一种无人机运行驱动装置和无人机的制作方法

本实用新型涉及无人机技术，尤其涉及一种无人机运行驱动装置和具有该无人机运行驱动装置的无人机。

背景技术：

无人机是指通过无限遥控技术控制，并基于自身程序运行的不载人飞行器。无人机在军用方面具有悠久的历史，近年来使用领域逐渐向民用领域发展，广泛应用于航空拍摄、农业、灾难救援等领域，并逐渐向快递运输等方向扩展，具有良好的商业前景。

四轴无人机，又称四旋翼直升机是无人机的一种，可以实现垂直运动、俯仰运动、滚转运动的多种飞行姿态。上述多种飞行姿态分别通过CPU输出四路PWM信号控制四个电机工作。在四轴无人机平稳飞行时，CPU输出PWM信号控制其中一对电机同时正转、另一对电机同时反转。但是，在飞行过程中，经常发生从一种飞行姿态调整为平稳飞行状态时，机身整体抖动。这是由于PWM信号在切换动作时为异步信号造成的，异步信号使得四轴无人机悬浮不稳。

因此，现有技术中的四轴无人机存在从飞行姿态调整为平稳飞行状态时，机身整体抖动，悬浮不稳的问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种无人机运行驱动装置，用以解决现有技术中四轴无人机从飞行姿态调整为平稳飞行状态时，机身整体抖动，悬浮不稳的问题。

本实用新型提供一种无人机运行驱动装置，包括处理芯片、第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，还包括PWM信号支路和接口支路，所述PWM信号支路的输入端连接所述处理芯片的PWM信号输出端口，输出端连接第一电机；所述PWM信号支路的输出端通过设置在所述接口支路上的开关元件的开关通路连接第二电机、第三电机和第四电机，所述开关元件的控制端连接所述处理芯片的输出端口；所述PWM信号支路上设置有PLL锁相环电路。

进一步的，所述接口支路包括第一接口支路、第二接口支路和第三接口支路，第一开关元件设置在第一接口支路上，第二开关元件设置在第二接口支路上，第三开关元件设置在第三接口支路上，所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件的控制端分别连接所述处理芯片的一个输出端口。

进一步的，所述PWM信号支路包括第一PWM信号支路和第二PWM信号支路，所述第一PWM信号支路的输入端连接所述处理芯片的一个PWM信号输出端口，所述第一PWM信号支路的输出端连接第一电机，所述第二PWM信号支路的输入端连接所述处理芯片的另一个PWM信号输出端口，所述第二PWM信号支路的输出端连接第四电机，所述第一PWM信号支路和第二PWM信号支路上均设置有PLL锁相环支路。

进一步的，所述第一PWM信号支路的输出端通过设置在所述第一接口支路上的所述第一开关元件的开关通路连接第二电机，所述第二PWM信号支路的输出端通过设置在所述第三接口支路上的所述第三开关元件的开关通路连接第三电机。

进一步的，所述第二电机和第三电机还分别通过一路PWM信号支路连接所述处理芯片的一个PWM信号输出端口。

优选的，所述第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件为NMOS管。

进一步的，所述PLL锁相环电路包括依次连接的鉴相器、环路滤波器和压控式晶体振荡器。

为了提高PWM控制信号的驱动能力，所述PWM信号支路的输入端和输出端分别设置有驱动门电路。

采用本实用新型所公开的无人机运行驱动装置，通过处理芯片的判定、不同的输出端口和信号输出路径的选取使得四个电机可以根据不同的运行状态接收到同步或者异步信号，同时可以保持电机接收到的同步信号始终同频同相，在悬浮飞行状态时无人机不会出现抖动。本实用新型所公开的无人机运行驱动装置具有控制方式灵活、硬件结构合理且无需昂贵的控制芯片驱动的优点。

本实用新型同时公开了一种无人机，包括无人机运行驱动装置，所述无人机运行驱动装置包括处理芯片、第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，还包括PWM信号支路和接口支路，所述PWM信号支路的输入端连接所述处理芯片的PWM信号输出端口，输出端连接第一电机；所述PWM信号支路的输出端通过设置在所述接口支路上的开关元件的开关通路连接第二电机、第三电机和第四电机，所述开关元件的控制端连接所述处理芯片的输出端口；所述PWM信号支路上设置有PLL锁相环电路。

本实用新型公开的无人机通过利用处理芯片和电机之间不同的信号传递输出端口和信号传递路径，克服了无人机在平稳飞行状态飞行时容易出现抖动的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所公开的无人机运行驱动装置的电路连接示意图；

图2为现有技术中电机运行时的波形检测图；

图3为采用本实用新型所公开的无人机运行驱动装置控制无人机运行一种运行状态的波形检测图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1所示，本实用新型所公开的无人机运行驱动装置主要应用在四轴无人机上，在无人机中设置有四台电机，分别为如图所示的第一电机M1、第二电机M2、第三电机M3和第四电机M4。根据四轴无人机的运行状态，第一电机M1、第二电机M2、第三电机M3和第四电机M4接收处理芯片输出的信号并按照设定的角速度完成动作，处理芯片中对无人机整体动作的进行控制的控制算法与现有技术中的算法一致，本实用新型不对算法作任何改进。与现有技术完全不同，本实用新型所公开的无人机运行驱动装置包括PWM信号支路和接口支路，其中PWM信号支路用于输出处理芯片U1生成的PWM信号，并将PWM信号输出至电机一端，是PWM信号的传输通道。对应无人机中所采用的四台电机，通过多条PWM信号传输通道进行独立PWM信号的传输。而在本实施例中，接口支路则是用于选择电机通过其中哪一条PWM信号传输通道接收PWM信号。

具体如图1所示，处理芯片1和电机之间分别通过PWM信号支路和接口支路连接。其中PWM信号支路的输入端连接处理芯片的PWM信号输出端口，多条PWM信号传输通道的输入端连接处理芯片的不同PWM信号输出端口（如图所示PWM1、PWM2、PWM3和PWM4），以准备接收PWM信号输出端口输出的PWM信号。如图1所示，PWM信号支路包括第一PWM信号支路，第一PWM信号支路的输出端连接第一电机M1。在第一PWM信号支路上设置有PLL锁相环电路，PLL锁相环电路本身可以形成负反馈控制回路，通过PLL锁相环电路实现第一PWM信号支路的输入端A和输出端B的电信号始终保持同频同相。为了克服多个电机在同步运行时接收到异步信号进而发生抖动，(抖动的原因参见电机端的波形检测图，如图2所示)。在处理芯片U1和第二电机M2、第三电机M3和第四电机M4之间设置有第一接口支路、第二接口支路和第三接口支路。在第一接口支路、第二接口支路和第三接口支路上分别设置有第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q3。第一PWM信号支路的输出端通过第一开关元件Q1的开关通路连接第二电机M2，通过第一开关元件Q1的开关通路和第二开关元件Q2的开关通路连接第三电机M3，通过第一开关元件Q1的开关通路、第二开关元件Q2的开关通路、第三开关元件Q3的开关通路连接第四电机M4。第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第三开关元件Q3的控制端分别连接处理芯片的一路独立的输出端口（如图所示I/01 、I/02和I/03），输出端口输出独立的电平信号至第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q3的控制端控制第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q3的关断和导通。当无人机的运行状态需要保持四个电机同步运行时，输出端口输出电平信号，控制第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q3的开关通路导通，从而使得第一电机M1、第二电机M2、第三电机M3和第四电机M4接收到的PWM信号保持完全同频同相，进而确保无人机整体不会出现抖动。

在某些飞行状态下，如偏航飞行等，可能需要两两电机保持同步运行状态。为了应对这种情况，PWM信号支路还包括第二PWM信号支路，第二PWM信号支路的输出端D连接第四电机M4。在第二PWM信号支路上也设置有PLL锁相环电路。为了保持需要两两同步运行的电机接收到的信号同频同相，输出端口I/01 、I/02和I/03输出电平信号至第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q3的控制端，控制第一开关元件Q1和第三开关元件Q3的开关通路导通，第二开关元件Q2的开关通路关断，从而使得第一电机M1和第二电机M2接收到的PWM信号保持完全同频同相，第三电机M3和第四电机M4接收到的PWM信号保持完全同频同相。

在其它无人机的运行模式中，可能四个电机还需要工作在异步状态下，因此，在处理芯片上还设至有独立的PWM信号输出端口用于通过独立的PWM信号支路向第二电机M2和第三电机M3输出PWM信号。当四个电机工作在异步状态下时，输出端口I/01 、I/02和I/03输出电平信号至第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q3的控制端，控制第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q3的开关通路断开，第一电机M1、第二电机M2、第三电机M3和第四电机M4分别通过独立的PWM信号支路接收PWM信号输出端口PWM1、PWM2、PWM3和PWM4输出的PWM信号，完成异步状态下的动作。

在上述运行驱动装置所采用的电路连接关系中，为了提高PWM信号的带载能力，在第一PWM信号支路的输入端还设置有驱动门电路U2,第三PWM信号支路的输入端设置有驱动门电路U3，在输出端设置有驱动非门U8,第四PWM信号支路的输入端设置有驱动门电路U4，在输出端设置有驱动非门U7，第二PWM信号支路的输入端设置有驱动门电路U5,在输出端设置有驱动们电路U6。第一PWM信号支路和第二PWM信号支路上所设置的PLL锁相环电路包括依次连接的鉴相器PD、环路滤波器LF和压控式晶体振荡器VCXO。在上述实施例中，第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q3优选为NMOS管，NMOS管的栅极分别连接处理芯片U1的一个输出端口并接收处理芯片U1输出的电平信号。

在上述实施例的描述中，“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅是为了使得对技术方案的描述更为清晰，而不是对技术方案本身的限定。处理芯片可以选用STM32系列或其他规格的常见的无人机芯片，在此不作进一步限定。

采用本实用新型所公开的无人机运行驱动装置，通过利用不同的输出端口和信号输出路径使得四个电机可以根据不同的运行状态接收到同步或者异步信号，同时可以保持电机接收到的同步信号始终同频同相，在悬浮飞行状态时无人机不会出现抖动。本实用新型所公开的无人机运行驱动装置具有切换方式灵活、硬件结构合理且无需昂贵的处理芯片驱动的优点。

本实用新型同时公开了一种无人机，包括如上述实施例所公开的运行驱动装置进行运行，本实用新型公开的无人机通过利用处理芯片和电机之间不同信号传递输出端口和信号传递路径，克服了无人机在平稳飞行状态飞行时容易出现抖动的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。