一種變槳距多旋翼飛行器控制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及航空技術領域，更具體地說，本實用新型涉及一種變槳距多旋翼飛行器的飛行控制器。
【背景技術】
[0002]多旋翼飛行器因為其簡單、穩定和小型化的特點，近年來得到了廣泛的應用。多旋翼飛行器的飛行原理決定了其飛行控制系統必須依靠電子系統實現自動化控制，因此，飛行控制器的性能在一定程度上決定了多旋翼飛行器的飛行性能，飛行控制器故障極有可能直接導致墜機事故。變槳距多旋翼是新一類多旋翼飛行器，其在載重和續航上相對于傳統定槳距多旋翼的優勢使得變槳距多旋翼有著良好的應用前景。目前市售多旋翼飛行控制器主要面向定槳距多旋翼，由于變槳距多旋翼和定槳距飛行器在飛行原理上的不同，有必要對變槳距飛行器的飛行控制器進行重新設計。
[0003]專利文獻CN103950537A公開了一種變距飛行器的控制方法和控制裝置。其采用了多模式設計原理，實現姿態模式、手動模式和GPS模式切換，來實現多旋翼變距飛行器的控制。但是該方案存在以下缺點:首先是不具有安全冗余功能，一旦CPU發生故障，將導致該飛行控制器失去控制；其次，該方案主要通過GPS來測量位置，而一旦GPS發生故障或者在特殊環境中無法接收到GPS信號時，將導致無法定位，影響無人機的控制。
【發明內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種高可靠的變槳距多旋翼飛行控制器，能夠使得飛行器在控制芯片發生故障時，依然能夠可控。
[0005]本發明采用以下技術方案來實現:
[0006]一種變槳距多旋翼飛行器控制器，包括主控芯片、從控芯片、電源、傳感器模塊、GPS傳感器、光流傳感器、舵機和電子調速器；
[0007]其中，主控芯片用于自動規劃路線，自動巡航、實時本地數據處理，從控芯片用于實現基本飛行控制指令；主控芯片通過USB接口與從控芯片連接，從控芯片將收集的數據傳給主控芯片，主控芯片對數據進行處理后，將控制指令反饋給從控芯片2 ;從控芯片作為主控芯片1的備份控制系統，正常工作時，從控芯片2受主控芯片1控制，當主控芯片1出現故障時，從控芯片2將接管飛行控制器；
[0008]舵機與飛行器的變槳距系統相連，用來控制旋翼的螺距變化；
[0009]電子調速器與電機連接，用于控制旋翼的轉速；
[0010]電源8為主控芯片1和從控芯片2供電；
[0011 ] 傳感器模塊5通過SPI接口與從控芯片2連接；
[0012]GPS傳感器9通過串口將GPS定位信息發送給從控芯片2 ；
[0013]光流傳感器10通過I2C接口將光流數據發送給從控芯片2 ;
[0014]根據GPS傳感器和光流傳感器獲得的數據實現協同定位。
[0015]本實用新型的有益效果是:與傳統的飛行控制器相比，通過合理的主從控制芯片設計，實現最高的系統可靠性，同時主從控制芯片具有更強的計算處理性能，可以實現復雜的控制策略。并且，控制器采用GPS傳感器和光流傳感器協同定位技術，能夠實現復雜環境下的良好控制性能。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的飛行器控制器的系統架構圖
[0017]圖2是本實用新型的變槳距多旋翼飛行器的整體示意圖
【具體實施方式】
[0018]現結合附圖對技術方案作進一步描述:圖1是本技術方案的飛行器控制器的系統架構圖。
[0019]如圖1所示，為本方案的嵌入式變槳距多旋翼飛行控制器系統總體架構。其中，控制模塊包括了兩個芯片:一個為主控芯片1，采用ARM A8 32位嵌入式芯片，由于該芯片的處理能力強大，可以用于復雜的飛行控制。該芯片主要用于自動規劃路線，自動巡航，實時本地數據處理，例如通過圖像識別避撞等飛行控制策略；另一個為從控芯片2，采用STM 32位單片機，用于實現自穩、混控等基本飛行控制指令。
[0020]主控芯片1通過USB接口與從控芯片2連接，從控芯片將收集的傳感器數據、執行機構控制器數據傳給主控芯片1，主控芯片1通過預設的算法對數據進行處理，將控制指令反饋給從控芯片2，實現飛行器自主控制。
[0021]從控芯片2作為飛行控制器的備份控制系統，主控芯片1正常工作時，從控芯片2受主控芯片1控制，當主控芯片1出現故障時，從控芯片2將接管飛行控制器，保證飛行器仍然可控，最大程度減少因飛行控制器故障造成的飛行事故。
[0022]電池7作為電源向主控芯片1和從控芯片2供電。電池7可以是鋰電池，也可以采用其他的類型的電池，例如太陽能電池。
[0023]主控芯片1分別與存儲卡4和無線通信接口 3連接，分別作為本地存儲和實時數據傳輸的接口。其中存儲卡4可以是SD卡、XD卡、CF卡等存儲介質；無線通信接口 3可以是 WIFI 接口，Zigbee 接口，WAPI 接口等。
[0024]從控芯片2連接傳感器模塊5，傳感器模塊5中包括飛行控制器的各種傳感器。其中，加速度計、陀螺儀、磁羅盤、氣壓計作為飛行控制所需的基本傳感器通過SPI (串行外設)接口與從控芯片2連接，分別回傳飛行器當前加速度、傾角、航向和高度數據。
[0025]從控芯片2通過PWM輸出接口與舵機6和控制電機的電子調速器12連接。其中電機用來控制旋翼的轉速。但是與普通定槳距飛行器不同，本技術方案中的舵機(6)與飛行器的變槳距系統相連，用來控制旋翼的螺距變化，由于舵機(6)對旋翼螺距的調節遠遠快于電機對旋翼轉速的調節，因此通過向舵機6輸出PWM脈寬調制信號，可以實現對舵機(6 )的快速精確控制。圖2示出了變槳距多旋翼飛行器的整體示意圖，其中舵機(6)和電機設置在圖2中的電機安裝座的位置。
[0026]從控芯片2通過SBUS接口與接收機11連接，接收機11接收遙控器的控制指令并將指令傳遞給從控芯片2，再通過從控芯片2控制舵機6、電機做與控制指令相對應的響應實現對飛行器的遠程遙控。
[0027]為了實現精確定位，本技術方案還采用了 GPS傳感器9和光流傳感器10的協同定位技術。現有技術中廣泛采用的是GPS定位技術，然而GPS定位存在的缺點是:在復雜環境，特別是室內環境中，GPS信號將不能獲得衛星信號，從而無法實現無人機的定位。而光流傳感器能夠有效彌補GPS定位的缺點。具體做法如下:GPS傳感器9將實時GPS定位信息通過串口發送給從控芯片2，光流傳感器10集成了超聲波測距單元，通過I2C接口將光流數據回傳給從控芯片2，通過GPS與光流的協同控制，實現飛行器的精確定位，也確保了飛行器的安全控制。其中GPS與光流的協同，可以采用現有的數據融合技術來實現。
[0028]以上實施例的說明只是用于幫助理解本方案的方法及其核心思想。應當指出，在不脫離本方案原理的前提下，還可以對本方案進行若干改進，這些改進也同樣落入本方案權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1.一種變槳距多旋翼飛行器控制器，包括主控芯片(1)、從控芯片(2)、電源(8)、傳感器模塊(5 )、GPS傳感器(9 )、光流傳感器(10 )、舵機(6 )和電子調速器(12); 其中，主控芯片(1)通過USB接口與從控芯片(2 )連接，從控芯片(2 )將收集的數據傳給主控芯片(1)，主控芯片(1)對數據進行處理后，將控制指令反饋給從控芯片(2);從控芯片(2)作為主控芯片(1)的備份控制系統，正常工作時，從控芯片(2)受主控芯片(1)控制，當主控芯片(1)出現故障時，從控芯片(2)將接管飛行器控制器； 舵機(6)與飛行器的變槳距系統相連，用于控制旋翼的螺距變化； 電子調速器(12)與電機連接，用于控制旋翼的轉速； 電源(8)為主控芯片(1)和從控芯片(2)供電； 傳感器模塊(5)通過SPI接口與從控芯片(2)連接； GPS傳感器(9)通過串口將GPS定位信息發送給從控芯片(2)； 光流傳感器(10)集成了超聲波測距單元，通過I2C接口將光流數據發送給從控芯片(2)； 根據GPS傳感器和光流傳感器獲得的數據實現協同定位。2.根據權利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:主控芯片(1)和存儲卡(4)相連，存儲卡(4 )用于存儲本地數據。3.根據權利要求2所述的飛行器控制器，其特征在于:存儲卡(4)采用SD卡、XD卡或CF卡。4.根據權利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:主控芯片(1)和無線通信接口(3)連接，無線通信接口(3)用于實時數據傳輸。5.根據權利要求4所述的飛行器控制器，其特征在于:無線通信接口(3)采用WIFI接口、Zigbee 接口或 WAPI 接口。6.根據權利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:主控芯片(1)用于自動規劃路線，自動巡航和實時本地數據處理，從控芯片(2)用于實現基本飛行控制指令。7.根據權利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:從控芯片(2)通過PWM輸出接口與舵機(6 )和電子調速器(12)連接，通過向舵機(6 )和電子調速器(12 )輸出PWM脈寬調制信號，實現對舵機(6 )和電機的精確控制。8.根據權利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:傳感器模塊(5)包括加速度計、陀螺儀、磁羅盤和氣壓計，將飛行器當前的加速度、傾角、航向和高度數據通過SPI接口回傳給從控芯片(2)。9.根據權利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:從控芯片(2)通過SBUS接口與接收機(11)連接，接收機(11)接受遙控器的控制指令并將指令傳遞給從控芯片(2)。10.根據權利要求1所述的飛行器控制器，其特征在于:主控芯片(1)采用ARMA8 32位嵌入式芯片；從控芯片(2)采用STM 32位單片機。
【專利摘要】一種變槳距多旋翼飛行器控制器，包括主控芯片、從控芯片、電源、傳感器模塊、GPS傳感器、光流傳感器）、舵機和電子調速器；其中，主控芯片通過USB接口與從控芯片連接，從控芯片將收集的數據傳給主控芯片，主控芯片對數據進行處理后，將控制指令反饋給從控芯片；從控芯片作為主控芯片的備份控制系統，正常工作時，從控芯片受主控芯片控制，當主控芯片出現故障時，從控芯片將接管飛行器控制器。
【IPC分類】G05D1/10, G05B19/048
【公開號】CN204989980
【申請號】CN201520728972
【發明人】劉寶旭, 趙恒 , 來延濤
【申請人】北京浩恒征途航空科技有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年9月21日