CN207742568U - 一种四旋翼无人机的双imu防抖飞控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，包括遥控装置、无人机本体及设于无人机本体上的控制单元，遥控装置与控制单元连接并用于控制无人机本体飞行，还包括设于无人机本体上并与控制单元连接的气压计、避障单元及两个IMU姿态检测单元，气压计用于检测无人机本体高度，避障单元用于检测无人机本体周围障碍物，每个IMU姿态检测单元用于独立检测无人机本体飞行姿态。通过设置两个IMU姿态检测单元，使得控制单元对两个IMU姿态检测单元检测的飞行姿态数据进行处理获取实际飞行姿态数据，该防抖飞控系统不易因无人机本体自身抖动干扰或磁场干扰导致姿态数据错乱，进而增加无人机本体飞行时的平稳性，便于操作者精确控制无人机本体的飞行。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机技术领域，更具体地，涉及一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统。
背景技术
现有的四旋翼无人机一般只包含一个IMU姿态检测单元，用于检测无人机本体的飞行姿态，并根据该飞行姿态控制无人机本体各电极的输出值以控制其飞行，但是只设置一个IMU姿态检测单元，容易受到无人机本体自身抖动干扰或磁场干扰，导致姿态数据错乱进而造成无人机本体失稳，或随着时间推移产生的积分误差造成计算出的无人机本体欧拉角有偏差，使得操作者难以精确控制无人机本体的飞行。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，不易因无人机本体自身抖动干扰或磁场干扰导致姿态数据错乱，进而增加无人机本体飞行时的平稳性，便于操作者精确控制无人机本体的飞行。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
提供一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，包括遥控装置、无人机本体及设于无人机本体上的控制单元，遥控装置与控制单元连接并用于控制无人机本体飞行，还包括设于无人机本体上并与控制单元连接的气压计、避障单元及两个IMU姿态检测单元，气压计用于检测无人机本体高度，避障单元用于检测无人机本体周围障碍物，每个IMU姿态检测单元用于独立检测无人机本体飞行姿态。
控制单元对每个IMU姿态检测单元检测的飞行姿态数据进行阈值处理，当数据的变化范围在阈值之内时认为数据准确有效，使用该组数据，当数据的变化范围在阈值之外时认为该组数据受到干扰，放弃该组数据；当两组飞行姿态数据均有效时，控制单元对两组数据进行融合处理以获取实际飞行姿态数据；当一组有效一组受扰时，则舍弃受扰数据对有效数据进行处理以获取实际飞行姿态数据；当两组数据均受扰时，舍弃两组数据并沿用上次获取的实际飞行姿态数据，降低无人机本体各电机的油门量使其下降。
上述方案中，控制单元对两个IMU姿态检测单元检测的飞行姿态数据进行处理获取实际飞行姿态数据，对遥控装置所发的遥控数据、气压计检测的高度数据及避障单元检测的周围障碍物数据进行处理获取期望飞行姿态数据，并对期望飞行姿态数据及实际飞行姿态数据作处理以获取无人机本体各电机的输出值。通过设置两个IMU姿态检测单元，使得该防抖飞控系统不易因无人机本体自身抖动干扰或磁场干扰导致姿态数据错乱，进而增加无人机本体飞行时的平稳性，便于操作者精确控制无人机本体的飞行。
优选地，还包括设于无人机本体上呈上下层结构的飞控板，两个IMU姿态检测单元分别设于飞控板的上下层中。无人机本体自身抖动时，双层设置使得抖动引起的干扰得以减缓，进而使得两个IMU姿态检测单元受到的干扰不在同一个幅度，以保证至少一组姿态数据的精准性。
进一步优选地，两个IMU姿态检测单元与无人机本体的重心位于同一竖直平面内。这样设置能保证两个IMU姿态检测单元检测的飞行姿态严格属于无人机本体的，不会偏离无人机本体，进而便于精准控制无人机本体的飞行。
优选地，飞控板的上下层之间设有海绵垫。在无人机本体自身抖动时，海绵垫能使抖动引起的干扰得到进一步减缓，进而使得两个IMU姿态检测单元受到的干扰不在同一个幅度，以保证至少一组姿态数据的精准性。
优选地，控制单元、气压计及避障单元均设于飞控板内。这样设置使得各部件集成在一起，便于各部件安装在无人机本体上。
优选地，所述避障单元为四个超声波传感器，呈上下左右设置。这样设置便于全方位地检测无人机本体周围障碍物，防止出现障碍物漏检的情况，便于更好地控制无人机本体飞行。进一步优选地，所述超声波传感器为HC-SR04超声波传感器。
优选地，每个IMU姿态检测单元包括三轴加速度角速度传感器及磁罗盘传感器。控制单元对期望飞行姿态数据及实际飞行姿态数据作串级PID处理以获取无人机本体各电机的输出值，具体为：外环为角度环，内环为角速度环；期望飞行姿态数据与实际飞行姿态数据的差值作为外环PID的输入，经过外环PID计算后外环输出是角度的补偿值，再把角度的补偿值与IMU姿态检测单元测得的角速度值作差得出内环PID的输入，数据经过内环PID后输出，内环输出的数据为电机转速的PWM占空比，根据占空比的大小可以控制电机的转速从而实现无人机本体平稳起飞、定高、避障功能。
进一步优选地。三轴加速度角速度传感器为MPU6050传感器，磁罗盘传感器为GY-271磁罗盘传感器。
优选地，所述控制单元为STM32微处理器，所述气压计为GY-BMP280气压传感器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，控制单元对两个IMU姿态检测单元检测的飞行姿态数据进行处理获取实际飞行姿态数据，对遥控装置所发的遥控数据、气压计检测的高度数据及避障单元检测的周围障碍物数据进行处理获取期望飞行姿态数据，并对期望飞行姿态数据及实际飞行姿态数据作处理以获取无人机本体各电机的输出值；通过设置两个IMU姿态检测单元，使得该防抖飞控系统不易因无人机本体自身抖动干扰或磁场干扰导致姿态数据错乱，进而增加无人机本体飞行时的平稳性，便于操作者精确控制无人机本体的飞行。
附图说明
图1为本实施例一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统的框架示意图，其中IMU1及IMU2为两个IMU姿态检测单元，M1、M2、M3及M4为无人机本体的四个电机。
图2为飞控板与各部件连接的示意图。
图3为本实施例一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
本实施例一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，如图1至图3所示，包括遥控装置5、无人机本体及设于无人机本体上的控制单元1，遥控装置5与控制单元1连接并用于控制无人机本体飞行，还包括设于无人机本体上并与控制单元1连接的气压计2、避障单元3及两个IMU姿态检测单元，气压计2用于检测无人机本体高度，避障单元3用于检测无人机本体周围障碍物，每个IMU姿态检测单元用于独立检测无人机本体飞行姿态。
控制单元1对每个IMU姿态检测单元检测的飞行姿态数据进行阈值处理，当数据的变化范围在阈值之内时认为数据准确有效，使用该组数据，当数据的变化范围在阈值之外时认为该组数据受到干扰，放弃该组数据；当两组飞行姿态数据均有效时，控制单元1对两组数据进行融合处理以获取实际飞行姿态数据；当一组有效一组受扰时，则舍弃受扰数据对有效数据进行处理以获取实际飞行姿态数据；当两组数据均受扰时，舍弃两组数据并沿用上次获取的实际飞行姿态数据，降低无人机本体各电机的油门量使其下降。
控制单元1对两个IMU姿态检测单元检测的飞行姿态数据进行处理获取实际飞行姿态数据，对遥控装置5所发的遥控数据、气压计2检测的高度数据及避障单元3检测的周围障碍物数据进行处理获取期望飞行姿态数据，并对期望飞行姿态数据及实际飞行姿态数据作处理以获取无人机本体各电机的输出值。通过设置两个IMU姿态检测单元，使得该防抖飞控系统不易因无人机本体自身抖动干扰或磁场干扰导致姿态数据错乱，进而增加无人机本体飞行时的平稳性，便于操作者精确控制无人机本体的飞行。
其中，如图2所示，还包括设于无人机本体上呈上下层结构的飞控板4，两个IMU姿态检测单元分别设于飞控板4的上下层中。无人机本体自身抖动时，双层设置使得抖动引起的干扰得以减缓，进而使得两个IMU姿态检测单元受到的干扰不在同一个幅度，以保证至少一组姿态数据的精准性。
本实施例中，两个IMU姿态检测单元与无人机本体的重心位于同一竖直平面内。这样设置能保证两个IMU姿态检测单元检测的飞行姿态严格属于无人机本体的，不会偏离无人机本体，进而便于精准控制无人机本体的飞行。
另外，飞控板4的上下层之间设有海绵垫。在无人机本体自身抖动时，海绵垫能使抖动引起的干扰得到进一步减缓，进而使得两个IMU姿态检测单元受到的干扰不在同一个幅度，以保证至少一组姿态数据的精准性。
其中，控制单元1、气压计2及避障单元3均设于飞控板4内。这样设置使得各部件集成在一起，便于各部件安装在无人机本体上。
另外，所述避障单元3为四个超声波传感器，呈上下左右设置。这样设置便于全方位地检测无人机本体周围障碍物，防止出现障碍物漏检的情况，便于更好地控制无人机本体飞行。本实施例中，所述超声波传感器为HC-SR04超声波传感器。
其中，每个IMU姿态检测单元包括三轴加速度角速度传感器及磁罗盘传感器。控制单元1对期望飞行姿态数据及实际飞行姿态数据作串级PID处理以获取无人机本体各电机的输出值，具体为：外环为角度环，内环为角速度环；期望飞行姿态数据与实际飞行姿态数据的差值作为外环PID的输入，经过外环PID计算后外环输出是角度的补偿值，再把角度的补偿值与IMU姿态检测单元测得的角速度值作差得出内环PID的输入，数据经过内环PID后输出，内环输出的数据为电机转速的PWM占空比，根据占空比的大小可以控制电机M1、M2、M3及M4的转速从而实现无人机本体平稳起飞、定高、避障功能。
本实施例中，三轴加速度角速度传感器为MPU6050传感器，磁罗盘传感器为GY-271磁罗盘传感器。
另外，所述控制单元1为STM32微处理器，所述气压计2为GY-BMP280气压传感器。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，包括遥控装置（5）、无人机本体及设于无人机本体上的控制单元（1），遥控装置（5）与控制单元（1）连接并用于控制无人机本体飞行，其特征在于，还包括设于无人机本体上并与控制单元（1）连接的气压计（2）、避障单元（3）及两个IMU姿态检测单元，气压计（2）用于检测无人机本体高度，避障单元（3）用于检测无人机本体周围障碍物，每个IMU姿态检测单元用于独立检测无人机本体飞行姿态。
2.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，其特征在于，还包括设于无人机本体上呈上下层结构的飞控板（4），两个IMU姿态检测单元分别设于飞控板（4）的上下层中。
3.根据权利要求2所述的一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，其特征在于，两个IMU姿态检测单元与无人机本体的重心位于同一竖直平面内。
4.根据权利要求2所述的一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，其特征在于，飞控板（4）的上下层之间设有海绵垫。
5.根据权利要求2所述的一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，其特征在于，控制单元（1）、气压计（2）及避障单元（3）均设于飞控板（4）内。
6.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，其特征在于，所述避障单元（3）为四个超声波传感器，呈上下左右设置。
7.根据权利要求6所述的一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，其特征在于，所述超声波传感器为HC-SR04超声波传感器。
8.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，其特征在于，每个IMU姿态检测单元包括三轴加速度角速度传感器及磁罗盘传感器。
9.根据权利要求8所述的一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，其特征在于，三轴加速度角速度传感器为MPU6050传感器，磁罗盘传感器为GY-271磁罗盘传感器。
10.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机的双IMU防抖飞控系统，其特征在于，所述控制单元（1）为STM32微处理器，所述气压计（2）为GY-BMP280气压传感器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110554712A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-10 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | 无人机航向角初值选取方法、装置及无人机 |
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2018
- 2018-02-07 CN CN201820214554.5U patent/CN207742568U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN110554712A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-10 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | 无人机航向角初值选取方法、装置及无人机 |
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