动推杆2的长度，来调整支架联板6的水平度，在支架联板6的顶面通过螺栓固定有平衡控制器8，平衡控制器8用于检测支架联板6的姿态变化，控制三个电动推杆2动作，调节三个电动推杆2的长度，使支架联板6保持水平，平台台面9通过台面支架7支撑在支架联板6的上方，用于停放多旋翼无人机，由于平台台面9与支架联板6相平行，检测支架联板6的姿态变化就是检测平台台面9的姿态变化，当支架联板6处于水平状态时，平台台面9也处于水平状态。

由于平台台面9的姿态分为俯仰、滚转两个方向，为了保证在调整其中一个方向角度时不影响另一个方向受力，使用万向接头5将电动推杆2和支架联板6连接。

推杆支撑架4包括一根支撑杆和六根连接臂，其中三根连接臂的一端分别与支撑杆的顶端铰接，三根连接臂的另一端分别与对应的电动推杆2上位于上方的推杆卡箍3铰接，另外三根连接臂的一端分别套接在支撑杆上的连接件铰接，连接件套接在支撑杆上可上下活动，另三根连接臂的一端与该连接件相连，保证推杆支撑架4可折叠，另三根连接臂的另一端分别与对应的电动推杆2上位于下方的推杆卡箍3铰接，通过推杆支撑架4和推杆卡箍3提高支架的稳定性。

图2示出了本发明实施例提供的平衡控制器的逻辑结构。

如图2所示，平衡控制器包括供电电源81、隔离芯片82、九轴姿态传感器83、微处理器84、直流电机驱动模块85、薄膜按键86和液晶屏87，供电电源81包括12V直流电源和稳压模块，直流电源选用12V的锂电池，稳压模块选用LM1117系列的低压差电压调节器，稳压模块将直流电源的12V电压转换为3.3V电压后为隔离芯片82、九轴姿态传感器83、微处理器84、直流电机驱动模块85和液晶屏87供电；九轴姿态传感器的型号为JY901，用于检查平台台面的姿态变化；直流电机驱动模块85的数量为六个，均选用BTS7960电源驱动模块，六个直流电机驱动模块85分别与电机插头88连接，用于驱动三个电动推杆的电机正反转，实现电动推杆的伸缩；薄膜按键86的数量为4个，用于实现六个直流电机驱动模块85的工作模式的转换；隔离芯片82的型号为MC74ACT244N，用于对六个直流电机驱动模块85的干扰信号进行隔离；液晶屏87用于显示平台台面的姿态信息；微处理器84的型号为MK60DN512ZVLQ10，用于读取九轴姿态传感器83的数据、读取薄膜按键86的按键状态、向液晶屏87发送显示内容以及驱动六个直流电机驱动模块85对三个电动推杆进行伸缩控制，使平台台面保持水平。

平衡控制器内部的电路如图3-图5所示，稳压芯片的输入引脚接入直流电源的正极，稳压芯片的接地引脚接直流电源的负极，稳压芯片的输出引脚输出3.3V电压，稳压芯片的输入引脚还通过两个有极电容接直流电源的负极，稳压芯片的输出引脚通过两个有极电容接直流电源的负极；九轴姿态传感器的3和8引脚接稳压芯片的输出引脚输出的3.3V电压，九轴姿态传感器的5和11引脚接地，九轴姿态传感器的3和4引脚接微处理器的67和66引脚；薄膜按键包括向上按键、向下按键、返回按键和确认按键，向上按键、向下按键、返回按键和确认按键的一端分别接地，另一端分别接微处理器的63、61、59和76引脚，微处理器的63、61、59和76引脚通过上拉电阻接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压；六个直流电机驱动模块的1引脚分别接地，六个直流电机驱动模块的2引脚分别接隔离芯片的7、9、12、14、16、18引脚，六个直流电机驱动模块的3引脚分别通过上拉电阻接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压，六个直流电机驱动模块的4和8引脚并联后接电机插头的1-6引脚，六个直流电机驱动模块的5和6引脚分别通过下拉电阻接地，六个直流电机驱动模块的7引脚分别接12V电压的电源；隔离芯片的1和19引脚并联后接地，隔离芯片的2引脚接微处理器的133引脚，隔离芯片的4引脚接微处理器的131引脚，隔离芯片的6引脚接微处理器的105引脚，隔离芯片的8引脚接微处理器的104引脚，隔离芯片的11引脚接微处理器的109引脚，隔离芯片的13引脚接微处理器的106引脚，隔离芯片的10、15和17引脚并联后接地，隔离芯片的20引脚接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压，隔离芯片的2、4、6、8、11、13引脚分别通过下拉电阻接地，隔离芯片的20引脚接滤波电容后接地；液晶屏的1引脚接微处理器的99引脚，液晶屏的2引脚接微处理器的97引脚，液晶屏的3引脚接微处理器的95引脚，液晶屏的4引脚接微处理器的91引脚，液晶屏的5引脚接微处理器的8引脚，液晶屏的6引脚接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压，液晶屏的7引脚接微处理器的82引脚，液晶屏的8引脚接地，在液晶屏的6与8引脚之间接有旁路电容；微处理器的5、16、43、56、70、94、108、122、133引脚分别接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压以及分别通过去耦电容接地。

在本发明的描述中，需要理解的是，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，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在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.多旋翼无人机全地形自平衡起降平台，包括万向调节支脚(1)、电动推杆(2)、推杆卡箍(3)、推杆支撑架(4)、万向接头(5)、支架联板(6)、台面支架(7)、平衡控制器(8)和平台台面(9)；其中，

所述电动推杆(2)的数量为三个，在每个电动推杆(2)上分别安装两个推杆卡箍(3)，每个电动推杆(2)的底端分别螺纹连接一个万向调节支脚(1)，每个电动推杆(2)的顶端分别通过所述万向接头(5)与所述支架联板(6)的底面铰接，在所述支架联板(6)的顶面放置有用于控制三个电动推杆(2)动作的平衡控制器(8)，所述平台台面(9)通过台面支架(7)支撑在所述支架联板(6)的上方；

所述推杆支撑架(4)包括一根支撑杆和六根连接臂，其中三根连接臂的一端分别与所述支撑杆的顶端铰接，三根连接臂的另一端分别与对应的电动推杆(2)上位于上方的推杆卡箍(3)铰接，另三根连接臂的一端分别与套接在所述支撑杆上的连接件铰接，另三根连接臂的另一端分别与对应的电动推杆(2)上位于下方的推杆卡箍(3)铰接，

其特征在于：三个电动推杆(2)分别通过电源线分别接入所述平衡控制器(8)的电机插头，以及所述平衡控制器(8)包括供电电源、隔离芯片、九轴姿态传感器、微处理器、六个直流电机驱动模块、薄膜按键和液晶屏，所述供电电源用于为所述隔离芯片、所述九轴姿态传感器、所述微处理器、六个直流电机驱动模块和所述液晶屏提供3.3V电压，所述九轴姿态传感器用于检查所述平台台面(9)的姿态变化，所述薄膜按键用于实现六个直流电机驱动模块的工作模式的转换，所述液晶屏用于显示所述平台台面(9)的姿态信息，所述隔离芯片用于对六个直流电机驱动模块的干扰信号进行隔离，所述微处理器用于读取所述九轴姿态传感器的数据和所述薄膜按键的按键状态，向所述液晶屏发送显示内容以及驱动六个直流电机驱动模块对三个电动推杆(2)进行控制；其中，

稳压芯片的输入引脚接入12V直流电源的正极，稳压芯片的接地引脚接12V直流电源的负极，稳压芯片的输出引脚输出3.3V电压，稳压芯片的输入引脚还通过两个有极电容接直流电源的负极，稳压芯片的输出引脚通过两个有极电容接直流电源的负极；

所述九轴姿态传感器的3和8引脚接稳压芯片的输出引脚输出的3.3V电压，九轴姿态传感器的5和11引脚接地，九轴姿态传感器的3和4引脚接所述微处理器的67和66引脚；

所述薄膜按键包括向上按键、向下按键、返回按键和确认按键，向上按键、向下按键、返回按键和确认按键的一端分别接地，另一端分别接所述微处理器的63、61、59和76引脚，所述微处理器的63、61、59和76引脚通过上拉电阻接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压；

所述六个直流电机驱动模块的1引脚分别接地，所述六个直流电机驱动模块的2引脚分别接所述隔离芯片的7、9、12、14、16、18引脚，所述六个直流电机驱动模块的3引脚分别通过上拉电阻接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压，所述六个直流电机驱动模块的4和8引脚并联后接所述电机插头的1-6引脚，所述六个直流电机驱动模块的5和6引脚分别通过下拉电阻接地，所述六个直流电机驱动模块的7引脚分别接12V电压的电源；

所述隔离芯片的1和19引脚并联后接地，所述隔离芯片的2引脚接微处理器的133引脚，所述隔离芯片的4引脚接微处理器的131引脚，所述隔离芯片的6引脚接微处理器的105引脚，所述隔离芯片的8引脚接微处理器的104引脚，所述隔离芯片的11引脚接微处理器的109引脚，所述隔离芯片的13引脚接微处理器的106引脚，所述隔离芯片的10、15和17引脚并联后接地，所述隔离芯片的20引脚接稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压，所述隔离芯片的2、4、6、8、11、13引脚分别通过下拉电阻接地，所述隔离芯片的20引脚接滤波电容后接地；

所述液晶屏的1引脚接所述微处理器的99引脚，所述液晶屏的2引脚接所述微处理器的97引脚，所述液晶屏的3引脚接微处理器的95引脚，所述液晶屏的4引脚接所述微处理器的91引脚，所述液晶屏的5引脚接所述微处理器的8引脚，所述液晶屏的6引脚接所述稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压，所述液晶屏的7引脚接所述微处理器的82引脚，所述液晶屏的8引脚接地，在所述液晶屏的6与8引脚之间接有旁路电容；

所述微处理器的5、16、43、56、70、94、108、122、133引脚分别接所述稳压芯片的Vout引脚输出的3.3V电压以及分别通过去耦电容接地。

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