一种无人机控制装置和无人机的制作方法

本发明实施例涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机控制装置以及应用该无人机控制装置的无人机。

背景技术：

固定翼无人机在飞行过程中主要依靠各个控制舵面的倾转来实现飞机姿态的调整。目前的实现方案是设置电机来驱动舵面的倾转，当需要调整舵面角度时，外部主控制器向相应的电机控制器发送控制信号，电机控制器收到控制信号后驱动相应的电机转动。电机转动的力矩通过齿轮组的传动带动舵面的传动轴转动，从而带动舵面角度发生变化。

在实现本发明的过程中，发明人发现：目前的主控制器无法获知舵面的真实倾转情况，从而无法实现对舵面的准确有效控制。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种无人机控制装置以及应用该无人机控制装置的无人机，主控制器能获知舵面的真实倾转情况。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种无人机控制装置，所述控制装置包括主控制器和舵面控制结构；

所述舵面控制结构包括驱动控制器、驱动机构、传动机构、舵面传动轴和角度反馈单元；

其中，所述驱动控制器分别与所述主控制器和所述驱动机构电性连接，所述驱动机构还通过所述传动机构连接所述舵面传动轴，所述舵面传动轴设于舵面上；

所述角度反馈单元连接所述舵面传动轴，用于检测所述舵面的舵面实际倾转角度，所述角度反馈单元还分别与所述主控制器和所述驱动控制器电性连接；

所述主控制器用于根据舵面目标倾转角度发送舵面倾转控制指令给所述驱动控制器，以及接收所述角度反馈单元发送的反馈信号，根据所述反馈信号获得舵面实际倾转角度。

所述驱动控制器用于接收所述舵面倾转控制指令，以及接收所述角度反馈单元发送的反馈信号，以根据所述舵面倾转控制指令和所述反馈信号控制所述驱动机构运行。

在一些实施例中，所述驱动控制器具体用于：

执行内闭环控制，其中，所述内闭环控制包括：

根据驱动控制器接收的所述反馈信号获得舵面实际倾转角度；以及

根据所述舵面实际倾转角度调整对所述驱动机构的控制，以使舵面实际倾转角度接近所述舵面倾转控制指令对应的舵面目标倾转角度。

在一些实施例中，所述主控制器具体用于：

执行外闭环控制，其中，所述外闭环控制包括：

根据主控制器获得的舵面实际倾转角度调整所述舵面倾转控制指令，以使舵面实际倾转角度接近所述舵面目标倾转角度。

在一些实施例中，所述驱动控制器还用于在执行完所述内闭环控制后执行：

发送反馈指令给所述主控制器。

在一些实施例中，所述主控制器具体用于：

接收所述驱动控制器发送的所述反馈指令；

根据所述反馈指令执行外闭环控制：

根据主控制器获得的舵面实际倾转角度调整所述舵面倾转控制指令，以使舵面实际倾转角度接近所述舵面目标倾转角度。

在一些实施例中，所述主控制器还用于：

接收所述驱动控制器发送的所述反馈指令；

接收所述角度反馈单元发送的反馈信号，根据所述反馈信号获得舵面实际倾转角度，判断所述舵面实际倾转角度是否符合所述舵面目标倾转角度，如果所述舵面实际倾转角度符合所述舵面目标倾转角度，则确认对应的舵面控制结构正常。

在一些实施例中，所述角度反馈单元为电位器。

在一些实施例中，所述传动机构为齿轮组件。

在一些实施例中，所述驱动机构为电机。

为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是：一种无人机，所述无人机包括：

机身；

与所述机身相连的机翼；

以及上述的无人机控制装置，所述无人机控制装置设于所述机身。

本发明实施例的无人机控制装置以及应用该无人机控制装置的无人机，通过设置连接于舵面传动轴的角度反馈单元，检测舵面的舵面实际倾转角度。主控制器能通过角度反馈单元获得舵面实际倾转角度，从而能根据所述舵面实际倾转角度实现准确有效的控制所述舵面。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明无人机的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明无人机控制装置的一个实施例的结构示意图；

图3是本发明无人机控制装置的一个实施例中主控制器的硬件结构示意图；

图4是本发明无人机控制装置的一个实施例中驱动控制器的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，为本发明实施例提供的无人机100的结构示意图，图1所示的实施例中，无人机100为固定翼无人机，其在飞行过程中主要依靠各个控制舵面来实现飞机姿态的调整。图1所示的实施例中，无人机100包括机身、与机身相连的机翼、副翼舵面21、垂直尾舵面22和水平尾舵面23。其中，副翼舵面21位于无人机两个机翼的后缘，用来控制无人机的横滚运动，水平尾舵面23用来控制无人机的俯仰角，垂直尾舵面22用来控制无人机的偏航角。

需要说明的是，图1中仅示例性的示出了无人机100的几个舵面，在其他实施例中，也可以包括其他舵面或数量更多的舵面。

无人机100还包括设于机身的控制装置10，如图2所示，控制装置10包括主控制器11和至少一个舵面控制结构12(图2仅示出了一个舵面控制结构)。舵面控制结构12包括驱动控制器121、驱动机构122、传动机构123、舵面传动轴124和角度反馈单元125。其中，驱动控制器121分别与主控制器11和驱动机构122电性连接，驱动机构还通过传动机构123连接舵面传动轴124，舵面传动轴124设于图1所示的舵面上。角度反馈单元125连接舵面传动轴124，角度反馈单元125还分别与主控制器11和驱动控制器121电性连接。

其中，舵面控制结构12的数量可以根据无人机100中舵面的数量以及控制需要设定，在图1所示的实施例中，至少一个舵面控制结构可以包括两个副翼舵面控制结构、一个垂直尾舵面控制结构和两个水平尾舵面控制结构，分别用于对对应的副翼舵面、垂直尾舵面和水平尾舵面的倾转进行控制。

其中，主控制器11用于根据舵面目标倾转角度发送舵面倾转控制指令给驱动控制器121，驱动控制器121接收所述舵面倾转控制指令，并根据所述舵面倾转控制指令控制驱动机构122运行。驱动机构122的运行带动传动机构123运行，传动机构123带动舵面传动轴124转动。角度反馈单元125连接舵面传动轴124，当舵面传动轴124转动时，角度反馈单元125能随着舵面传动轴124旋转，从而可以检测所述舵面的实际倾转角度即舵面实际倾转角度。角度反馈单元125将其产生的反馈信号发送主控制器11和驱动控制器121，主控制器11可以根据所述反馈信号通过计算获得舵面实际倾转角度，驱动控制器121根据主控制器11发送的舵面倾转控制指令和所述反馈信号控制所述驱动机构运行。

通过设置连接于舵面传动轴的角度反馈单元，检测舵面的舵面实际倾转角度。主控制器11能通过角度反馈单元125获得舵面实际倾转角度，从而能根据所述舵面实际倾转角度实现准确有效的控制所述舵面。例如根据所述舵面实际倾转角度调整舵面倾转控制指令、在无人机起飞前对各个舵面的姿态进行自检等。

其中，驱动控制器121可以根据驱动控制器121接收的所述反馈信号调整对驱动机构122的控制。在一些实施例中，驱动控制器121可以根据舵面倾转控制指令和所述反馈信号进行闭环控制。根据驱动控制器121接收的反馈信号获得舵面实际倾转角度，然后根据所述舵面实际倾转角度不断调整对驱动机构122的控制，以使舵面实际倾转角度不断接近所述舵面目标倾转角度，直至舵面实际倾转角度接近所述舵面目标倾转角度的程度满足预设的精度要求。

其中，主控制器11可以根据主控制器11接收的所述反馈信号调整舵面倾转控制指令。在一些实施例中，主控制器11可以根据舵面目标倾转角度和所述反馈信号进行闭环控制。根据主控制器11接收的反馈信号获得舵面实际倾转角度，然后根据所述舵面实际倾转角度不断调整舵面倾转控制指令，以使舵面实际倾转角度不断接近所述舵面目标倾转角度，直至舵面实际倾转角度接近所述舵面目标倾转角度的程度满足预设的精度要求。

在另一些实施例中，主控制器11根据舵面目标倾转角度和主控制器11接收的所述反馈信号进行外闭环控制，驱动控制器121根据舵面倾转控制指令和驱动控制器121接收的所述反馈信号进行内闭环控制。即主控制器11的外闭环控制和驱动控制器121的内闭环控制结合进行，以提高控制效率。

主控制器11先根据舵面目标倾转角度发送舵面倾转控制指令给驱动控制器121，驱动控制器121根据舵面倾转控制指令和驱动控制器121接收的所述反馈信号进行内闭环控制。驱动控制器121在执行完所述内闭环控制后发送反馈指令给主控制器11。主控制器11再根据舵面目标倾转角度和主控制器11接收的所述反馈信号调整舵面倾转控制指令。然后将调整后的舵面倾转控制指令发送给驱动控制器121进行内闭环控制，该内闭环控制结束后，驱动控制器121再次发送反馈指令给主控制器11，主控制器11再次进行外闭环控制，直至舵面实际倾转角度接近所述舵面目标倾转角度的程度满足主控制器11预设的精度要求。

在另一些实施例中，还可以根据所述反馈信号在无人机100起飞前对各舵面控制结构进行自检，例如主控制器11先根据舵面目标倾转角度发送舵面倾转控制指令给驱动控制器121。驱动控制器121根据舵面倾转控制指令和驱动控制器121接收的所述反馈信号进行内闭环控制。驱动控制器121在执行完所述内闭环控制后发送反馈指令给主控制器11。主控制器11获得此时角度反馈单元125发送的反馈信号，并根据所述反馈信号获得舵面实际倾转角度。然后判断所述舵面实际倾转角度是否符合所述舵面目标倾转角度，如果所述舵面实际倾转角度符合所述舵面目标倾转角度，则说明舵面控制结构运行正常，否则，则认为该舵面控制结构运行不正常。

具体的，在一些实施例中，驱动机构122可以采用电机，例如有刷电机、无刷电机、直流电机、步进电机、交流感应电机等。传动机构123可以为齿轮组件，主控制器11可以采用单独设置的控制器，也可以利用无人机的飞控芯片。角度反馈单元125可以为电位器，或其他可以连接舵面传动轴并随所述舵面传动轴转动产生变化信号的装置。

电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成，当电刷沿着电阻体移动时，电阻体的阻值随着电刷的位移量发生变化，在电位器的输出端即可获得与位移量成一定关系的电阻值或者电压值。在实际应用时，电位器的电刷连接舵面传动轴124，当舵面传动轴124转动时，电位器的电刷也随之发生旋转，因此导致电位器输出管脚的电压发生变化。驱动控制器121接收到主控制器11的舵面倾转控制指令后，根据舵面倾转控制指令去驱动电机转动，电机转动后通过齿轮组件的力矩传动带动舵面传动轴转动，从而带动舵面改变角度。而在舵面传动轴转动时会带动电位器转动，进而导致电位器输出端的电压发生变化。根据该电压的变化可以计算出舵面的角度变化，从而获得舵面实际倾转角度。

其中，主控制器11中执行的方法(例如外闭环控制方法、舵面控制结构自检方法等)可以通过在主控制器11中运行软件程序的方式实现。图3是主控制器11的硬件结构示意图，如图3所示，主控制器11包括：

一个或多个第一处理器11a以及第一存储器11b，图3中以一个第一处理器11a为例。

第一处理器11a和第一存储器11b可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。

第一存储器11b作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。第一处理器11a通过运行存储在第一存储器11b中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行主控制器11的各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例的闭环控制方法、舵面控制结构自检方法等。

第一存储器11b可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据主控制器的使用所创建的数据等。此外，第一存储器11b可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，第一存储器11b可选包括相对于第一处理器11a远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至中继点生成装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述第一存储器11b中，当被所述一个或者多个第一处理器11a执行时，执行上述的外闭环控制方法、舵面控制结构自检方法等。

其中，驱动控制器121中执行的方法(例如内闭环控制方法等)可以通过在驱动控制器121中运行软件程序的方式实现。图4是驱动控制器121的硬件结构示意图，如图4所示，驱动控制器121包括：

一个或多个第二处理器121a以及第二存储器121b，图4中以一个第二处理器121a为例。

第二处理器121a和第二存储器121b可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。

第二存储器121b作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。第二处理器121a通过运行存储在第二存储器121b中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行驱动控制器121的各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例的内闭环控制方法等。

第二存储器121b可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据主控制器的使用所创建的数据等。此外，第二存储器121b可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，第二存储器121b可选包括相对于第二处理器121a远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至中继点生成装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述第二存储器121b中，当被所述一个或者多个第二处理器121a执行时，执行上述的内闭环控制方法等。

需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。