一種帶升力自反饋的四旋翼無人機的製作方法

2023-07-21 13:52:26 1

本發明涉及四旋翼無人機技術領域，具體的說是一種帶升力自反饋的四旋翼無人機。

背景技術：

四旋翼無人機是一種能夠實現遠程操控的小型飛行器，其具有能夠垂直起降；能以各種姿態飛行,如懸停、前飛、側飛和倒飛等；能夠適應各種環境；具備自主起飛和著陸能力等優點。推力和速度的感測對於微型無人機來說是至關重要的一項內容，當代高性能四旋翼無人機的運動控制依賴於精確的高速軌跡檢測。但是，相比於室內，在室外情況複雜，場景多變，對於位置和速度的感測困難較大，對四旋翼無人機在室外推力和速度的感測具有相當大的挑戰性。

技術實現要素：

為了避免和解決上述技術問題，本發明提出了一種帶升力自反饋的四旋翼無人機。

本發明所要解決的技術問題採用以下技術方案來實現：

一種帶升力自反饋的四旋翼無人機，包括機體、與機體相連且對稱分布的四根圓軸，所述圓軸遠離機體的一端均連接有基座，所述基座上設有電機，所述電機連接有旋翼，所述基座與電機底部之間連接有力傳感器。

作為本發明的進一步改進，所述力傳感器包括與基座相連的板、與板相連且安裝有微控制器的pcb電路板、負載板、一端與pcb電路板相連且另一端連接負載板的傳感器，所述pcb電路板通過導線與機體相連，所述板與pcb電路板之間設有螺柱，所述螺柱將pcb電路板固定在板上。

作為本發明的進一步改進，所述板和負載板的製作材料均為丙烯酸，所述基座為聚酯材料製成。

作為本發明的進一步改進，所述傳感器為用聚氨酯橡膠包裝的mems氣壓計製作的觸覺傳感器。

作為本發明的進一步改進，所述pcb電路板上設有與機體通過導線相連的usb接口。

作為本發明的進一步改進，所述電機為無刷直流電機。

作為本發明的進一步改進，所述旋翼為碳纖維複合材料的螺旋槳。

作為本發明的進一步改進，所述圓軸為碳纖維材料製成。

作為本發明的進一步改進，所述機體為碳纖維材料製成的一種方形結構，所述四根圓軸分別安裝在機體的四個側端面上。

所述機體包括主控制器、一端與電機相連且另一端與主控制器相連的電子調速器、與電機相連動力電池，所述usb接口與主控制器相連。

所述主控制器為一款主控制晶片，包括航姿傳感器模塊、定位模塊、地面遙控模塊以及電機控制模塊，所述航姿傳感器模塊包括陀螺儀，加速度計和電子羅盤，所述定位模塊包括gps模塊和氣壓傳感器，所述地面遙控模塊包括遙控接收器和無線通訊模塊，所述電機控制模塊通過給所述電子調速器輸入一定的pwm脈衝信號來控制電機。

所述微處理器為安裝在pcb電路板上的一款單片機晶片，用於收集傳感器傳過來的力信號，並進行處理和放大轉化成電信號通過pcb電路板上的usb接口直接傳輸給主控制器。

本發明的有益效果是：

本發明能夠解決四旋翼無人機在室外工作時難以對其位置和速度感測的問題，與現有的四旋翼飛行器相比，在四旋翼飛行器飛行過程中，通過基座上的力傳感器能夠檢測當前的升力和轉矩，並反饋到主控制器上，實現對四旋翼飛行器的實時控制。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為電機、旋翼、力傳感器、基座以及圓軸的安裝結構示意圖；

圖3為力傳感器的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面對本發明進一步闡述。

如圖1至圖3所示，一種帶升力自反饋的四旋翼無人機，包括機體1、與機體1相連且對稱分布的四根圓軸2，所述圓軸2遠離機體1的一端均連接有基座3，所述基座3上設有電機5，所述電機5連接有旋翼6，所述基座3與電機5底部之間連接有力傳感器4。

所述力傳感器4包括與基座3相連的板41、與板41相連且安裝有微控制器的pcb電路板42、負載板43、一端與pcb電路板42相連且另一端連接負載板43的傳感器44，所述pcb電路板42通過導線與機體1相連，所述板與pcb電路板42之間設有螺柱46，所述螺柱46將pcb電路板42固定在板41上，所述板41和負載板43的製作材料均為丙烯酸，所述基座3為聚酯材料製成，所述傳感器44為用聚氨酯橡膠包裝的mems氣壓計製作的觸覺傳感器，採用觸覺傳感器能夠實現在飛行過程中對旋翼6產生的動力進行感應，所述pcb電路板42上設有與機體1通過導線相連的usb接口45。

所述電機5為無刷直流電機。

所述旋翼6為碳纖維複合材料的螺旋槳。

所述圓軸2為碳纖維材料製成。

所述機體1為碳纖維材料製成的一種方形結構，所述四根圓軸2分別安裝在機體1的四個側端面上。

所述機體1包括主控制器、一端與電機5相連且另一端與主控制器相連的電子調速器、與電機5相連動力電池，所述usb接口45與主控制器相連。

所述主控制器為一款主控制晶片，包括航姿傳感器模塊、定位模塊、地面遙控模塊以及電機控制模塊，所述航姿傳感器模塊包括陀螺儀，加速度計和電子羅盤，所述定位模塊包括gps模塊和氣壓傳感器，所述地面遙控模塊包括遙控接收器和無線通訊模塊，所述電機控制模塊通過給所述電子調速器輸入一定的pwm脈衝信號來控制電機。

所述微處理器為安裝在pcb電路板42上的一款單片機晶片，用於收集傳感器傳過來的力信號，並進行處理和放大轉化成電信號通過pcb電路板42上的usb接口45直接傳輸給主控制器。

本發明中的力傳感器與傳統的力傳感器不同，傳統的力傳感器多為應變式力傳感器，通過應變片來感受梁或者接觸體的應變來實現測量，但它只能測單一方向上的拉壓力，本發明中的力傳感器為四個用聚氨酯橡膠包裹的mems氣壓計，它不僅可以測量豎直方向上的拉壓力，還可以測量橫向的扭矩，並在pcb電路板42上集成有微控制器晶片，可以實時將採集到的升力和扭矩信號進行放大轉化成電信號通過pcb電路板42上的usb接口45傳輸給主控制晶片。

現有的多旋翼無人機只能通過主動控制電機5的轉速來實現對多旋翼無人機的姿態控制，而本發明可以通過所設計的力傳感器來實時反饋當前的升力和扭矩來實時估計當前的旋翼6所產生的平移速度，從而反饋到主控制晶片來實現姿態的自主控制，一定程度上實現自主飛行。

下面對本發明的工作原理作進一步闡述：

當四旋翼無人機飛行時，其電機5和旋翼6產生的動力會作用在丙烯酸材料的負載板43上，進而傳遞到用聚氨酯進行封裝的四個mems氣壓計上，傳感器44將數據採集到pcb電路板42上的微控制器上並通過pcb電路板42上的usb接口45傳遞給主控制器，進而實現對四旋翼無人機的一個實時的控制。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。