CN204116962U - 支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器 - Google Patents

支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，它包括电源模块、螺旋桨模块、中央控制器及以其相连的无线通讯模块、电池电压监控模块、传感器模块和电机模块，其特征在于：它还包括测距模块；所述测距模块和中央控制器相连，用于测量四轴飞行器与地面和周围障碍物的距离；所述螺旋桨模块和电机模块相连。中央控制器从无线通讯模块获得四轴飞行器的飞行指令，从电池电压监控模块获得电池的电压状况，从传感器模块获得四轴飞行器的姿态，从测距模块获取四轴飞行器距离地面以及避障物的距离，通过综合这些数据，输出控制指令给电机模块，从而驱动螺旋桨模块中的四个螺旋桨的转动，实现了四轴飞行器的自动避障和定高飞行。本实用新型的有益效果在于降低了对四轴飞行器在室内飞行所需要的操作技巧，有利于四轴飞行器的进一步推广和应用。

Description

支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器
【技术领域】
本实用新型涉及一种飞行器，尤其是指一种能够自动躲避周围避障物和进行固定高度飞行的四轴飞行器。 
【背景技术】
现有的四轴飞行器需要通过一个手持的遥控器进行飞行控制，它需要严重依赖于飞行操作人员的眼睛来观察四轴飞行器的飞行情况，然后进行手动控制来避免四轴飞行器和周围障碍物相撞，并需要不断操作遥控器来稳定四轴飞行器的飞行高度。该缺陷使得四轴飞行器难以在室内进行飞行，并且对飞行操作人员技巧要求过高，从而大大限制了对四轴飞行器的推广和应用。 
【发明内容】
本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供了一种支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器。 
本实用新型的目的是这样实现的：一种支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，它包括电源模块、螺旋桨模块、中央控制器及以其相连的无线通讯模块、电池电压监控模块、传感器模块和电机模块，其特征在于：它还包括测距模块；所述测距模块和中央控制器相连，用于测量四轴飞行器与地面和周围障碍物的距离；所述螺旋桨模块和电机模块相连。 
上述结构中，所述中央控制器采用微处理器。 
上述结构中，所述无线通讯模块采用2.4GHz的无线通讯频段。 
上述结构中，所述电池电压监控模块采用电阻对电池电压进行分压。 
上述结构中，所述传感器模块包含三轴陀螺仪，三轴加速度计和三轴磁力计。 
上述结构中，所述电机模块包含四个直流有刷电动机和MOSFET功率管。 
上述结构中，所述测距模块采用超声波进行测距，包含超声波发射和接收头。 
上述结构中，所述电源模块包含USB接头，锂电池，锂电池充电器，线性直流电源稳压器和DC-DC升压器。 
上述结构中，所述螺旋桨模块包含两个顺时针转动的螺旋桨和两个逆时针转动的螺旋桨。 
相比于常见的四轴飞行器，本实用新型的有益效果在于在四轴飞行器上采用了测距模块，实现了四轴飞行器的自动避障和定高飞行。从而降低了对四轴飞行器操作人员的飞行技巧要求，使得四轴飞行操作人员能够轻松地对四轴飞行器在室内进行飞行控制，大大有利于四轴飞行器的推广和应用。 
【附图说明】
下面结合附图详述本实用新型的具体结构 
图1是本实用新型具体实施例的电路原理框图 
【具体实施方式】
下面结合附图来对本实用新型具体实施例进行详细阐述。 
如图1所示，本实用新型涉及一种支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，它包括电源模块、螺旋桨模块、中央控制器及以其相连的无线通讯模块、电池电压监控模块、传感器模块和电机模块，其特征在于：它还包括测距模块；所述测距模块和中央控制器相连，用于测量四轴飞行器与地面和周围障碍物的距离；所述螺旋桨模块和电机模块相连。 
上述中央控制器采用微处理器来实现，在本具体实施例中，它采用了由型号为STM32F103RCT6的微处理芯片所组成的控制电路，它分别和无线通讯模块、电池电压监控模块、传感器模块、电机模块和测距模块相连。中央控制器从无线通讯模块获得四轴飞行器的飞行指令，从电池电压监控模块获得电池的电压状况，从传感器模块获得四轴飞行器的姿态，从测距模块获取四轴飞行器距离地面以及周围障碍物的距离，通过综合这些数据，输出控制指令给电机模块，从而驱动螺旋桨模块中的四个螺旋桨的转动，实现了四轴飞行器的自动避障和定高飞行。 
上述无线通讯模块和中央控制器相连，它接收来自四轴飞行器外部的遥控信号，从而把遥控信号传送到中央控制器，中央控制器即可根据接收到的信号控制四轴飞行器进行前后左右或者升降等飞行动作。在本具体实施例中，它采用了2.4GHz无线通讯频段的蓝牙通讯方式。蓝牙通讯芯片通过串口和中央控制器的微处理器的串口相连。由于蓝牙通讯在手机和平板电脑等便携设备中被普遍使用，在本具体实施例中所采用的蓝牙无线通讯方式，使得四轴飞行器能够方便地和手机或平板电脑等便携设备进行互连，从而使得用户可以通过安装在手机或平板电脑上的遥控程序对四轴飞行器进行控制。 
上述电池电压监控模块和中央控制器相连，在本具体实施例中，它采用两个电阻对额定电压为3.7伏特的锂电池电压进行分压，得到一个低于3.3伏特的电压，然后把该电压连接到中央控制器的微处理器的模拟信号输入引脚，从而实现了中央控制器对电池电压的监控。 
上述传感器模块包含了X、Y、Z三轴陀螺仪，X、Y、Z三轴加速度计，和X、Y、Z三轴磁力计，它和中央控制器相连。中央控制器定时读取三轴陀螺仪，三轴加速度计和三轴磁力计的数据，通过数学运算把这些数据进行数据滤波和融合，从而获得四轴飞行器的实时姿态。在本具体实施例中，传感器模块采用了集成了X、Y、Z三轴陀螺仪，X、Y、Z三轴加速度计，和X、Y、Z三轴磁力计的MPU9150传感器芯片，它通过I2C总线和中央控制器的微处理器相连。 
上述电机模块和中央控制器相连，它包含四个直流有刷电动机和驱动电动机的MOSFET功率管。在本具体实施例中，它采用了四个型号为AP2306的MOSFET功率管来分别驱动四个直流有刷电动机，四个MOSFET功率管的栅极分别连接到中央控制器的微处理器的PWM引脚，四个直流有刷电动机的电源正极连接到电池的正极，四个直流有刷电动机的电源负极分别连接到四个MOSFET功率管的漏极，四个MOSFET功率管的源极连接到电池的负极。中央控制器通过改变PWM信号的占空比来改变直流有刷电动机的转速。相对于无刷电动机，上述电机模块所采用的直流有刷电动机具有性价比高，驱动电路简单等优点。在四轴飞行器中采用直流有刷电机大大降低了四轴飞行器的生产成本。 
上述测距模块和中央控制器相连。测距模块采用超声波发射的方式进行距离测量，它包含了超声波发射和接收头。它定时从四轴飞行器上朝地面发射超声波，然后测量发射超声波和返回超声波之间的时间差，获得四轴飞行器的飞行高度。另外，它也定时从四轴飞行器上朝同一水平面上的四个相互成90度角方向发射超声波，然后测量发射超声波和返回超声波之间的时间差，获得四轴飞行器和周围障碍物的距离。在本具体实施例中，测距模块采用了由超声波发射和接收头所组成的超声波测距电路，它和中央控制器的微处理器的输入输出接口相连。 
上述电源模块包括USB接头，锂电池，锂电池充电器，线性直流电源稳压器和DC-DC升压器三个部分。在本具体实施例中，锂电池充电器使用的是由TP4056芯片组成的锂电池充电电路，该电路使用来自USB接头的5伏特直流电源作为输入，可以对额定电压为3.7伏特的锂电池进行充电。线性直流电源稳压器采用的是由低压差的LDO芯片SP6205所组成的稳压电路，它可以把额定电压为3.7伏特的锂电池电压转换成3.3伏特的电压，用于对中央控制器，无线通讯模块，传感器模块进行供电。DC-DC升压器采用的是由芯片PT1301所组成的升压电路，它可以把额定电压为3.7伏特的锂电池电压升压到5伏特，用于对测距模块进行供电。 
上述螺旋桨模块和电机模块相连。在本具体实施例中，它包含两个顺时针方向转动的螺旋桨和两个逆时针方向转动的螺旋桨。电机模块中的直流有刷电动机在转动的时候，带动螺旋桨一起转动，从而实现四轴飞行器的飞行。 
需要指出的是，本实用新型不限于上述实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在基于本实用新型技术方案内对上述实施所作的任何简单修改，等同变化与替换，均属于本实用新型的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，它包括电源模块、螺旋桨模块、中央控制器及以其相连的无线通讯模块、电池电压监控模块、传感器模块和电机模块，其特征在于：它还包括测距模块；所述测距模块和中央控制器相连，用于测量四轴飞行器与地面和周围障碍物的距离；所述螺旋桨模块和电机模块相连。 
2.如权利要求1所述的支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，其特征在于：所述中央控制器采用微处理器。 
3.如权利要求1所述的支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，其特征在于：所述无线通讯模块采用基于2.4GHz无线通讯频段的蓝牙通讯模块。 
4.如权利要求1所述的支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，其特征在于：所述电池电压监控模块采用电阻对电池电压进行分压。 
5.如权利要求1所述的支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，其特征在于：所述传感器模块模块包含三轴陀螺仪，三轴加速度计和三轴磁力计。 
6.如权利要求1所述的支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，其特征在于：所述电机模块包含四个有刷直流电机和MOSFET功率管。 
7.如权利要求1所述的支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，其特征在于：所述测距模块采用超声波进行测距，包含超声波发射和接收头。 
8.如权利要求1所述的支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，其特征在于：所述电源模块包含USB接头，锂电池，锂电池充电器，线性直流电源稳压器和DC-DC升压器。 
9.如权利要求1所述的支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器，其特征在于：所述螺旋桨模块包含两个顺时针转动的螺旋桨和两个逆时钟转动的螺旋桨。 
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