CN113386944A - 一种基于传感器pos与imu耦合器的无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机应用技术领域，特别涉及一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机。包括无人机主体和图像捕捉单元；所述图像捕捉单元包括第一平衡部支撑杆；所述第一平衡部包括平衡环；所述平衡环安装在无人机主体侧壁上，所述平衡环中心位置设有中心通孔，所述中心通孔内设有支撑杆安装块，所述支撑杆安装块的中轴线与中心通孔重合，所述支撑杆安装块上下两侧壁上对称安装有两组直杆，两组所述直杆另一端均贯穿至平衡环内，且分别设有一组第二滑块；所述平衡环的内壁上设有第二环形滑槽，两组所述第二滑块均滑动连接在第二环形滑槽内。本发明可提高图像捕捉单元的拍摄稳定性。

Description

一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机

技术领域

本发明属于无人机应用技术领域，特别涉及一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机。

背景技术

随着无人机技术的日趋成熟，其性能也可以满足越来越多的行业需求，特别是利用无人机测绘摄像方面。

但无人机在飞行摄像的过程中，由于大风等外力因素极易造成无人机机身的倾斜，使得无人机图像捕捉单元的摄像角度也会随之发生改变。并且传统的无人机图像捕捉单元通常位置固定，无法实现拍摄角度的自调节功能。这就很容易影响到拍摄效果，降低了拍摄稳定性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机，包括无人机主体和图像捕捉单元；所述图像捕捉单元包括第一平衡部支撑杆；所述第一平衡部包括平衡环；所述平衡环安装在无人机主体侧壁上，所述平衡环中心位置设有中心通孔，所述中心通孔内设有支撑杆安装块，所述支撑杆安装块的中轴线与中心通孔重合，所述支撑杆安装块上下两侧壁上对称安装有两组直杆，两组所述直杆另一端均贯穿至平衡环内，且分别设有一组第二滑块；所述平衡环的内壁上设有第二环形滑槽，两组所述第二滑块均滑动连接在第二环形滑槽内；下方一组所述直杆上设有重力平衡块；所述支撑杆包括竖杆和横杆，所述竖杆一端安装在支撑杆安装块上；所述横杆一端与竖杆连接，且另一端安装有第二平衡部；所述第二平衡部结构与第一平衡部相同，且所述第二平衡部的支撑杆安装块上安装有摄像头连接杆，所述摄像头连接杆另一端安装有摄像头本体。

进一步的，所述无人机还包括所述无人机主体内安装有POS传感器和IMU耦合器。

进一步的，所述无人机还包括若干组螺旋桨固定翼和若干组螺旋桨单元，所述螺旋桨固定翼为扇环形结构，且若干组所述螺旋桨固定翼呈环形阵列铰接在所述无人机主体顶部边缘处；若干组所述螺旋桨固定翼可构成半球体结构。

进一步的，所述螺旋桨固定翼表面安装有立式卡块和卧式卡块，所述螺旋桨单元铰接在螺旋桨固定翼上。

进一步的，所述螺旋桨单元的伸缩结构可活动卡接在立式卡块或卧式卡块上。

进一步的，所述无人机主体的侧壁上设置有若干组固定翼卡扣。

进一步的，所述螺旋桨固定翼远离螺旋桨单元的一侧壁上开设有卡板固定槽，所述卡板固定槽与无人机主体垂直的一侧内壁上铰接有固定翼卡板，所述固定翼卡板另一端可活动卡接在与其相对应的一组固定翼卡扣上。

进一步的，所述螺旋桨单元包括伸缩杆和电机总成；

所述伸缩杆的底座铰接在所述螺旋桨固定翼远离卡板固定槽的一侧壁上，且所述伸缩杆位于所述立式卡块和卧式卡块之间；所述电机总成固定安装在所述伸缩杆的输出端上。

进一步的，所述螺旋桨单元还包括螺旋桨安装座和若干组螺旋桨本体；

若干组所述螺旋桨本体呈环形阵列安装在所述螺旋桨安装座上，且所述螺旋桨本体的数量不少于两组。

进一步的，所述螺旋桨安装座传动连接在所述电机总成的输出端上；所述立式卡块位于所述螺旋桨单元远离无人机主体的一侧；所述卧式卡块位于所述螺旋桨单元和无人机主体之间。

本发明的有益效果是：

1、当无人机在飞行拍摄的过程中，遇到大风等外力而造成自身倾斜时，重力平衡块会因为自身重量以及重力而转动到其环形运行轨道的最低处，并带动两组直杆重新指向地心。以此使得支撑杆安装块带动摄像头本体重新旋转至原点，实现了拍摄角度的自调节功能。并且通过垂直设置的第一平衡部和第二平衡部可以调节不同角度的倾斜，进一步提高了拍摄稳定性。

2、在无人机使用过程中，通过IMU耦合器计算出无人机的偏航角，以便于工作人员更加方便的得到图像信息的具体位置和角度，提高了图像信息采集的精确度。

3、将若干组螺旋桨单元收起，并卡接在与其相对应的各组卧式卡块上，然后将若干组螺旋桨固定翼沿铰接点对折至无人机主体上方，使得若干组螺旋桨固定翼组合构成半球体结构，缩小了无人机整体体积。并且在螺旋桨固定翼折起后，可将螺旋桨单元罩在半球体结构内。防止外部空气对螺旋桨单元的腐蚀，同时也起到了防尘效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例中的无人机的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例中的无人机的剖视示意图；

图3示出了根据本发明实施例中的螺旋桨固定翼的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例中的螺旋桨固定翼的后视示意图；

图5示出了根据本发明实施例中的螺旋桨单元的结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例中的螺旋桨单元的剖视示意图；

图7示出了根据本发明实施例中的无人机收纳后的结构示意图；

图8示出了根据本发明实施例中的图像捕捉单元的结构示意图；

图9示出了根据本发明实施例中的第一平衡部的剖视示意图；

图10示出了根据本发明实施例中的第一平衡部的右视剖视示意图；

图11示出了根据本发明实施例中的IMU数据获取的向量坐标图。

图中：100、无人机主体；110、固定翼卡扣；120、图像捕捉单元；200、螺旋桨固定翼；210、立式卡块；220、卧式卡块；230、卡板固定槽；240、固定翼卡板；300、螺旋桨单元；310、伸缩杆；320、电机总成；330、螺旋桨安装座；340、螺旋桨本体；341、连接部；342、内槽；343、延长部；344、定位销；345、收缩螺纹孔；346、延长螺纹孔；400、起落缓冲架；500、图像捕捉单元；510、第一平衡部；511、平衡环；512、中心通孔；513、第一环形滑槽；514、直杆；515、第二环形滑槽；516、第二滑块；517、支撑杆安装块；518、重力平衡块；519、第一滑块；520、支撑杆；530、第二平衡部；540、摄像头连接杆；550、摄像头本体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，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。

本发明实施例提供了一种无人机。包括无人机主体100、若干组螺旋桨固定翼200和若干组螺旋桨单元300。示例性的，如图1和图2所示，所述无人机主体100的侧壁上设置有图像捕捉单元500。且所述无人机主体100内安装有无人机运算单元。

所述无人机运算单元包括POS传感器和IMU耦合器。所述POS传感器和IMU耦合器均与所述图像捕捉单元500电性连接。

所述无人机主体100的侧壁上设置有若干组固定翼卡扣110。

所述螺旋桨固定翼200为扇环形结构，且若干组所述螺旋桨固定翼200呈环形阵列铰接在所述无人机主体100顶部边缘处。若干组所述螺旋桨固定翼200可构成半球体结构。

所述螺旋桨单元300的数量与所述螺旋桨固定翼200和固定翼卡扣110均相同，且每组所述螺旋桨单元300均铰接在与其相对应的一组螺旋桨固定翼200上。

所述无人机主体100底部固定安装有起落缓冲架400。

示例性的，如图3和图4所示，所述螺旋桨固定翼200表面上固定安装有立式卡块210和卧式卡块220。所述立式卡块210位于所述螺旋桨单元300远离无人机主体100的一侧。所述卧式卡块220位于所述螺旋桨单元300和无人机主体100之间。所述螺旋桨单元300的支架可任一卡接在所述立式卡块210或卧式卡块220上。所述螺旋桨固定翼200远离螺旋桨单元300的一侧壁上开设有卡板固定槽230，所述卡板固定槽230与无人机主体100垂直的一侧内壁上铰接有固定翼卡板240，所述固定翼卡板240另一端可活动卡接在与其相对应的一组固定翼卡扣110上。

示例性的，如图7所示，当无人机闲置时，首先将若干组螺旋桨单元300收起，并卡接在与其相对应的各组卧式卡块220上，然后将若干组螺旋桨固定翼200沿铰接点对折至无人机主体100上方，使得若干组螺旋桨固定翼200组合构成半球体结构，缩小了无人机整体体积，结构简单，收纳方便。并且在螺旋桨固定翼200折起后，可将螺旋桨单元300罩在半球体结构内。防止外部空气对螺旋桨单元300的腐蚀，同时也起到了防尘效果。

所述螺旋桨单元300包括伸缩杆310、电机总成320、螺旋桨安装座330和若干组螺旋桨本体340。示例性的，如图5所示，所述伸缩杆310的底座铰接在所述螺旋桨固定翼200远离卡板固定槽230的一侧壁上，且所述伸缩杆310位于所述立式卡块210和卧式卡块220之间。所述电机总成320固定安装在所述伸缩杆310的输出端上，所述螺旋桨安装座330传动连接在所述电机总成320的输出端上。若干组所述螺旋桨本体340呈环形阵列安装在所述螺旋桨安装座330上，且所述螺旋桨本体340的数量不少于两组。

所述螺旋桨本体340包括连接部341和延长部343。示例性的，如图6所示，所述连接部341一端固定安装在所述螺旋桨安装座330上，且另一端开设有内槽342。所述延长部343一端位于所述内槽342中，且另一端可活动贯穿至所述内槽342外部。所述延长部343底部靠近螺旋桨安装座330的一侧开设有延长螺纹孔346，且所述延长部343底部远离螺旋桨安装座330的一侧开设有收缩螺纹孔345。所述连接部341底部开设有通孔，所述通孔内设置有定位销344。所述定位销344一端可任一连接在所述收缩螺纹孔345和延长螺纹孔346内。

当无人机闲置时，螺旋桨本体340处在静止状态下，并利用连接部341与螺旋桨安装座330之间的铰接关系，使得连接部341和连接部远离螺旋桨安装座330的一端在重力作用下收拢并贴合在伸缩杆310表面。然后将延长部343贯穿入连接部341的内槽342中，再将定位销344螺纹连接在收缩螺纹孔345中用以固定。实现了螺旋桨结构的可伸缩功能。

所述图像捕捉单元500包括第一平衡部510、支撑杆520和第二平衡部530。示例性的，如图8所示，所述第一平衡部510固定安装在所述无人机主体100侧壁上，所述支撑杆520包括竖杆和横杆，所述竖杆一端安装在所述第一平衡部510的固定机构上，且所述竖杆的中轴线与第一平衡部510重合。所述横杆与竖杆的夹角为90°，所述横杆一端与竖杆远离第一平衡部510的一端固定连接，且所述横杆另一端与第二平衡部530固定连接。所述第二平衡部530的结构与第一平衡部510相同，且所述第二平衡部530的固定机构上安装有摄像头连接杆540，所述摄像头连接杆540另一端连接有摄像头本体550。

所述第一平衡部510包括平衡环511。示例性的，如图9和图10所示，所述平衡环511安装在所述无人机主体100的侧壁上，所述平衡环511上设有中心通孔512，所述中心通孔512中轴线与平衡环511重合。所述中心通孔512内设有支撑杆安装块517，所述支撑杆安装块517的中轴线与中心通孔512重合，所述竖杆一端安装在支撑杆安装块517上。所述支撑杆安装块517上下两侧壁上对称安装有两组直杆514，两组所述直杆514另一端均贯穿至所述平衡环511内，且分别设置有一组第二滑块516。所述平衡环511的内壁上设有第二环形滑槽515，两组所述第二滑块516均滑动连接在所述第二环形滑槽515内。所述中心通孔512的内壁上开设有第一环形滑槽513，两组所述直杆514与第一环形滑槽513的结合处均设置有一组第一滑块519，两组所述第一滑块519均滑动连接在所述第一环形滑槽513上。下方一组所述直杆514上设有重力平衡块518。

当无人机在飞行拍摄的过程中，遇到大风等外力而造成自身倾斜时，重力平衡块518会因为自身重量以及重力而转动到其环形运行轨道的最低处，并带动两组直杆514重新指向地心。以此使得支撑杆安装块517带动摄像头本体550重新旋转至原点，实现了拍摄角度的自调节功能。并且通过垂直设置的第一平衡部510和第二平衡部530可以调节不同角度的倾斜，进一步提高了拍摄稳定性。

在上述无人机的基础上，本发明实施例还提供了一种无人机POS传感器与IMU耦合器的数据获取方法。示例性的，如图11所示，包括：

步骤一：利用图像捕捉单元实时捕捉无人机前方图像信息；

步骤二：将捕捉到的图像信息与POS传感器内存储的定向坐标比较，并通过IMU耦合器的运算，得出无人机的偏航角和俯仰角数据。

示例性的，所述偏航角的计运算方法包括：

首先利用POS传感器将无人机所处纬度设为横向X轴坐标，并将无人机所处经度设为纵向Y轴坐标，且箭头方向为北极点；将飞机预定航线设为直线α1；并将飞机实际飞行航线设为直线α2。

利用直线夹角公式得出直线k2的偏航角度，所述直线夹角公式包括：

其中，k1代表直线α1与Y轴坐标之间的斜率，k2代表直线α2与Y轴坐标之间的斜率。

在无人机使用过程中，通过IMU耦合器计算出无人机的偏航角，以便于工作人员更加方便的得到图像信息的具体位置和角度，提高了图像信息采集的精确度。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机，其特征在于：包括无人机主体(100)和图像捕捉单元(500)；所述图像捕捉单元(500)包括第一平衡部(510)支撑杆(520)；所述第一平衡部(510)包括平衡环(511)；所述平衡环(511)安装在无人机主体(100)侧壁上，所述平衡环(511)中心位置设有中心通孔(512)，所述中心通孔(512)内设有支撑杆安装块(517)，所述支撑杆安装块(517)的中轴线与中心通孔(512)重合，所述支撑杆安装块(517)上下两侧壁上对称安装有两组直杆(514)，两组所述直杆(514)另一端均贯穿至平衡环(511)内，且分别设有一组第二滑块(516)；所述平衡环(511)的内壁上设有第二环形滑槽(515)，两组所述第二滑块(516)均滑动连接在第二环形滑槽(515)内；下方一组所述直杆(514)上设有重力平衡块(518)；所述支撑杆(520)包括竖杆和横杆，所述竖杆一端安装在支撑杆安装块(517)上；所述横杆一端与竖杆连接，且另一端安装有第二平衡部(530)；所述第二平衡部(530)结构与第一平衡部(510)相同，且所述第二平衡部(530)的支撑杆安装块(517)上安装有摄像头连接杆(540)，所述摄像头连接杆(540)另一端安装有摄像头本体(550)。

2.根据权利要求1所述的一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机，其特征在于：所述无人机还包括所述无人机主体(100)内安装有POS传感器和IMU耦合器。

3.根据权利要求2所述的一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机，其特征在于：所述无人机还包括若干组螺旋桨固定翼(200)和若干组螺旋桨单元(300)，所述螺旋桨固定翼(200)为扇环形结构，且若干组所述螺旋桨固定翼(200)呈环形阵列铰接在所述无人机主体(100)顶部边缘处；若干组所述螺旋桨固定翼(200)可构成半球体结构。

4.根据权利要求3所述的一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机，其特征在于：所述螺旋桨固定翼(200)表面安装有立式卡块(210)和卧式卡块(220)，所述螺旋桨单元(300)铰接在螺旋桨固定翼(200)上。

5.根据权利要求4所述的一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机，其特征在于：所述螺旋桨单元(300)的伸缩结构可活动卡接在立式卡块(210)或卧式卡块(220)上。

6.根据权利要求5所述的一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机，其特征在于：所述无人机主体(100)的侧壁上设置有若干组固定翼卡扣(110)。

7.根据权利要求6所述的一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机，其特征在于：所述螺旋桨固定翼(200)远离螺旋桨单元(300)的一侧壁上开设有卡板固定槽(230)，所述卡板固定槽(230)与无人机主体(100)垂直的一侧内壁上铰接有固定翼卡板(240)，所述固定翼卡板(240)另一端可活动卡接在与其相对应的一组固定翼卡扣(110)上。

8.根据权利要求7所述的一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机，其特征在于：所述螺旋桨单元(300)包括伸缩杆(310)和电机总成(320)；

所述伸缩杆(310)的底座铰接在所述螺旋桨固定翼(200)远离卡板固定槽(230)的一侧壁上，且所述伸缩杆(310)位于所述立式卡块(210)和卧式卡块(220)之间；所述电机总成(320)固定安装在所述伸缩杆(310)的输出端上。

9.根据权利要求8所述的一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机，其特征在于：所述螺旋桨单元(300)还包括螺旋桨安装座(330)和若干组螺旋桨本体(340)；

若干组所述螺旋桨本体(340)呈环形阵列安装在所述螺旋桨安装座(330)上，且所述螺旋桨本体(340)的数量不少于两组。

10.根据权利要求9所述的一种基于传感器POS与IMU耦合器的无人机，其特征在于：所述螺旋桨安装座(330)传动连接在所述电机总成(320)的输出端上；所述立式卡块(210)位于所述螺旋桨单元(300)远离无人机主体(100)的一侧；所述卧式卡块(220)位于所述螺旋桨单元(300)和无人机主体(100)之间。

Images