一種微型疊層式四旋翼飛行控制器的製作方法

2023-05-10 12:13:06 1

本發明涉及無人機技術領域，尤其涉及一種微型疊層式四旋翼飛行控制器。

背景技術：

四旋翼飛行器是一種通過四個垂直向下作用的旋翼進行飛行的飛行器。這種旋翼布置方式使得飛行器的橫滾、俯仰和偏航可以通過各個旋翼的轉速變化進行單獨地控制。四旋翼飛行器從控制的觀點看，是靜不穩定系統，需要根據傳感器信息，對旋翼轉速進行高頻率的反饋調節，才能使得飛行器穩定飛行，因此飛行控制系統是四旋翼飛行器的核心組件。在多機編隊飛行研究領域，要求飛行控制系統在保證飛行器穩定飛行的同時，還能夠有一定的自主性與合作能力，而且一般要求飛行器儘量小型化，這些對飛行控制系統的設計提出了更高要求。

現有的四旋翼飛行控制系統，有的雖然自主飛行能力較強，但是體積過大，外圍線路連接複雜；有的體積小巧，但是自主能力不足，往往只能人工控制；有的傳感器和處理器性能較差，導致飛行性能不佳，不適於研究。

因此，本領域的技術人員致力於開發一種疊層式四旋翼飛行控制系統，擁有自主飛行能力，還能夠兼顧簡潔小巧、高傳感性能，使飛行器更適用於多機編隊飛行研究。

技術實現要素：

有鑑於現有技術的缺陷，本發明所要解決的技術問題是製作一種不易受幹擾的微型易拆裝自主飛行的飛行控制器。本發明使得飛行控制器結構牢固、體積小巧、線路簡潔、拆裝方便、貼片焊接方便、功能拓展方便，並且降低了局部氣流對氣壓計的幹擾，降低了電機驅動器所產生磁場對電子羅盤的幹擾，提升了飛行性能。

本發明中所說的「上」指的是當微型疊層式四旋翼飛行控制器被放置在地面上時背離地面的方向，本發明中所說的「下」指的是當微型疊層式四旋翼飛行控制器被放置在地面上時面向地面的方向。

為實現上述目的，本發明提供了一種微型疊層式四旋翼飛行控制器，包括主控制器1，氣壓計11，電子羅盤14，無線通信模塊23，傳感器保護罩24，所述氣壓計11設置在所述主控制器1上，所述傳感器保護罩24設置在所述氣壓計11上方，傳感器保護罩24通過安裝孔疊合在主控制器1上，所述電子羅盤14通過導電長針和斜撐針連接所述主控制器1，所述無線通信模塊23插接在所述主控制器1上。

進一步地，所述傳感器保護罩24在所述氣壓計11位置上方設置有「s」形導管。

進一步地，所述導管管口朝上，所述導管內部填充海綿，阻隔螺旋槳氣流對氣壓計的幹擾，同時保證氣壓計可觸及周圍環境。

進一步地，電機驅動器20安裝在所述主控制器1下方，所述主控制器1的供電與電機控制接口3通過導線與電機驅動器20連接。

進一步地，在電機驅動器20與主控制器1上均設置緊固安裝孔2，所述螺柱21與螺栓22通過所述緊固安裝孔2配合，使電機驅動器20與主控制器1相隔離。

進一步地，無線通信模塊23通過針腳插接在主控制器1上的無線通信模塊插接排母9上，並通過針腳與主控制器1通信。

進一步地，電子羅盤14與電子羅盤直針焊接槽口18通過電子羅盤導電直針13焊接連接，電子羅盤直針焊接槽口18焊接在電子羅盤14的過孔中。

進一步地，電子羅盤導電直針13頂部與主控制器1通過電子羅盤斜撐針12焊接連接。

進一步地，主控制器1底側設置有核心元件慣性傳感器16和微處理器17，在焊接過程中完成主控制器1上方元件焊接後再對所述慣性傳感器16和所述微處理器17進行焊接。

進一步地，主控制器1上還設置有提供iic兩線式串行總線的第一組拓展接口6、用於向外供電與輸入輸出信號的第二組拓展接口15和室外導航用拓展gps接口19。

進一步地，主控制器1上固定設置有八針式程序燒錄接口4，所述八針式程序燒錄接口4設置在主控制器1邊緣，與電機控制接口3相鄰。

本發明的有益效果是：

1、通過傳感器保護罩的導管結構及其內部的海綿，降低了螺旋槳及橫風氣流對氣壓計的幹擾；

2、通過導電長針架高電子羅盤，降低了電機驅動器所產生磁場對電子羅盤的幹擾，提升了飛行性能；

3、電子羅盤的導線由導電長針代替，兼顧傳輸信號與結構支撐，於是整臺飛行控制器實現完整功能所需要的信號導線(不計大功率線路)僅由一股6根供電與電機控制線和一股4根電池平衡線組成，無線通信設備、安全模式按鈕也無需導線連接，這使得線路極為簡潔；

4、採用螺柱與螺栓緊固連接主控制器、傳感器保護罩、電機驅動器，結構牢固，電子羅盤的安裝採用直針與斜撐針結合的焊接連接方式，提升結構剛度，防止電子羅盤振動；相鄰螺柱間距不大於30mm，控制系統長寬均不大於45mm(不計導線)，體積較為小巧；

5、系統各組件間多採用螺柱、螺栓連接，拆裝方便，而電子羅盤的直針焊接在主控制器的槽口內，拆裝焊接亦比傳統過孔焊接更加方便；

6、主控制器對貼片點位精度要求最高的微處理器和慣性傳感器均位於主控制器電路板的底側，在貼片焊接工藝過程中，在貼片焊接完頂側各低精度要求的元件後，用於插接無線通信模塊的兩列排母可以起到平穩支撐電路板的作用，便於微處理器和慣性傳感器的上錫和定位；

7、該飛行控制系統主要為室內編隊飛行設計，但依然留有戶外飛行所需的gps接口、連接大型飛行器機載計算機的usb接口等等，功能拓展方便。

以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。

附圖說明

圖1是本發明的一個較佳實施例的主控制器和電子羅盤部分立體圖；

圖2是本發明的一個較佳實施例的主控制器和電子羅盤部分底視圖；

圖3是本發明的一個較佳實施例的整體立體圖；

其中：1、主控制器，2、緊固安裝孔，3、供電與電機控制接口，4、程序燒錄接口，5、復位按鈕，6、第一組拓展接口，7、拓展usb接口，8、安全模式按鈕，9、無線通信模塊插接排母，10、電池平衡插口，11、氣壓計，12、電子羅盤斜撐針，13、電子羅盤導電直針，14、電子羅盤，15、第二組拓展接口，16、慣性傳感器，17、微處理器，18、電子羅盤直針焊接槽口，19、拓展gps接口，20、電機驅動器，21、螺柱，22、螺栓，23、無線通信模塊，24、傳感器保護罩。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明涉及的一種微型疊層式四旋翼飛行控制器的優選實施例做了詳細描述，但本發明並不僅限於該實施例。為了是公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節。

如圖1，圖2和圖3所示，一種微型疊層式四旋翼飛行控制器，包括主控制器1，氣壓計11，電子羅盤14，無線通信模塊23，傳感器保護罩24，氣壓計11設置在主控制器1上，傳感器保護罩24設置在氣壓計11上方，傳感器保護罩24通過其兩端相距30mm的安裝孔疊合在主控制器1上，由螺栓22緊固，電子羅盤14通過導電長針和斜撐針連接主控制器1，無線通信模塊23插接在主控制器1上。傳感器保護罩24在氣壓計11位置上方設置有「s」形導管，導管管口朝上，導管內部填充海綿，用於阻隔螺旋槳氣流對氣壓計的幹擾，同時保證氣壓計可觸及周圍環境。

如圖3所示，電機驅動器20安裝在主控制器1下方並被螺柱21所隔離，主控制器1的供電與電機控制接口3通過一股六根導線與電機驅動器20連接。在電機驅動器20與主控制器1上均設置緊固安裝孔2，緊固安裝孔2的數量至少為4個，螺柱21與螺栓22通過緊固安裝孔2配合，使電機驅動器20與主控制器1通過8mm長的m3螺柱21相隔離，相鄰螺柱21之間距離30mm。

無線通信模塊23通過20根針腳插接在主控制器1上的無線通信模塊插接排母9上，並通過針腳與主控制器1通信。

如圖1和圖2所示，電子羅盤14與電子羅盤直針焊接槽口18通過五根電子羅盤導電直針13焊接連接，電子羅盤導電直針13焊接在電子羅盤14的過孔中，五根電子羅盤導電直針13分別具有供電、通信及觸發功能。電子羅盤導電直針13頂部與主控制器1通過電子羅盤斜撐針12焊接連接，電子羅盤導電直針13焊接到主控制器1的焊盤上。

如圖2所示，主控制器1底側設置有核心元件慣性傳感器16和微處理器17，在焊接過程中完成主控制器1上方元件焊接後再對慣性傳感器16和微處理器17進行焊接。主控制器1上還設置有提供iic兩線式串行總線的第一組拓展接口6、用於向外供電與輸入輸出信號的第二組拓展接口15和室外導航用拓展gps接口19。

如圖1所示，主控制器1上設置有八針式程序燒錄接口4，八針式程序燒錄接口4設置在主控制器1邊緣，與電機控制接口3相鄰，使用數據線連接八針式程序燒錄接口4和外部計算機以將程序燒錄到主控制器1中；單側無線通信模塊插接排母9與八針式程序燒錄接口4和電機控制接口3相鄰，設置在主控制器1上背離邊緣的內側方向。

如圖1所示，復位按鈕5，第一組拓展接口6，拓展usb接口7和安全模式按鈕8均設置在主控制器1邊緣，復位按鈕5、第一組拓展接口6、拓展usb接口7和安全模式按鈕8依次設置在主控制器1邊緣，其中復位按鈕5、第一組拓展接口6和安全模式按鈕8設置在主控制器1上側，拓展usb接口7設置在主控制器1下側；復位按鈕5用於將主控制器1的各項設置重置；第一組拓展接口6能夠提供iic兩線式串行總線，拓展usb接口7能夠用於連接usb接口外設裝置，如攝像頭；安全模式按鈕8用於使飛機進入自穩狀態，等飛機四軸穩定後再切換會正常狀態。

如圖1所示，電池平衡插口10和氣壓計11設置在主控制器1上邊緣，單側無線通信模塊插接排母9與電池平衡插口10和氣壓計11相鄰，設置在主控制器1上背離邊緣的內側方向，無線通信模塊插接排母9成對設置，兩個單側無線通信模塊插接排母9相互平行。

本發明提供的一種疊層式四旋翼飛行控制系統依靠自身設備能夠自主對四旋翼飛行器進行姿態控制與飛行高度控制，在外部視覺設備輔助下，能自主進行精確的位置控制與軌跡追蹤飛行，在連接gps的條件下，能自主進行室外環境的位置控制與軌跡追蹤飛行，並能夠高頻率地與地面設備進行無線通信，其能力接近工業級無人機控制系統，但是本發明在保證各傳感器性能、保證系統結構強度的同時去除了繁雜的接線，使得其長寬縮減至45mm，高度縮減至50mm，還採用了便於加工與組裝的設計；本發明提供的疊層式四旋翼飛行控制系統適合於安裝在微型四旋翼飛行器機架上，適合於進行室內等狹小空間的飛行，適用於多機編隊飛行研究。

以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。