CN205826864U - 无人机定高飞行控制用高度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无人机定高飞行控制用高度检测装置，包括超声波传感器、微控制器、无线通信模块、云台机构和姿态检测传感器；云台机构包括云台固定板、横滚轴电机固定框、横滚轴电机、俯仰轴电机固定框、俯仰轴电机、第一超声波传感器固定框和第二超声波传感器固定框，超声波传感器连接在第二超声波传感器固定框底部，姿态检测传感器连接在第二超声波传感器固定框上；超声波传感器和姿态检测传感器均与微控制器的输入端连接，微控制器的输出端接有横滚轴电机驱动器和俯仰轴电机驱动器，横滚轴电机与横滚轴电机驱动器的输出端连接，俯仰轴电机与俯仰轴电机驱动器的输出端连接。本实用新型降低了高度检测成本，提高了高度检测精度，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型属于无人机控制技术领域，具体涉及一种无人机定高飞行控制用高度检测装置。
背景技术
近十几年来，无人机已被广泛应用于航拍摄影、电力巡检、环境监测、战场评估等领域，有效克服了有人驾驶飞机空中作业的不足，降低了购买与维护成本，提高了运载工具的安全性。对于包括飞行高度参数在内的各种飞行状态信息采集与数据处理问题的研究是飞行控制系统设计研究的基础和重点分支领域之一。
目前，无人机对地定高飞行控制存在以下几个问题：(1)小型无人机在用超声波传感器测距来执行定高飞行时，由于外界气流扰动或其他因素会导致机身晃动，从而会影响其高度测量精度；(2)由于传统方法中超声波传感器垂直固定于无人机底部，无人机在进行俯仰或横滚运动时，当偏转角度增加到一定程度，会导致测量值产生偏差，甚至会出现无效值；(3)传统小型无人机的云台采用伺服舵机作为驱动电机，舵机内部减速齿轮的回滞误差会导致超声波传感器晃动，从而会影响其高度测量精度。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无人机定高飞行控制用高度检测装置，其结构简单，设计新颖合理，实现方便，降低了无人机定高飞行控制的高度检测成本，提高了高度检测精度，工作可靠性高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：包括超声波传感器、微控制器和与微控制器相接且用于与控制台计算机进行通信的无线通信模块，以及用于固定连接超声波传感器并对超声波传感器的姿态进行调节的云台机构和用于对超声波传感器的姿态进行检测的姿态检测传感器；所述云台机构包括与无人机平台下面板固定连接的云台固定板和与云台固定板固定连接的横滚轴电机固定框，所述横滚轴电机固定框上固定连接有横滚轴电机，所述横滚轴电机的输出轴上固定连接有俯仰轴电机固定框，所述俯仰轴电机固定框上固定连接有俯仰轴电机，所述俯仰轴电机的输出轴上固定连接有第一超声波传感器固定框，所述第一超声波传感器固定框上固定连接有第二超声波传感器固定框，所述超声波传感器固定连接在第二超声波传感器固定框底部，所述姿态检测传感器固定连接在第二超声波传感器固定框上；所述超声波传感器和姿态检测传感器均与微控制器的输入端连接，所述微控制器的输出端接有横滚轴电机驱动器和俯仰轴电机驱动器，所述横滚轴电机与横滚轴电机驱动器的输出端连接，所述俯仰轴电机与俯仰轴电机驱动器的输出端连接。
上述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述云台固定板通过减振球与无人机平台下面板固定连接。
上述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述横滚轴电机固定框通过连接板与云台固定板固定连接。
上述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述微控制器为STM32单片机。
上述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述无线通信模块为3DR数传模块。
上述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述姿态检测传感器为重力加速度陀螺仪传感器MPU6050。
上述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述横滚轴电机和俯仰轴电机均为步进电机，所述横滚轴电机驱动器和俯仰轴电机驱动器均为L6234步进电机驱动器。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型的结构简单，设计新颖合理，实现方便。
2、本实用新型采用重力加速度陀螺仪传感器MPU6050对超声波传感器的姿态进行实时检测，避免了只采用加速度传感器测量姿态包括重力加速度信息使得其所测得的姿态存在较大的误差，而陀螺仪存在累积漂移误差不适合长时间单独工作的缺陷，能够得到超声波传感器的精确姿态信息，提高了本实用新型进行高度检测的精度。
3、本实用新型能够保证无人机在俯仰或横滚状态超声波传感器始终垂直于地面，消除了由于气流扰动以及无人机俯仰或横滚对测量值产生的偏差，从而确保了超声波传感器能够获得高精度的高度测量数据。
4、本实用新型采用步进电机作为驱动电机，避免了现有技术中采用伺服舵机作为驱动电机时，舵机内部减速齿轮的回滞误差导致的超声波传感器晃动，确保了超声波传感器能够获得高精度的高度测量数据。
5、本实用新型降低了无人机定高飞行控制的高度检测成本，工作可靠性高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本实用新型结构简单，设计新颖合理，实现方便，降低了无人机定高飞行控制的高度检测成本，提高了高度检测精度，工作可靠性高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图(图中未示出微控制器、无线通信模块、横滚轴电机驱动器和俯仰轴电机驱动器)。
图2为本实用新型微控制器与其它各元件的连接关系框图。
图3为本实用新型单片机STM32F103RCT6与其它各元件的连接关系示意图。
图4为本实用新型重力加速度陀螺仪传感器MPU6050的电路原理图。
附图标记说明:
1—无人机平台下面板；2—减振球；3—云台固定板；
4—连接板；5—横滚轴电机固定框；6—横滚轴电机；
7—俯仰轴电机固定框；8—俯仰轴电机；9—第一超声波传感器固定框；
10—第二超声波传感器固定框；11—超声波传感器；
12—微控制器；13—姿态检测传感器；14—无线通信模块；
15—横滚轴电机驱动器；16—俯仰轴电机驱动器。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型的无人机定高飞行控制用高度检测装置，包括超声波传感器11、微控制器12和与微控制器12相接且用于与控制台计算机进行通信的无线通信模块14，以及用于固定连接超声波传感器11并对超声波传感器11的姿态进行调节的云台机构和用于对超声波传感器11的姿态进行检测的姿态检测传感器13；所述云台机构包括与无人机平台下面板1固定连接的云台固定板3和与云台固定板3固定连接的横滚轴电机固定框5，所述横滚轴电机固定框5上固定连接有横滚轴电机6，所述横滚轴电机6的输出轴上固定连接有俯仰轴电机固定框7，所述俯仰轴电机固定框7上固定连接有俯仰轴电机8，所述俯仰轴电机8的输出轴上固定连接有第一超声波传感器固定框9，所述第一超声波传感器固定框9上固定连接有第二超声波传感器固定框10，所述超声波传感器11固定连接在第二超声波传感器固定框10底部，所述姿态检测传感器13固定连接在第二超声波传感器固定框10上；所述超声波传感器11和姿态检测传感器13均与微控制器12的输入端连接，所述微控制器12的输出端接有横滚轴电机驱动器15和俯仰轴电机驱动器16，所述横滚轴电机6与横滚轴电机驱动器15的输出端连接，所述俯仰轴电机8与俯仰轴电机驱动器16的输出端连接。
如图1所示，本实施例中，所述云台固定板3通过减振球2与无人机平台下面板1固定连接。所述横滚轴电机固定框5通过连接板4与云台固定板3固定连接。
本实施例中，所述微控制器12为STM32单片机。所述无线通信模块14为3DR数传模块。所述姿态检测传感器13为重力加速度陀螺仪传感器MPU6050。所述横滚轴电机6和俯仰轴电机8均为步进电机，所述横滚轴电机驱动器15和俯仰轴电机驱动器16均为L6234步进电机驱动器。
具体实施时，所述STM32单片机的型号为STM32F103RCT6，如图3所示，所述单片机STM32F103RCT6的PA2管脚和PA3管脚与无线通信模块14连接，所述单片机STM32F103RCT6的PC11管脚和PC12管脚与姿态检测传感器13连接，所述单片机STM32F103RCT6的PB0管脚和PB1管脚与横滚轴电机驱动器15连接，所述单片机STM32F103RCT6的PB2管脚和PB3管脚与俯仰轴电机驱动器16连接。
具体而言，如图4所示，所述重力加速度陀螺仪传感器MPU6050的SDA管脚与单片机STM32F103RCT6的PC11管脚连接，且通过电阻R11与3.3V电源的输出端连接，所述重力加速度陀螺仪传感器MPU6050的SCL管脚与所述单片机STM32F103RCT6的PC12管脚连接，且通过电阻R12与3.3V电源的输出端连接；所述重力加速度陀螺仪传感器MPU6050的AD0管脚通过电阻R13接地，所述重力加速度陀螺仪传感器MPU6050的CPOUT管脚通过电容C1接地，所述重力加速度陀螺仪传感器MPU6050的REGOUT管脚通过电容C2接地。
本实用新型使用时，所述姿态检测传感器13对超声波传感器11的姿态进行实时检测并传输给微控制器12，所述微控制器12将姿态检测传感器13检测到的信号与预设的姿态信号相比对，不一致时控制横滚轴电机驱动器15对横滚轴电机6进行驱动，并控制俯仰轴电机驱动器16对俯仰轴电机8进行驱动，横滚轴电机6带动俯仰轴电机固定框7、俯仰轴电机8、第一超声波传感器固定框9、第二超声波传感器固定框10和超声波传感器11的整体在横滚轴方向上转动，对超声波传感器11的横滚轴方向位置进行调节；俯仰轴电机8带动第一超声波传感器固定框9、第二超声波传感器固定框10和超声波传感器11的整体在俯仰轴方向上转动，对超声波传感器11的俯仰轴方向位置进行调节，从而使无人机在俯仰或横滚状态超声波传感器11始终垂直于地面；超声波传感器11向下发送超声波进行高度探测并将探测到的高度信号传输给微控制器12，所述微控制器12存储超声波传感器11探测到的高度信号，并通过无线通信模块14传输给控制台计算机，供控制台计算机作进一步分析处理，以实现无人机定高飞行控制的目的。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：包括超声波传感器(11)、微控制器(12)和与微控制器(12)相接且用于与控制台计算机进行通信的无线通信模块(14)，以及用于固定连接超声波传感器(11)并对超声波传感器(11)的姿态进行调节的云台机构和用于对超声波传感器(11)的姿态进行检测的姿态检测传感器(13)；所述云台机构包括与无人机平台下面板(1)固定连接的云台固定板(3)和与云台固定板(3)固定连接的横滚轴电机固定框(5)，所述横滚轴电机固定框(5)上固定连接有横滚轴电机(6)，所述横滚轴电机(6)的输出轴上固定连接有俯仰轴电机固定框(7)，所述俯仰轴电机固定框(7)上固定连接有俯仰轴电机(8)，所述俯仰轴电机(8)的输出轴上固定连接有第一超声波传感器固定框(9)，所述第一超声波传感器固定框(9)上固定连接有第二超声波传感器固定框(10)，所述超声波传感器(11)固定连接在第二超声波传感器固定框(10)底部，所述姿态检测传感器(13)固定连接在第二超声波传感器固定框(10)上；所述超声波传感器(11)和姿态检测传感器(13)均与微控制器(12)的输入端连接，所述微控制器(12)的输出端接有横滚轴电机驱动器(15)和俯仰轴电机驱动器(16)，所述横滚轴电机(6)与横滚轴电机驱动器(15)的输出端连接，所述俯仰轴电机(8)与俯仰轴电机驱动器(16)的输出端连接。
2.按照权利要求1所述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述云台固定板(3)通过减振球(2)与无人机平台下面板(1)固定连接。
3.按照权利要求1所述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述横滚轴电机固定框(5)通过连接板(4)与云台固定板(3)固定连接。
4.按照权利要求1所述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述微控制器(12)为STM32单片机。
5.按照权利要求1所述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述无线通信模块(14)为3DR数传模块。
6.按照权利要求1所述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述姿态检测传感器(13)为重力加速度陀螺仪传感器MPU6050。
7.按照权利要求1所述的无人机定高飞行控制用高度检测装置，其特征在于：所述横滚轴电机(6)和俯仰轴电机(8)均为步进电机，所述横滚轴电机驱动器(15)和俯仰轴电机驱动器(16)均为L6234步进电机驱动器。
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|---|---|---|---|---|
| CN107063198A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-08-18 | 天津大学 | 一种船载自稳定云台测量系统及应用方法 |
| WO2018113519A1 (zh) * | 2016-12-21 | 2018-06-28 | 陈翔斌 | 一种无人机云台和无人机 |
| CN108248879A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-07-06 | 广东容祺智能科技有限公司 | 一种无人机的二维测距传感器自稳装置 |
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