一种旋翼无人机的自平衡脚架、旋翼无人机及方法技术

本申请公开了一种旋翼无人机的自平衡脚架、旋翼无人机及方法，所述旋翼无人机包括机体以及安装在所述机体上的飞控板，所述飞控板上安装有惯性传感器和单片机，所述惯性传感器用于获取姿态角；所述自平衡脚架包括：外壳；驱动模块，安装在所述外壳上，接收所述单片机的控制信号，将所述控制信号转化为自平衡脚架的驱动信号；伸缩模块，安装在所述外壳上，接收所述驱动信号，根据所述驱动信号，输出伸缩量；激光测距传感器，安装在所述伸缩模块的底端，用于获取其自身与地面的相对距离，并将所述相对距离数据发送给所述单片机；其中所述单片机接收所述姿态角和所述相对距离进行分析处理，输出所述控制信号。出所述控制信号。

【技术实现步骤摘要】
一种旋翼无人机的自平衡脚架、旋翼无人机及方法


[0001]本申请涉及无人机
，尤其涉及一种旋翼无人机的自平衡脚架、旋翼无人机及方法。

技术介绍

[0002]随着无人机市场的逐步开拓，无人机在我们生活中的实际应用也逐步增多，在无人机航拍、电力巡检、交通监视、环保、灾后救援、影视拍摄等领域的应用尤为明显。但无人机应用在一些特殊环境下仍然存在一定的限制条件与缺点，例如无人机降落在一些崎岖的路面或者斜坡上时，在无人机降落后会出现侧翻等情况，导致无人机损坏，极大影响了无人机的降落安全。
[0003]一般无人机在斜坡或崎岖路面降落存在较大的问题，所以依据这方面问题设计了一些特殊无人机，例如已授权的中国专利技术专利(CN106005375B)描述了各脚架间通过气动伸缩部气连接，实现各个脚架之间的联动伸缩，尽量保持无人机机体的水平平衡，但在坡度较大的斜坡或者崎岖路面上仍然不能保持平衡，存在较大的侧翻可能性；已公布的中国专利技术专利(CN112173086A)描述了在无人机脚架横梁碳管内部安装激光雷达传感器，通过激光雷达传感器判断脚架与地面的距离来进行脚架伸缩控制，达成在一些特殊环境下的平稳降落，但无人机的两个脚架之间用横梁碳管连接，这样两个脚架的伸缩互相制约，不能独立完成。当障碍物(石头、垃圾等)在横梁碳管上时，很难完成相应脚架高度的调整，容易发生侧翻现象。此外，利用激光雷达传感器来自动扫描降落区域的地面水平度，存在两个问题：一是很难获得各个脚架与正下方地面的精确距离；二是价格高(一般要上千元，精度较高的要几千元，甚至是上万元)；已公布的中国专利技术专利(CN 112319782 A)描述了在无人机脚架下端设置了若干定滑轮，在无人机降落后根据无人机重心位置的变化，通过滑轮来对脚架进行滑动调整无人机的重心位置，在调整完成后进行固定滑轮，来达到无人机在斜坡和陡坡降落的目的，但是在无人机脚架接触地面并发生较大倾斜后才开始通过滑轮进行重心调整，调整方式存在明显滞后问题，很容易因来不及调整而发生侧翻现象。
[0004]现有的无人机在起降过程中全部靠桨叶提供升力，一般的民用无人机都搭载摄像头进行远程操作，会导致机身重量不平衡，在起降过程中容易发生机身倾斜和重心偏移等问题。斜面起降过程中，如果仅靠桨叶提供升力，这时的升力是倾斜的，垂直分力用于克服无人机的重力，而水平分力会进一步加快无人机的机身倾斜和重心偏移失衡方向发展，增加了无人机发生侧翻可能性，约束了无人机在起降时的斜面角度，从而限制了无人机的起降环境。如何解决现有的技术问题成了相关领域技术人员急需解决的。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的是提供一种旋翼无人机的自平衡脚架、旋翼无人机及方法，以提高无人机起降的稳定性和安全性。
[0006]根据本申请实施例的第一方面，提供一种旋翼无人机的自平衡脚架，所述旋翼无
人机包括机体以及安装在所述机体上的飞控板，所述飞控板上安装有惯性传感器和单片机，所述惯性传感器用于获取姿态角；所述自平衡脚架包括：外壳；驱动模块，安装在所述外壳上，接收所述单片机的控制信号，将所述控制信号转化为自平衡脚架的驱动信号；伸缩模块，安装在所述外壳上，接收所述驱动信号，根据所述驱动信号，输出伸缩量；激光测距传感器，安装在所述伸缩模块的底端，用于获取其自身与地面的相对距离，并将所述相对距离数据发送给所述单片机；其中所述单片机接收所述姿态角和所述相对距离进行分析处理，输出所述控制信号。
[0007]进一步地，所述伸缩模块包括：控制电机单元，接收所述驱动信号；伸缩杆，其一端与所述控制电机单元的输出端相连；限位开关，设置在所述伸缩杆两端的缩放极限处；脚架垫圈，安装在所述伸缩杆的另一端。
[0008]进一步地，所述控制电机包括：电机，接收所述驱动信号，所述驱动信号用于驱动所述电机工作，控制所述电机的正反转以及转动时间，从而控制伸缩程度；齿轮传动机构，输入端与所述电机的输出端相耦合；丝杠，输入端与所述齿轮传动机构的输出端相耦合；螺母，固定在所述伸缩杆的一端，与所述丝杠相啮合。
[0009]进一步地，所述控制电机还包括：制动器，设置在所述齿轮传动机构的输出端，用于控制所述伸缩杆的运动或停止。
[0010]进一步地，所述齿轮传动机构包括：第一齿轮，安装在所述电机的输出轴上；齿轮轴，具有第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮相啮合。
[0011]根据本申请实施例的第二方面，提供一种旋翼无人机，包括：机体；以及第一方面所述的自平衡脚架，所述自平衡脚架具有多个，均安装在所述机体上。
[0012]进一步地，所述自平衡脚架的数量与所述机体上旋翼的数量相同。
[0013]进一步地，所述自平衡脚架安装在所述机体的旋翼下方。
[0014]根据本申请实施例的第三方面，提供第二方面所述的一种旋翼无人机的降落方法，包括：
[0015]通过所述激光测距传感器实时获取各个自平衡脚架与地面的相对距离；
[0016]当所述相对距离小于第一设定阈值时，所述单片机给各个自平衡脚架发送一次平衡调整控制信号，所述一次平衡调整控制信号经过驱动模块产生对应的驱动信号，驱动信号控制所述伸缩模块进行伸缩，使得各个自平衡脚架与地面的相对距离相等，完成一次平衡调整；
[0017]当完成一次平衡调整后，旋翼无人机继续降落，所述单片机实时获取姿态角，根据所述姿态角与水平面的相对误差，输出二次平衡调整控制信号给各个自平衡脚架，所述二次平衡调整控制信号经过驱动模块产生对应的驱动信号，驱动信号控制所述伸缩模块进行伸缩，直到所述相对误差小于第二设定阈值时，完成二次平衡调整，实现安全降落地面。
[0018]根据本申请实施例的第四方面，提供第二方面所述的一种旋翼无人机的起飞方法，包括：
[0019]将旋翼无人机放置在地面上；
[0020]所述单片机实时获取姿态角，当姿态角发生变化时，根据所述姿态角与水平面的相对误差，输出二次平衡调整控制信号给各个自平衡脚架，所述二次平衡调整控制信号经过驱动模块产生对应的驱动信号，驱动信号控制所述伸缩模块进行伸缩，直到所述相对误
差小于第二设定阈值；
[0021]当所述相对误差小于第二设定阈值时，所述单片机发出起飞指令，旋翼无人机的旋翼开始旋转并提供升力。
[0022]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0023]由上述实施例可知，本申请旋翼无人机的各个脚架分布明确，结构简单，互相独立，避免了各个脚架之间的相互约束而影响无人机起降的安全性和平稳性。在各自脚架底端安装激光测距传感器，可以精确测量各自脚架与降落地面之间的相对距离。相比于激光雷达传感器和视觉传感器，在测距精度、单片机处理器计算量和性价比等方面有明显的优势。
[0024]自平衡脚架的一次平衡调整和二次平衡调整分工明确。在一次平衡调整时，对各自脚架进行初次调整，避免了无人机脚架在接触地面时因地面倾斜太大而来不及调整的情况发生。在二次平衡调整时，只通过飞控板上已有的惯性传感器(不需要其他附加传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋翼无人机的自平衡脚架，所述旋翼无人机包括机体以及安装在所述机体上的飞控板，所述飞控板上安装有惯性传感器和单片机，所述惯性传感器用于获取姿态角；所述自平衡脚架包括：外壳；驱动模块，安装在所述外壳上，接收所述单片机的控制信号，将所述控制信号转化为自平衡脚架的驱动信号；伸缩模块，安装在所述外壳上，接收所述驱动信号，根据所述驱动信号，输出伸缩量；激光测距传感器，安装在所述伸缩模块的底端，用于获取其自身与地面的相对距离，并将所述相对距离数据发送给所述单片机；其中所述单片机接收所述姿态角和所述相对距离进行分析处理，输出所述控制信号。2.根据权利要求1所述的一种旋翼无人机的自平衡脚架，所述伸缩模块包括：控制电机单元，接收所述驱动信号；伸缩杆，其一端与所述控制电机单元的输出端相连；限位开关，设置在所述伸缩杆两端的缩放极限处；脚架垫圈，安装在所述伸缩杆的另一端。3.根据权利要求1所述的一种旋翼无人机的自平衡脚架，所述控制电机包括：电机，接收所述驱动信号，所述驱动信号用于驱动所述电机工作，控制所述电机的正反转以及转动时间，从而控制伸缩程度；齿轮传动机构，输入端与所述电机的输出端相耦合；丝杠，输入端与所述齿轮传动机构的输出端相耦合；螺母，固定在所述伸缩杆的一端，与所述丝杠相啮合。4.根据权利要求1所述的一种旋翼无人机的自平衡脚架，所述控制电机还包括：制动器，设置在所述齿轮传动机构的输出端，用于控制所述伸缩杆的运动或停止。5.根据权利要求1所述的一种旋翼无人机的自平衡脚架，所述齿轮传动机构包括：第一齿轮，安装在所述电机的输出轴上；齿轮轴，具有第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮相啮合...

【专利技术属性】
技术研发人员：严求真，邬玲伟，张运涛，杨启尧，郭栋，马艳，
申请(专利权)人：浙江水利水电学院，
类型：发明
国别省市：