飞行控制系统及具有其的飞行器的制作方法

文档序号:11210375阅读:1244来源:国知局
飞行控制系统及具有其的飞行器的制造方法与工艺

本实用新型属于飞行器技术领域,涉及一种飞行控制系统及具有该飞行控制系统的飞行器。



背景技术:

无人飞行器,简称无人机,是一种处在迅速发展中的飞行装置,其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低等优点。无人机通过搭载多种传感器,可以实现影像实时传输、高危地区探测功能,是卫星遥感与传统航空遥感的有力补充。目前,无人机的使用范围已经扩展到军事、科研和民用三大领域,具体在电力、通信、气象、农业、海洋、勘探、摄影、防灾减灾、农作物估产、缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐等领域应用甚广。

飞行控制系统是飞行器的核心,负责整个飞行器的控制。但是,现有的飞行控制系统普遍存在如下缺点:1、数据处理能力弱,导致其不能快速地处理复杂的数据,从而影响飞行控制系统的稳定性、安全性和处理能力。2、各个模块都是分散的,集成度低,体积庞大,增大了飞行器的体积和重量,不利于飞行器的飞行和小型化。3、对外界的感知能力弱,对感知信息的处理能力弱,不能很好地实现各种控制功能。4、通信方式单一,当该通信方式出现故障或信号较弱时,无人机失去控制,容易导致坠毁等问题,给无人机的安全带来很大的危害。

鉴于现有技术的上述缺陷,迫切需要一种新型的飞行控制系统。



技术实现要素:

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺点,提供一种飞行控制系统,以解决目前飞行控制系统存在的数据处理能力弱,集成度低、体积大,对外界环境感知能力弱等问题。

为了实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:

一种飞行控制系统,其包括控制器模块以及与其通信的惯性测试单元模块、GPS模块、电子调速器模块、视觉处理模块、光流蔽障处理模块和云台模块,其特征在于,所述控制器模块用于完成飞行数据解析处理和通信控制处理;所述惯性测试单元模块用于实时采集飞行器的姿态、高度和加速度信息并与所述控制器模块之间进行实时交流,以对飞行器的姿态进行控制;所述GPS模块用于提供地理信息;所述电子调速器模块用于对所述控制器模块传来的数据进行解析处理并输出控制电机的信号;所述视觉处理模块用于将图像处理成有效信息后与所述控制器模块之间进行数据交流;所述光流蔽障处理模块用于采集和处理地面高度和位置信息并上传给所述控制器模块;所述云台模块用于与所述控制器模块之间进行实时通讯,实现对云台的实时控制与监测,完成对云台的各种操作。

其中,所述飞行控制系统进一步包括系统电源管理模块,所述系统电源管理模块用于为飞行控制系统的各个模块供电,所述系统电源管理模块采用多路独立电源供电,以减小各个模块之间的电源干扰,并且,所述系统电源管理模块采用DC-DC降压加LDO线性稳压供电,以降低供电电源的纹波,提高飞行控制系统的工作稳定性。

进一步地,其中,所述飞行控制系统进一步包括电池管理系统模块,所述电池管理系统模块用于采集电源的电压、电流和电量信息,并与所述控制器模块进行数据交流。

更进一步地,其中,所述控制器模块采用双核结构,包括一个主控制器单元和一个从控制器单元,所述从控制器单元用于实现对所述电子调速器模块的外设操控,减轻所述主控制器单元的工作压力;所述主控制器单元用高速工作主频实现对各种数据的融合处理,所述主控制器单元拥有多种通信接口,实现各种模块的方便接入。

再进一步地,其中,所述多种通信接口包括UART,SPI,USB,I2C和CAN。

此外,所述控制器模块带有存储设备,所述存储设备用于实现飞行器飞行数据的实时存储。

进一步地,其中,所述惯性测试单元模块设置有减震机构,所述减震机构能有限地削弱飞行过程中的高频振动分量,提高飞行控制系统的稳定性。

更进一步地,其中,所述GPS模块采用双模高精度的GPS定位模块,其接受灵敏度高,定位精确,所述GPS模块采用独立的模块存在,并且,所述GPS模块外部加抗干扰信号屏蔽机构,提高所述GPS模块的接收灵敏度与抗干扰能力。

再进一步地,其中,所述电子调速器模块的控制器与驱动器集成在一起,所述电子调速器模块的控制方式为磁场定向控制,并且,所述电子调速器模块包括多个电子调速器,所述多个电子调速器分别控制一个电机,同时,所述多个电子调速器集成于同一块PCB板上,集成度高。

最后,本实用新型还提供一种飞行器,其特征在于,具有上述的飞行控制系统。

与现有的飞行控制系统相比,本实用新型的飞行控制系统具有如下有益技术效果:

1、本实用新型的飞行控制系统的控制器模块为双核结构,其能实现复杂的数据处理能力,便于实现飞行器的控制。

2、本实用新型的飞行控制系统的各个模块的集成度更高,占用空间小,能实现飞行控制系统的小型化,适于无人机上使用。

3、其具有强大的外界感知能力和对外界感知信息的处理能力,因此,能通过对外界的感知而控制飞行器执行相应的处理动作。

附图说明

图1是本实用新型的飞行控制系统的构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明,实施例的内容不作为对本实用新型的保护范围的限制。

图1示出了本实用新型的飞行控制系统的构成示意图。如图1所示,本实用新型的飞行控制系统包括控制器模块(MCU模块)以及与其通信的惯性测试单元模块(IMU模块)、GPS模块、电子调速器模块(ESC模块)、视觉处理模块、光流蔽障处理模块和云台模块。

所述控制器模块(MCU模块)用于完成飞行数据解析处理和通信控制处理。在本实用新型中,所述控制器模块采用双核结构,包括一个主控制器单元和一个从控制器单元。其中,所述从控制器单元用于实现对所述电子调速器模块的外设操控,减轻所述主控制器单元的工作压力。所述主控制器单元用高速工作主频实现对各种数据的融合处理,也就是实现从其它模块获得的数据的融合处理。由于采用双核结构,其能实现复杂的数据处理能力,便于实现飞行器的控制。

并且,在本实用新型中,所述主控制器单元拥有多种通信接口,实现各种模块的方便接入,且具有更好的兼容性。优选地,所述多种通信接口包括UART,SPI,USB,I2C和CAN等。由于具有不同种类的多种通信结构,这样,各种模块,例如视觉处理模块、云台模块等无论具有哪种类型的通信接口,都能够与所述MCU模块通信连接,使得所述MCU模块的兼容性大大提高。

此外,在本实用新型中,所述控制器模块带有存储设备。所述存储设备用于实现飞行器飞行数据的实时存储。这样,有助于飞行数据的实时存储,便于掌控各种飞行数据,即为飞行器的下次飞行提供参考,也有助于后续的研发。

所述惯性测试单元模块用于实时采集飞行器的姿态、高度和加速度等信息并与所述控制器模块之间进行实时交流,以对飞行器的姿态进行控制。也就是,所述惯性测试单元模块将实时采集到的飞行器的姿态、高度和加速度等信息传输给所述控制器模块,由所述控制器模块进行数据解析处理后发出控制命令,从而实现对飞行器的姿态的控制。

在本实用新型中,优选地,所述惯性测试单元模块设置有减震机构。所述减震机构能有效地削弱飞行过程中的高频振动分量,提高飞行控制系统的稳定性。

优选地,所述GPS模块用于提供地理信息,从而实现定位。也就是,所述GPS模块用于获取地理信息并将所获取的地理信息传输给所述MCU模块,由所述MCU模块根据定位情况进行合适的控制。

在本实用新型中,优选地,所述GPS模块采用双模高精度的GPS定位模块,从而使得其接收灵敏度高,定位精确。更优选地,所述GPS模块采用独立的模块存在。最优选地,所述GPS模块外部加抗干扰信号屏蔽机构。这样,能够提高所述GPS模块的接受灵敏度与抗干扰能力,从而提供更准确的地理信息,实现更准确的定位。

所述电子调速器模块用于对所述控制器模块传来的数据进行解析处理并输出控制电机的信号。

在本实用新型中,优选地,所述电子调速器模块采用高集成的控制方案,也就是,其控制器与驱动器集成在一起,从而能够简化系统,调高可靠性。更优选地,所述电子调速器模块采用FOC控制方案,也就是,其控制方式为磁场定向控制,从而能够提高电机的控制效率和稳定性

而且,在本实用新型中,所述电子调速器模块包括多个电子调速器,例如,图1中的四个电子调速器。所述多个电子调速器分别控制一个电机。优选地,所述多个电子调速器集成于同一块PCB板上。这样,其集成度高,体积小。

所述视觉处理模块用于将图像处理成有效信息后与所述控制器模块之间进行数据交流。也就是,所述视觉处理模块能够对外界感知设备,例如摄像头、相机等获得的图像进行处理,将对外界物体的感知量化成有效信息。同时,将所述有效信息传输给所述MCU模块。所述MCU模块获取所述视觉处理模块发送的有效信息后,执行相应的动作,实现智能操控。

所述光流蔽障处理模块用于采集和处理地面高度和位置等信息并将所采集和处理后的地面高度和位置等信息上传给所述控制器模块。所述MCU模块获取所述地面高度和位置等信息之后,建立三维空间模型,并执行相关的动作,实现飞行器对地面的高精度定位。

所述云台模块用于与所述控制器模块之间进行实时通讯。这样,所述云台模块能够依据所述控制器模块的指令实现对云台的实时控制与监测,完成对云台的各种操作。

此外,在本实用新型中,所述飞行控制系统进一步包括系统电源管理模块。所述系统电源管理模块用于为飞行控制系统的各个模块供电。

在本实用新型中,优选地,所述系统电源管理模块采用多路独立电源供电。这样,能够以减小各个模块之间的电源干扰,使得供电更稳定。更优选地,所述系统电源管理模块采用DC-DC降压加LDO线性稳压供电。这样,能够降低供电电源的纹波,提高飞行控制系统的工作稳定性。

同时,在本实用新型中,所述飞行控制系统可以进一步包括电池管理系统模块(BMS模块)。所述电池管理系统模块(BMS模块)用于采集电源的电压、电流和电量等信息,实现对电源的电压、电流和电量等信息的实时监控,并与所述控制器模块进行数据交流。所述控制器模块获取所述电池管理系统模块的上传信息,也就是电源的电压、电流和电量等,并进行逻辑判断,依据逻辑判断结果执行相应的动作,实现对电源的优化操控。

而且,在本实用新型中,所述飞行控制系统进一步包括WiFi通信模块。所述WiFi通信模块用于实现地面和飞行器之间的通信,从而实现图像与控制信号的实时交流。优选地,所述飞行控制系统进一步包括4G通信模块。所述4G通信模块用于实现地面和飞行器之间的通信,实现超远距离控制。

在本实用新型中,为了便于实现两种通信方式的切换,使得控制终端优先采用所述Wifi通信模块与飞行控制系统建立数据连接;当所述Wifi通信模块的信号强度小于预设阈值时,启用所述4G通信模块与无飞行控制系统建立数据连接。

本实用新型通过在飞行控制系统上设置4G通信模块和Wifi通信模块,并对通信方式的选择优先级进行设置,克服了现有技术中飞行控制系统通信方式单一的问题,实现了飞行控制系统与控制终端的多种通信方式连接,在不同距离、不同环境可自由切换通信方式,有效保障了飞行控制系统与控制终端的通信稳定性和可靠性。

最后,本实用新型提供一种飞行器。所述飞行器具有前述的飞行控制系统。优选地,所述飞行器为无人机。

本实用新型的飞行控制系统能实现复杂的数据处理能力,集成度高,占用空间小,能实现对外界的感知,并进行相关处理后执行相应的处理动作。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例,而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

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