一种具有航拍与抛投功能的多旋翼智能飞行器的制作方法

本实用新型属于飞行器研究技术领域，具体涉及一种具有航拍与抛投功能的多旋翼智能飞行器。

背景技术：

随着MEMS传感器、电机、单片机和电池技术的发展和普及，四旋翼飞行器成为航模界的新锐力量。四旋翼飞行器与固定翼飞行器相比，具有结构简单、易于控制、垂直起降、低成本和高稳定性，能快速、灵活地在各个方向进行机动等特点。因此在军用和民用领域具有广泛的应用前景，如军事打击、公安追捕、农林业调查、灾害搜救、输电线巡查、航模玩具、广告宣传航拍等。

现有的各类四旋翼飞行器，普遍只具有航拍功能，并且，四旋翼飞行器的机体与摄像头刚性连接，具有以下不足：由于四旋翼飞行器在飞行过程中所产生的震动较大，因此，一方面，直接降低了摄像头的摄像质量，另一方面，飞行器本体和摄像头之间的刚性连接部位受力较大，易导致飞行器本体受损，降低了飞行器使用寿命。如何有效解决上述问题，是目前迫切需要解决的事情。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种具有航拍与抛投功能的多旋翼智能飞行器，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种具有航拍与抛投功能的多旋翼智能飞行器，包括飞行器本体(8)、航拍子系统以及抛投子系统；所述航拍子系统以及所述抛投子系统均搭建于所述飞行器本体上；

其中，所述航拍子系统包括：固定壳体(1)，所述固定壳体(1)为封闭壳体，具有中空的腔体；所述固定壳体(1)固定安装于飞行器本体的底部；所述固定壳体(1)的底部开设有通孔；支撑杆(2)的顶端穿过所述通孔而延伸到所述腔体的内部，所述支撑杆(2)的顶端固定安装有横杆(3)，所述横杆(3)的左右两端各下分别固定安装有第1弹簧(4)和第2弹簧(5)；所述第1弹簧(4) 和所述第2弹簧(5)竖直设置，其底部与所述固定壳体(1)的内壁对应位置固定；所述支撑杆(2)的底部可转动安装有航拍支架(6)，所述航拍支架(6)上固定安装航拍装置(7)；

所述抛投子系统包括：抛投舵机(9)、抛投固定座体(10)和摆臂(11)；所述飞行器本体(8)的内腔底部开设有抛投孔；所述抛投孔采用可左右移动的滑盖覆盖；所述飞行器本体(8)的内腔且位于所述抛投孔的上方，固定安装所述抛投固定座体(10)；所述抛投固定座体(10)设置有左右对称的左支座(10.1)和右支座(10.2)；所述左支座(10.1)和所述右支座(10.2)对称开设有左销孔和右销孔；所述摆臂(11)的一端与所述抛投舵机(9)的输出端连接；所述摆臂(11)的另一端穿过所述右销孔后插入到所述左销孔中，所述抛投舵机(9)通过驱动所述摆臂(11)进行左右摆动，实现抛投功能。

优选的，还包括俯仰调节电机和水平转动电机；所述俯仰调节电机的输出端与所述航拍支架(6)连接；所述水平转动电机的输出端与所述航拍支架(6)连接。

优选的，所述航拍装置(7)为航拍摄像机。

优选的，对于所述航拍子系统，还包括航拍控制芯片、风速检测传感器和亮度检测传感器；所述航拍控制芯片分别与所述俯仰调节电机、所述水平转动电机、所述航拍摄像机、所述风速检测传感器和所述亮度检测传感器连接。

优选的，所述飞行器本体(8)设置有电源；所述电源分别与所述航拍子系统以及所述抛投子系统连接。

本实用新型提供的一种具有航拍与抛投功能的多旋翼智能飞行器具有以下优点：

由于实现了航拍装置和飞行器本体之间的柔性连接，一方面，降低机体震动对摄像头的不利影响，保证了摄像头的摄像质量；另一方面，也避免了传统方案具有的连接部位受力较大的问题，从而延长了飞行器使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型提供的航拍子系统的结构示意图；

图2为本实用新型提供的抛投子系统的结构示意图；

图3为本实用新型提供的飞行器本体的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种具有航拍与抛投功能的多旋翼智能飞行器，包括飞行器本体8、航拍子系统以及抛投子系统；航拍子系统以及抛投子系统均搭建于飞行器本体上，因此，飞行器本体同时具有航拍和抛投两种功能，扩大了飞行器本体的功能性，满足人们不同使用需求，下面分别对航拍子系统以及抛投子系统进行详细介绍：

(一)航拍子系统

参考图1，航拍子系统包括：固定壳体1，固定壳体1为封闭壳体，具有中空的腔体；固定壳体1固定安装于飞行器本体的底部；固定壳体1的底部开设有通孔；支撑杆2的顶端穿过通孔而延伸到腔体的内部，支撑杆2的顶端固定安装有横杆3，横杆3的左右两端各下分别固定安装有第1弹簧4和第2弹簧5；第1弹簧4和第2弹簧5竖直设置，其底部与固定壳体1的内壁对应位置固定；支撑杆2的底部可转动安装有航拍支架6，航拍支架6上固定安装航拍装置7。

通过加装第1弹簧4和第2弹簧5，实现减震作用，从而实现了支撑杆和飞行器本体之间的柔性连接，进而实现了航拍装置和飞行器本体之间的柔性连接，所以，四旋翼飞行器在飞行过程中，当受到气流扰动时，第1弹簧4和第2弹簧5给支撑杆一定的运动余量，降低机体震动对摄像头的不利影响，保证了摄像头的摄像质量；而由于实现了航拍装置和飞行器本体之间的柔性连接，也避免了传统方案具有的连接部位受力较大的问题，从而延长了飞行器使用寿命。

另外，航拍子系统还包括俯仰调节电机和水平转动电机；俯仰调节电机的输出端与航拍支架6连接，用于调节航拍支架的俯仰角度；水平转动电机的输出端与航拍支架6连接，用于实现航拍支架的水平转动，进而调节航拍支架的水平角度。

对于航拍子系统，还包括航拍控制芯片、风速检测传感器和亮度检测传感 器；航拍控制芯片分别与俯仰调节电机、水平转动电机、航拍摄像机、风速检测传感器和亮度检测传感器连接。因此，在飞行器飞行过程中，风速检测传感器和亮度检测传感器实时检测飞行器附近的风速值和亮度值，根据风速值可更为精确的控制俯仰调节电机和水平转动电机，实现对拍摄目标的精准定位；而通过亮度值可控制航拍摄像机的爆光度，提高拍摄质量。

对于航拍装置，采用图像传感器实现。视觉图像，图像传感器也同时是四旋翼飞行器的“眼睛”，用于接收视觉信号，并通过无线NFR24L01模块将采集的图像回传到FPV第一视角，方便飞行控制与图像的截取，NFR24L01是一个2.4G频率的射频电路发射。

图像传感器采用OV5640，它是OV(OmniVision)公司生产的一颗1/4寸的CMOS QSXGA(2592*1944)图像传感器，提供了一个完整的500W像素摄像头解决方案，并且集成了自动对焦(AF)功能，具有非常高的性价比。该传感器体积小、工作电压低，提供单片QSXGA摄像头和影像处理器的所有功能。通过SCCB总线控制，可以输出整帧、子采样、缩放和取窗口等方式的各种分辨率8/10位影像数据。该产品QSXGA图像最高达到15帧/秒(1080P图像可达30帧，720P图像可达60帧，QVGA分辨率时可达120帧)。用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、对比度、色度等都可以通过SCCB接口编程。图像传感器应用独有的传感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、拖尾、浮散等，提高图像质量，得到清晰稳定的彩色图像。

OV5640的特点主要有：

采用1.4μm*1.4μm像素大小，并且使用OmniBSI技术以达到更高性能(高灵敏度、低串扰和低噪声)。

自动图像控制功能：自动曝光(AEC)、自动白平衡(AWB)、自动消除灯光条纹、自动黑电平校准(ABLC)和自动带通滤波器(ABF)等。

支持图像质量控制：色饱和度调节、色调调节、gamma校准、锐度和镜头校准等。

标准的SCCB接口，兼容IIC接口。

支持RawRGB、RGB(RGB565/RGB555/RGB444)、CCIR656、YUV(422/420)、YCbCr(422)和压缩图像(JPEG)输出格式。

支持QSXGA(500W)图像尺寸输出，以及按比例缩小到其他任何尺寸。

支持闪光灯。

支持图像缩放、平移和窗口设置。

支持图像压缩，即可输出JPEG图像数据。

支持数字视频接口(DVP)和MIPI接口。

支持自动对焦。

自带嵌入式微处理器

(二)抛投子系统

抛投子系统包括：抛投舵机9、抛投固定座体10和摆臂11；飞行器本体8的内腔底部开设有抛投孔；抛投孔采用可左右移动的滑盖覆盖；飞行器本体8的内腔且位于抛投孔的上方，固定安装抛投固定座体10；抛投固定座体10设置有左右对称的左支座10.1和右支座10.2；左支座10.1和右支座10.2对称开设有左销孔和右销孔；摆臂11的一端与抛投舵机9的输出端连接；摆臂11的另一端穿过右销孔后插入到左销孔中，抛投舵机9通过驱动摆臂11进行左右摆动，实现抛投功能。

实际使用时，当不需要抛投功能时，抛投孔通过滑盖封闭；当需要抛投功能时，首先采用电动方式打开滑盖，露出抛投孔；抛绳的顶部套于驱动摆臂上；驱动抛投舵机工作，抛投舵机带动摆臂从左向右移动，从而使摆臂的左端脱离左销孔，在摆臂移动过程中，抛绳的顶部脱离摆臂，实现抛投功能。

抛投舵机由Futaba s3003舵机改装完成，抛投舵机主要由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路等组成，改装后的舵机由遥控器一个通道控制开与关，可挂载3-4KG货物，可实现对物品的定点投放。

(三)飞行器本体

如图3所示，为飞行器本体的结构图，采用STM32F4作为核心处理器，该处理器内核架构ARM Cortex-M4具有高性能、低成本、低功耗等特点。

主控板包括传感器MPU9250、电路模块、无线NFR24L01模块、电机启动模块，电源管理模块等；遥控使用商品遥控及接收机。控制芯片通过串口接收接 收机的SBUS命令信号，传感器与控制芯片之间采用SPI总线连接，MCU与电调之间用PWM传递控制信号。

飞行器本体配置射频收发系统、电源系统、运动执行模块和导航模块。

(3.1)射频收发系统

射频收发系统用于将采集到的视频实时的通过射频无线收发。射频的频道采用的是2.4G，2.4GHz是一个开放的频段，其采用的是SPI接口，可实现数据的高速传输，模块的功耗小，安全可靠。最后将信号进行处理，存储到可移动存储设备中如SD卡或U盘。

NFR24L01无线发射模块的基本参数

参数(条件)数值/单位

使用电压 3-3.6v(推荐3.3v V

最大输出功率 +20dBm

发射模式工作电流(峰值) 115MA

接收模式工作电流(峰值) 45MA

掉电模式电流 4.2UA

工作温度 -20℃

接收灵度2Mbps模式-92dBm

接收灵度1Mbps模式-95dBm

接收灵度250Kbps模式-104dBm

PA增益 20dB

LNA增益 10dB

LNA嗓音系数 2.6dB

天线增益(峰值) 2Dbi

2MB速率下(空阔地) 520m

(3.2)电源系统

整个飞控板的电源系统支持输入电流大，输出电流大，电压稳定，安全可靠，通过调节输出电阻，即可实现电压的输出配置，板载设计方便。同时在输入电压端，根据分压电阻，方便将整个系统的电压采到地面站，方便判断。

该模块主要电气特性：

1、输入电压：7到36V

2、输出电压：2.5到12.6V

3、最大输出电流：3A

4、功率：45W

5、压差：1V

上述电源系统的电压稳定，电流较大，可以做为下一级3.3V电源的输入，本设计直接采用了线性LDO LD1117芯片，将电压从5V降到3.3V，实现对飞控MCU和其他外设的供电，LD1117压差小，输出稳定，安全可靠。在工业控制领域中有广泛的应用。

(3.3)运动执行模块

运动执行模块由四旋翼飞行控制器和直流无刷电机电子调速器以及直流无刷电机。STM32F103C8T6作为直流无刷电机电子调速器的控制器，四旋翼四个臂的均由一个单独的电调控制电机的转速，控制信号由四旋翼飞行器的主控板通过算法计算得出并通过PWM传给各个电调的控制芯片，本设计的执行机构采用直流无刷电机，一种典型的机电一体化产品，可替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速，适用于那些需要大力矩高功率的动力系统。

(3.4)导航模块

导航功能由GPS导航系统和HMC5883L磁罗盘构成，GPS采用UBLOX M8N模块，该模块同时支持北斗，可以方便后期的开发，该模块主要有以下优势，方便使用。

该模块的技术参数如下：

工作电压：DC5V

搜星时间：20秒

搜星数量：视环境，最多有26个

精度：0.9米左右

重量：30g

连接：罗盘4针/GPS

LED：搜到星后亮灯闪烁

在该GPS模块的作用下实现精准定位悬停即插即用，提供精准定位、自动返航、智能方向控制等功能。同时在GPS模式下，可以锁定经纬度和高度精确悬停，哪怕在风力较大的情况，也同样可以在很小范围内稳定悬停。在该模块的支持下，四旋翼飞行器可以实现点到点的规划路径移动，实现较强的导航功能。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。