CN208460233U - 一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于无人机技术领域，具体涉及一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台。包括四旋翼飞行器、遥控器、防摔支架、串口连接线、上位机，其中防摔支架包括底座、竖杆、橡皮筋，竖杆安装在底座上，在每个竖杆的非两端的中间某处的竖杆的外壁上有一个凹槽，橡皮筋的一端位于竖杆的凹槽上，橡皮筋的另一端套在四旋翼飞行器的对角电机支架上。实验教学平台中的防摔支架用于固定四旋翼飞行器的机身，防摔支架的结构简单、成本低、使用方便，在有效固定机身的同时，不限制机身运动的自由度，能够提供较好的调试环境。

Description

一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，具体涉及一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台。

背景技术

无人机因为不需要载人飞行，具有体积小、造价低、使用方便、安全可靠等特点，目前已经被广泛的应用于军事、农业、和各类的民用中，如用于输电线路的巡查、环境监测、无人快递等。

无人机按照提供升力方式的不同，可以分为气浮式无人机、固定翼无人机、旋翼无人机、扑翼无人机四种，旋翼无人机一般是通过发动机带动螺旋桨旋转来为无人机提供升力，可以实现悬停和垂降。旋翼无人机又可以分为单旋翼、双旋翼、四旋翼无人机。

四旋翼无人机的机身一般为十字形，通过调节四个螺旋桨的转速我们可以让无人机实现各种运动方式，如俯仰、滚转等。

但是因为四旋翼无人机往往需要复杂的传感装置和飞控装置，所以成本一般比较高，如果无人机遇到了线路故障、硬件问题、或者是突然没电等问题，都可能会导致无人机不小心摔倒地上，从而给使用者带来了经济损失。

实验教学平台的开发需要充分考虑设备的可操作性、教学效果及设备成本等问题，目前以四旋翼飞行器为主体的教学设备多有不足，部分设计防止因操作失误导致飞行器破损而增加成本，故之前往往使用自行研制的带有机翼支架的简易设备来代替飞行器真机进行仿真实验。

本实用新型通过设计一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，平台中包括一个无人机防摔支架，有效地保证了飞行器在调试过程中的安全，且能达到较好的调试效果，因此可以使用四旋翼飞行器真机进行试验，有利于学生直观认识、充分理解，并且操作简单、成本低、能够达到较好的教学效果。

本实用新型使用的是型号为BlackHole2的四旋翼飞行器。BlackHole2四旋翼飞行器是一款多功能微型四轴飞行器，因为轻巧便捷，接口标准，已被广泛地应用于玩家飞行、二次开发、实验教学等。BlackHole2四旋翼飞行器包括飞行器、遥控器、接收器、桨叶、保护罩等配件。使用前需将保护罩及桨叶安装到指定位置，并将接收器插入到指定端口中。其中接收器用于接受来自遥控器的控制信号，保护罩避免了飞行器在飞行过程中因发生碰撞而受到损害。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，该平台包括一种四旋翼无人机的防摔支架。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，包括四旋翼飞行器1、遥控器2、防摔支架3、串口连接线4、上位机5，其中四旋翼飞行器1包括主支架1-1、电机支架1-2、旋翼1-3、保护罩1-4、信号接收器、主控制器、飞行姿态检测模块、电机驱动模块，信号接收机1接收遥控器2发出的控制信号，将信号进行初步处理后送至主控制器，主控制器对信号进行分析处理，然后操纵电机驱动模块实现各种运动，同时，飞行姿态检测模块对四旋翼飞行器1的实时运行状态进行测量，并将测量结果返回给主控制器，主控制器根据测量结果进行姿态解算，分析得到当前四旋翼飞行器1的运行状态，并对比遥控器2发出的控制信号，从而进一步调整电机驱动模块的运动，直到运行状态符合遥控器2控制信号的要求，实现闭环控制，所述的防摔支架3包括底座3-1、竖杆3-2、橡皮筋3-3，竖杆3-2安装在底座3-1上，在每个竖杆3-2的非两端的中间某处的竖杆3-2的外壁上有一个凹槽3-4，橡皮筋3-3的一端位于竖杆3-2的凹槽3-4上，橡皮筋3-3的另一端套在四旋翼飞行器1的对角电机支架1-6上。

所述的竖杆3-2的数量至少为2个，橡皮筋3-3的数量等于竖杆3-2的数量。

所述的串口连接线4连接四旋翼飞行器1和上位机5。

所述的上位机5包括MDK开发软件及地面站软件，地面站软件是本实用新型自行研发的一种软件，用于接受飞行器的实时运行数据，之后将接收到的原始数据进行解算和处理，得到实时运行参数并显示，此外地面站软件实现了四旋翼飞行器1的3D实时状态显示，还对主控制器中的PID控制参数进行调试，MDK开发软件为四旋翼飞行器1底层代码的开发环境，使用该软件对主控制器中的源代码进行调试和修改，并将完善后的程序代码更新下载到主控制器中。

所述的飞行姿态检测模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度传感器。

所述的信号接收器、主控制器、飞行姿态检测模块均安装在主支架1-1的中心板的中间位置上。

所述的旋翼1-3的数量为4个，依次对称地分布在四旋翼飞行器1机体的前、后、左、右四个方向，4个旋翼1-3的大小和形状相同且在空间中处于同一高度。

所述的电机驱动模块的数量为4个，电机的大小和结构完全相同，分别依次固定安装在位于主支架1-1的末端位置的4个电机支架1-2的上方，电机的旋转带动了旋翼1-3的旋转。

所述的底座3-1为一个具有一定厚度的木板，底座3-1的表面形状不固定。

所述的橡皮筋3-3的材料为一种防滑材料。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型设计了一种无人机的防摔支架3，该支架结构简单、操作方便、制作成本低；固定效果好，使用防滑橡皮筋3-3套于四旋翼飞行器1的对角电机支架1-2，保证飞行器牢牢固定于支架上，经试验，四旋翼飞行器1固定在防摔支架3上后，将遥控器2的油门调制最大，四旋翼飞行器1仍不能脱离防摔支架3，这样有效保证了在对四旋翼飞行器1进行参数调试的过程中，飞行器不会出现飞行事故，从而保障飞行器及实验人员的安全；不影响飞行器平衡；设备使用同一规格的防滑橡皮筋3-3，套于四旋翼飞行器1的对角电机支架1-2处，保证飞行器的平衡性不受防摔支架3的影响，因此不会对四旋翼飞行器1的控制参数的调试过程造成干扰。

本实验教学平台中用到的的防摔支架3能够起到良好的固定效果，在保证飞行器安全的同时，不会对整个调试过程造成影响。

附图说明

图1为一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台示意图。

图2为一种四旋翼无人机的立体示意图。

图3为一种四旋翼无人机的遥控器的立体示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述：

如图1-3所示，本实用新型涉及一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，通过在该教学平台中设计一种无人机防摔支架3，在不影响无人机飞行状态的前提下，实现了无人机飞行时的固定和支撑。保证了飞行器在飞行和调试过程中的安全性，又不对无人机的机身造成损害。

一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，包括四旋翼飞行器1、遥控器2、防摔支架3、串口连接线4、上位机5，其中四旋翼飞行器1包括主支架1-1、电机支架1-2、旋翼1-3、保护罩1-4、信号接收器、主控制器、飞行姿态检测模块、电机驱动模块，信号接收机1接收遥控器2发出的控制信号，将信号进行初步处理后送至主控制器，主控制器对信号进行分析处理，然后操纵电机驱动模块实现各种运动，同时，飞行姿态检测模块对四旋翼飞行器1的实时运行状态进行测量，并将测量结果返回给主控制器，主控制器根据测量结果进行姿态解算，分析得到当前四旋翼飞行器1的运行状态，并对比遥控器2发出的控制信号，从而进一步调整电机驱动模块的运动，直到运行状态符合遥控器2控制信号的要求，实现闭环控制，所述的防摔支架3包括底座3-1、竖杆3-2、橡皮筋3-3，竖杆3-2安装在底座3-1上，每个竖杆3-2的非两端的中间某处，在每一个竖杆3-2的外侧上均具有一个凹槽3-4，橡皮筋3-3的一端位于竖杆3-2的凹槽3-4上，橡皮筋3-3的另一端套在四旋翼飞行器1的对角电机支架1-6上。防摔支架3用于固定四旋翼飞行器1的机身，防摔支架3的结构简单、成本低、使用方便，在有效固定机身的同时，不限制机身运动的自由度，能够提供较好的调试环境。

其中竖杆3-2的数量至少为2个，橡皮筋3-3的数量等于竖杆3-2的数量。

其中串口连接线4通过连接四旋翼飞行器1和上位机5，实现两者之间的数据通信。四旋翼飞行器1将运行参数通过串口连接线4传递给上位机5；同时上位机5对四旋翼飞行器1控制参数的调整及底层代码的调整，也通过串口连接线4更新下载到四旋翼飞行器1中。

其中上位机5包括MDK开发软件及地面站软件，地面站软件是本实用新型自行研发的一种软件，用于接受四旋翼飞行器1的实时运行数据，之后，将接收到的原始数据进行解算和处理，得到实时运行参数并显示，此外地面站软件实现了四旋翼飞行器1的3D实时状态显示，还对主控制器1-2中的PID控制参数进行调试，MDK开发软件为四旋翼飞行器1底层代码的开发环境，使用该软件对主控制器1-2中的源代码进行调试和修改，并将完善后的程序代码更新下载到主控制器1-2中。

其中飞行姿态检测模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度传感器。

其中信号接收器、主控制器、飞行姿态检测模块均安装在主支架1-1的中心板的中间位置上。

其中旋翼1-3的数量为4个，依次对称地分布在四旋翼飞行器1机体的前、后、左、右四个方向，4个旋翼1-3的大小和形状相同且在空间中处于同一高度。

其中电机驱动模块的数量为4个，电机的大小和结构完全相同，分别依次固定安装在位于主支架1-1的末端位置的4个电机支架1-2的上方，电机的旋转带动了旋翼1-3的旋转。

其中底座3-1为一个具有一定厚度的木板，一方面木质材料价格低，节省成本，另一方面，木质底座便于安装其他组件，底座3-1的表面形状不固定。

其中橡皮筋3-3的材料为一种防滑材料，防滑材料增加了橡皮筋3-3和竖杆3-2之间的阻力，使得橡皮筋3-3安装以后不易于上下滑动。

以四旋翼飞行器1为对象的实验分为两个部分：硬件操作和控制参数调试。硬件操作主要是完成对四旋翼飞行器1的飞行操作，使学生熟练掌握操作方法，为后续参数调试过程的具体操作打下基础；控制参数调试需要在上位机完成，学生通过调整四旋翼飞行器1的控制参数或姿态解算程序，完成对飞行器运行状态的调整，达到更好的飞行效果，同时理解并掌握飞行器控制过程对应程序的含义。

如图2所示，四旋翼飞行器1的主要功能模块包括：

(1)SWD接口1-5：使用该接口，通过下载器，连通计算机和飞行器，进而向处理器中下载控制程序。

(2)超声波接收电路1-6：接收并处理超声波接收装置接收到的超声波信号，进行处理得出当前高度数据。

(3)USB接口1-7：通过USB连接线连接飞行器与计算机，从而可以再上位机软件中读取飞行器的实时运行数据。

四旋翼无人机1还包括芯片MPU-6500和STM32，MPU-6500芯片内包含加速度计和陀螺仪，是飞行器传感器的集成芯片，STM32是飞行器的主控制器。

如图3所示，遥控器2的主要功能模块有：

(1)集成充电模块2-1：通过使用该模块，电池在与遥控器连接的状态下，通过USB接口进行充电。

(2)舒适摇杆2-2：通过操作左右两摇杆，控制飞行器实现横滚、俯仰、偏航等动作。

(3)电源开关2-3：电池连接完成后，需要打开电源，遥控器才能使用。

(4)蜂鸣器2-4：遥控器电池低电量时，蜂鸣器工作，提醒用户充电。

基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台中的防摔支架，既可以保护四旋翼飞行器1在调试过程中的安全，又不会影响四旋翼飞行器1的平衡，能够实现较好的调试效果，为在实验教学中使用飞行器真机提供了保障。

这里必须指出的是，本实用新型中给出的其他未说明的结构因为都是本领域的公知结构，根据本实用新型所述的名称或功能，本领域技术人员就能够找到相关记载的文献，因此未做进一步说明。本方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术。

Claims (9)

1.一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，包括四旋翼飞行器(1)、遥控器(2)、防摔支架(3)、串口连接线(4)、上位机(5)，其中四旋翼飞行器(1)包括主支架(1-1)、电机支架(1-2)、旋翼(1-3)、保护罩(1-4)、信号接收器、主控制器、飞行姿态检测模块、电机驱动模块，其中信号接收机接收遥控器(2)发出的控制信号，将信号进行初步处理后送至主控制器，主控制器对信号进行分析处理，然后操纵电机驱动模块实现各种运动，同时，飞行姿态检测模块对四旋翼飞行器(1)的实时运行状态进行测量，并将测量结果返回给主控制器，主控制器根据测量结果进行姿态解算，分析得到当前四旋翼飞行器(1)的运行状态，并对比遥控器(2)发出的控制信号，从而进一步调整电机驱动模块的运动，直到运行状态符合遥控器(2)控制信号的要求，实现闭环控制，其特征在于：所述的防摔支架(3)包括底座(3-1)、竖杆(3-2)、橡皮筋(3-3)，竖杆(3-2)安装在底座(3-1)上，在每个竖杆(3-2)的非两端的中间某处的竖杆(3-2)的外壁上有一个凹槽(3-4)，橡皮筋(3-3)的一端位于竖杆(3-2)的凹槽(3-4)上，橡皮筋(3-3)的另一端套在四旋翼飞行器(1)的对角电机支架(1-6)上。

2.根据权利要求1所述的一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，其特征在于：所述的竖杆(3-2)的数量至少为2个，橡皮筋(3-3)的数量等于竖杆(3-2)的数量。

3.根据权利要求1所述的一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，其特征在于：所述的串口连接线(4)连接四旋翼飞行器(1)和上位机(5)。

4.根据权利要求1所述的一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，其特征在于：所述的飞行姿态检测模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，其特征在于：所述的信号接收器、主控制器、飞行姿态检测模块均安装在主支架(1-1)的中心板的中间位置上。

6.根据权利要求1所述的一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，其特征在于：所述的旋翼(1-3)的数量为4个，依次对称地分布在四旋翼飞行器(1)机体的前、后、左、右四个方向，4个旋翼(1-3)的大小和形状相同且在空间中处于同一高度。

7.根据权利要求1所述的一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，其特征在于：所述的电机驱动模块的数量为4个，电机的大小和结构完全相同，分别依次固定安装在位于主支架(1-1)的末端位置的4个电机支架(1-2)的上方，电机的旋转带动了旋翼(1-3)的旋转。

8.根据权利要求1所述的一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，其特征在于：所述的底座(3-1)为一个具有一定厚度的木板，底座(3-1)的表面形状不固定。

9.根据权利要求1所述的一种基于四旋翼飞行器真机的实验教学平台，其特征在于：所述的橡皮筋(3-3)的材料为一种防滑材料。