CN113772081B - 一种高性能无人机舵机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高性能无人机舵机，属于无人机技术领域。所述高性能无人机舵机包括：第一采集模块，用于在监测到无人机上电时，获取无人机舵机的当前角度值；调平模块，用于根据所述当前角度值，控制无人机舵机内部基准电路产生第一脉冲宽度的PWM信号；第二采集模块，用于获取无人机飞行时无人机遥控的遥杆内部环形滑动变阻器的电压值和电流值；飞行控制模块，用于根据所述电压值和电流值，通过无人机的摇杆控制的***向无人机控制***发送第二脉冲宽度的PWM信号；异常监控模块，用于根据无人机舵机的角度转动偏差值判断无人机舵机是否转动异常，并在异常时控制所述无人机降落。本发明能够提高所述无人机的安全性以及可靠性。

Description

一种高性能无人机舵机
技术领域
本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种高性能无人机舵机。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称，与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。由于无人驾驶飞机对未来空战有着重要的意义，世界各主要军事国家都在加紧进行无人驾驶飞机的研制工作。在民用方面，目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用。
目前，无人机基本都是基于地面上的操作者通过手动控制遥控器进行控制，操作者只能通过目测对无人机的状态进行初略的判断，人工控制往往无法及时发现无人机的异常状态，导致在无人机异常时无法及时使其降落而造成损坏或坠毁的情况发生，安全性和可靠性较低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种高性能无人机舵机，用于解决现有技术中的无人机无法自动监控异常状态的问题。本发明提供的无人机舵机能够自动监控无人机的异常状态，并在监控到异常时降落无人机，提高所述无人机的安全性以及可靠性。
本发明实施例提供一种高性能无人机舵机，包括舵机本体、电源模块，基准电路、控制***，还包括：
第一采集模块，用于在监测到无人机上电时，获取所述无人机舵机的当前角度值；
调平模块，用于根据所述第一采集模块采集的当前角度值确定第一脉冲宽度，并控制所述无人机舵机内部基准电路产生第一脉冲宽度的PWM信号，以调平所述无人机的机翼；
第二采集模块，用于获取所述无人机飞行时无人机遥控的遥杆内部环形滑动变阻器的电压值和电流值；
飞行控制模块，用于根据所述环形滑动变阻器的电压值和电流值确定第二脉冲宽度，并通过所述无人机的摇杆控制的***向所述控制***发送第二脉冲宽度的PWM信号；
异常监控模块，用于根据所述无人机舵机的角度转动偏差值，监控所述无人机舵机是否转动异常，并在监控到所述无人机舵机转动异常时，控制所述无人机降落。
在一可选实施例中，所述调平模块具体用于根据以下第一公式确定第一脉冲宽度：
其中，L(T)表示信号周期为T的第一脉冲宽度；T表示所述无人机舵机内部基准电路产生的PWM信号的预定周期；η表示所述无人机舵机内部基准电路产生的PWM信号的预定占空比；α表示为所述第一采集模块采集的当前角度值。
在一可选实施例中，所述飞行控制模块具体用于根据以下第二公式确定第二脉冲宽度：
其中，Ly(T)表示信号周期为T的第二脉冲宽度；U表示所述环形滑动变阻器两端的电压值；I表示流过所述环形滑动变阻器的电流值；Rmax表示所述环形滑动变阻器的最大阻值；θmax表示所述无人机遥控的遥杆可从中间位置上下移动的最大角度值；λ表示所述无人机遥控的遥杆与无人机舵机的预定角度传动比。
在一可选实施例中，所述异常监控模块，包括：
角度转动偏差计算子模块，用于计算所述无人机舵机的角度转动偏差值；
判断子模块，用于判断所述无人机舵机的角度转动偏差值是否不超过预定阈值；
降落控制子模块，用于在所述判断子模块的判断结果为否时，确定所述无人机舵机转动异常，启动预置的无人机降落程序以控制所述无人机降落。
在一可选实施例中，所述角度转动偏差计算子模块，包括：
编码器，用于对所述舵机转动的方向进行计数；
计算单元，用于根据以下第三公式计算所述无人机舵机的角度转动偏差值：
其中，δ表示所述无人机舵机的角度转动偏差值，X表示所述编码器输出的实际计数值，N表示所述无人机舵机从-90°向上转动到90°时所述编码器输出的最大计数值。
在一可选实施例中，所述判断子模块用于判断的预定阈值为0.5°。
在一可选实施例中，所述降落控制子模块，还用于在确定所述无人机舵机转动异常时标定当前位置，将标定数据存储在本地和/或上传远程终端。
本发明提供的高性能无人机舵机，能够根据当前舵机的角度得到对无人机的机翼进行调平的控制脉冲宽度，进而将舵机进行自动归位，自动调平无人机的机翼调平，为无人机的飞行奠定基础；还可根据所述无人机遥控的遥杆内部环形滑动变阻器的电流变化得到***发送给无人机舵机对应PWM波的控制脉冲宽度，进而使用户通过控制摇杆进而控制无人机舵机并精准控制无人机的上升与下降；还可对所述无人机舵机进行监控，以保证无人机飞行时舵机运行的安全，进而在监控到舵机异常时及时降落无人机，提高了无人机的安全性以及可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一提供的高性能无人机舵机结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的高性能无人机舵机结构示意图；
图3为本发明实施例三提供的高性能无人机舵机结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的高性能无人机舵机结构示意图，本发明提供的无人机舵机1在现有的无人机舵机基础上，如图1中所示，还包括：第一采集模块11、调平模块12、第二采集模块13、飞行控制模块14、异常监控模块15。图1中为表示方便，未示出现有无人机舵机的舵机本体、电源模块，基准电路、控制***等其他部件或组件。
其中，第一采集模块11，与电源模块连接，用于在监测到无人机上电时，获取所述无人机舵机的当前角度值。
调平模块12，与无人机舵机内部基准电路和第一采集模块11连接，用于根据第一采集模块11采集的当前角度值确定第一脉冲宽度，并控制所述无人机舵机内部基准电路产生第一脉冲宽度的PWM信号，以调平所述无人机的机翼，调平完成后可等待无人机起飞。
第二采集模块13，与所述无人机飞行时无人机遥控的遥杆内部环形滑动变阻器连接，用于获取所述环形滑动变阻器两端的电压值和流过所述环形滑动变阻器的电流值。
飞行控制模块14，用于根据所述环形滑动变阻器的电压值和电流值确定第二脉冲宽度，并通过所述无人机的摇杆控制的***向所述控制***发送第二脉冲宽度的PWM信号。具体的，在无人机飞行时用户控制无人机遥控的遥杆，则则可计算出当前遥杆的偏转角度，所述无人机遥控的遥杆内部为环形滑动变阻器，通过所述遥杆的偏转角度控制***发送给无人机舵机第二脉冲宽度的PWM信号，进而使得无人机舵机带动机翼进行相应的转动从而控制无人机的上升与下降。
异常监控模块15，用于根据所述无人机舵机的角度转动偏差值，监控所述无人机舵机是否转动异常，并在监控到所述无人机舵机转动异常时，控制所述无人机降落。
在一可选实施例中，调平模块12具体用于根据以下第一公式确定第一脉冲宽度：
其中，L(T)表示信号周期为T的第一脉冲宽度；T表示所述无人机舵机内部基准电路产生的PWM信号的预定周期；η表示所述无人机舵机内部基准电路产生的PWM信号的预定占空比；α表示为所述第一采集模块采集的当前角度值，-90°≤α≤90°，α大于等于0时表示舵机水平向上转动|α|角度，α小于0时表示舵机水平向下转动|α|角度。
在一可选实施例中，所述飞行控制模块具体用于根据以下第二公式确定第二脉冲宽度：
其中，Ly(T)表示信号周期为T的第二脉冲宽度；U表示所述环形滑动变阻器两端的电压值；I表示流过所述环形滑动变阻器的电流值；Rmax表示所述环形滑动变阻器的最大阻值；θmax表示所述无人机遥控的遥杆可从中间位置上下移动的最大角度值；λ表示所述无人机遥控的遥杆与无人机舵机的预定角度传动比。其中，对于任一无人机，Rmax、θmax、λ均为预先确定的值。
在一可选实施例中，如图2所示，异常监控模块15可以进一步包括：
角度转动偏差计算子模块151，用于计算所述无人机舵机的角度转动偏差值。
判断子模块152，用于判断所述无人机舵机的角度转动偏差值是否不超过预定阈值。
优选地，所述预定阈值为0.5°。
降落控制子模块153，用于在判断子模块152的判断结果为否时，确定所述无人机舵机转动异常，启动预置的无人机降落程序以控制所述无人机降落。
在一可选实施例中，如图3所示，角度转动偏差计算子模块151，可以包括：
编码器201，用于对所述舵机转动的方向进行计数，若X≥0则表示编码器在以舵机水平向上转动的方向进行计数，若X<0则表示编码器在以舵机水平向下转动的方向进行计数。
计算单元202，用于根据以下第三公式计算所述无人机舵机的角度转动偏差值：
其中，δ表示所述无人机舵机的角度转动偏差值，X表示所述编码器输出的实际计数值，N表示所述无人机舵机从-90°向上转动到90°时所述编码器输出的最大计数值。
在一实施例中，当预定阈值为0.5°时，若计算单元202计算出的|δ|≤0.5°，则表明所述无人机舵机当前转动正常，若|δ|>0.5°则表明所述无人机舵机当前转动异常。
在一可选实施例中，降落控制子模块153，还用于在确定所述无人机舵机转动异常时标定当前位置，将标定数据存储在本地和/或上传远程终端，以便后期维修或问题寻源使用。
本发明提供的高性能无人机舵机，能够根据当前舵机的角度得到对无人机的机翼进行调平的控制脉冲宽度，进而将舵机进行自动归位，自动调平无人机的机翼调平，为无人机的飞行奠定基础；还可根据所述无人机遥控的遥杆内部环形滑动变阻器的电流变化得到***发送给无人机舵机对应PWM波的控制脉冲宽度，进而使用户通过控制摇杆进而控制无人机舵机并精准控制无人机的上升与下降；还可对所述无人机舵机进行监控，以保证无人机飞行时舵机运行的安全，进而在监控到舵机异常时及时降落无人机，提高了无人机的安全性以及可靠性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种高性能无人机舵机，包括舵机本体、电源模块，基准电路、控制***，其特征在于，包括：
第一采集模块，用于在监测到无人机上电时，获取所述无人机舵机的当前角度值；
调平模块，用于根据所述第一采集模块采集的当前角度值确定第一脉冲宽度，并控制所述无人机舵机内部基准电路产生第一脉冲宽度的PWM信号，以调平所述无人机的机翼；
第二采集模块，用于获取所述无人机飞行时无人机遥控的摇杆内部环形滑动变阻器的电压值和电流值；
飞行控制模块，用于根据所述环形滑动变阻器的电压值和电流值确定第二脉冲宽度，并通过所述无人机的摇杆控制的***向所述控制***发送第二脉冲宽度的PWM信号；
异常监控模块，用于根据所述无人机舵机的角度转动偏差值，监控所述无人机舵机是否转动异常，并在监控到所述无人机舵机转动异常时，控制所述无人机降落；
其中，所述调平模块具体用于根据以下第一公式确定第一脉冲宽度：
其中，L(T)表示信号周期为T的第一脉冲宽度；T表示所述无人机舵机内部基准电路产生的PWM信号的预定周期；η表示所述无人机舵机内部基准电路产生的PWM信号的预定占空比；α表示为所述第一采集模块采集的当前角度值；
其中，所述飞行控制模块具体用于根据以下第二公式确定第二脉冲宽度：
其中，Ly(T)表示信号周期为T的第二脉冲宽度；U表示所述环形滑动变阻器两端的电压值；I表示流过所述环形滑动变阻器的电流值；Rmax表示所述环形滑动变阻器的最大阻值；θmax表示所述无人机遥控的摇杆可从中间位置上下移动的最大角度值；λ表示所述无人机遥控的摇杆与无人机舵机的预定角度传动比；
其中，所述异常监控模块，包括：
角度转动偏差计算子模块，用于计算所述无人机舵机的角度转动偏差值；
判断子模块，用于判断所述无人机舵机的角度转动偏差值是否不超过预定阈值；
降落控制子模块，用于在所述判断子模块的判断结果为否时，确定所述无人机舵机转动异常，启动预置的无人机降落程序以控制所述无人机降落。
2.如权利要求1所述的高性能无人机舵机，其特征在于，角度转动偏差计算子模块，包括：
编码器，用于对所述舵机转动的方向进行计数；
计算单元，用于根据以下第三公式计算所述无人机舵机的角度转动偏差值：
其中，δ表示所述无人机舵机的角度转动偏差值，X表示所述编码器输出的实际计数值，N表示所述无人机舵机从-90°向上转动到90°时所述编码器输出的最大计数值。
3.如权利要求1所述的高性能无人机舵机，其特征在于，所述判断子模块用于判断的预定阈值为0.5°。
4.如权利要求1-3任一项所述的高性能无人机舵机，其特征在于，所述降落控制子模块，还用于在确定所述无人机舵机转动异常时标定当前位置，将标定数据存储在本地和/或上传远程终端。
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