CN209514413U - 一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，包括地面测控部分和飞行控制部分，所述飞行控制部分包括决策控制模块、飞控计算机和导航系统，所述地面测控部分通过无人机数据链与所述决策控制模块信号连接，决策控制模块串口连接有数据储存模块、传感器模块以及所述导航系统和飞控计算机，所述飞控计算机通过数据选择器连接有舵机系统，所述舵机系统包括升降舵机、倾转舵机、方向舵机、电子油门以及副翼舵机，所述决策控制模块通过垂直起降控制器连接所述数据选择器，当地面测控部分向决策控制模块输入自控飞行指令，决策控制模块可通过垂直起降控制器实现无人机自驱动，可实现无人机一键垂直起降和旋翼倾转，有效降低无人机飞行操作的难度。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机控制技术领域，特别涉及一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统。
背景技术
无人机是一个国家综合科技实力的象征，它具备了价格低廉、安全系数高、使用灵活等诸多优点，在军事和民用领域中发挥着不可替代的作用。自主飞行控制系统是无人机的核心部分，也是衡量无人机优劣的重要指标。随着先进科技的发展，飞控系统正朝着功耗低、体积小和性能高的方向发展，民用无人机在广告、影视、婚礼视频记录等应用上越来越频繁，然而，传统固定翼无人机需要起降场地和专业人员完成操作，无法实现一键垂直起降和旋翼倾转的功能，操作难度比较大。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，该系统可实现无人机一键垂直起降和旋翼倾转，有效降低无人机飞行操作的难度，有利于增大无人机的使用群体。
本实用新型所采用的技术方案:一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，包括地面测控部分和飞行控制部分，所述飞行控制部分包括决策控制模块、飞控计算机和导航系统，所述地面测控部分通过无人机数据链与所述决策控制模块信号连接，决策控制模块串口连接有数据储存模块、传感器模块以及所述导航系统和飞控计算机，所述飞控计算机通过数据选择器连接有舵机系统，所述舵机系统包括升降舵机、倾转舵机、方向舵机、电子油门、副翼舵机以及旋翼驱动舵机，舵机系统的信息反馈端连接所述决策控制模块，所述决策控制模块通过垂直起降控制器连接所述数据选择器。
优选地，所述导航系统包括与所述决策控制模块连接的DR航位推算模块，所述DR航位推算模块电性连接有电子罗盘、GPS接收机、里程计、惯性测量单元IMU，所述DR航位推算模块对所述电子罗盘、里程计和惯性测量单元IMU输入的数据信号进行DR航位推算，所述GPS接收机向所述DR航位推算模块提供绝对位置信息，为DR航位推算模块提供推算定位的初始值并进行误差校正，决策控制模块将获取的数据信息通过无人机数据链输送至地面测控部分。
作为优选，所述旋翼驱动舵机的驱动轴连接有旋翼，所述旋翼设有三个，三个所述旋翼呈三角分布在无人机上。
作为优选，所述旋翼驱动舵机固定在倾转架上，所述倾转架可在所述倾转舵机的驱动下实现0-90°翻转。
优选地，所述决策控制模块为微处理器。
优选地，所述传感器模块包括力矩传感器、温湿度传感器、避障传感器中一种或多种元件。
优选地，所述无人机数据链包括第一发射器、第二发射器、第一射频接收器和第二射频接收器，所述第一射频接收器通过第一调制解调器电性连接所述地面测控部分，所述第二射频接收器通过第二调制解调器电性连接所述飞行控制部分，第二射频接收器用于接收所述地面测控部分通过所述第一发射器发送的遥控指令，所述飞行控制部分通过所述第二发射器向所述第一射频接收器传递遥测侦查数据。
优选地，所述地面测控部分为手机移动终端、PC终端、遥柄终端中的任一种遥控器。
优选地，所述地面测控部分包括语音发送器，所述语音发送器通过语音识别器将语音信号发送至遥控器的控制器，所述控制器通过数模转换器将语音信号转换成数字信号并通过所述无人机数据链发送给飞行控制部分。
本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型的飞控计算机通过数据选择器连接有舵机系统，数据选择器根据飞控计算机给定的输入逻辑代码，从一组输入信号中选出指定的一个或多个送至输出端，从而可选择式控制升降舵机、倾转舵机、方向舵机、电子油门、副翼舵机以及旋翼驱动舵机的启动，以实现无人机升降、旋翼倾转、无人机换向、无人机增减速和副翼控制等功能，此外，决策控制模块还通过垂直起降控制器连接数据选择器，当地面测控部分向决策控制模块输入自控飞行指令，决策控制模块可通过垂直起降控制器实现无人机自驱动，可实现无人机一键垂直起降和旋翼倾转，有效降低无人机飞行操作的难度。
附图说明
图1为本实用新型的垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统的连接示意图；
图2为本实用新型导航系统与决策控制模块的连接示意图；
图3为本实用新型无人机的结构图；
图4为本实用新型的升降舵机、倾转架、倾转舵机连接示意图；
图5为本实用新型的无人机数据链示意图；
图6为本实用新型地面测控部分的示意图；
图7为本实用新型传感器模块与决策控制模块的连接示意图。
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。
参见图1-图7，本实用新型提供了一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，包括地面测控部分1 和飞行控制部分3，所述飞行控制部分3包括决策控制模块31、飞控计算机32和导航系统4，所述地面测控部分1通过无人机数据链2与所述决策控制模块31信号连接，决策控制模块31串口连接有数据储存模块5、传感器模块6以及所述导航系统4和飞控计算机32，所述飞控计算机32通过数据选择器 8连接有舵机系统9，所述舵机系统9包括升降舵机91、倾转舵机92、方向舵机93、电子油门94、副翼舵机95以及旋翼驱动舵机96，舵机系统9的信息反馈端连接所述决策控制模块31，所述数据选择器 8根据飞控计算机32给定的输入逻辑代码，从一组输入信号中选出指定的一个或多个送至舵机系统9，通过舵机系统9的驱动改变无人机的翼面，产生相应的扭矩，从而控制无人机完成转弯、爬升、俯冲、横滚等动作。
更详细的，所述副翼舵机95设置在无人机副翼上，其作用是进行飞机的横滚控制，当无人机产生横滚时，会向横滚方向进行转弯；所述升降舵机92设置在无人机尾翼上，其的作用是进行无人机的俯仰控制，当需要无人抬头向上飞行时，操纵升降舵机92向上偏转，此时升降舵机92所受到的气动力就会产生一个抬头的力矩，飞机就会抬头向上，反之，操纵升降舵机92向下偏转，无人机就会在气动力矩的作用下低头；所述油门舵机94为电子油门舵机，其作用是控制无人机发动机的转速，加大油门量会使无人机增加动力，加速或爬升，反之则减速或降低；所述旋翼驱动舵机96用于驱动所述旋翼101 旋转换向，方便无人机在升降模式和平飞模式的切换。
此外，所述决策控制模块31还通过垂直起降控制器7连接所述数据选择器8，其作用主要是自动控制无人机飞行轨迹和辅助使用者操纵无人机，当地面测控部分1向决策控制模块31输入自控飞行指令，决策控制模块31可通过垂直起降控制器7实现无人机自驱动，从而实现无人机一键垂直起降和旋翼101倾转。
所述地面测控部分1为手机移动终端、PC终端、遥柄终端中的任一种遥控器，所述遥控器上设有语音发送器11，所述语音发送器11通过语音识别器12将语音信号发送至遥控器的控制器13，所述控制器13通过数模转换器14将语音信号转换成数字信号并通过所述无人机数据链2发送给飞行控制部分 3。因此，本申请的地面测控部分1除了可通过传统的按键控制之外，还可通过语音控制，双重操控方式均可实现控制无人机飞行，有效降低无人机飞行操作的难度。
更详细的，所述无人机数据链2包括第一发射器21、第二发射器24、第一射频接收器22和第二射频接收器23，所述第一射频接收器22通过第一调制解调器25电性连接所述地面测控部分1，所述第二射频接收器23通过第二调制解调器26电性连接所述飞行控制部分3，第二射频接收器23用于接收所述地面测控部分1通过所述第一发射器21发送的遥控指令，所述飞行控制部分3通过所述第二发射器 24向所述第一射频接收器22传递遥测侦查数据。
所述导航系统4包括与所述决策控制模块31连接的DR航位推算模块45，所述DR航位推算模块45 电性连接有电子罗盘41、GPS接收机42、里程计43、惯性测量单元IMU44，所述DR航位推算模块45 对所述电子罗盘41、里程计43和惯性测量单元IMU44输入的数据信号进行DR航位推算，所述GPS接收机42向所述DR航位推算模块45提供绝对位置信息，为DR航位推算模块45提供推算定位的初始值并进行误差校正，所述DR航位推算模块45将推算和获取的信息传输至所述决策控制模块31，决策控制模块31将获取的数据信息通过无人机数据链2输送至地面测控部分1。所述惯性测量单元IMU44是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置，其以多轴方式组合精密陀螺仪、加速度计、磁力计和压力传感器，使得飞行控制部分3具有接收和处理里程计信息、电子罗盘信息、惯性测量以及GPS 的信息的功能，所述电子罗盘41、GPS接收机42、里程计43和惯性测量单元IMU44产生的模拟输出信号进行放大后送入DR航位推算模块45，利用GPS接收机42提供的位置对DR航位推算的误差进行实时的校正和补偿；当GPS信号失锁时，又可通过DR航位推算完成航位推算，提高了导航系统4的可靠性。
此外，所述传感器模块6包括力矩传感器61、温湿度传感器62、避障传感器63，所述避障传感器 63的作用在感知障碍物的存在，并将信号传递给所述决策控制模块31，协助决策控制模块31实时地更新目标轨迹，使无人机在飞行过程中绕开障碍物；所述力矩传感器61用于检测无人机转弯、爬升、俯冲、横滚等动作所产生的力矩，所述温湿度传感器62用于检测无人机飞行环境的温湿度，传感器模块 6检测到的信号可通过决策控制模块31回传到地面测控部分1，方便操作者实时了解无人机的飞行状态和飞行环境。
在本实施例中，所述DR航位推算模块45采用AeroZips D-199TH航位推算模块，所述决策控制模块31采用TMS320F28335或PSoC5微处理器。更详细的(参考图3)，所述旋翼101设有三个，三个所述旋翼101呈三角分布在无人机上，其中两个所述旋翼101分别通过倾转架100安装在所述无人机两侧的外翼一侧，其余一个旋翼101通过旋翼驱动舵机96安装在所述无人机的尾杆上，所述倾转架100的两侧铰接在所述倾转舵机92上，所述倾转舵机92固定安装在无人机上，所述旋翼驱动舵机96固定在倾转架的顶部，两个所述倾转舵机92驱动时，可带动无人机两侧的外翼的倾转架100旋转，从而实现带动无人机两侧的旋翼101旋转换向，所述倾转架100可在所述倾转舵机92的驱动下实现0-90°翻转，则所述旋翼101可在倾转架100的带动下实现0-90°倾转。
在本实施例中，无人机垂直升降模式：当所述倾转舵机92通过倾转架100带动无人机两侧外翼的旋翼101向上转动90°，旋翼101平行于无人机的两侧外翼上方，驱动无人机两侧外翼的旋翼驱动舵机96加速，无人机尾杆的旋翼驱动舵机96加速，无人机两侧外翼的旋翼101在高速旋转下产生的向上的升力会推动无人机的垂直上升，当所述驱动三个所述旋翼驱动舵机96减速，旋翼101旋转产生的向下推力减小，在重力的作用下无人机的垂直下降，从而实现无人机垂直升降；
无人机平飞模式：驱动无人机两侧外翼的倾转舵机92带动倾转架100转动，使倾转架100与所述无人机的两侧外翼位于同一水平面上，此时旋翼101与无人机的两侧外翼垂直，旋翼101在旋翼驱动舵机96的驱动下产生的力的方向与无人机的外翼平行，使无人机实现平飞。
本实用新型的飞控计算机通过数据选择器连接有舵机系统，数据选择器根据飞控计算机给定的输入逻辑代码，从一组输入信号中选出指定的一个或多个送至输出端，从而可选择式控制升降舵机、倾转舵机、方向舵机、电子油门、副翼舵机以及旋翼驱动舵机的启动，以实现无人机升降、旋翼倾转、无人机换向、无人机增减速和副翼控制等功能，此外，决策控制模块还通过垂直起降控制器连接数据选择器，当地面测控部分向决策控制模块输入自控飞行指令，决策控制模块可通过垂直起降控制器实现无人机自驱动，可实现无人机一键垂直起降和旋翼倾转，有效降低无人机飞行操作的难度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，包括地面测控部分(1)和飞行控制部分(3)，所述飞行控制部分(3)包括决策控制模块(31)、飞控计算机(32)和导航系统(4)，其特征在于，所述地面测控部分(1)通过无人机数据链(2)与所述决策控制模块(31)信号连接，决策控制模块(31)串口连接有数据储存模块(5)、传感器模块(6)以及所述导航系统(4)和飞控计算机(32)，所述飞控计算机(32)通过数据选择器(8)连接有舵机系统(9)，所述舵机系统(9)包括升降舵机(91)、倾转舵机(92)、方向舵机(93)、电子油门(94)、副翼舵机(95)以及旋翼驱动舵机(96)，舵机系统(9)的信息反馈端连接所述决策控制模块(31)，所述决策控制模块(31)通过垂直起降控制器(7)连接所述数据选择器(8)。
2.根据权利要求1所述的一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于：所述导航系统(4)包括与所述决策控制模块(31)连接的DR航位推算模块(45)，所述DR航位推算模块(45)电性连接有电子罗盘(41)、GPS接收机(42)、里程计(43)、惯性测量单元IMU(44)，所述DR航位推算模块(45)对所述电子罗盘(41)、里程计(43)和惯性测量单元IMU(44)输入的数据信号进行DR航位推算，所述GPS接收机(42)向所述DR航位推算模块(45)提供绝对位置信息，为DR航位推算模块提供推算定位的初始值并进行误差校正，决策控制模块(31)将获取的数据信息通过无人机数据链(2)输送至地面测控部分(1)。
3.根据权利要求1所述的一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于：所述旋翼驱动舵机(96)的驱动轴连接有旋翼(101)，所述旋翼设有三个，三个所述旋翼(101)呈三角分布在无人机上。
4.根据权利要求3所述的一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于：所述旋翼驱动舵机(96)固定在倾转架(100)上，所述倾转架(100)可在所述倾转舵机(92)的驱动下实现0-90°翻转。
5.根据权利要求1所述的一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于：所述决策控制模块(31)为微处理器。
6.根据权利要求1所述的一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于：所述传感器模块(6)包括力矩传感器(61)、温湿度传感器(62)、避障传感器(63)中一种或多种元件。
7.根据权利要求1所述的一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于：所述无人机数据链(2)包括第一发射器(21)、第二发射器(24)、第一射频接收器(22)和第二射频接收器(23)，所述第一射频接收器(22)通过第一调制解调器(25)电性连接所述地面测控部分(1)，所述第二射频接收器(23)通过第二调制解调器(26)电性连接所述飞行控制部分(3)，第二射频接收器(23)用于接收所述地面测控部分(1)通过所述第一发射器(21)发送的遥控指令，所述飞行控制部分(3)通过所述第二发射器(24)向所述第一射频接收器(22)传递遥测侦查数据。
8.根据权利要求1所述的一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于，所述地面测控部分(1)为手机移动终端、PC终端、遥柄终端中的任一种遥控器。
9.根据权利要求8所述的一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于，所述地面测控部分(1)包括语音发送器(11)，所述语音发送器(11)通过语音识别器(12)将语音信号发送至遥控器的控制器(13)，所述控制器(13)通过数模转换器(14)将语音信号转换成数字信号并通过所述无人机数据链(2)发送给飞行控制部分(3)。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201920268547.8U CN209514413U (zh) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | 一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统 |
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| CN201920268547.8U CN209514413U (zh) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | 一种垂直起降三旋翼无人机飞行控制系统 |
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| CN (1) | CN209514413U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111605710A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-09-01 | 四川省天域航通科技有限公司 | 一种大型货运无人机综合管理系统 |
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2019
- 2019-03-04 CN CN201920268547.8U patent/CN209514413U/zh active Active
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| CN111605710A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-09-01 | 四川省天域航通科技有限公司 | 一种大型货运无人机综合管理系统 |
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