一种无人机及其系统的制作方法

1.本实用新型实施例涉及无人机领域，特别是涉及一种无人机及其系统。


背景技术：

2.随着无人机的普及，在局部空域飞行的无人机数量越来越多，密度越来越高，无人机的安全使用日益受到关注。
3.现有的无人机对于起飞降落的地形有平坦度的要求，针对目前应用固定式底座的无人机为例，若无人机的降落地点的地面凹凸不平，则无人机在降落时边存在侧翻的风险；同样地，若无人机的起飞地点的地面凹凸不平，导致无人机的机身无法保持水平状态，那么在无人机起飞时，则存在着无人机侧翻的风险。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种无人机，该无人机包括：机身、若干个支撑横杠、若干个支撑竖杆、若干个测距模块、电机和飞行控制系统，其中所述若干个支撑横杠的一端分别连接至所述机身；所述若干个支撑竖杆的一端各连接至所述若干个支撑横杆的另一端，所述若干个支撑竖杆的长度受所述电机控制进行调节；所述若干个测距模块分别安装在所述若干个支撑横杠的下方，所述测距模块用于探测对应的支撑竖杠与地面之间的离地间距；所述电机用于控制所述若干个支撑竖杆伸长或缩短；所述飞行控制系统安装在所述机身内，所述飞行控制系统分别连接至所述电机和所述若干个测距模块，所述飞行控制系统在控制所述无人机降落到预设高度节点时，根据所述离地间距发送若干调节指令至所述电机，使所述电机调节所述支撑竖杆的长度以使所述无人机着陆时，所述机身保持水平。
5.在一些实施例中，该无人机还包括：电源模块，所述电源模块被收容在所述机身内，所述电源模块分别连接至所述电机、所述若干个测距模块和所述飞行控制系统，所述电源模块用于为所述电机、所述若干个测距模块和所述飞行控制系统提供电力。
6.在一些实施例中，该无人机还包括：陀螺仪，所述陀螺仪连接至所述飞行控制系统，所述陀螺仪用于获取所述机身的姿态信息，并将所述姿态信息发送至所述飞行控制系统，使得所述飞行控制系统在控制所述无人机降落到预设高度节点时，检查所述机身的姿态信息。
7.在一些实施例中，所述飞行控制系统还用于根据所述若干个测距模块所获取到的所述离地间距中的最小值，获取所述无人机与所述地面之间的第一离地高度。
8.在一些实施例中，该无人机还包括：机身测距模块，所述机身测距模块安装于所述机身底部，所述机身测距模块用于探测所述无人机与所述地面之间的第二离地高度。
9.在一些实施例中，所述测距模块包括毫米波雷达测距单元或/和超声波测距单元；所述机身测距模块包括毫米波雷达测距单元或/和超声波测距单元。
10.在一些实施例中，所述预设高度节点为所述支撑竖杆的最大长度的 1/2。
11.在一些实施例中，所述若干个支撑竖杆均为可控制的伸缩杆。
12.在一些实施例中，所述支撑竖杠、所述支撑横杆和所述测距模块的数目均为4，所述电机为四路步进电机。
13.为解决上述技术问题，本实用新型采用的另一个技术方案是：提供一种无人机系统，该系统包括：如上所述的无人机，以及控制终端，所述控制终端与所述无人机通过无线通信的方式连接，所述控制终端用于发送控制指令至所述无人机的飞行控制系统，使所述飞行控制系统控制所述无人机。
14.本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例能够在无人机降落前检测降落地点的平坦度并根据无人机各支撑竖杆的离地间距，调节个支撑竖杆的长度，使得无人机降落至着陆时保持机身水平，避免无人机降落时由于地面的不平坦导致侧翻。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例的应用环境的示意图；
16.图2是本实用新型实施方式提供的一种无人机的结构示意图；
17.图3是本实用新型实施方式提供的一种多旋翼无人机的结构图；
18.图4是本实用新型实施方式提供的一种固定翼无人机的结构图
19.图5是本实用新型实施方式提供的另一种无人机的结构示意图；
20.图6是本实用新型实施方式提供的一种无人机系统的结构示意图。
具体实施方式
21.为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
22.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
23.图1为本实用新型实施例提供的应用环境。如图1所示，所述应用环境以无人机系统为例，包括无人机10、遥控设备20以及无线网络30。
24.无人机10可以是以任何类型的动力驱动(如电力)的无人飞行载具，包括但不限于四轴无人机、固定翼飞行器以及直升机模型等。在本实施例中以四轴无人机为例进行陈述。无人机10的机身主体上可以搭载有若干不同的功能模块，这些功能模块可以是软件模块、硬件模块或者软件和硬件结合的，用于实现某一项或多项功能的模块化装置。
25.在一些实施例中，无人机10可以包括机身、机臂、动力装置以及飞行控制器。其中，机身是无人机10的主体结构，用于提供足够的空间以容纳一个或者多个部件。其可以根据实际情况需要具有合适的体积以及形状，并由相应的材料制成。
26.机臂是由机身向外延伸的部分，作为螺旋桨等无人机动力装置的安装或者固定结构。机臂可以与机身采用一体成型的结构，也可以以可拆卸连接的形式与机身连接。典型的，在四轴无人机上，机臂可以设置为 4个，沿对角线对称延伸，形成四个螺旋桨的安装位置。
27.动力装置具体可以是采用任何能源类型驱动的，安装固定在机臂末端的安装位置，用于为无人机提供飞行动力的结构装置。例如，通过电机驱动的螺旋桨。动力装置所能提供的动力或者实际采用的结构可以根据实际情况的需要所确定。
28.飞行控制器是内置在机身中的无人机控制核心。其可以是任何类型的，具有合适逻辑判断以及计算能力的电子设备，包括但不限于基于大规模集成电路实现的处理器芯片，一体化的片上系统(soc)以及通过总线连接的处理器和存储介质。
29.遥控设备20可以是任何类型，用以与无人机建立通信连接，控制无人机的装置，例如遥控器。该遥控器可以装配有一种或者多种不同的用户交互装置，基于这些用户交互装置来采集用户指令或者向用户展示和反馈信息，实现用户与无人机之间的交互。
30.这些交互装置包括但不限于：按键、滚轮、显示屏、触摸屏、鼠标、扬声器以及遥杆。例如，遥控设备20可以装配有显示屏，通过该显示屏接收用户对无人机的遥控指令并通过显示屏向用户展示航拍图像，或者是向用户呈现相应的模拟驾驶界面，在模拟驾驶界面上展示一项或者多项飞行参数，如飞行速度、航向或者剩余电量等。
31.在另一些实施例中，该遥控设备20还可以由智能终端实现。该智能终端包括但不限于智能手机、平板电脑、手提电脑以及可穿戴设备等。该智能终端通过运行特定设置的app客户端或者网页端与无人机建立通信连接，实现与无人机之间的数据收发。
32.无线网络30可以是基于任何类型的数据传输原理，用于建立两个节点之间的数据传输信道的无线通信网络。例如，位于不同信号频段的蓝牙网络、wifi网络、无线蜂窝网络或者其结合。无线网络30具体使用的频段或者网络形式由无人机10和遥控设备20采用的通信设备相关。
33.上述着陆检测方法应用于包括若干个长度可调节的支撑竖杆的无人机，无人机的结构如图2所示，在本实施例中，长度可调节的支撑竖杆的数量为4，该无人机包括：
34.机身200、电池模块210、电机220、飞行控制系统230、陀螺仪240、 4个支撑横杠310、4个支撑竖杆320和4个测距模块330，其中，4个支撑横杠310分别安装在机身220两侧，各个支撑横杠310的另一端各连接一个支撑竖杆320，4个测距模块330分别安装在4个支撑横杠310 的下方。4个支撑竖杆320均为可控制的伸缩杆。
35.机身200内设置有用于驱动无人机飞行的动力系统，电源模块210 被收容在机身200内，分别连接至电机220、飞行控制系统230、陀螺仪240和4个测距模块330，用于为电机220、飞行控制系统230、陀螺仪240和4个测距模块330提供电力；
36.测距模块330连接至所述飞行控制系统230，用于探测对应的支撑竖杆320与探测目标之间的距离。在本实施例中，探测目标为地面，即测距模块330用于探测对应的支撑竖杆320的离地间距，并将该数据传输至飞行控制系统230。
37.陀螺仪230连接至所述飞行控制系统230，陀螺仪230是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，在本实施例中，陀螺仪240用于获取无人机当前的姿态信息，并将该姿态信息反馈至飞行控制系统230。
38.电机220分别连接至支撑竖杆320和飞行控制系统230，电机220 用于控制支撑竖杆320伸长或缩短，在本实施例中，电机220为4路步进电机，步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，步进电机包括电机驱动芯片，电机驱动芯片带动步进电机转动，从而带动伸缩杆伸长或缩短，进而达到控制支撑竖杆320伸长或缩短。
39.飞行控制系统230能够稳定无人机飞行姿态，并能控制无人机自主或半自主飞行，是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统。飞行控制系统230分别连接至电机220、陀螺仪240和4个测距模块330。飞行控制系统230通过无线连接的方式与控制终端建立通信连接，飞行控制系统230接收到来自控制终端所发送的降落信号后，控制无人机降落。在无人机降落的过程中，飞行控制系统230控制各个测距模块330持续检测对应的支撑竖杆320的离地间距。以各支撑竖杆320的离地间距中的最小值为无人机的第一离地高度，飞行控制系统230在控制无人机持续降落的过程中，判断第一离地高度是否小于或等于预设高度节点。若第一离地高度小于或等于预设高度节点，则控制无人机悬停，控制陀螺仪240获取无人机当前的姿态信息，由该姿态信息判断无人机的机身200是否水平，若无人机的机身200不水平，则调节机身200使其水平；若此时无人机的机身200水平，则控制各个测距模块330检测对应的支撑竖杆320的离地间距。
40.需要说明的是，支撑竖杆320的离地间距等于测距模块330所探测到的探测距离减去支撑竖杆320的默认长度。默认长度为支撑竖杆不伸长时的长度。
41.以获取到第一离地高度的支撑竖杆320为第一支撑竖杆，保持第一支撑竖杆的长度不变；以除第一支撑竖杆外的其他支撑竖杆的离地间距与第一离地高度之间的差值为调节长度，飞行控制系统230根据调节长度通过串行总线控制电机220中的电机驱动芯片以驱动电机220控制相应的支撑竖杆伸长，使得其他支撑竖杆的离地间距减去调节长度等于离地高度。
42.需要说明的是，本实用新型并不涉及软件程序方面的改进，本实用新型所提供的方案是基于支撑竖杆320以及测距模块330所作出的结构上的改进，使得支撑竖杆320、测距模块330、电机220、飞行控制系统230和陀螺仪240之间协同以完成无人机降落时机身200仍保持水平的功能。
43.还需说明的是，针对飞行控制系统230所起到的作用，如控制各个测距模块330持续检测对应的支撑竖杆320的离地间距、判断第一离地高度是否小于或等于预设高度节点、或若第一离地高度小于或等于预设高度节点，则控制无人机悬停，控制陀螺仪240获取无人机当前的姿态信息等，均为现有飞行控制系统所能实现的功能，而非本实用新型所作出的改进。
44.具体地，上述无人机为多旋翼无人机结构，如图3所示，该多旋翼无人机包括了：机身200、左前支撑横杠311、左前测距模块331、左前电机221、左前支撑竖杆321、右前支撑横杠312、右前测距模块332、右前电机222、右前支撑竖杆322、左后支撑横杠313、左后测距模块 333、左后电机223、左后支撑竖杆323、右后支撑横杠314、右后测距模块334、右后电机224和右后支撑竖杆324。
45.其中，左前支撑横杠311的一端安装在机身200的左侧前端，左前支撑横杠311的另一端安装机翼，并连接至由左前电机221控制伸长以及缩短的左前支撑竖杆321，左前测距模块331安装于左前支撑横杠311 下方。
46.右前支撑横杠312的一端安装在机身200的右侧前端，右前支撑横杠312的另一端安装机翼，并连接至由右前电机222控制伸长以及缩短的右前支撑竖杆322，右前测距模块332安装于右前支撑横杠312下方。
47.左后支撑横杠313的一端安装在机身200的左侧后端，左后支撑横杠313的另一端安装机翼，并连接至由左后电机223控制伸长以及缩短的左后支撑竖杆323，左后测距模块333安装于左后支撑横杠313下方。
48.右后支撑横杠314的一端安装在机身200的右侧后端，右后支撑横杠314的另一端安装机翼，并连接至由右后电机224控制伸长以及缩短的右后支撑竖杆324，右后测距模块334安装于右后支撑横杠314下方。
49.需要说明的是，无人机可以是其他结构，如图4所示，图4为本实用新型实施方式提供的一种固定翼无人机的结构图，改固定翼无人机包括了机身200、左前测距模块335、左前支撑竖杆325、左前电机225、右前测距模块336、右前支撑竖杆326、右前电机226、后测距模块337、后支撑竖杆327和后电机227。
50.其中，由左前电机225控制伸长以及缩短的左前支撑竖杆325安装于机身200底部的前端左侧，左前测距模块335同样安装于机身200底部的前端左侧，左前测距模块335位于左前支撑竖杆325的后方。
51.由右前电机226控制伸长以及缩短的右前支撑竖杆326安装于机身 200底部的前端右侧，右前测距模块336同样安装于机身200底部的前端右侧，右前测距模块336位于右前支撑竖杆326的后方。
52.由后电机227控制伸长以及缩短的后支撑竖杆327安装于机身200 底部的后端，后测距模块337同样安装于机身200底部的后端，后测距模块337位于后支撑竖杆327的前方。
53.上述无人机是以各支撑竖杆320的离地间距中的最小值为无人机的第一离地高度，在另一些实施例中，如图5所示，无人机包括：
54.机身200、电池模块210、电机220、飞行控制系统230、陀螺仪240、 4个支撑横杠310、4个支撑竖杆320、4个测距模块330和机身测距模块340，其中，4个支撑横杠310分别安装在机身220两侧，各个支撑横杠310的另一端各连接一个支撑竖杆320，4个测距模块330分别安装在4个支撑横杠310的下方，机身测距模块340安装于机身220底部。 4个支撑竖杆320均为可控制的伸缩杆。
55.机身200内设置有用于驱动无人机飞行的动力系统，电源模块210 被收容在机身200内，分别连接至电机220、飞行控制系统230、陀螺仪240和4个测距模块330，用于为电机220、飞行控制系统230、陀螺仪240、4个测距模块330和机身测距模块340提供电力；
56.四个测距模块330连接至所述飞行控制系统230，用于探测对应的支撑竖杆320与探测目标之间的距离。在本实施例中，探测目标为地面，即测距模块330用于探测对应的支撑竖杆320的离地间距，并将该数据传输至飞行控制系统230。
57.需要说明的是，支撑竖杆320的离地间距等于测距模块330所探测到的探测距离减去支撑竖杆320的默认长度。默认长度为支撑竖杆不伸长时的长度。
58.陀螺仪230连接至所述飞行控制系统230，陀螺仪230是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，在本实施例中，陀螺仪240用于获取无人机当前的姿态信息，并将该姿态信息反馈至飞行控制系统230。
59.电机220分别连接至支撑竖杆320和飞行控制系统230，电机220 用于控制支撑竖杆320伸长或缩短，在本实施例中，电机220为4路步进电机，步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，步进电机包括电机驱动芯片，电机驱动芯片带动步进电机转动，从而带动伸缩杆伸长或缩短，进而达到控制支撑竖杆320伸长或缩短。
60.飞行控制系统230能够稳定无人机飞行姿态，并能控制无人机自主或半自主飞行，是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统。飞行控制系统230分别连接至电机220、陀螺仪240和4个测距模块330。飞行控制系统230通过无线连接的方式与控制终端建立通信连接，飞行控制系统230接收到来自控制终端所发送的降落信号后，控制无人机降落。
61.在无人机降落的过程中，飞行控制系统230控制安装于支撑竖杆320 上的各个测距模块330持续检测对应的支撑竖杆320的离地间距，以及控制安装于机身220底部的机身测距模块340持续检测机身220底部的离地间距。以机身220底部的离地间距为无人机的第二离地高度，飞行控制系统230在控制无人机持续降落的过程中，判断第二离地高度是否小于或等于预设高度节点。若第二离地高度小于或等于预设高度节点，则控制无人机悬停，控制陀螺仪240获取无人机当前的姿态信息，由该姿态信息判断无人机的机身200是否水平，若无人机的机身200不水平，则调节机身200使其水平；若此时无人机的机身200水平，则控制各个测距模块330检测对应的支撑竖杆320的离地间距。
62.以各支撑竖杆320的离地间距为调节长度，飞行控制系统230根据调节长度通过串行总线控制电机220中的电机驱动芯片以驱动电机220 控制相应的支撑竖杆伸长，使得无人机着陆时机身仍能保持水平。
63.区别于现有技术，本实用新型实施方式能够在降落前检测降落地点的平坦度并根据无人机各支撑竖杆的离地间距，调节个支撑竖杆的长度，使得无人机降落至着陆时保持机身水平，避免无人机降落时由于地面的不平坦导致侧翻。
64.结合上述的无人机，本实用新型还提供了一种基于该无人机系统，其结构示意图如图6所示，包括：
65.控制终端20，以及如上述实施例所说的无人机10。控制终端20通过无线通信的方式与无人机10建立通信，用于发送控制指令至无人机 10中的飞行控制系统230，进而达到控制无人机10的效果。无人机10 的功能在上述实施例中已阐释过，在此不再赘述。
66.需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型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实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型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，均视为本实用新型说明书记载的范围；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实用新型所附权利要求的保护范围。