CN111552285A

CN111552285A - 一种旋翼控制小车及控制方法

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Publication number: CN111552285A
Application number: CN202010312637.XA
Authority: CN
Inventors: 王方正; 冀杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2020-08-18

Abstract

本发明公开了一种旋翼控制小车及控制方法，所述旋翼控制小车包括：车身、旋翼、电机、供电装置、arduino单片机和无线通信装置，所述电机设置有多个，电机安装在车身内，电机的输出轴穿过车身，所述旋翼安装在车身的四周，前后左右每个面安装一个旋翼，每个旋翼连接一个电机，旋翼与电机的输出轴固定连接，所述供电装置在车身内分别为电机、arduino单片机和无线通信装置供电，所述无线通信装置与arduino单片机连接，进行收发指令，所述arduino单片机内写入自动控制程序。本发明解决了现有车辆车内可利用空间小、转弯过程不灵活的问题。

Description

一种旋翼控制小车及控制方法

技术领域

本发明实施例涉及车辆控制领域，具体涉及一种旋翼控制小车及控制方法。

背景技术

现有车辆通过发动机驱动轮胎转动，从而带动整个车辆的移动，能源消耗大，车内可利用空间较小。并且在科学实验、动物跟踪或小型物品运输时，需要借助小型车辆进行动态移动，传统小车只能在遥控控制或设定好的程序下进行移动，转弯半径大，转弯过程不灵活。并且转弯时需要良好的控制，对操作手要求较高，或者需要编写复杂的转弯程序实现自动转弯，技术难度大，难以控制。

发明内容

为此，本发明提供一种旋翼控制小车及控制方法，以解决现有车辆车内可利用空间小、转弯过程不灵活的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，公开了一种旋翼控制小车，所述旋翼控制小车包括：车身、旋翼、电机、供电装置、arduino单片机和无线通信装置，所述电机设置有多个，电机安装在车身内，电机的输出轴穿过车身，所述旋翼安装在车身的四周，前后左右每个面安装一个旋翼，每个旋翼连接一个电机，旋翼与电机的输出轴固定连接，所述供电装置在车身内分别为电机、arduino单片机和无线通信装置供电，所述无线通信装置与arduino单片机连接，进行收发指令，所述arduino单片机内写入自动控制程序。

进一步地，所述车身底部安装有普通轮胎或麦克纳姆轮，车身前进方向上前端安装第一旋翼，后侧安装第二旋翼，左侧安装第三旋翼，右侧安装第四旋翼，所述第一旋翼转动产生向前的牵引力，所述第二旋翼转动产生向后的牵引力，所述第三旋翼转动产生向右的推力，所述第四旋翼转动产生向做的推力。

进一步地，所述第一旋翼和第二旋翼在车身移动过程中，保持电机启动后的最低转速，第三旋翼和第四旋翼在车身移动过程中，在需要转弯前启动相应的旋翼，直线行驶过程中均不转动。

进一步地，所述arduino单片机控制车身向前移动时，第一旋翼转速加快产生向前的牵引力，第二旋翼保持最低转速，车身向前移动；arduino单片机控制车身向后移动时，第二旋翼转速加快产生向后的牵引力，第一旋翼保持最低转速，车身向后移动；arduino单片机控制车身向左移动时，第四旋翼转速加快产生向左的推力，推动第二旋翼保持最低转速，车身向左旋转；arduino单片机控制车身向右移动时，第三旋翼转速加快产生向右的推力，第三旋翼保持最低转速，车身向右旋转。

进一步地，所述电机采用重量轻的无刷电机，所述供电装置采用大容量的可充电锂电池，所述无线通信装置接收外部遥控器发出控制指令，并将控制指令传送至arduino单片机。

进一步地，所述车身上安装有GPS定位装置和陀螺仪，通过GPS定位装置确定当前小车的位置，通过陀螺仪测量当前小车偏转的角度。

根据本发明的第二方面，公开了一种旋翼控制小车控制方法，所述控制方法包括：遥控控制和预定规划路径控制，所述遥控控制采用人操纵遥控器向arduino单片机发送控制指令，控制车身进行移动；所述预定规划路径控制通过提前规划好当前出发位置与目标位置之间的行走路径，写入arduino单片机，小车在移动过程中不断根据当前位置坐标与目标位置坐标进行比对，自动调整控制移动方向，直至到达目标位置。

进一步地，所述遥控控制通过遥控器上的摇杆控制移动方向，遥控器上设置有前后方向的摇杆和左右方向的摇杆，摇杆处于不用的位置对应不同的控制参数，控制参数通过无线通信装置进行接收，arduino单片机根据接收到的控制指令调节相应电机的转速。

进一步地，所述预定规划路径控制在出发点和目标点之间的路径分为多个节点坐标，设定好基准方位度数参考，利用小车的GPS定位装置确定当前位置的坐标，判断目标点与当前位置之间的角度，arduino单片机控制第三旋翼或第四旋翼转动，调整小车移动角度，在行走过程中利用陀螺仪随时判断小车方向与目标点方向的误差是否在可接受误差角度内，不断调整至最佳角度，达到各个节点坐标，最终到达目标点。

本发明实施例具有如下优点：

本发明公开了一种旋翼控制小车及控制方法，通过将小车车身的前后左右四个面各安装一个旋翼，旋翼连接电动机，旋翼转动产生动力，带动小车移动；利用arduino单片机控制电机的转速，通过不同的控制方式，实现小车向不同方向运动。通过遥控器能够控制小车向目标端点移动，或者在arduino单片机内写入提前设定好的路线，小车在移动过程中不断对比与目标点坐标之间的距离和角度，结合陀螺仪测得的角度，即使调整小车行进方向，直至到达目的地。通过旋翼进行驱动小车移动，能够降低能源消耗，增大车辆内部空间，通过使小车在移动过程中转弯更加灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种旋翼控制小车结构图；

图中：1-车身、2-旋翼、3-arduino单片机、4-无线通信装置。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开了一种旋翼控制小车，，所述旋翼控制小车包括：车身1、旋翼2、电机、供电装置、arduino单片机3和无线通信装置4，所述电机设置有多个，电机安装在车身1内，电机的输出轴穿过车身1，所述旋翼2安装在车身1的四周，前后左右每个面安装一个旋翼2，每个旋翼2连接一个电机，旋翼2与电机的输出轴固定连接，所述供电装置在车身1内分别为电机、arduino单片机3和无线通信装置4供电，所述无线通信装置4与arduino单片机3连接，进行收发指令，所述arduino单片机3内写入自动控制程序。

车身1底部安装有普通轮胎或麦克纳姆轮，车身1前进方向上前端安装第一旋翼，后侧安装第二旋翼，左侧安装第三旋翼，右侧安装第四旋翼，所述第一旋翼转动产生向前的牵引力，所述第二旋翼转动产生向后的牵引力，所述第三旋翼转动产生向右的推力，所述第四旋翼转动产生向做的推力。第一旋翼和第二旋翼在车身1移动过程中，保持电机启动后的最低转速，第三旋翼和第四旋翼在车身1移动过程中，在需要转弯前启动相应的旋翼，直线行驶过程中均不转动。因为电机在启动的瞬间需要消耗大量的能量，所以使第一旋翼和第二旋翼在启动后保持最低的转速。因为转弯过程是在整体移动过程中，需要转弯时才启动第三旋翼或第四旋翼，所以在需要转弯前才启动需要的旋翼，降低能源的消耗。

arduino单片机3控制车身1向前移动时，第一旋翼转速加快产生向前的牵引力，第二旋翼保持最低转速，车身1向前移动；arduino单片机3控制车身1向后移动时，第二旋翼转速加快产生向后的牵引力，第一旋翼保持最低转速，车身1向后移动；arduino单片机3控制车身1向左移动时，第四旋翼转速加快产生向左的推力，推动第二旋翼保持最低转速，车身1向左旋转；arduino单片机3控制车身1向右移动时，第三旋翼转速加快产生向右的推力，第三旋翼保持最低转速，车身1向右旋转。从而实现车辆前后移动，左右转弯。

电机采用重量轻的无刷电机，减轻了车身1整体的负重，减少能量的消耗，比传统的在车内安装消耗化石能源提供动力的发动机更轻，同时不会造成空气污染。所述供电装置采用大容量的可充电锂电池能够充电重复使用，大容量的锂电池能够保证长时间的工作，增强续航能力。所述无线通信装置4接收外部遥控器发出控制指令，并将控制指令传送至arduino单片机3，arduino单片机3根据控制指令调整相应的旋翼转速，使小车根据指令进行移动。

车身1上安装有GPS定位装置和陀螺仪，通过GPS定位装置确定当前小车的位置，通过GPS定位装置能够监测当前位置与目标位置之间的距离和角度；通过陀螺仪测量当前小车偏转的角度，便于小车准确调整运动方向和移动的角度。

实施例2

本实施例公开了一种旋翼控制小车控制方法，所述控制方法包括：遥控控制和预定规划路径控制，所述遥控控制采用人操纵遥控器向arduino单片机3发送控制指令，控制车身1进行移动；所述预定规划路径控制通过提前规划好当前出发位置与目标位置之间的行走路径，写入arduino单片机3，小车在移动过程中不断根据当前位置坐标与目标位置坐标进行比对，自动调整控制移动方向，直至到达目标位置。

遥控控制通过遥控器上的摇杆控制移动方向，遥控器上设置有前后方向的摇杆和左右方向的摇杆，摇杆处于不用的位置对应不同的控制参数，控制参数通过无线通信装置4进行接收，arduino单片机3根据接收到的控制指令调节相应电机的转速。遥控器的摇杆连接有电位器，电位器可以输出x属于0～1023，当x在411～612之间时，小车的第一旋翼保持最低转速；当电位器输出x属于612～1023时，第二旋翼保持最低转速，第一旋翼转速变为Wmin+(x-612)*(Wmax-Wmin)/411，Wmax为最高转速，Wmin为最低转速，所以当x＝1023时第一旋翼可达到最高转速；当x为0～411时，第一旋翼保持最低转速，第二旋翼转速变为Wmax-x*(Wmax-Wmin)/411，即x＝0时第二旋翼可达最高转速。通过控制电位器无线控制小车的第一旋翼和第二额旋翼，也就控制了小车的前进、后退与制动。在控制小车左右转向时，通过同样的方法调整第三旋翼或第四旋翼的转动，实现转弯。

预定规划路径控制在出发点和目标点之间的路径分为多个节点坐标，小车可不断的通过自己现在的坐标和目标点的坐标得出目标点的方向，并通过第三旋翼和第四旋翼使小车转至所需方向。设定正东为0度、正北为90度、正西为180度、正南为270度。如果目标点在现在位置的q度方向，使小车转至q+i～q-i度之间即可视为小车已转至所需方向，i为可接受误差角。转向时第一旋翼和第二旋翼均保持最低转速，转向完成后第三旋翼和第四旋翼停止旋转，第一旋翼加速旋转使小车加速前进，向目标点移动，可设定速度范围，即超过规定的最大速度则停止加速，小于规定的最小速度则开始加速。

在行走过程中随时判断小车方向与目标点方向的差是否在可接受误差角i度内，判断方法为：随时通过GPS定位装置获取自身坐标，与目标点坐标进行比对，计算出正确方向角度，并与陀螺仪检测出的自身角度进行比对。若超过i度，则需再次转向至所需方向后才可继续加速，直至到达坐标点。到达目标点范围，以目标点坐标为中心的圆pi*r²，即可视为到达目标点，r为可接受误差距离，然后开始向下一个坐标点移动。小车到达坐标点后，进入调整阶段：使其在坐标点范围内完成朝向下一个坐标点的转向，转至所需角度后再走直线移动至下一坐标点。当小车到达坐标点范围内时，第一旋翼和第二旋翼回到最低转速，并进入调整阶段。小车此时还有向前的速度所以可能会超出坐标点范围，若超出则第二旋翼加速使其回到坐标点范围，若后退超出目标点范围，则第一旋翼加速使其回到目标点范围，这样不断调整可以使小车确保自身在转向时在目标点范围内，当超出范围时，第三旋翼和第四旋翼静止。当小车在目标点范围内时，通过第三旋翼和第四旋翼进行转向，若在转向过程中超出目标点范围则按照之前的步骤前后调整，直至使小车在目标点范围内转至所需角度q-i～q+i，此时调整阶段结束。小车开始朝向新的目标点前进，在前进过程中若角度出现偏转，则按照方法一中的方法，边走边调整，直至进入下一个目标点范围，直至叨叨目标点。此方法可以使小车在点与点之间尽可能的走直线，也可以提高小车到达目标点的精度。使小车的转弯更加灵活，同时小车内腾出的空间能够装载更多物品。

当轮胎采用麦克纳姆轮时，应把第三旋翼和第四旋翼安装至小车重心线的左右两端，并使第三旋翼和第四旋翼与小车侧面平行，达到可以通过第三旋翼和第四旋翼直接控制小车横向移动的功能。麦克纳姆轮小车无需转向即可左右行走，当需要斜向行走时可以使第三旋翼或第四旋翼和第一旋翼或第二旋翼同时作用。例如，此时小车朝向正北，而目标点在北偏西45度角，这时可以左旋移和前旋翼同时以相同的转速加速，即可使麦轮小车向北偏西45度角的方向行驶。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种旋翼控制小车，其特征在于，所述旋翼控制小车包括：车身、旋翼、电机、供电装置、arduino单片机和无线通信装置，所述电机设置有多个，电机安装在车身内，电机的输出轴穿过车身，所述旋翼安装在车身的四周，前后左右每个面安装一个旋翼，每个旋翼连接一个电机，旋翼与电机的输出轴固定连接，所述供电装置在车身内分别为电机、arduino单片机和无线通信装置供电，所述无线通信装置与arduino单片机连接，进行收发指令，所述arduino单片机内写入自动控制程序。

2.如权利要求1所述的一种旋翼控制小车，其特征在于，所述车身底部安装有普通轮胎或麦克纳姆轮，车身前进方向上前端安装第一旋翼，后侧安装第二旋翼，左侧安装第三旋翼，右侧安装第四旋翼，所述第一旋翼转动产生向前的牵引力，所述第二旋翼转动产生向后的牵引力，所述第三旋翼转动产生向右的推力，所述第四旋翼转动产生向做的推力。

3.如权利要求2所述的一种旋翼控制小车，其特征在于，所述第一旋翼和第二旋翼在车身移动过程中，保持电机启动后的最低转速，第三旋翼和第四旋翼在车身移动过程中，在需要转弯前启动相应的旋翼，直线行驶过程中均不转动。

4.如权利要求1所述的一种旋翼控制小车，其特征在于，所述arduino单片机控制车身向前移动时，第一旋翼转速加快产生向前的牵引力，第二旋翼保持最低转速，车身向前移动；arduino单片机控制车身向后移动时，第二旋翼转速加快产生向后的牵引力，第一旋翼保持最低转速，车身向后移动；arduino单片机控制车身向左移动时，第四旋翼转速加快产生向左的推力，推动第二旋翼保持最低转速，车身向左旋转；arduino单片机控制车身向右移动时，第三旋翼转速加快产生向右的推力，第三旋翼保持最低转速，车身向右旋转。

5.如权利要求1所述的一种旋翼控制小车，其特征在于，所述电机采用重量轻的无刷电机，所述供电装置采用大容量的可充电锂电池，所述无线通信装置接收外部遥控器发出控制指令，并将控制指令传送至arduino单片机。

6.如权利要求1所述的一种旋翼控制小车，其特征在于，所述车身上安装有GPS定位装置和陀螺仪，通过GPS定位装置确定当前小车的位置，通过陀螺仪测量当前小车偏转的角度。

7.一种旋翼控制小车控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：遥控控制和预定规划路径控制，所述遥控控制采用人操纵遥控器向arduino单片机发送控制指令，控制车身进行移动；所述预定规划路径控制通过提前规划好当前出发位置与目标位置之间的行走路径，写入arduino单片机，小车在移动过程中不断根据当前位置坐标与目标位置坐标进行比对，自动调整控制移动方向，直至到达目标位置。

8.如权利要求7所述的一种旋翼控制小车控制方法，其特征在于，所述遥控控制通过遥控器上的摇杆控制移动方向，遥控器上设置有前后方向的摇杆和左右方向的摇杆，摇杆处于不用的位置对应不同的控制参数，控制参数通过无线通信装置进行接收，arduino单片机根据接收到的控制指令调节相应电机的转速。

9.如权利要求7所述的一种旋翼控制小车控制方法，其特征在于，所述预定规划路径控制在出发点和目标点之间的路径分为多个节点坐标，设定好基准方位度数参考，利用小车的GPS定位装置确定当前位置的坐标，判断目标点与当前位置之间的角度，arduino单片机控制第三旋翼或第四旋翼转动，调整小车移动角度，在行走过程中利用陀螺仪随时判断小车方向与目标点方向的误差是否在可接受误差角度内，不断调整至最佳角度，达到各个节点坐标，最终到达目标点。