CN207157513U - 一种带升力自反馈的四旋翼无人机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种带升力自反馈的四旋翼无人机，包括机体、与机体相连且对称分布的四根圆轴，圆轴远离机体的一端均连接有基座，基座上设有电机，电机连接有旋翼，基座与电机底部之间连接有力传感器，力传感器包括与基座相连的板、与板相连且安装有微控制器的PCB电路板、负载板、一端与PCB电路板相连且另一端连接负载板的传感器，PCB电路板通过导线与机体相连。本实用新型能够解决四旋翼无人机在室外工作时难以对其位置和速度感测的问题，与现有的四旋翼飞行器相比，在四旋翼飞行器飞行过程中，通过基座上的力传感器能够检测当前的升力和转矩，并反馈到主控制器上，实现对四旋翼飞行器的实时控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及四旋翼无人机技术领域，具体的说是一种带升力自反馈的四旋翼无人机。
背景技术
四旋翼无人机是一种能够实现远程操控的小型飞行器，其具有能够垂直起降；能以各种姿态飞行,如悬停、前飞、侧飞和倒飞等；能够适应各种环境；具备自主起飞和着陆能力等优点。推力和速度的感测对于微型无人机来说是至关重要的一项内容，当代高性能四旋翼无人机的运动控制依赖于精确的高速轨迹检测。但是，相比于室内，在室外情况复杂，场景多变，对于位置和速度的感测困难较大，对四旋翼无人机在室外推力和速度的感测具有相当大的挑战性。
实用新型内容
为了避免和解决上述技术问题，本实用新型提出了一种带升力自反馈的四旋翼无人机。
本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种带升力自反馈的四旋翼无人机，包括机体、与机体相连且对称分布的四根圆轴，所述圆轴远离机体的一端均连接有基座，所述基座上设有电机，所述电机连接有旋翼，所述基座与电机底部之间连接有力传感器。
作为本实用新型的进一步改进，所述力传感器包括与基座相连的板、与板相连且安装有微控制器的PCB电路板、负载板、一端与PCB电路板相连且另一端连接负载板的传感器，所述PCB电路板通过导线与机体相连，所述板与PCB电路板之间设有螺柱，所述螺柱将PCB电路板固定在板上。
作为本实用新型的进一步改进，所述板和负载板的制作材料均为丙烯酸，所述基座为聚酯材料制成。
作为本实用新型的进一步改进，所述传感器为用聚氨酯橡胶包装的MEMS气 压计制作的触觉传感器。
作为本实用新型的进一步改进，所述PCB电路板上设有与机体通过导线相连的USB接口。
作为本实用新型的进一步改进，所述电机为无刷直流电机。
作为本实用新型的进一步改进，所述旋翼为碳纤维复合材料的螺旋桨。
作为本实用新型的进一步改进，所述圆轴为碳纤维材料制成。
作为本实用新型的进一步改进，所述机体为碳纤维材料制成的一种方形结构，所述四根圆轴分别安装在机体的四个侧端面上。
所述机体包括主控制器、一端与电机相连且另一端与主控制器相连的电子调速器、与电机相连动力电池，所述USB接口与主控制器相连。
所述主控制器为一款主控制芯片，包括航姿传感器模块、定位模块、地面遥控模块以及电机控制模块，所述航姿传感器模块包括陀螺仪，加速度计和电子罗盘，所述定位模块包括GPS模块和气压传感器，所述地面遥控模块包括遥控接收器和无线通讯模块，所述电机控制模块通过给所述电子调速器输入一定的PWM脉冲信号来控制电机。
所述微处理器为安装在PCB电路板上的一款单片机芯片，用于收集传感器传过来的力信号，并进行处理和放大转化成电信号通过PCB电路板上的USB接口直接传输给主控制器。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型能够解决四旋翼无人机在室外工作时难以对其位置和速度感测的问题，与现有的四旋翼飞行器相比，在四旋翼飞行器飞行过程中，通过基座上的力传感器能够检测当前的升力和转矩，并反馈到主控制器上，实现对四旋翼飞行器的实时控制。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为电机、旋翼、力传感器、基座以及圆轴的安装结构示意图；
图3为力传感器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本实用新型进一步阐述。
如图1至图3所示，一种带升力自反馈的四旋翼无人机，包括机体1、与机体1相连且对称分布的四根圆轴2，所述圆轴2远离机体1的一端均连接有基座3，所述基座3上设有电机5，所述电机5连接有旋翼6，所述基座3与电机5底部之间连接有力传感器4。
所述力传感器4包括与基座3相连的板41、与板41相连且安装有微控制器的PCB电路板42、负载板43、一端与PCB电路板42相连且另一端连接负载板43的传感器44，所述PCB电路板42通过导线与机体1相连，所述板与PCB电路板42之间设有螺柱46，所述螺柱46将PCB电路板42固定在板41上，所述板41和负载板43的制作材料均为丙烯酸，所述基座3为聚酯材料制成，所述传感器44为用聚氨酯橡胶包装的MEMS气压计制作的触觉传感器，采用触觉传感器能够实现在飞行过程中对旋翼6产生的动力进行感应，所述PCB电路板42上设有与机体1通过导线相连的USB接口45。
所述电机5为无刷直流电机。
所述旋翼6为碳纤维复合材料的螺旋桨。
所述圆轴2为碳纤维材料制成。
所述机体1为碳纤维材料制成的一种方形结构，所述四根圆轴2分别安装在机体1的四个侧端面上。
所述机体1包括主控制器、一端与电机5相连且另一端与主控制器相连的电子调速器、与电机5相连动力电池，所述USB接口45与主控制器相连。
所述主控制器为一款主控制芯片，包括航姿传感器模块、定位模块、地面遥控模块以及电机控制模块，所述航姿传感器模块包括陀螺仪，加速度计和电子罗盘，所述定位模块包括GPS模块和气压传感器，所述地面遥控模块包括遥控接收器和无线通讯模块，所述电机控制模块通过给所述电子调速器输入一定的PWM脉冲信号来控制电机。
所述微处理器为安装在PCB电路板42上的一款单片机芯片，用于收集传感 器传过来的力信号，并进行处理和放大转化成电信号通过PCB电路板42上的USB接口45直接传输给主控制器。
本实用新型中的力传感器与传统的力传感器不同，传统的力传感器多为应变式力传感器，通过应变片来感受梁或者接触体的应变来实现测量，但它只能测单一方向上的拉压力，本实用新型中的力传感器为四个用聚氨酯橡胶包裹的MEMS气压计，它不仅可以测量竖直方向上的拉压力，还可以测量横向的扭矩，并在PCB电路板42上集成有微控制器芯片，可以实时将采集到的升力和扭矩信号进行放大转化成电信号通过PCB电路板42上的USB接口45传输给主控制芯片。
现有的多旋翼无人机只能通过主动控制电机5的转速来实现对多旋翼无人机的姿态控制，而本实用新型可以通过所设计的力传感器来实时反馈当前的升力和扭矩来实时估计当前的旋翼6所产生的平移速度，从而反馈到主控制芯片来实现姿态的自主控制，一定程度上实现自主飞行。
下面对本实用新型的工作原理作进一步阐述：
当四旋翼无人机飞行时，其电机5和旋翼6产生的动力会作用在丙烯酸材料的负载板43上，进而传递到用聚氨酯进行封装的四个MEMS气压计上，传感器44将数据采集到PCB电路板42上的微控制器上并通过PCB电路板42上的USB接口45传递给主控制器，进而实现对四旋翼无人机的一个实时的控制。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种带升力自反馈的四旋翼无人机，包括机体(1)、与机体(1)相连且对称分布的四根圆轴(2)，其特征在于：所述圆轴(2)远离机体(1)的一端均连接有基座(3)，所述基座(3)上设有电机(5)，所述电机(5)连接有旋翼(6)，所述基座(3)与电机(5)底部之间连接有力传感器(4)；
所述力传感器(4)包括与基座(3)相连的板(41)、与板(41)相连且安装有微控制器的PCB电路板(42)、负载板(43)、一端与PCB电路板(42)相连且另一端连接负载板(43)的传感器(44)，所述PCB电路板(42)通过导线与机体(1)相连。
2.根据权利要求1所述的一种带升力自反馈的四旋翼无人机，其特征在于：所述板(41)和负载板(43)的制作材料均为丙烯酸，所述基座(3)为聚酯材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种带升力自反馈的四旋翼无人机，其特征在于：所述传感器(44)为用聚氨酯橡胶包装的MEMS气压计制作的触觉传感器。
4.根据权利要求1所述的一种带升力自反馈的四旋翼无人机，其特征在于：所述PCB电路板(42)上设有与机体(1)通过导线相连的USB接口(45)。
5.根据权利要求1所述的一种带升力自反馈的四旋翼无人机，其特征在于：所述电机(5)为无刷直流电机。
6.根据权利要求1所述的一种带升力自反馈的四旋翼无人机，其特征在于：所述旋翼(6)为碳纤维复合材料的螺旋桨。
7.根据权利要求1所述的一种带升力自反馈的四旋翼无人机，其特征在于：所述圆轴(2)为碳纤维材料制成。
8.根据权利要求1所述的一种带升力自反馈的四旋翼无人机，其特征在于：所述机体(1)为碳纤维材料制成的一种方形结构，所述四根圆轴(2)分别安装在机体(1)的四个侧端面上。
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|---|---|---|---|---|
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| CN108945518A (zh) * | 2018-09-07 | 2018-12-07 | 江苏航空职业技术学院 | 四旋翼无人机升力测试装置 |
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| EP4009510A4 (en) * | 2019-08-02 | 2022-11-02 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | MOTOR CONTROL DEVICE, MOVABLE BODY, MOTOR CONTROL METHOD, AND PROGRAM |
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