CN106527484A - 一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机电一体化技术领域的一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统，包括：无人机、卫星、地面信号收发基站、服务器和遥感控制器，所述无人机、卫星、地面信号收发基站、服务器和遥感控制器组成飞行航线管理系统；无人机：无人机为四旋翼无人飞行器，无人机的四个机翼分别安装电机一、电机二、电机三和电机四，四组电机分别作为四组螺旋桨的动力源，超声波测距单元安装在无人机的底部用于测量无人机与地面的距离，该基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统，为闭环控制系统，具有反馈和输出的功能，对无人机的路线控制更加准确。

Description

一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统

技术领域

本发明涉及机电一体化技术领域，具体为一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统。

背景技术

定位技术是无人机飞行的关键技术之一，使无人机在空中按既定航线和/或既定姿态飞行、无人机稳定悬停(在任意风速下保持相对位置不变)以及完成既定动作等，都离不开定位技术，现有的无人机主要通过图像拍摄或者GPS定位系统进行定位，对航道定位不够准确,为此，我们提出了一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统，以解决上述背景技术中提出的现有的无人机主要通过遥控进行控制，对航道定位不够准确的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统，包括：无人机、卫星、地面信号收发基站、服务器和遥感控制器，所述无人机、卫星、地面信号收发基站、服务器和遥感控制器组成飞行航线管理系统；

无人机：无人机为四旋翼无人飞行器，无人机的四个机翼分别按装电机一、电机二、电机三和电机四，四组电机分别作为四组螺旋桨的动力源，超声波测距单元安装在无人机的底部用于测量无人机与地面的距离，无人机的四组螺旋桨下分别按装有角加速度传感器一、角加速度传感器二、角加速度传感器三和角加速度传感器四，四组角加速度传感器分别对四组电机的角加速度实时监测，无人机上的控制中心包括：电源模块为控制中心中的电路元件提供电能，无人机信号收发基站用于接收卫星的位置信号、航线路径和向地面信号收发基站发送信息，通信模块使得控制中心具有信息交流的功能，中央处理器作为控制中心的主控制器起到主导作用，电路控制系统作为控制四组电机的控制系统，分别控制四组电机的转速和旋转方向，数据转换模块将超声波测距单元和四组角加速度传感器测量的数据转换为信号发送至中央处理器处理，所述无人机的四组机翼上均安装摄像头,摄像头对周围进行拍摄,并将图像进行处理，图像结合距离进行定位；

卫星：卫星在飞行航线管理系统起到制定路线和实时发送位置信息的作用；

地面信号收发基站：地面信号收发基站作为信号的中转站，地面信号收发基站既能接收无人机上无人机信号收发基站的位置信息和飞行姿态信息，又能将此信息转发出去；

服务器：服务器为飞行航线管理系统提供传输路线和信息交流的作用，服务器接收来自地面信号收发基站的信息，并获取无人机的运动状态，并将信息发出；

遥感控制器：遥感控制器作为无人机的外接控制器对无人机的飞行轨道、飞行姿势和飞行动作起到决定性作用，服务器将无人机的信号输出至遥感控制器，通过遥感控制器将控制信息传输至卫星，卫星将遥感控制器的控制信号输出到无人机信号收发基站，中央处理器根据接收的信号对电路控制系统发出指令，电控制系统根据指令对四组电机进行转速、转矩和旋转方向控制，从而达到调整无人机的飞行路线和飞行姿势的调节。

优选的，所述电机一、电机二、电机三和电机四均采用BLDC无刷电机，且电机一、电机二、电机三和电机四结构、型号均相同。

优选的，所述角加速度传感器一、角加速度传感器二、角加速度传感器三和角加速度传感器四与电机一、电机二、电机三和电机四一一对应。

优选的，所述遥感控制器为无线摇杆控制器，且遥感控制器安装有与卫星相适配的无线收发单元。

优选的，所述中央处理器为可编程PLC控制器，且中央处理器的存储单元预先输入飞行路线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统，为闭环控制系统，具有反馈和输出的功能，对无人机的路线控制更加准确。

附图说明

图1为本发明系统原理图；

图2为本发明无人机系统原理图；

图3为本发明工作流程图；

图4为本发明无人机垂直控制图；

图5为本发明无人机仰俯、滚动姿态控制图；

图6为本发明偏航姿态控制图。

图中：1无人机、2卫星、3地面信号收发基站、4服务器、5遥感控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统，包括：无人机1、卫星2、地面信号收发基站3、服务器4和遥感控制器5，无人机1、卫星2、地面信号收发基站3、服务器4和遥感控制器5组成飞行航线管理系统；

无人机1：无人机1为四旋翼无人飞行器，无人机1的四个机翼分别按装电机一、电机二、电机三和电机四，四组电机分别作为四组螺旋桨的动力源，超声波测距单元安装在无人机1的底部用于测量无人机1与地面的距离，无人机1的四组螺旋桨下分别按装有角加速度传感器一、角加速度传感器二、角加速度传感器三和角加速度传感器四，四组角加速度传感器分别对四组电机的角加速度实时监测，无人机1上的控制中心包括：电源模块为控制中心中的电路元件提供电能，无人机信号收发基站用于接收卫星2的位置信号、航线路径和向地面信号收发基站3发送信息，通信模块使得控制中心具有信息交流的功能，中央处理器作为控制中心的主控制器起到主导作用，电路控制系统作为控制四组电机的控制系统，分别控制四组电机的转速和旋转方向，数据转换模块将超声波测距单元和四组角加速度传感器测量的数据转换为信号发送至中央处理器处理，所述无人机1的四组机翼上均安装摄像头,摄像头对周围进行拍摄,并将图像进行处理，图像结合距离进行定位；

卫星2：卫星2在飞行航线管理系统起到制定路线和实时发送位置信息的作用，摄像头拍摄的图像结合卫星2定位对无人机1进行航线定位；

地面信号收发基站3：地面信号收发基站3作为信号的中转站，地面信号收发基站3既能接收无人机1上无人机信号收发基站的位置信息和飞行姿态信息，又能将此信息转发出去；

服务器4：服务器4为飞行航线管理系统提供传输路线和信息交流的作用，服务器4接收来自地面信号收发基站3的信息，并获取无人机的运动状态，并将信息发出；

遥感控制器5：遥感控制器5作为无人机1的外接控制器对无人机的飞行轨道、飞行姿势和飞行动作起到决定性作用，服务器4将无人机的信号输出至遥感控制器5，通过遥感控制器5将控制信息传输至卫星2，卫星2将遥感控制器5的控制信号输出到无人机信号收发基站，中央处理器根据接收的信号对电路控制系统发出指令，电控制系统根据指令对四组电机进行转速、转矩和旋转方向控制，从而达到调整无人机1的飞行路线和飞行姿势的调节。

其中，电机一、电机二、电机三和电机四均采用BLDC无刷电机，且电机一、电机二、电机三和电机四结构、型号均相同，角加速度传感器一、角加速度传感器二、角加速度传感器三和角加速度传感器四与电机一、电机二、电机三和电机四一一对应，遥感控制器5为无线摇杆控制器，且遥感控制器5安装有与卫星2相适配的无线收发单元，中央处理器为可编程PLC控制器，且中央处理器的存储单元预先输入飞行路线。

工作原理：角加速度传感器一、角加速度传感器二、角加速度传感器三和角加速度传感器四与电机一、电机二、电机三和电机四一一对应，起到对四组电机转速和角加速度的测量，超声波测距单元实时测量无人机1的离地间距，无人机控制系统的中央处理器根据测量的离地间距和四组电机的角加速度对无人机的飞行状态进行判定，卫星2将无人机1的位置信号发送至无人机的无人机信号收发基站，若无人机1的位置没有偏离预设路线，四组角加速度传感器持续对四组电机进行测量，超声波测距单元持续实时监测无人机1离地距离，摄像头拍摄的图像结合离地距离进行综合判定，若无人机1的位置偏离预设路线，无人机1通过无人机信号收发基站将偏离信息发送至地面信号收发基站3，地面信号收发基站3将信息通过服务器4发送至遥感控制器5，遥感控制器5通过控制按钮发出控制命令并通过无线收发单元将控制命令发送至卫星2，卫星2将控制命令发送至无人机信号收发基站，中央处理器根据接收的控制命令对电路控制系统发出指令，若调节无人机1的高度，只需同时对四组电机增加或减少相同的转速和转矩，且四组电机的转动方向相同，从而调节无人机1的高度(如图4)，若要调整无人机1的仰俯、滚动姿态，使得对角的电机转动方向相同，相邻的电机转动方向相反，保持一组对角电机转速和转动方向不变，两一组对角电机，其中一个电机转速增加，另一个电机转速降低，根据仰俯、滚动的要求调整，(如图5)，若要对无人机1偏航姿态的调整，对角两组电机的转速和转向均相同，根据偏航姿态的要求，电路控制系统需要进行调控两组对角电机的相对转速，(如图6)。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统，其特征在于，包括：无人机(1)、卫星(2)、地面信号收发基站(3)、服务器(4)和遥感控制器(5)，所述无人机(1)、卫星(2)、地面信号收发基站(3)、服务器(4)和遥感控制器(5)组成飞行航线管理系统；

无人机(1)：无人机(1)为四旋翼无人飞行器，无人机(1)的四个机翼分别按装电机一、电机二、电机三和电机四，四组电机分别作为四组螺旋桨的动力源，超声波测距单元安装在无人机(1)的底部用于测量无人机(1)与地面的距离，无人机(1)的四组螺旋桨下分别按装有角加速度传感器一、角加速度传感器二、角加速度传感器三和角加速度传感器四，四组角加速度传感器分别对四组电机的角加速度实时监测，无人机(1)上的控制中心包括：电源模块为控制中心中的电路元件提供电能，无人机信号收发基站用于接收卫星(2)的位置信号、航线路径和向地面信号收发基站(3)发送信息，通信模块使得控制中心具有信息交流的功能，中央处理器作为控制中心的主控制器起到主导作用，电路控制系统作为控制四组电机的控制系统，分别控制四组电机的转速和旋转方向，数据转换模块将超声波测距单元和四组角加速度传感器测量的数据转换为信号发送至中央处理器处理,所述无人机(1)的四组机翼上均安装摄像头,摄像头对周围进行拍摄,并将图像进行处理，图像结合距离进行定位；

卫星(2)：卫星(2)在飞行航线管理系统起到制定路线和实时发送位置信息的作用；

地面信号收发基站(3)：地面信号收发基站(3)作为信号的中转站，地面信号收发基站(3)既能接收无人机(1)上无人机信号收发基站的位置信息和飞行姿态信息，又能将此信息转发出去；

服务器(4)：服务器(4)为飞行航线管理系统提供传输路线和信息交流的作用，服务器(4)接收来自地面信号收发基站(3)的信息，并获取无人机的运动状态，并将信息发出；

遥感控制器(5)：遥感控制器(5)作为无人机(1)的外接控制器对无人机的飞行轨道、飞行姿势和飞行动作起到决定性作用，服务器(4)将无人机的信号输出至遥感控制器(5)，通过遥感控制器(5)将控制信息传输至卫星(2)，卫星(2)将遥感控制器(5)的控制信号输出到无人机信号收发基站，中央处理器根据接收的信号对电路控制系统发出指令，电控制系统根据指令对四组电机进行转速、转矩和旋转方向控制，从而达到调整无人机(1)的飞行路线和飞行姿势的调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统，其特征在于：所述电机一、电机二、电机三和电机四均采用BLDC无刷电机，且电机一、电机二、电机三和电机四结构、型号均相同。

3.根据权利要求1所述的一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统，其特征在于：所述角加速度传感器一、角加速度传感器二、角加速度传感器三和角加速度传感器四与电机一、电机二、电机三和电机四一一对应。

4.根据权利要求1所述的一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统，其特征在于：所述遥感控制器(5)为无线摇杆控制器，且遥感控制器(5)安装有与卫星(2)相适配的无线收发单元。

5.根据权利要求1所述的一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统，其特征在于：所述中央处理器为可编程PLC控制器，且中央处理器的存储单元预先输入飞行路线。