一種變槳距多旋翼飛行器控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及航空技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本實(shí)用新型涉及一種變槳距多旋翼飛行器的飛行控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]多旋翼飛行器因?yàn)槠浜唵巍⒎€(wěn)定和小型化的特點(diǎn)，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。多旋翼飛行器的飛行原理決定了其飛行控制系統(tǒng)必須依靠電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化控制，因此，飛行控制器的性能在一定程度上決定了多旋翼飛行器的飛行性能，飛行控制器故障極有可能直接導(dǎo)致墜機(jī)事故。變槳距多旋翼是新一類多旋翼飛行器，其在載重和續(xù)航上相對于傳統(tǒng)定槳距多旋翼的優(yōu)勢使得變槳距多旋翼有著良好的應(yīng)用前景。目前市售多旋翼飛行控制器主要面向定槳距多旋翼，由于變槳距多旋翼和定槳距飛行器在飛行原理上的不同，有必要對變槳距飛行器的飛行控制器進(jìn)行重新設(shè)計。
[0003]專利文獻(xiàn)CN103950537A公開了一種變距飛行器的控制方法和控制裝置。其采用了多模式設(shè)計原理，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)模式、手動模式和GPS模式切換，來實(shí)現(xiàn)多旋翼變距飛行器的控制。但是該方案存在以下缺點(diǎn):首先是不具有安全冗余功能，一旦CPU發(fā)生故障，將導(dǎo)致該飛行控制器失去控制；其次，該方案主要通過GPS來測量位置，而一旦GPS發(fā)生故障或者在特殊環(huán)境中無法接收到GPS信號時，將導(dǎo)致無法定位，影響無人機(jī)的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供一種高可靠的變槳距多旋翼飛行控制器，能夠使得飛行器在控制芯片發(fā)生故障時，依然能夠可控。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]一種變槳距多旋翼飛行器控制器，包括主控芯片、從控芯片、電源、傳感器模塊、GPS傳感器、光流傳感器、舵機(jī)和電子調(diào)速器；
[0007]其中，主控芯片用于自動規(guī)劃路線，自動巡航、實(shí)時本地數(shù)據(jù)處理，從控芯片用于實(shí)現(xiàn)基本飛行控制指令；主控芯片通過USB接口與從控芯片連接，從控芯片將收集的數(shù)據(jù)傳給主控芯片，主控芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將控制指令反饋給從控芯片2 ;從控芯片作為主控芯片1的備份控制系統(tǒng)，正常工作時，從控芯片2受主控芯片1控制，當(dāng)主控芯片1出現(xiàn)故障時，從控芯片2將接管飛行控制器；
[0008]舵機(jī)與飛行器的變槳距系統(tǒng)相連，用來控制旋翼的螺距變化；
[0009]電子調(diào)速器與電機(jī)連接，用于控制旋翼的轉(zhuǎn)速；
[0010]電源8為主控芯片1和從控芯片2供電；
[0011 ] 傳感器模塊5通過SPI接口與從控芯片2連接；
[0012]GPS傳感器9通過串口將GPS定位信息發(fā)送給從控芯片2 ；
[0013]光流傳感器10通過I2C接口將光流數(shù)據(jù)發(fā)送給從控芯片2 ;
[0014]根據(jù)GPS傳感器和光流傳感器獲得的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)協(xié)同定位。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是:與傳統(tǒng)的飛行控制器相比，通過合理的主從控制芯片設(shè)計，實(shí)現(xiàn)最高的系統(tǒng)可靠性，同時主從控制芯片具有更強(qiáng)的計算處理性能，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制策略。并且，控制器采用GPS傳感器和光流傳感器協(xié)同定位技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的良好控制性能。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的飛行器控制器的系統(tǒng)架構(gòu)圖
[0017]圖2是本實(shí)用新型的變槳距多旋翼飛行器的整體示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0018]現(xiàn)結(jié)合附圖對技術(shù)方案作進(jìn)一步描述:圖1是本技術(shù)方案的飛行器控制器的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
[0019]如圖1所示，為本方案的嵌入式變槳距多旋翼飛行控制器系統(tǒng)總體架構(gòu)。其中，控制模塊包括了兩個芯片:一個為主控芯片1，采用ARM A8 32位嵌入式芯片，由于該芯片的處理能力強(qiáng)大，可以用于復(fù)雜的飛行控制。該芯片主要用于自動規(guī)劃路線，自動巡航，實(shí)時本地數(shù)據(jù)處理，例如通過圖像識別避撞等飛行控制策略；另一個為從控芯片2，采用STM 32位單片機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)、混控等基本飛行控制指令。
[0020]主控芯片1通過USB接口與從控芯片2連接，從控芯片將收集的傳感器數(shù)據(jù)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器數(shù)據(jù)傳給主控芯片1，主控芯片1通過預(yù)設(shè)的算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將控制指令反饋給從控芯片2，實(shí)現(xiàn)飛行器自主控制。
[0021]從控芯片2作為飛行控制器的備份控制系統(tǒng)，主控芯片1正常工作時，從控芯片2受主控芯片1控制，當(dāng)主控芯片1出現(xiàn)故障時，從控芯片2將接管飛行控制器，保證飛行器仍然可控，最大程度減少因飛行控制器故障造成的飛行事故。
[0022]電池7作為電源向主控芯片1和從控芯片2供電。電池7可以是鋰電池，也可以采用其他的類型的電池，例如太陽能電池。
[0023]主控芯片1分別與存儲卡4和無線通信接口 3連接，分別作為本地存儲和實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?。其中存儲?可以是SD卡、XD卡、CF卡等存儲介質(zhì)；無線通信接口 3可以是 WIFI 接口，Zigbee 接口，WAPI 接口等。
[0024]從控芯片2連接傳感器模塊5，傳感器模塊5中包括飛行控制器的各種傳感器。其中，加速度計、陀螺儀、磁羅盤、氣壓計作為飛行控制所需的基本傳感器通過SPI (串行外設(shè))接口與從控芯片2連接，分別回傳飛行器當(dāng)前加速度、傾角、航向和高度數(shù)據(jù)。
[0025]從控芯片2通過PWM輸出接口與舵機(jī)6和控制電機(jī)的電子調(diào)速器12連接。其中電機(jī)用來控制旋翼的轉(zhuǎn)速。但是與普通定槳距飛行器不同，本技術(shù)方案中的舵機(jī)(6)與飛行器的變槳距系統(tǒng)相連，用來控制旋翼的螺距變化，由于舵機(jī)(6)對旋翼螺距的調(diào)節(jié)遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于電機(jī)對旋翼轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，因此通過向舵機(jī)6輸出PWM脈寬調(diào)制信號，可以實(shí)現(xiàn)對舵機(jī)(6 )的快速精確控制。圖2示出了變槳距多旋翼飛行器的整體示意圖，其中舵機(jī)(6)和電機(jī)設(shè)置在圖2中的電機(jī)安裝座的位置。
[0026]從控芯片2通過SBUS接口與接收機(jī)11連接，接收機(jī)11接收遙控器的控制指令并將指令傳遞給從控芯片2，再通過從控芯片2控制舵機(jī)6、電機(jī)做與控制指令相對應(yīng)的響應(yīng)實(shí)現(xiàn)對飛行器的遠(yuǎn)程遙控。
[0027]為了實(shí)現(xiàn)精確定位，本技術(shù)方案還采用了 GPS傳感器9和光流傳感器10的協(xié)同定位技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中廣泛采用的是GPS定位技術(shù)，然而GPS定位存在的缺點(diǎn)是:在復(fù)雜環(huán)境，特別是室內(nèi)環(huán)境中，GPS信號將不能獲得衛(wèi)星信號，從而無法實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的定位。而光流傳感器能夠有效彌補(bǔ)GPS定位的缺點(diǎn)。具體做法如下:GPS傳感器9將實(shí)時GPS定位信息通過串口發(fā)送給從控芯片2，光流傳感器10集成了超聲波測距單元，通過I2C接口將光流數(shù)據(jù)回傳給從控芯片2，通過GPS與光流的協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)飛行器的精確定位，也確保了飛行器的安全控制。其中GPS與光流的協(xié)同，可以采用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)融合技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
[0028]以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本方案的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本方案原理的前提下，還可以對本方案進(jìn)行若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也同樣落入本方案權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種變槳距多旋翼飛行器控制器，包括主控芯片(1)、從控芯片(2)、電源(8)、傳感器模塊(5 )、GPS傳感器(9 )、光流傳感器(10 )、舵機(jī)(6 )和電子調(diào)速器(12); 其中，主控芯片(1)通過USB接口與從控芯片(2 )連接，從控芯片(2 )將收集的數(shù)據(jù)傳給主控芯片(1)，主控芯片(1)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將控制指令反饋給從控芯片(2);從控芯片(2)作為主控芯片(1)的備份控制系統(tǒng)，正常工作時，從控芯片(2)受主控芯片(1)控制，當(dāng)主控芯片(1)出現(xiàn)故障時，從控芯片(2)將接管飛行器控制器； 舵機(jī)(6)與飛行器的變槳距系統(tǒng)相連，用于控制旋翼的螺距變化； 電子調(diào)速器(12)與電機(jī)連接，用于控制旋翼的轉(zhuǎn)速； 電源(8)為主控芯片(1)和從控芯片(2)供電； 傳感器模塊(5)通過SPI接口與從控芯片(2)連接； GPS傳感器(9)通過串口將GPS定位信息發(fā)送給從控芯片(2)； 光流傳感器(10)集成了超聲波測距單元，通過I2C接口將光流數(shù)據(jù)發(fā)送給從控芯片(2)； 根據(jù)GPS傳感器和光流傳感器獲得的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)協(xié)同定位。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:主控芯片(1)和存儲卡(4)相連，存儲卡(4 )用于存儲本地數(shù)據(jù)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛行器控制器，其特征在于:存儲卡(4)采用SD卡、XD卡或CF卡。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:主控芯片(1)和無線通信接口(3)連接，無線通信接口(3)用于實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的飛行器控制器，其特征在于:無線通信接口(3)采用WIFI接口、Zigbee 接口或 WAPI 接口。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:主控芯片(1)用于自動規(guī)劃路線，自動巡航和實(shí)時本地數(shù)據(jù)處理，從控芯片(2)用于實(shí)現(xiàn)基本飛行控制指令。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:從控芯片(2)通過PWM輸出接口與舵機(jī)(6 )和電子調(diào)速器(12)連接，通過向舵機(jī)(6 )和電子調(diào)速器(12 )輸出PWM脈寬調(diào)制信號，實(shí)現(xiàn)對舵機(jī)(6 )和電機(jī)的精確控制。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:傳感器模塊(5)包括加速度計、陀螺儀、磁羅盤和氣壓計，將飛行器當(dāng)前的加速度、傾角、航向和高度數(shù)據(jù)通過SPI接口回傳給從控芯片(2)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:從控芯片(2)通過SBUS接口與接收機(jī)(11)連接，接收機(jī)(11)接受遙控器的控制指令并將指令傳遞給從控芯片(2)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:主控芯片(1)采用ARMA8 32位嵌入式芯片；從控芯片(2)采用STM 32位單片機(jī)。
【專利摘要】一種變槳距多旋翼飛行器控制器，包括主控芯片、從控芯片、電源、傳感器模塊、GPS傳感器、光流傳感器）、舵機(jī)和電子調(diào)速器；其中，主控芯片通過USB接口與從控芯片連接，從控芯片將收集的數(shù)據(jù)傳給主控芯片，主控芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將控制指令反饋給從控芯片；從控芯片作為主控芯片的備份控制系統(tǒng)，正常工作時，從控芯片受主控芯片控制，當(dāng)主控芯片出現(xiàn)故障時，從控芯片將接管飛行器控制器。
【IPC分類】G05D1/10, G05B19/048
【公開號】CN204989980
【申請?zhí)枴緾N201520728972
【發(fā)明人】劉寶旭, 趙恒 , 來延濤
【申請人】北京浩恒征途航空科技有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年9月21日