基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机的制作方法

文档序号:10157726阅读:669来源:国知局
基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及多旋翼无人机的控制技术领域,尤其涉及一种基于双余度姿态传 感器的六旋翼无人机。
【背景技术】
[0002] 小型六旋翼无人机以其灵活简便的操控性、、优越的低速飞行性能、简易的机体结 构,可实现垂直起降和定点悬停等优点而得到广泛的使用,并成为无人机领域研究的热点。
[0003] 目前多旋翼无人机的惯导模块(航姿传感器)多采用单模块设计。而惯导模块是 多旋翼无人机飞行的核心部分,此模块出现问题,多旋翼无人机无法正常飞行,导致多旋翼 无人机的可靠性与安全性降低。多旋翼无人机由于姿态传感器安装的位置或重心等问题, 导致配平点姿态不为0,在遥控器不打杆的情况下会向某个方向漂移。多旋翼无人机在电池 电量低的情况,高度控制不稳,容易掉高。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是针对【背景技术】中所涉及到的缺陷,提供一种基 于双余度姿态传感器的六旋翼无人机,提高了多旋翼无人机的可靠性与安全性,解决了由 于动力电池电量不足而高度控制不稳、掉高问题,并减弱了六旋翼无人在手动模式下的漂 移。
[0005] 本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0006] 基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机,包含机载部分和地面站部分;
[0007] 所述机载部分包含机架、六个飞行机构、飞行控制单元、传感器模块、机载无线数 传模块、电源模块和遥控接收机;
[0008] 所述六个飞行机构设置在所述机架的六个机臂的端点上;
[0009] 所述飞行机构包含依次相连的桨叶、电机和电子调速器,且电子调速器通过PWM 输出驱动电路与所述飞行控制单元相连;
[0010] 所述传感器模块包含MTI姿态传感器、六轴姿态传感器、三轴磁场传感器和气压 计;
[0011] 所述飞行控制单元分别和MTI姿态传感器、六轴姿态传感器、三轴磁场传感器、气 压计、机载无线数传模块、电源模块、遥控接收机相连;
[0012] 所述地面站部分包含控制模块、地面无线数传模块和遥控器。
[0013] 作为本实用新型基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机进一步的优化方案,所述 遥控器采用2. 4GHz的FUTABA遥控器。
[0014] 作为本实用新型基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机进一步的优化方案,所述 机载无线数传模块、地面无线数传模块采用3DRRadioTelemetry数传模块,传输频率为 915MHz〇
[0015] 作为本实用新型基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机进一步的优化方案,所述 飞行控制单元采用STM32F407单片机。
[0016] 作为本实用新型基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机进一步的优化方案,所述 MTI姿态传感器采用的是XSENS公司的MTI-300。
[0017] 作为本实用新型基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机进一步的优化方案,所述 六轴姿态传感器选用美国Invensense公司生产的MPU-6000。
[0018] 作为本实用新型基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机进一步的优化方案,所述 三轴磁场传感器采用的是Honeywell公司的HMC5883L。
[0019] 作为本实用新型基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机进一步的优化方案,所述 气压计采用由MEAS推出的新一代高分辨率气压传感器MS5611。
[0020] 作为本实用新型基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机进一步的优化方案,所述 电源模块采用l〇〇〇〇mAh、25C、22. 2V锂电池。
[0021] 该六旋翼无人机案子以下步骤进行控制:
[0022] 步骤1),进行初始化,并关闭电机;
[0023]步骤2),读取遥控器接收机各个通道的信息、传感器模块中各个传感器的信息、以 及地面站部分上传的姿态配平控制量;
[0024]步骤3),判断飞机的飞行模式为手动增稳飞行模式还是定高模式,若为手动增稳 飞行模式,转向步骤4);若为定高模式,转向步骤5);
[0025]步骤4),根据遥控器油门通道的控制量直接输出油门调节量,转向步骤6);
[0026]步骤5),运行高度保持控制_
,计算 出油门调节量Αδτ,其中Aeh、Ae"分别为期望高度与当前高度之间的高度误差、期望速 度与当前速度之间的速度误差;kph、kp"、1^"和%是控制参数,分别为高度误差的放大系 数、速度误差的放大系数、速度误差的积分的系数和速度误差的微分系数;
[0027] 步骤6),姿态解算,根据以下姿态控制律运算,计算出滚转、俯仰、航向三个通道的 姿态调节量:
[0028] 俯仰通道控制律气+气其中Aee、.^分别为期望俯 仰角和当前俯仰角之间的俯仰角误差和期望俯仰角速率和当前俯仰角速率之间的俯仰角 速率误差;kpe、^ 气和4分别为俯仰角位移放大系数、俯仰角速率的放大系数、俯仰角 速率误差积分的系数和俯仰角速率误差微分的系数。
[0029] 滚转通道控制律:&^ 其中λe<1)、%分别为期望滚 转角和当前滚转角之间的滚转角误差和期望滚转角速率和当前滚转角速率之间的滚转角 速率误差;\\、气和^分别为滚转角位移放大系数、滚转角速率的放大系数、滚转 角速率误差积分的系数和滚转角速率误差微分的系数。
[0030] 航向通道控制律:~j*Aev/ + ~ 其中Δeφ、% 分 别为期望航向角和当前航向角之间的航向角误差、期望航向角速率和当前航向角速率之间 的航向角速率误差、期望角速率;kpi、、%和分别为航向角位移放大系数、航向角速 率的放大系数、航向角速率误差积分的系数和航向角速率误差微分的系数;
[0031] 步骤7),滚转、俯仰、航向、油门四个通道的输出相耦合,计算出各个电机的输出 PWM,实现各个电机转速的控制,转向步骤2)。
[0032] 本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
[0033] 1.采用航姿传感器双余度,提高六旋翼无人机飞行的可靠性与安全性;
[0034] 2.在高度保持中融合电池的电量,可保证六旋翼无人机在电池电量低的情况下, 依然能够高度保持,有效的解决在低电状态下,高度不稳的问题;
[0035] 3.通过地面站上传俯仰通道和滚装通道的配平点控制量,减弱六旋翼无人在手动 丰旲式下的漂移,可提尚后续定点和自动飞彳丁控制的品质。
【附图说明】
[0036] 图1为本实用新型软件控制流程框图;
[0037] 图2为本实用新型飞行控制系统硬件结构框图;
[0038] 图3为本实用新型六旋翼无人机俯仰通道控制框图;
[0039] 图4为本实用新型六旋翼无人机航向通道控制框图;
[0040] 图5为本实用新型六旋翼无人机高度控制框图;
[0041] 图6为本实用新型俯仰通道跟踪曲线;
[0042] 图7为本实用新型高度保持曲线。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明:
[0044] 本实用新型公开了一种基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机,包含机载部分和 地面站部分;
[0045] 所述机载部分包含机架、六个飞行机构、飞行控制单元、传感器模块、机载无线数 传模块、电源模块和遥控接收机;
[0046] 所述六个飞行机构设置在所述机架的六个机臂的端点上;
[0047] 所述飞行机构包含依次相连的桨叶、电机和电子调速器,且电子调速器通过PWM 输出驱动电路与所述飞行控制单元相连;
[0048] 所述传感器模块包含MTI姿态传感器、六轴姿态传感器、三轴磁场传感器和气压 计;
[0049] 所述飞行控制单元分别和MTI姿态传感器、六轴姿态传感器、三轴磁场传感器、气 压计、机载无线数传模块、电源模块、遥控接收机相连;
[0050] 所述地面站部分包含控制模块、地面无线数传模块和遥控器。
[0051] 本实用新型采用"X型"六旋翼无人机机架结构,其飞行轨迹及飞行姿态均由六个 桨叶及电机的转动实现:当六个旋翼的转速同时增大(减小)时,飞机水平上升(下降); 当前侧两个旋翼转速大于(小于)后侧两个旋翼转速时,飞机后仰(前俯);当左侧三个
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1