具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器制造技术

本发明专利技术提供了一种具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器，其旋翼组件划分为纵向主旋翼和横向辅助旋翼，纵向主旋翼用于升力控制，横向辅助旋翼用于飞行方向和姿态控制，并辅助纵向主旋翼提供升力；中间连接板限制了系统滚转自由度，飞行器滚转惯性和偏航惯性较大，偏航自由度转换为整机俯仰和偏航控制可提高系统刚度，并提高控制可靠性。飞行器直流无刷电机及旋翼组件等包括在上防护罩内，摄像头驱动电机、摄像头、控制系统及电池等全部包括在下防护罩内，上防护罩、下防护罩为系统提供全方位保护。本发明专利技术飞行器不受环境限制，具有全地形飞行能力，在野外洞穴探险、着火建筑物室内巡查、化工危险品及放射性物质泄漏等危险领域具有广泛应用前景。

【技术实现步骤摘要】
具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器
本专利技术涉及智能控制和Lora通信技术，具体地，涉及具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器。尤其是涉及在野外洞穴探险、着火建筑物室内巡查、化工危险品及放射性物质泄漏等危险领域应用的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器。
技术介绍
随着微控制器、MEMS、嵌入式和无线通信技术的发展，以及APM、MWC、PPZ及MK等开源飞控的普及，旋翼飞行器成为一种重要的运动平台和载体，在航拍、农业植保、环境监测、安全保卫及地质勘探等领域日渐普及，成为智能控制等研究领域的重要内容，也成为近10年一个重要的科创和风投风口。但世面上现有的飞行器一般采用一体结构形式，旋翼暴露在机体外部，系统自由度较多，飞手需要较长的训练时间，安全性也难以保证，稍有不慎就发生划伤等意外伤害，2.4GHz频率通信距离有限，也难以在野外洞穴探险、着火建筑物室内巡查等特殊场合应用。经对现有技术的文献检索发现，武汉大学的名称为：“一种基于四旋翼飞行器的火灾现场辅助救援系统”，公开号为CN204415739U，申请号为：CN201520046674.5的专利文献中使用2.4GHz频率的NRF24L01进行无线通信，使用轻质金属网罩住四个旋翼进行保护。浙江西科机器人技术有限公司的名称为“一种无人机消防侦察机器人”，公开号为CN206672313U，申请号为：CN201720394654.6的专利文献中采用外罩罩住飞行器，进行安全防护。瑞士联邦理工学院(洛桑)设计的GimBall和Elios飞行器采用三轴交叉的万向节结构形式，单轴共桨或两旋翼驱动形式，并将结构整体包裹在保护罩内。与本专利技术采用分体形式具有完全不同的结构，并且本专利技术也限制了中间连接板的自由度，纵向两个主电机和主旋翼主要用于升力控制，横向两个辅助电机和辅助旋翼用于飞行方向和姿态控制并辅助主电机和主旋翼提供升力，与上述专利文献和设计具有不同的结构形式和飞行控制原理。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器。根据本专利技术提供的一种具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器，包括：旋翼组件、中间转轴、上轴承支架、下轴承支架、摄像头驱动电机、上防护罩、中间连接板、无刷直流电机、下防护罩、摄像头；上防护罩紧固安装在中间连接板上，旋翼组件安装在无刷直流电机上，直流无刷电机安装固定在中间连接板上，无刷直流电机和旋翼组件均位于上防护罩内部；中间转轴通过轴承连接上轴承支架、下轴承支架，上轴承支架与间连接板固连，下轴承支架与下防护罩固连；中间连接板、下防护罩能够分别绕中间转轴沿俯仰方向做旋转；中间转轴沿中间连接板和下防护罩直径方向配置，采用整段形式或者分段形式；摄像头由摄像头驱动电机驱动，并与下防护罩铰接。优选地，旋翼组件包括纵向主旋翼、横向辅助旋翼；纵向主旋翼配置方向与中间转轴相同，主要用于飞行器升力控制；横向辅助旋翼配置方向与纵向主旋翼方向垂直，在提供辅助升力的同时主要用于飞行方向和姿态控制。优选地，中间连接板与下防护罩之间连接有弹簧。优选地，摄像头能够收回到下防护罩中。优选地，包括控制系统，其中，所述控制系统包括：-可充电电池和DC/DC模块，为无刷直流电机和/或无线图传模块提供驱动电压，同时通过DC/DC模块将电压转换后输出；-MOSFET驱动电路，与单片机电路和MOSFET电路相连，将单片机电路输出的转速控制信号转换为PWM信号馈入MOSFET电路，用于驱动无刷直流电机旋转；-MOSFET电路，与无刷直流电机相连，驱动旋翼旋转，并通过调节无刷直流电机和旋翼转速实现飞行器飞行方向和高度调节，飞行方向主要是通过横向辅助旋翼的转速调节，也就是调节中间连接板的俯仰角实现的；-单片机电路，也就是主控制电路，接收来自无线通信模块的控制信号和惯性测量单位电路的姿态信号，转化为PWM信号馈入MOSFET驱动电路，驱动无刷直流电机和旋翼转动；同时，根据控制信号控制摄像头驱动电机旋转，实现不同方位场景的拍摄和监控；-惯性测量单位电路，也就是姿态检测电路，安装在中间连接板上，信号馈入单片机电路后确定飞行器姿态，结合PWM控制信号实现飞行器高度和飞行路径的控制；-无线通信模块，与地面站通信，接收来自地面站的控制信号，结合惯性测量单位电路反馈信号将控制信号转换为PWM信号驱动MOSFET电路和摄像头驱动电机，并将执行情况反馈给地面站；-摄像头驱动电机驱动电路，电路上与单片机电路和DC/DC模块相连，在单片机电路控制下用于带动摄像头旋转；-所述无线图传模块,电路上与DC/DC模块相连和摄像头相连，用于将摄像头拍摄的图像调制后反馈入地面站或其他监视装置。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术提供的单片机电路分别设立数字地和模拟地，并通过电感相连，模拟电源也通过LC电路提供，在使用ADC功能时可将模拟噪音降至尽可能低水平以提高系统精度和ADC稳定性。2、本专利技术提供的惯性测量单位电路分别通过I2C接口和SPI接口与主控器通信，在某一接口出现故障时，主控器依然可能通过另一接口接收角速度数据或角加速度数据，避免控制软件所需的位姿参数的丢失或同时失效，从而提高系统的可靠性。3、本专利技术提供的无线通信模块以较低窄带Mhz频率与飞行器通信，相同功率条件下提高通信距离至2-3Km。并以5.8GHz实现视频回传，尽可能避免了信号之间的相互干扰和影响。4、本专利技术提供的机械分体结构形式，中间连接板限制了滚转自由度，偏航自由度转换为整机的俯仰和航向控制。旋翼也划分为纵向主旋翼和横向辅助旋翼，纵向主旋翼主要用于升力控制，横向辅助旋翼用于飞行方向和姿态控制并辅助主旋翼提供升力，增加了飞行器滚转惯性和偏航惯性，从而提高系统刚度和飞控可靠性。5、本专利技术提供的MOSFET驱动电路通过高速光耦与主控器相连，引脚以“灌电流”方式工作，可降低对引脚驱动电流的需求，实现驱动和控制的隔离。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术提供的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器的机械结构图；图2为本专利技术提供的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器的控制系统结构图；图3为本专利技术提供的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器的单片机电路示意图；图4为本专利技术提供的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器的惯性测量单位电路示意图；图5为本专利技术提供的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器的远程无线通信模块电路示意图；图6为本专利技术提供的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器的MOSFET驱动电路示意图；图7为本专利技术提供的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器的摄像头驱动电机驱动电路示意图。图8为本专利技术的结构示意图。图中示出：具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术提供了一种具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器，包括：旋翼组件、中间转轴、轴承、上轴承支架、下轴承支架、摄像头驱动电机、上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器，其特征在于，包括：旋翼组件、中间转轴、上轴承支架、下轴承支架、摄像头驱动电机、上防护罩、中间连接板、无刷直流电机、下防护罩、摄像头；上防护罩紧固安装在中间连接板上，旋翼组件安装在无刷直流电机上，直流无刷电机安装固定在中间连接板上，无刷直流电机和旋翼组件均位于上防护罩内部；中间转轴通过轴承连接上轴承支架、下轴承支架，上轴承支架与间连接板固连，下轴承支架与下防护罩固连；中间连接板、下防护罩能够分别绕中间转轴沿俯仰方向做旋转；中间转轴沿中间连接板和下防护罩直径方向配置，采用整段形式或者分段形式；摄像头由摄像头驱动电机驱动，并与下防护罩铰接。

【技术特征摘要】
1.一种具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器，其特征在于，包括：旋翼组件、中间转轴、上轴承支架、下轴承支架、摄像头驱动电机、上防护罩、中间连接板、无刷直流电机、下防护罩、摄像头；上防护罩紧固安装在中间连接板上，旋翼组件安装在无刷直流电机上，直流无刷电机安装固定在中间连接板上，无刷直流电机和旋翼组件均位于上防护罩内部；中间转轴通过轴承连接上轴承支架、下轴承支架，上轴承支架与间连接板固连，下轴承支架与下防护罩固连；中间连接板、下防护罩能够分别绕中间转轴沿俯仰方向做旋转；中间转轴沿中间连接板和下防护罩直径方向配置，采用整段形式或者分段形式；摄像头由摄像头驱动电机驱动，并与下防护罩铰接。2.根据权利要求1所述的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器，其特征在于，旋翼组件包括纵向主旋翼、横向辅助旋翼；纵向主旋翼配置方向与中间转轴相同，主要用于飞行器升力控制；横向辅助旋翼配置方向与纵向主旋翼方向垂直，在提供辅助升力的同时主要用于飞行方向和姿态控制。3.根据权利要求1所述的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器，其特征在于，中间连接板与下防护罩之间连接有弹簧。4.根据权利要求1所述的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器，其特征在于，摄像头能够收回到下防护罩中。5.根据权利要求1所述的具有防撞功能的分体式全地形多旋翼飞行器，其特征在于，包括控制系统，其中，所述控制系统包括：-可充电电池和DC/DC模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立博，江一帆，张毅恒，陶智宇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31