CN114858149B - 一种磁罗盘的校准装置及使用该装置的无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁罗盘的校准装置及使用该装置的无人机，涉及到无人机磁罗盘校准技术领域，包括无人机本体，所述无人机本体的一侧设有控制器，所述无人机本体的下表面中部设置有校准组件，所述校准组件的底端设置有缓冲组件，所述无人机本体的下表面设置有支撑组件，所述校准组件位于支撑组件的中部；所述校准组件包括固定框，所述固定框的下表面中部设有连接框，所述连接框的底端设有固定板，所述固定板的中部贯穿开设有通槽，所述通槽的内部通过轴承活动连接有活动杆，通过调整活动板的角度，可以将磁罗盘本体调整至垂直状态，从而可以实现对磁罗盘本体的三轴校准，同时提高磁罗盘本体的校准精度，校准转速检测准确，且在降落时稳定性强。

Description

一种磁罗盘的校准装置及使用该装置的无人机

技术领域

本发明涉及无人机磁罗盘校准技术领域，特别涉及一种磁罗盘的校准装置及使用该装置的无人机。

背景技术

近年来，各行业对无人机的需求日益增加，而大多数无人机采用的是较为廉价的传感器方案，磁罗盘较易在飞机组装、运输、保存过程中受到环境干扰而产生较大误差，而磁罗盘是无人机组合导航传感器配置中的重要一环，可以为飞机提供非常重要的航向信息，因此磁罗盘的校准流程对于无人机应用具有非常重要的作用。

由于地球磁场的多变性及近地磁场的不规律性，又小型无人机在超低空空域中飞行，近地磁场对无人机磁罗盘的影响尤为突出，故无人机需安全准确的在不同地域进行飞行时，必要因地场的变化，在新的场地对飞机磁罗盘做重新新的校准。

现有技术中对无人机的磁罗盘进行校准时，一般采用三轴校准法，具体为将无人机在水平、垂直角度分别转动来实现磁罗盘的校准，采用这种方法对无人机进行校准，需要将无人机降落至地面上，然后通过人工实现对无人机磁罗盘的校准，较为麻烦。

同时在对磁罗盘校准时对转动速率的检测和当无人机本体降落时的平稳定和水平度无法做到精准的检测和控制，进而装置的安全性和平稳性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁罗盘的校准装置及使用该装置的无人机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磁罗盘的校准装置，安装于无人机本体上，所述无人机本体的一侧设有控制器，所述无人机本体的下表面中部设置有校准组件，所述校准组件的底端设置有缓冲组件，所述无人机本体的下表面设置有支撑组件，所述校准组件位于支撑组件的中部；

所述校准组件包括固定框，所述固定框的下表面中部设有连接框，所述连接框的底端设有固定板，所述固定板的中部贯穿开设有通槽，所述通槽的内部通过轴承活动连接有活动杆，所述活动杆的底端设有活动框，所述活动框的下表面四角处均设有连接板，相邻两个所述连接板相互靠近的一侧中部设有延伸板，所述延伸板的内侧设置有活动板，所述活动板的中部镶嵌有磁罗盘本体；

所述连接板的外侧两端均设有两个延伸架，所述延伸架的底部一侧设有连接块，所述连接块的一侧设有第一电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆的输出端设有第二电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆和第二电动伸缩杆相互垂直，所述第二电动伸缩杆的输出端下表面设有连接带，所述连接带的底端设有配重块，两个所述配重块内分别设置有激光发射器和激光接收器。

优选的，所述连接板的底端设有方形框，所述活动板的两侧中部均设有转杆，所述转杆的一端通过轴承与延伸板的内侧中部活动连接，所述转杆的外侧一端套接连接有传动齿轮，所述延伸板的外侧面中部设有舵机，所述舵机的输出轴设有驱动齿轮，所述驱动齿轮和传动齿轮相啮合。

优选的，所述活动杆的顶端设有连接齿轮，所述固定框的内侧设有步进电机，所述步进电机的输出轴设有动力齿轮，所述动力齿轮与连接齿轮相啮合，两个所述延伸架分别位于连接板的一侧顶端和中部，所述配重块设置为中空的倒锥形结构，所述固定框的四角处均贯穿开设有定位孔。

优选的，所述缓冲组件包括固定座，所述固定座与方形框的下表面中部固定连接，所述固定座设置为十字结构，所述固定座的外侧通过销轴活动连接有四个呈中心对称分布的支腿，所述支腿设置为“厂”形结构。

优选的，所述支腿的中部贯穿开设有滑槽，所述滑槽设置为条形结构，所述支腿的一侧设置有立杆，所述方形框的下表面四角处均贯穿开设有插槽。

优选的，所述立杆与插槽插接连接，所述立杆的外侧套接连接有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧的顶端与立杆的顶端固定连接，所述缓冲弹簧的底端与插槽的槽口处固定连接。

优选的，所述立杆的底端两侧均设有滑块，所述滑块与滑槽插接连接，所述支腿的底端通过销轴活动连接有脚垫，所述脚垫设置为圆台形结构。

优选的，所述无人机本体包括机身，所述机身的下表面四角处均设有连接螺杆，所述连接螺杆与定位孔贯穿连接，所述连接螺杆的外侧套接连接有锁紧螺母，所述机身的外侧四角处均设有支臂，所述支臂的下表面一端设有航空马达，所述航空马达的输出轴设有桨叶。

优选的，所述支撑组件包括支撑架，所述支撑架设置有两个，两个所述支撑架呈对称分布，所述支撑架的两端均贯穿开设有螺孔，所述支撑架的两端均设有支杆，所述支杆的两端均设有支架，所述支架设置为“U”形结构。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过设置无人机本体，无人机本体的底端设置有校准组件，校准组件内部设置有磁罗盘本体，校准组件可以在无人机本体下方转动，从而可以实现对磁罗盘的校准，通过在校准组件的内部设置可以垂直转动的活动板，磁罗盘本体位于活动板中部，通过调整活动板的角度，可以将磁罗盘本体调整至垂直状态，从而可以实现对磁罗盘本体的三轴校准，通过校准组件，可以实现磁罗盘本体的空中校准，简化了校准流程，方便了装置的使用。

2、本发明通过在校准组件的底端设置缓冲组件，缓冲组件的设置可以有效的避免装置在降落过程中校准组件受到冲击而损坏，同时，缓冲组件的设置可以提升装置降落过程的稳定性，以保证装置的正常使用。

3、本发明通过设置无人机本体，无人机本体外侧设置航空马达和桨叶可以实现装置的飞行，通过在无人机本体的底端设置支撑组件，支撑组件的设置保证了装置降落及放置时的稳定性，且支撑组件可以对装置的底部起到防护作用，从而避免了校准组件在装置飞行过程中因碰撞而损坏。

4、本发明通过设置连接块、第一电动伸缩杆和电动伸缩杆，通过调节第一电动伸缩杆和第二电动伸缩杆的长度进而带动配重块在延伸架底部的移动，提高在磁罗盘校准时的水平度和无人机本体降落时的安全性，该装置不仅对磁罗盘本体的校准精度高，便捷准确，尤其对磁罗盘本体的转速做到精准的检测和控制，校准过程中抗干扰能力强，平衡性高，且还能对无人机本体在降落时的水平度进行检测调节，提高其降落时的稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的校准组件结构示意图。

图3为本发明的固定框结构示意图。

图4为本发明的活动框结构示意图。

图5为本发明的连接板结构示意图。

图6为本发明的活动板结构示意图。

图7为本发明的缓冲组件结构示意图。

图8为本发明的无人机本体结构示意图。

图9为本发明的支撑组件结构示意图。

图10为本发明的延伸架正视剖视示意图。

图中：1、无人机本体；2、校准组件；3、缓冲组件；4、支撑组件；101、机身；102、连接螺杆；103、锁紧螺母；104、支臂；105、航空马达；106、桨叶；201、固定框；202、连接框；203、固定板；204、通槽；205、活动杆；206、活动框；207、连接板；208、方形框；209、延伸板；210、活动板；211、转杆；212、磁罗盘本体；213、传动齿轮；214、舵机；215、驱动齿轮；216、连接齿轮；217、步进电机；218、动力齿轮；219、延伸架；220、连接带；221、配重块；222、定位孔；223、连接块；224、第一电动伸缩杆；225、第二电动伸缩杆；301、固定座；302、支腿；303、滑槽；304、立杆；305、插槽；306、缓冲弹簧；307、滑块；308、脚垫；401、支撑架；402、螺孔；403、支杆；404、支架。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明提供了如图1至图10所示的一种磁罗盘的校准装置，安装于无人机本体上，包括无人机本体1、校准组件2、缓冲组件3和支撑组件4，无人机本体1一侧设有控制器，控制器电性控制个电气元件，无人机本体1的下表面中部设置有校准组件2，校准组件2的底端设置有缓冲组件3，无人机本体1的下表面设置有支撑组件4，校准组件2位于支撑组件4的中部。

校准组件2包括固定框201，固定框201的下表面中部设有连接框202，连接框202的底端设有固定板203，固定板203的中部贯穿开设有通槽204，通槽204的内部通过轴承活动连接有活动杆205，活动杆205的底端设有活动框206，活动框206的下表面四角处均设有连接板207，连接板207的底端设有方形框208，相邻两个连接板207相互靠近的一侧中部设有延伸板209，延伸板209的内侧设置有活动板210，活动板210的两侧中部均设有转杆211，转杆211的一端通过轴承与延伸板209的内侧中部活动连接，活动板210的中部镶嵌有磁罗盘本体212，转杆211的外侧一端套接连接有传动齿轮213，延伸板209的外侧面中部设有舵机214，舵机214的输出轴设有驱动齿轮215，驱动齿轮215和传动齿轮213相啮合。

具体的，舵机214带动驱动齿轮215转动，驱动齿轮215带动传动齿轮213转动，传动齿轮213带动转杆211转动，进而带动磁罗盘本体212转动，舵机214带动磁罗盘本体212转动，活动杆205的顶端设有连接齿轮216，固定框201的内侧设有步进电机217，步进电机217的输出轴设有动力齿轮218，动力齿轮218与连接齿轮216相啮合。

更为具体的，步进电机217带动动力齿轮218转动，动力齿轮218带动连接齿轮216转动，进而带动活动杆205转动，活动杆205带动活动框206转动，进而带动活动板210转动，活动板210带动磁罗盘本体212转动，从而可以实现对磁罗盘本体212的校准。

连接板207的外侧两侧均设有两个延伸架219，延伸架219设置有两个，两个延伸架219分别位于连接板207的一侧顶端和中部，延伸架219的底部一侧设有连接块223，连接块223的一侧设有第一电动伸缩杆224，第一电动伸缩杆224的输出端设有第二电动伸缩杆225，第一电动伸缩杆224和第二电动伸缩杆225相互垂直，第二电动伸缩杆225下表面设有连接带220，连接带220的底端设有配重块221，通过第一电动伸缩杆224和第二电动伸缩杆225可以对连接带220以及配重块221的位置进行调节，则不仅可以提高配重块221对水平度的调节，同时在进行飞行和降落时均可以对其进行调节，进一步提高稳定性和安全性。

并且，配重块221设置为中空的倒锥形结构，且延伸架219、第二电动伸缩杆225输出端和连接带220均为中空结构，且该中空结构与配重块221的中空倒锥形结构相匹配，两个配重块221内分别设置有激光发射器和激光接收器，则中空结构的设计便于激光发射器和激光接收器进行配合传输激光，由于配重块221在重力作用下与地面保持垂直，当校准组件2到达水平状态时，此时激光发射器和激光接收器位于同一条垂直线上，通过观察激光接收器是否能接受到激光发射器的信号，即可判断校准组件2是否运动至水平状态，固定框201的四角处均贯穿开设有定位孔222。

缓冲组件3包括固定座301，固定座301与方形框208的下表面中部固定连接，固定座301设置为十字结构，固定座301的外侧通过销轴活动连接有四个呈中心对称分布的支腿302，支腿302设置为“厂”形结构，支腿302的中部贯穿开设有滑槽303，滑槽303设置为条形结构，支腿302的一侧设置有立杆304，方形框208的下表面四角处均贯穿开设有插槽305。

具体的，立杆304与插槽305插接连接，立杆304的外侧套接连接有缓冲弹簧306，缓冲弹簧306的顶端与立杆304的顶端固定连接，缓冲弹簧306的底端与插槽305的槽口处固定连接，立杆304的底端两侧均设有滑块307，滑块307与滑槽303插接连接，支腿302的底端通过销轴活动连接有脚垫308，脚垫308设置为圆台形结构。

无人机本体1包括机身101，机身101的下表面四角处均设有连接螺杆102，连接螺杆102与定位孔222贯穿连接，连接螺杆102的外侧套接连接有锁紧螺母103，机身101的外侧四角处均设有支臂104，支臂104的下表面一端设有航空马达105，航空马达105的输出轴设有桨叶106，支撑组件4包括支撑架401，支撑架401设置有两个，两个支撑架401呈对称分布，支撑架401的两端均贯穿开设有螺孔402，支撑架401的两端均设有支杆403，支杆403的两端均设有支架404，支架404设置为“U”形结构。

本装置在使用时，在对磁罗盘本体212进行校准时，无人机本体1带动装置飞行至空中，首先通过无人机本体1带动校准组件2运动，使得校准组件2运动至水平状态，在校准组件2运动过程中，为了提高配重块221的垂直性，第一电动伸缩杆224启动带动输出端的第二电动伸缩杆225移动至延伸架219底部中心位置，同时第二电动伸缩杆225启动带动输出端底部的连接带220和配重块221移动至最大位置，此时配重块221与延伸板209之间的距离最大，则配重块221在自重情况下处于竖直状态，配重块221对磁罗盘本体212的水平度检测更加精准，避免了因受到延伸板209的阻挡阻碍配重块221处于竖直平衡状态。

启动配重块221中部的激光发射器和激光接收器，由于配重块221在重力作用下与地面保持垂直，当校准组件2到达水平状态时，此时激光发射器和激光接收器位于同一条垂直线上，通过激光接收器是否能接受到激光发射器的信号，即可判断校准组件2是否运动至水平状态，待校准组件2运动至水平状态后，空气无人机本体1悬停在空中，之后控制器控制第二电动伸缩杆225反向移动带动底部的连接带220和配重块221移动至延伸板209端并与延伸板209的外壁相接触，此时启动步进电机217，步进电机217带动动力齿轮218转动，动力齿轮218带动连接齿轮216转动，进而带动活动杆205转动，活动杆205带动活动框206转动，进而带动活动板210转动，活动板210带动磁罗盘本体212转动，从而可以实现对磁罗盘本体212水平轴的校准，在对磁罗盘本体212垂直轴校准时，保持无人机本体1处于悬停状态，启动舵机214，舵机214带动驱动齿轮215转动，驱动齿轮215带动传动齿轮213转动，传动齿轮213带动转杆211转动，进而带动磁罗盘本体212转动，舵机214带动磁罗盘本体212转动，直至磁罗盘本体212与地面垂直，此时启动步进电机217，步进电机217带动动力齿轮218转动，动力齿轮218带动连接齿轮216转动，进而带动活动杆205转动，活动杆205带动活动框206转动，进而带动活动板210转动，活动板210带动磁罗盘本体212转动，从而可以实现对磁罗盘本体212垂直轴的校准。

尤其的，该过程中连接带220和配重块221位于延伸板209一侧时，有效的避免了当活动框206转动时，在配重块221的重力以及受到的离心力的作用下不断向两侧倾斜拉伸延伸架219，进而造成延伸架219以及活动框206结构发生倾斜或者损坏，因此在该过程中通过第二电动伸缩杆225减小配重块221与延伸板209之间的距离，可以有效的降低配重块221受到的离心力，进而降低配重块221对活动框206或者无人机本体1平衡的影响，保证无人机本体1以及底部的校准组件2的稳定性和安全性。

而当活动框206转动对磁罗盘本体212进行校准时，由于磁罗盘本体212的转速同样对磁罗盘本体212校准的准确性造成影响，因此为了对磁罗盘本体212的转速进行检测，当第二电动伸缩杆225带动配重块221反向移动至延伸板209侧面时，配重块221随着活动框206的转动受到的离心偏离力最小，但活动框206转动时通过延伸架219和连接带220会带动配重块221受到离心力，则配重块221在转动时会通过离心力向远离延伸板209端发生偏离翘起，底部配重块221底部的激光接收器接收到的激光发射器发出的激光会发生变化，当激光接收器无法接收到的激光发射器发出的激光时，说明配重块221在离心力的作用下发生的偏离过大，对应的活动框206的转动速度过大，则控制器控制降低步进电机217的驱动速度，对应降低活动框206的转动速度，从而降低磁罗盘本体212的转动速度，有效的避免磁罗盘本体212转动速度过快造成其校准精度的降低。

本装置在降落时，脚垫308与地面接触，此时无人机本体1对校准组件2施加向下的作用力，校准组件2对支腿302施加作用力，使得支腿302与校准组件2之间的角度发生变化，此时支腿302通过滑槽303的内壁对滑块307挤压，滑块307带动立杆304运动，使得立杆304外侧的缓冲弹簧306被挤压，从而可以实现对校准组件2的缓冲保护。

尤其的，当装置在降落时向某一方向倾斜，例如该方向与延伸架219的方向平行时，仅靠缓冲弹簧306和立杆304的配合很难在装置降落过程中起到反向拉伸保护平衡的效果，则配重块221在重力作用下会向一侧发生倾斜，激光接收器无法接受到顶部激光发生器发出的激光信号。

而当激光发生器向一侧发生倾斜，则说明整个无人机本体1向该侧发生倾斜，此时控制器会控制相反一侧的第二电动伸缩杆225启动带动底部的连接带220和配重块221伸长，此时该方向的配重块221与延伸架219之间的距离增大，借助翘板中两侧的力矩等于力臂和力的乘积原理，该方向受到的配重块221反向拉伸的作用力增大，则借助配重块221的重力作用会向反向拉伸无人机本体1，并最终使其恢复水平降落。

而当无人机本体1向与延伸架219垂直方向，即与转杆211方向平行的方向发生倾斜时，配重块221底部的激光接收器无法接收到激光发射器发出的激光信号，且激光发生器向一侧发生偏移，此时控制器控制第一电动伸缩杆224启动通过第二电动伸缩杆225带动底部的配重块221向反向移动，则配重块221由原本处于延伸架219中心位置向倾斜的反方向移动，此时在配重块221的重力作用下会反向拉伸活动框206，从而使得整个校准组件2以及顶部的无人机本体1重新恢复水平，保证装置的水平降落性能，有效的对无人机本体1和校准组件2进行保护。

该装置不仅对磁罗盘本体212的校准精度高，便捷准确，尤其对磁罗盘本体212的转动速度做到检测和控制，校准过程中抗干扰能力强，平衡性高，且还能对无人机本体1在降落时的水平度进行检测调节，提高其降落时的稳定性和安全性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁罗盘的校准装置，安装于无人机本体上，其特征在于，所述无人机本体的一侧设有控制器，所述无人机本体的下表面中部设置有校准组件，所述校准组件的底端设置有缓冲组件，所述无人机本体的下表面设置有支撑组件，所述校准组件位于支撑组件的中部；

所述校准组件包括固定框，所述固定框的下表面中部设有连接框，所述连接框的底端设有固定板，所述固定板的中部贯穿开设有通槽，所述通槽的内部通过轴承活动连接有活动杆，所述活动杆的底端设有活动框，所述活动框的下表面四角处均设有连接板，相邻两个所述连接板相互靠近的一侧中部设有延伸板，所述延伸板的内侧设置有活动板，所述活动板的中部镶嵌有磁罗盘本体；

所述连接板的外侧两端均设有两个延伸架，所述延伸架的底部一侧设有连接块，所述连接块的一侧设有第一电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆的输出端设有第二电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆和第二电动伸缩杆相互垂直，所述第二电动伸缩杆的输出端下表面设有连接带，所述连接带的底端设有配重块，两个所述配重块内分别设置有激光发射器和激光接收器。

2.根据权利要求1所述的一种磁罗盘的校准装置，其特征在于：所述连接板的底端设有方形框，所述活动板的两侧中部均设有转杆，所述转杆的一端通过轴承与延伸板的内侧中部活动连接，所述转杆的外侧一端套接连接有传动齿轮，所述延伸板的外侧面中部设有舵机，所述舵机的输出轴设有驱动齿轮，所述驱动齿轮和传动齿轮相啮合。

3.根据权利要求2所述的一种磁罗盘的校准装置，其特征在于：所述活动杆的顶端设有连接齿轮，所述固定框的内侧设有步进电机，所述步进电机的输出轴设有动力齿轮，所述动力齿轮与连接齿轮相啮合，两个所述延伸架分别位于连接板的一侧顶端和中部，所述配重块设置为中空的倒锥形结构，所述固定框的四角处均贯穿开设有定位孔。

4.根据权利要求3所述的一种磁罗盘的校准装置，其特征在于：所述缓冲组件包括固定座，所述固定座与方形框的下表面中部固定连接，所述固定座设置为十字结构，所述固定座的外侧通过销轴活动连接有四个呈中心对称分布的支腿，所述支腿设置为“厂”形结构。

5.根据权利要求4所述的一种磁罗盘的校准装置，其特征在于：所述支腿的中部贯穿开设有滑槽，所述滑槽设置为条形结构，所述支腿的一侧设置有立杆，所述方形框的下表面四角处均贯穿开设有插槽。

6.根据权利要求5所述的一种磁罗盘的校准装置，其特征在于：所述立杆与插槽插接连接，所述立杆的外侧套接连接有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧的顶端与立杆的顶端固定连接，所述缓冲弹簧的底端与插槽的槽口处固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种磁罗盘的校准装置，其特征在于：所述立杆的底端两侧均设有滑块，所述滑块与滑槽插接连接，所述支腿的底端通过销轴活动连接有脚垫，所述脚垫设置为圆台形结构。

8.根据权利要求7所述的一种磁罗盘的校准装置，其特征在于，所述无人机本体包括机身，所述机身的下表面四角处均设有连接螺杆，所述连接螺杆与定位孔贯穿连接，所述连接螺杆的外侧套接连接有锁紧螺母，所述机身的外侧四角处均设有支臂，所述支臂的下表面一端设有航空马达，所述航空马达的输出轴设有桨叶。

9.根据权利要求8所述的一种磁罗盘的校准装置，其特征在于：所述支撑组件包括支撑架，所述支撑架设置有两个，两个所述支撑架呈对称分布，所述支撑架的两端均贯穿开设有螺孔，所述支撑架的两端均设有支杆，所述支杆的两端均设有支架，所述支架设置为“U”形结构。

10.一种无人机，包括无人机本体以及安装于无人机本体上的如权利要求1-9任一所述的磁罗盘的校准装置。

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