CN209290673U - 一种稳定性强的无人机装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及四旋翼无人机应用技术领域，具体公开了一种稳定性强的无人机装置，包括减震系统，减震系统包括支撑腿、螺纹柱、垫片、螺纹帽、圆筒、滑板、弹簧和支撑杆，所述支撑腿设置在机架下方，所述支撑腿的上表面固定连接有螺纹柱，所述螺纹柱的顶端穿过机架的下底板与螺纹帽螺纹连接，所述螺纹帽与机架之间设置有垫片，所述支撑腿包括有圆筒，所述圆筒内滑动连接有滑板，所述滑板的上表面设置有弹簧，所述滑板的下表面设置有支撑杆。本实用新型利用减震系统内的弹簧，在支撑杆与地面接触时，利用弹簧的弹性作用对机架下降时的冲击力进行缓冲，可以进一步的提高无人机的减震性能，使无人机可以稳定的进行降落。

Description

一种稳定性强的无人机装置

技术领域

本实用新型涉及四旋翼无人机应用技术领域，更具体地说，涉及一种稳定性强的无人机装置。

背景技术

四旋翼无人机仅由四个旋翼产生的升力来驱动机体，结构简单，可垂直起落。QUAV在执行监视和侦察任务时具有独特的优势，其应用前景广阔，成为国际上的研究热点之一，也激了众多研究者的开发热情。造就了四旋翼无人机的广泛的应用前景。

现今市场上可二次开发的多传感器四旋翼无人机主要有大M100和BebopDrone系列。其中M100价格贵，进一步开发需要外接Guidance和妙算等设备，而BebopDrone系列传感器单一，无记载计算能力，不能完成全自主任务的开发，且现有的无人机多是一体结构，减震性能低。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种稳定性强的无人机装置，以解决现有技术内四旋翼无人机开发平台不能完成全自主任务的开发，且现有的无人机多是一体结构，减震性能低的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种稳定性强的无人机装置，包括动力系统、飞控系统、传感器系统、板载处理器、机架和减震系统，所述动力系统、飞控系统、传感器系统、板载处理器和减震系统均安装在机架上，所述动力系统包括四个螺旋桨、四个无刷电机、四个电调和一块锂电池，所述传感器系统包括单线激光雷达、双目相机、超声波测距模块和GPS系统，所述减震系统包括支撑腿、螺纹柱、垫片、螺纹帽、圆筒、滑板、弹簧和支撑杆，所述支撑腿设置在机架下方，所述支撑腿的上表面固定连接有螺纹柱，所述螺纹柱的顶端穿过机架的下底板与螺纹帽螺纹连接，所述螺纹帽与机架之间设置有垫片，所述支撑腿包括有圆筒，所述圆筒内滑动连接有滑板，所述滑板的上表面设置有弹簧，所述滑板的下表面设置有支撑杆。

优选的，所述螺旋桨固定设置在无刷电机输出轴表面，所述无刷电机固定设置在机架上，所述飞控系统固定设置在机架上。

优选的，所述单线激光雷达位于机架顶部，所述双目相机位于机架前端，所述超声波测距模块位于机架靠近下方的位置，所述GPS系统位于机架左侧。

优选的，所述机架采用碳纤板和铝合金连接柱组装而成。

优选的，所述锂电池为一块5600mah20C3S锂电池，所述锂电池的输出端与电调的输入端通过导线电连接，所述电调的输出端与无刷电机的输入端电连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型专利针对现有的四旋翼开发平台在计算能力上有了本质提高，可以实时处理大量图像信息，ZED双目相机、单线激光雷达、光流传感器、超声波测距等多种传感器，可以通过多传感器融合，感知环境信息，实现高精度、高鲁棒性的定位，为无人机完成更复杂的任务提供了有力的支持，开发者可以专心的在无人机上验证自己的算法，而不用为无人机的组装和传感器信息缺失问题而烦恼，通过ROS机器人操作系统对无人机进行相关应用，易于操作，方便各行各业人员二次开发，在完成以上功能的同时，成本比市场上同处理能力飞机价格要低，解决了现今市场上可二次开发的多传感器四旋翼无人机M100价格贵，进一步开发需要外接Guidance和妙算等设备，而BebopDrone系列传感器单一，无记载计算能力，不能完成全自主任务开发的问题。

2、本实用新型利用减震系统内的弹簧，在支撑杆与地面接触时，利用弹簧的弹性作用对机架下降时的冲击力进行缓冲，可以进一步的提高无人机的减震性能，使无人机可以稳定的进行降落。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型正视的结构示意图；

图2为本实用新型左视的结构示意图；

图3为本实用新型中A处剖面的结构示意图；

图4为本实用新型俯视的结构示意图；

图5为本实用新型中系统关联流程示意图；

图中：1、单线激光雷达；2、飞控系统；3、双目相机；4、板载处理器；5、超声波测距模块；6、GPS系统；7、机架；8、支撑腿；9、螺纹柱；10、垫片；11、螺纹帽；12、圆筒；13、滑板；14、弹簧；15、支撑杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

请参阅图1-5，本实用新型提供以下技术方案：一种稳定性强的无人机装置，包括动力系统、飞控系统2、传感器系统、板载处理器4、机架7和减震系统，所述动力系统、飞控系统2、传感器系统、板载处理器4和减震系统均安装在机架7上，所述动力系统包括四个螺旋桨、四个无刷电机、四个电调和一块锂电池，所述飞控系统2采用最新的Pixhawk4飞控系统，该飞控系统2体积小，稳定性强，飞行控制堆栈采用PX4，飞控系统2包含STMicroelectronics处理器和Bosch传感器，所述传感器系统包括单线激光雷达1、双目相机3、超声波测距模块5和GPS系统6，传感器丰富多样，将双目视觉、激光雷达、光流传感器、气压计、惯导等多种传感器的数据进行融合，实现无人机的稳定飞行，增强无人机定位感知与飞行避障，所述板载处理器4上安装TegraUbuntu16.04系统，在此基础上安装ROSKinetic系统，然后应用mavros、激光雷达、ZED相关的ROS功能包，板载处理器4负责接收处理ZED双目相机和单线激光雷达1的数据，进行数据融合计算三轴速度，然后将通过mavros通过串口将数据发送给飞控系统2，飞控系统2接收到的速度和IMU光流传感器的速度进行扩展卡尔曼滤波，进行最优估计得到无人机精准的三维速度和姿态信息，飞控系统2根据板载处理器4发送的速度、加速度、姿态等信息进行姿态的调整，同时飞控系统2又将位置与姿态信息通过串口连接通过mavros发送给板载处理器4，进行定位和障碍物路径规划处理，板载处理器4上安装的Ubuntu16.04，ROSKinetic系统，通过核心代码直接在板载处理器4上运行，避免了地面站控制由于数据传输延迟，甚至数据传输中断对无人机造成的危害，为了避免机载程序崩溃带来的危害，该平台将最高的可以用过远程连接到机载电脑将程序关闭掉，如果程序无法关闭，可以通过遥控器模式切换让无人机推出自主模式，改为手动模式，在出故障的极端条件下保障人员的安全和减少财产的损失，所述减震系统包括支撑腿8、螺纹柱9、垫片10、螺纹帽11、圆筒12、滑板13、弹簧14和支撑杆15，所述支撑腿8设置在机架7下方，所述支撑腿8的上表面固定连接有螺纹柱9，所述螺纹柱9的顶端穿过机架7的下底板与螺纹帽11螺纹连接，所述螺纹帽11与机架7之间设置有垫片10，所述支撑腿8包括有圆筒12，所述圆筒12内滑动连接有滑板13，所述滑板13的上表面设置有弹簧14，所述滑板13的下表面设置有支撑杆15，螺纹柱9和螺纹帽11的设计使机架7与支撑腿8之间方便拆卸安装。

具体的，所述螺旋桨固定设置在无刷电机输出轴表面，所述无刷电机固定设置在机架7上，所述飞控系统2固定设置在机架7上，飞控系统2采用InvenSense和NuttX实时操作系统，为无人机提供了灵活的操作性和可靠的稳定性，Pixhawk4的微控制器现在有2MB闪存和512KBRAM，该飞控系统2可以二次开发，可以在自动驾驶仪上实现更复杂的算法和模型，该飞控系统2性能高，低噪声IMU专为稳定应用而设计，来自所有传感器的数据就绪信号被路由到自动驾驶仪上的独立中断和定时器捕获引脚，允许精确的传感器数据时间戳，新设计的隔振装置可实现更准确的读数，使无人机能够获得更好的整体飞行性能，两条外部SPI总线和六条相关的芯片选择线允许添加额外的传感器和SPI接口有效负载，总共有四个I2C总线，两个专用于外部使用，两个用于GPS/罗盘模块的串行端口。

具体的，所述单线激光雷达1位于机架7顶部，所述双目相机3位于机架7前端，所述双目相机3为ZED双目相机，所述超声波测距模块5位于机架7靠近下方的位置，所述GPS系统6位于机架7左侧，单线激光雷达1与ZED双目相机主要负责视觉定位和识别物体，超声波和超声波测距传感器负责高度的测量，GPS系统6用作室外定位。

具体的，所述机架7采用碳纤板和铝合金连接柱组装而成，具有强度高、重量轻、扩展性强、组装方便的特点。

具体的，所述锂电池为一块5600mah20C3S锂电池，所述锂电池的输出端与电调的输入端通过导线电连接，所述电调的输出端与无刷电机的输入端电连接。

本实用新型的工作原理及使用流程：首先使无人机接通电源，待无人机上的LED指示灯变绿或者蓝色，解锁无人机安全开关，然后打开遥控器，以防突发程序崩溃情况，通过WiFi连接到板载系统，运行mavros，运行外部控制节点，关闭mavros无人机会在原地降落，遥控器切换模式无人机会进入手动模式，安装mavros后，编写外部控制，传感器调用，实验飞行，先进行Gazebo仿真测试,无误后进行真机测试，真机测试遥控器可以让无人机退出自动进入手动操作，可以直接切断电机输出，在危机情况下保证安全，同时在无人机降落的过程中，支撑杆15与地面接触时，利用弹簧14的弹性作用进行缓冲，可以使无人机降落的更加稳定。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种稳定性强的无人机装置，包括动力系统、飞控系统、传感器系统、板载处理器、机架和减震系统，其特征在于：所述动力系统、飞控系统、传感器系统、板载处理器和减震系统均安装在机架上，所述动力系统包括四个螺旋桨、四个无刷电机、四个电调和一块锂电池，所述传感器系统包括单线激光雷达、双目相机、超声波测距模块和GPS系统，所述减震系统包括支撑腿、螺纹柱、垫片、螺纹帽、圆筒、滑板、弹簧和支撑杆，所述支撑腿设置在机架下方，所述支撑腿的上表面固定连接有螺纹柱，所述螺纹柱的顶端穿过机架的下底板与螺纹帽螺纹连接，所述螺纹帽与机架之间设置有垫片，所述支撑腿包括有圆筒，所述圆筒内滑动连接有滑板，所述滑板的上表面设置有弹簧，所述滑板的下表面设置有支撑杆。

2.根据权利要求1所述的一种稳定性强的无人机装置，其特征在于：所述螺旋桨固定设置在无刷电机输出轴表面，所述无刷电机固定设置在机架上，所述飞控系统固定设置在机架上。

3.根据权利要求1所述的一种稳定性强的无人机装置，其特征在于：所述单线激光雷达位于机架顶部，所述双目相机位于机架前端，所述超声波测距模块位于机架靠近下方的位置，所述GPS系统位于机架左侧。

4.根据权利要求1所述的一种稳定性强的无人机装置，其特征在于：所述机架采用碳纤板和铝合金连接柱组装而成。

5.根据权利要求1所述的一种稳定性强的无人机装置，其特征在于：所述锂电池为一块5600mah20C3S锂电池，所述锂电池的输出端与电调的输入端通过导线电连接，所述电调的输出端与无刷电机的输入端电连接。