CN110096065B - 一种四旋翼无人机姿态控制装置 - Google Patents

一种四旋翼无人机姿态控制装置 Download PDF

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Abstract

一种四旋翼无人机姿态控制装置，包括激光信号发射端和激光信号接收端，所述激光信号发射端包括激光发射面板，所述激光发射面板的上端面靠近四个角的位置依次设置有第一激光发射器、第二激光发射器、第三激光发射器和第四激光发射器，所述激光发射面板的上端面正中心设置有定位激光发射器。本发明通过激光信号发射端和激光信号接收端之间的相互配合，即使无人机工作环境恶劣，不易回收停放，无人机操作者也可以采用手持激光信号发射端来引导无人机回收停放，并且，采用多个激光发射器和多个激光接收器之间一一对应关系，按照先准确定位再回收停放的步骤，使得无人机的回收停放更加迅速可靠，进一步提高了无人机工作效率。

Description

一种四旋翼无人机姿态控制装置
技术领域
本发明属于四旋翼无人机自动控制技术领域，具体涉及一种四旋翼无人机姿态控制装置。
背景技术
目前，无人机设备被广泛应用于多个领域，为各领域的数据采集、定点投放、航空拍摄等技术需求做出了巨大贡献，目前无人机设备应用于某些特定的、空间狭小的侦查和勘测任务，比如：考古学中的地下墓室勘测，在悬崖峭壁的地方采集重要信息，地质学中对地下溶洞或裂隙的测算等，这就需要有微型飞行器来实现，并且要具有稳定悬停能力以及灵活的机动性。但是，由于地理条件普遍较差，对无人机的停放非常不利，以至于无人机设备在工作完成时无法快速回收，耽误工作进程、影响工作效率的同时还很容易使得无人机设备在回收停放的过程中损坏。
因此，需要一种既能保证无人机安全可靠回收停放且便于携带的四旋翼无人机姿态控制装置。
发明内容
本发明目的在于提供一种四旋翼无人机姿态控制装置，通过激光信号发射端和激光信号接收端之间的相互配合，即使无人机工作环境恶劣，不易回收停放，无人机操作者也可以采用手持激光信号发射端来引导无人机回收停放，并且，采用多个激光发射器和多个激光接收器之间一一对应关系，按照先准确定位再回收停放的步骤，使得无人机的回收停放更加迅速可靠，进一步提高了无人机工作效率。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种四旋翼无人机姿态控制装置，包括激光信号发射端和激光信号接收端，所述激光信号发射端包括激光发射面板，所述激光发射面板的上端面靠近四个角的位置依次设置有第一激光发射器、第二激光发射器、第三激光发射器和第四激光发射器，所述激光发射面板的上端面正中心设置有定位激光发射器；所述激光信号接收端包括激光接收面板，所述激光接收面板设置在无人机外壳上，所述激光接收面板的正中心设置有定位激光接收器，第一激光接收器设置在第一飞行臂上，第二激光接收器设置在第二飞行臂上，第三激光接收器设置在第三飞行臂上，第四激光接收器设置在第四飞行臂上；其中，定位激光发射器与定位激光接收器适配，第一激光发射器、第二激光发射器、第三激光发射器和第四激光发射器分别与第一激光接收器、第二激光接收器、第三激光接收器和第四激光接收器适配；
还包括设置在无人机上的飞行控制器、测距仪、第一调速器、第二调速器、第三调速器、第四调速器、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机，其中，所述飞行控制器分别与测距仪、第一调速器、第二调速器、第三调速器、第四调速器、定位激光接收器、第一激光接收器、第二激光接收器、第三激光接收器和第四激光接收器连接，所述第一调速器与所述第一电机连接，所述第二调速器与所述第二电机连接，所述第三调速器与所述第三电机连接，所述第四调速器与所述第四电机连接；
所述测距仪检测到无人机与激光信号发射端之间的距离为阈值距离时，飞行控制器控制无人机保持悬停状态；若定位激光接收器接收到定位激光发射器的激光信号，则飞行控制器控制无人机进行旋转，直至第一激光接收器、第二激光接收器、第三激光接收器和第四激光接收器分别同时接收到第一激光发射器、第二激光发射器、第三激光发射器和第四激光发射器的激光信号，然后无人机进行回收停放；若定位激光接收器没有接收到定位激光发射器的激光信号，则飞行控制器控制无人机在其悬停的平面内移动，直至定位激光接收器接收到定位激光发射器的激光信号。
进一步的，所述激光发射面板下端面两侧分别设置有第一把手和第二把手。
进一步的，所述激光发射面板上端面的四个角上依次设置有第一降落槽、第二降落槽、第三降落槽和第四降落槽，且所述第一降落槽、第二降落槽、第三降落槽和第四降落槽中均设置有锁紧器；所述锁紧器用于当无人机的四个降落架分别停放至第一降落槽、第二降落槽、第三降落槽和第四降落槽中时，将无人机的四个降落架锁紧固定。
进一步的，所述激光发射面板下端面的中心位置设置有柔性拉环。
进一步的，所述激光发射面板上设置有锁紧检测器，所述锁紧检测器包括分别设置在第一降落槽、第二降落槽、第三降落槽和第四降落槽的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器，所述锁紧检测器还包括继电器和报警器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、继电器和报警器依次串联。
进一步的，所述报警器包括扬声器声音报警电路和LED闪光灯报警电路。
进一步的，所述测距仪采用红外测距仪。
进一步的，所述第一激光发射器、第二激光发射器、第三激光发射器、第四激光发射器和定位激光发射器均采用对人体无害的红光激光器。
本发明的有益技术效果是：通过激光信号发射端和激光信号接收端之间的相互配合，即使无人机工作环境恶劣，不易回收停放，无人机操作者也可以采用手持激光信号发射端来引导无人机回收停放，并且，采用多个激光发射器和多个激光接收器之间一一对应关系，按照先准确定位再回收停放的步骤，使得无人机的回收停放更加迅速可靠，进一步提高了无人机工作效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的激光信号接收端的结构示意图。
图3为本发明的激光信号发射端的俯视图。
图4为本发明的激光信号发射端的正视图。
其中，激光接收面板1
定位激光接收器2
第一激光接收器3
第二激光接收器4
第三激光接收器5
第四激光接收器6
第一飞行臂7
第二飞行臂8
第三飞行臂9
第四飞行臂10
激光发射面板11
定位激光发射器12
第二激光发射器14
第三激光发射器15
第四激光发射器16
第一降落槽18
第二降落槽19
第三降落槽20
第一把手21
第二把手22
柔性拉环23。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1～4，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1-图4所示，一种四旋翼无人机姿态控制装置，包括激光信号发射端和激光信号接收端，所述激光信号发射端包括激光发射面板11，激光发射面板11设置为正方形，所述激光发射面板11的上端面靠近四个角的位置依次设置有第一激光发射器13、第二激光发射器14、第三激光发射器15和第四激光发射器16，所述激光发射面板11的上端面正中心设置有定位激光发射器12；所述激光信号接收端包括激光接收面板1，所述激光接收面板1设置在无人机外壳上，所述激光接收面板1的正中心设置有定位激光接收器2，第一激光接收器3设置在第一飞行臂7上，第二激光接收器4设置在第二飞行臂8上，第三激光接收器5设置在第三飞行臂9上，第四激光接收器6设置在第四飞行臂10上；其中，定位激光发射器12与定位激光接收器2适配，第一激光发射器13、第二激光发射器14、第三激光发射器15和第四激光发射器16分别与第一激光接收器3、第二激光接收器4、第三激光接收器5和第四激光接收器6适配；
还包括设置在无人机上的飞行控制器、测距仪、第一调速器、第二调速器、第三调速器、第四调速器、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机，其中，所述飞行控制器分别与测距仪、第一调速器、第二调速器、第三调速器、第四调速器、定位激光接收器2、第一激光接收器3、第二激光接收器4、第三激光接收器5和第四激光接收器6连接，所述第一调速器与所述第一电机连接，所述第二调速器与所述第二电机连接，所述第三调速器与所述第三电机连接，所述第四调速器与所述第四电机连接；
所述测距仪检测到无人机与激光信号发射端之间的距离为阈值距离时，飞行控制器控制无人机保持悬停状态；若定位激光接收器2接收到定位激光发射器12的激光信号，则飞行控制器控制无人机进行旋转，直至第一激光接收器3、第二激光接收器4、第三激光接收器5和第四激光接收器6分别同时接收到第一激光发射器13、第二激光发射器14、第三激光发射器15和第四激光发射器16的激光信号，然后无人机进行回收停放；若定位激光接收器2没有接收到定位激光发射器12的激光信号，则飞行控制器控制无人机在其悬停的平面内移动，直至定位激光接收器2接收到定位激光发射器12的激光信号。
在本实施例中进一步的，所述激光发射面板11下端面两侧分别设置有第一把手21和第二把手22。
本实施例的工作原理简述：无人机操作者双手分别握住第一把手21和第二把手22，并将定位激光发射器12、第一激光发射器13、第二激光发射器14、第三激光发射器15和第四激光发射器16开启；首先，测距仪负责检测无人机与激光信号发射端之间的距离，当该距离为无人机回收停放的阈值距离时，飞行控制器控制第一调速器、第二调速器、第三调速器、第四调速器、第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，使无人机处于悬停状态；然后飞行控制器判断定位激光接收器2是否有接收到定位激光发射器12的激光信号，若判断已接收到，则则飞行控制器控制无人机进行旋转，直至第一激光接收器3、第二激光接收器4、第三激光接收器5和第四激光接收器6分别同时接收到第一激光发射器13、第二激光发射器14、第三激光发射器15和第四激光发射器16的激光信号，然后无人机进行回收停放，若定位激光接收器2没有接收到定位激光发射器12的激光信号，则飞行控制器控制无人机在其悬停的平面内移动，直至定位激光接收器2接收到定位激光发射器12的激光信号，再进行无人机回收停放。
实施例2：
在实施例1的基础上进一步的，所述激光发射面板11上端面的四个角上依次设置有第一降落槽18、第二降落槽19、第三降落槽20和第四降落槽17，且所述第一降落槽18、第二降落槽19、第三降落槽20和第四降落槽17中均设置有锁紧器；所述锁紧器用于当无人机的四个降落架分别停放至第一降落槽18、第二降落槽19、第三降落槽20和第四降落槽17中时，将无人机的四个降落架锁紧固定。
进一步的，所述激光发射面板11下端面的中心位置设置有柔性拉环23。
在本实施例中进一步的，所述激光发射面板11上设置有锁紧检测器，所述锁紧检测器包括分别设置在第一降落槽18、第二降落槽19、第三降落槽20和第四降落槽17的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器，所述锁紧检测器还包括继电器和报警器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、继电器和报警器依次串联，当且仅当第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器均检测到压力信号时，继电器才接收到高电平导通，进而启动报警器，提示无人机操作者锁紧器已经锁紧完毕，无人机操作者可利用柔性拉环23将无人机倒置提挂携带。
在本实施例中进一步的，所述报警器包括扬声器声音报警电路和LED闪光灯报警电路。
在本实施例中进一步的，所述测距仪采用红外测距仪。
在本实施例中进一步的，所述第一激光发射器13、第二激光发射器14、第三激光发射器15、第四激光发射器16和定位激光发射器12均采用对人体无害的红光激光器。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种四旋翼无人机姿态控制装置，其特征在于，包括激光信号发射端和激光信号接收端，所述激光信号发射端包括激光发射面板(11)，所述激光发射面板(11)的上端面靠近四个角的位置依次设置有第一激光发射器(13)、第二激光发射器(14)、第三激光发射器(15)和第四激光发射器(16)，所述激光发射面板(11)的上端面正中心设置有定位激光发射器(12)；所述激光信号接收端包括激光接收面板(1)，所述激光接收面板(1)设置在无人机外壳上，所述激光接收面板(1)的正中心设置有定位激光接收器(2)，第一激光接收器(3)设置在第一飞行臂(7)上，第二激光接收器(4)设置在第二飞行臂(8)上，第三激光接收器(5)设置在第三飞行臂(9)上，第四激光接收器(6)设置在第四飞行臂(10)上；其中，定位激光发射器(12)与定位激光接收器(2)适配，第一激光发射器(13)、第二激光发射器(14)、第三激光发射器(15)和第四激光发射器(16)分别与第一激光接收器(3)、第二激光接收器(4)、第三激光接收器(5)和第四激光接收器(6)适配；
还包括设置在无人机上的飞行控制器、测距仪、第一调速器、第二调速器、第三调速器、第四调速器、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机，其中，所述飞行控制器分别与测距仪、第一调速器、第二调速器、第三调速器、第四调速器、定位激光接收器(2)、第一激光接收器(3)、第二激光接收器(4)、第三激光接收器(5)和第四激光接收器(6)连接，所述第一调速器与所述第一电机连接，所述第二调速器与所述第二电机连接，所述第三调速器与所述第三电机连接，所述第四调速器与所述第四电机连接；
所述测距仪检测到无人机与激光信号发射端之间的距离为阈值距离时，飞行控制器控制无人机保持悬停状态；若定位激光接收器(2)接收到定位激光发射器(12)的激光信号，则飞行控制器控制无人机进行旋转，直至第一激光接收器(3)、第二激光接收器(4)、第三激光接收器(5)和第四激光接收器(6)分别同时接收到第一激光发射器(13)、第二激光发射器(14)、第三激光发射器(15)和第四激光发射器(16)的激光信号，然后无人机进行回收停放；若定位激光接收器(2)没有接收到定位激光发射器(12)的激光信号，则飞行控制器控制无人机在其悬停的平面内移动，直至定位激光接收器(2)接收到定位激光发射器(12)的激光信号。
2.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机姿态控制装置，其特征在于，所述激光发射面板(11)下端面两侧分别设置有第一把手(21)和第二把手(22)。
3.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机姿态控制装置，其特征在于，所述激光发射面板(11)上端面的四个角上依次设置有第一降落槽(18)、第二降落槽(19)、第三降落槽(20)和第四降落槽(17)，且所述第一降落槽(18)、第二降落槽(19)、第三降落槽(20)和第四降落槽(17)中均设置有锁紧器；所述锁紧器用于当无人机的四个降落架分别停放至第一降落槽(18)、第二降落槽(19)、第三降落槽(20)和第四降落槽(17)中时，将无人机的四个降落架锁紧固定。
4.根据权利要求3所述的一种四旋翼无人机姿态控制装置，其特征在于，所述激光发射面板(11)下端面的中心位置设置有柔性拉环(23)。
5.根据权利要求3所述的一种四旋翼无人机姿态控制装置，其特征在于，所述激光发射面板(11)上设置有锁紧检测器，所述锁紧检测器包括分别设置在第一降落槽(18)、第二降落槽(19)、第三降落槽(20)和第四降落槽(17)的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器，所述锁紧检测器还包括继电器和报警器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、继电器和报警器依次串联。
6.根据权利要求5所述的一种四旋翼无人机姿态控制装置，其特征在于，所述报警器包括扬声器声音报警电路和LED闪光灯报警电路。
7.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机姿态控制装置，其特征在于，所述测距仪采用红外测距仪。
8.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人机姿态控制装置，其特征在于，所述第一激光发射器(13)、第二激光发射器(14)、第三激光发射器(15)、第四激光发射器(16)和定位激光发射器(12)均采用对人体无害的红光激光器。
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