本發(fā)明屬于無人機(jī)，具體涉及一種機(jī)架電池共形架構(gòu)的無人機(jī)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，無人機(jī)在氣象監(jiān)測、國土資源執(zhí)法、環(huán)境保護(hù)、遙感航拍、抗震救災(zāi)、快遞運(yùn)送等諸多領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。伴隨物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展，無人機(jī)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用不斷增多。為實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)飛行的更優(yōu)控制，無人機(jī)輕量化設(shè)計(jì)及多種傳感器的應(yīng)用勢在必行。無人機(jī)輕量化能夠有效降低能耗，并能顯著提高續(xù)航能力和機(jī)動性，進(jìn)而能使得無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)能更加靈活高效。而多種傳感器的協(xié)同作用，則可以為無人機(jī)提供更加精準(zhǔn)的環(huán)境感知、定位導(dǎo)航和狀態(tài)監(jiān)測等功能。傳統(tǒng)無人機(jī)的機(jī)身尺寸較小，而其中的電池體積及重量占比較大，導(dǎo)致無人機(jī)的續(xù)航能力低，降低了無人機(jī)的可安裝空間，進(jìn)而嚴(yán)重限制了傳感器的安裝,?這樣，便限制了無人機(jī)的作業(yè)效率，同時(shí)，也不利于滿足多樣化的任務(wù)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種機(jī)架電池共形架構(gòu)的無人機(jī)及其控制方法，該無人機(jī)通過機(jī)架電池共形架構(gòu)的模式能有效降低整體重量，能降低整體能耗，并能有效節(jié)約安裝空間，有助于提高無人機(jī)的續(xù)航能力，并能有利于滿足多樣化的任務(wù)需求，該方法實(shí)施過程簡單、智能化程度高，其能自動化地實(shí)現(xiàn)無人機(jī)工作模式的高效精準(zhǔn)切換，能確保無人機(jī)的作業(yè)效率，并可確保無人機(jī)作業(yè)過程中的穩(wěn)定性和可靠性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種機(jī)架電池共形架構(gòu)的無人機(jī)，包括機(jī)架、異形電池、弧形電池蓋、供電電路板、無人機(jī)主體、驅(qū)動組件和飛控平臺；

3、所述機(jī)架的上端中心區(qū)域開設(shè)有安裝凹槽，其四周一體成型地固定連接有呈環(huán)形的四個槳葉保護(hù)罩；四個槳葉保護(hù)罩的內(nèi)側(cè)分別開設(shè)有四個弧形電池腔，四個弧形電池腔的里側(cè)分別通過開設(shè)在機(jī)架內(nèi)部的四個連通通道與安裝凹槽連通；

4、四塊異形電池分別安裝在四個弧形電池腔中；

5、四個弧形電池蓋分別封裝于四個弧形電池腔的開口端；

6、所述供電電路板安裝在安裝凹槽的底部，其上端相平行地安裝有兩個連接電極，其四周連接有四組接收電極；四組接收電極通過分別穿設(shè)于四個連通通道中的四組電源線與四塊異形電池連接；

7、所述無人機(jī)主體的四角分別向四周外側(cè)凸出延伸，并在對應(yīng)四個槳葉保護(hù)罩的位置形成四個突部，無人機(jī)主體的下端中心安裝有接口模塊，所述接口模塊的內(nèi)部設(shè)有驅(qū)動電路板，其下端在對應(yīng)兩個連接電機(jī)的位置開設(shè)有兩個電極接口，兩個電極接口與驅(qū)動電路板連接；無人機(jī)主體固定連接在機(jī)架上，且接口模塊插裝于安裝凹槽中，同時(shí)，兩個電極接口對應(yīng)地套裝于兩個連接電極的外部；

8、四個驅(qū)動組件分別對應(yīng)設(shè)置在四個槳葉保護(hù)罩的內(nèi)側(cè)，所述驅(qū)動組件包括驅(qū)動電機(jī)和槳葉，且所述驅(qū)動電機(jī)固定連接在突部的下端，且驅(qū)動電機(jī)上的供電線纜與驅(qū)動電路板連接，所述槳葉固定套裝在驅(qū)動電機(jī)的輸出軸上；

9、所述飛控平臺固定安裝在無人機(jī)主體上端的中心區(qū)域，并與驅(qū)動電路板連接。

10、進(jìn)一步，為了有效降低無人機(jī)主機(jī)的重量，相鄰兩個突部之間向無人機(jī)主體的中心弧形凹陷并形成弧形凹部；所述無人機(jī)主體在四個弧形凹部的內(nèi)側(cè)開設(shè)有四個漏空孔。

11、進(jìn)一步，為了能快捷地實(shí)現(xiàn)無人機(jī)主體與機(jī)架的連接和脫離作業(yè)，還包括機(jī)械卡扣，一對機(jī)械卡扣相對地固定連接在機(jī)架的上端，且相對的扣設(shè)于一對弧形凹部的外側(cè)。

12、進(jìn)一步，為了能高效地管理和保護(hù)四塊異形電池，所述供電電路板上連接有bms控制電路和四個mos管，所述bms控制電路分別通過四個mos管四塊異形電池。這樣，bms控制電路和四個mos管的配合能便于實(shí)現(xiàn)對異形電池的狀態(tài)檢測、串并聯(lián)智能控制以及保護(hù)控制，還能有助于確保無人機(jī)在均衡模式和性能模式之間進(jìn)行便捷可靠的切換。

13、進(jìn)一步，為了能便于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)主體與飛控平臺之間快捷可靠的連接，同時(shí)，為了能利用容納凹槽為不同類型的傳感器提供更多的安裝空間，以為有效拓展無人機(jī)的功能提供便利的基礎(chǔ)，所述無人機(jī)主體的上端中心開設(shè)有容納凹槽，所述飛控平臺的下端在對應(yīng)容納凹槽的位置固定連接有安裝凸臺，且安裝凸臺固定插裝于容納凹槽中。

14、進(jìn)一步，為了能在起飛或降落時(shí)對機(jī)身起到支撐保護(hù)的作用，還包括支撐架，四個支撐架呈矩形地安裝在機(jī)架的下端。四個支撐架可以穩(wěn)定地支撐無人機(jī)，有效確保了起飛和降落過程中的平穩(wěn)性和安全性，同時(shí)，確保了無人機(jī)能在各種地形條件下都能穩(wěn)定地停放。

15、進(jìn)一步，為了能有效降低電池的空間占比，同時(shí)，為了能有效適應(yīng)槳葉保護(hù)罩內(nèi)所形成的弧形安裝空間，所述異形電池呈c形。

16、進(jìn)一步，為了能實(shí)時(shí)監(jiān)測到每塊異形電池的溫度、電流及電壓信號，還包括監(jiān)測組件，四個監(jiān)測組件分別安裝在四個弧形電池腔中，并均與飛控平臺連接；所述監(jiān)測組件包括溫度傳感器、電流傳感器和電壓傳感器，所述溫度傳感器貼合地連接在異形電池連接，用于實(shí)時(shí)采集電流信號，所述電壓傳感器與異形電池連接，用于實(shí)時(shí)采集電壓信號。

17、本發(fā)明中，使機(jī)架的四周一體成型地固定連接有呈環(huán)形的四個槳葉保護(hù)罩，同時(shí)，在四個槳葉保護(hù)罩的內(nèi)側(cè)分別開設(shè)有四個弧形電池腔，一方面能通過槳葉保護(hù)罩的空心結(jié)構(gòu)來有效降低機(jī)架整體的重量，另一方面又能利用四個槳葉保護(hù)罩來分別為四塊異形電池提供有效的防護(hù)，降低了電池意外損壞的風(fēng)險(xiǎn)，再一方面可以便于在四個弧形電池腔中分別安裝四塊異形電池，這樣，便能使電池嵌設(shè)于機(jī)架上槳葉保護(hù)罩的內(nèi)側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)架電池共形架構(gòu)的模式，顯著降低了電池所占用機(jī)體的安裝空間，由此既保證了無人機(jī)的輕量化，又能通過所節(jié)約出的安裝空間為多種傳感器在無人機(jī)主體上的安裝創(chuàng)造了有利條件，進(jìn)而能促進(jìn)無人機(jī)向著更智能化的方向快速發(fā)展。由于電池安裝在了機(jī)架的內(nèi)部而非無人機(jī)主體上，從而能為無人機(jī)主體釋放了大量的安裝空間，增加了無人機(jī)主體上可安裝其他傳感器的空間，可以便于在無人機(jī)主體上布置安裝更多其他傳感器，有助于拓展無人機(jī)的應(yīng)用范圍，提高了其在不同場景下的適應(yīng)性和功能性。在機(jī)架的上端中心區(qū)域開設(shè)有安裝凹槽，并于安裝凹槽的底部安裝供電電路板，同時(shí)，使四個弧形電池腔通過開設(shè)在機(jī)架內(nèi)部的四個連通通道與開設(shè)在機(jī)架中心區(qū)域的安裝凹槽連通，可以便于使供電電路板能通過穿設(shè)于四個連通通道中的四組電源線與四塊異形電池連接，進(jìn)而能便于建立供電電路板與四塊異形電池的連接，確保了用電的可靠供應(yīng)。在四個弧形電池腔的開口端分別封裝四個弧形電池蓋，可以有效保護(hù)四塊異形電池，并能避免發(fā)生異形電池從弧形電池腔中脫落的情況。在供電電路板的上端相平行地安裝有兩個連接電極，可以便于通過插接的方式與接口模塊進(jìn)行快速可靠的連接。使無人機(jī)主體的四角分別向四周外側(cè)凸出延伸并形成四個突部，這樣，即確保了各個槳葉之間不會發(fā)生干涉的情況，又可以進(jìn)一步有效降低無人機(jī)主體的重量。使四個突部分別對應(yīng)在四個槳葉保護(hù)罩的內(nèi)側(cè)，同時(shí)在突部的下方安裝驅(qū)動組件，可以便于利用四個槳葉保護(hù)罩分別為四個驅(qū)動組件提供有效的防護(hù)，降低了槳葉意外損壞的風(fēng)險(xiǎn)。使無人機(jī)主體的下端中心安裝有接口模塊，并使接口模塊上相間隔地開設(shè)有兩個電極接口，能在進(jìn)行無人機(jī)主體與機(jī)架連接過程中，使接口模塊直接嵌設(shè)于機(jī)架上的安裝凹槽中，并使兩個電極接口與兩個連接電極能直接插裝地連接在一起，能確保供電電路板與接口模塊之間穩(wěn)定可靠的連接。同時(shí)，這種插裝連接方式，結(jié)合分離式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使得機(jī)架與無人機(jī)主體之間更易于分離，由于異形電池安裝于槳葉保護(hù)罩的內(nèi)側(cè)，在無人機(jī)主體與機(jī)架分離后，可以便于進(jìn)行電池的更換和維護(hù)作業(yè)，有效縮短了操作時(shí)間，為后續(xù)全自動化無人機(jī)研究提供了新的技術(shù)思路和基礎(chǔ)，比如可以設(shè)計(jì)自動更換電池的裝置，以進(jìn)一步提高電池的更換和維護(hù)效率。在接口模塊內(nèi)部設(shè)置驅(qū)動電路板，并使驅(qū)動電機(jī)路與驅(qū)動組件連接，不僅可以便于通過驅(qū)動電路板來控制驅(qū)動組件的動作，同時(shí)，還能在供電電路板通過兩個連接電極和兩個電極接口與驅(qū)動電路板連接后，便捷地為驅(qū)動組件進(jìn)行用電的供應(yīng)。采用四塊分別嵌設(shè)于四個槳葉保護(hù)罩中的異形電池作為無人機(jī)的電源，徹底顛覆了傳統(tǒng)無人機(jī)電池的安裝方式，不僅有效解決了傳統(tǒng)的整體式電池重量通常集中于一點(diǎn)的問題，而且能通過分體式布置的方式有效地平衡了重量的分布，優(yōu)化了電池的空間占比和重量占比，使得無人機(jī)的穩(wěn)定性和靈活性得以大幅度提升。

18、該無人機(jī)通過機(jī)架電池共形架構(gòu)的模式，結(jié)合槳葉保護(hù)罩的空心結(jié)構(gòu)、無人機(jī)主體四角凸出延伸的四個突部、四塊異形電池分布式布置方式，使得重量的分布更加均勻合理，同時(shí)，有效降低了整體的重量，有利于減少能耗，并顯著提高了無人機(jī)的續(xù)航能力，為長距離巡檢及復(fù)雜環(huán)境作業(yè)帶來了極大的便利，同時(shí)，減少了充電或換電的頻次，有效地提高了作業(yè)效率。同時(shí)，將電池安裝在了機(jī)架內(nèi)部，為無人機(jī)主體節(jié)約了大量的傳感器安裝空間，可以根據(jù)不同的工況靈活地在無人機(jī)主體上布置多種類型的傳感器，有助于滿足多樣化的任務(wù)需求，這樣創(chuàng)新的設(shè)計(jì)不僅提高了無人機(jī)的性能和效率，還為無人機(jī)在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用拓展了更廣闊的空間。

19、本發(fā)明還提供了一種機(jī)架電池共形架構(gòu)的無人機(jī)的控制方法，采用一種機(jī)架要電池共形架構(gòu)的無人機(jī)，包括以下步驟：

20、步驟一：通過四個監(jiān)測組件分別對四塊異形電池進(jìn)行監(jiān)測，分別獲得異形電池的溫度信號、電流信號和電壓信號，并將溫度信號、電流信號和電壓信號發(fā)送給數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊按照設(shè)定的采樣頻率對溫度信號、電流信號和電壓信號進(jìn)行采樣并發(fā)送給飛控平臺；飛控平臺根據(jù)溫度信號、電流信號和電壓信號分別獲得溫度數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)；

21、步驟二：飛控平臺利用預(yù)設(shè)的算法結(jié)合所獲得的溫度數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)對異形電池的健康狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)每塊異形電池的健康狀態(tài)均處于正常范圍內(nèi)時(shí)，執(zhí)行步驟三，當(dāng)任意一塊異形電池的健康狀態(tài)不在正常范圍內(nèi)時(shí)，直接執(zhí)行步驟四；

22、步驟三：實(shí)現(xiàn)無人機(jī)工作模式的切換；s31：飛控平臺（10）根據(jù)當(dāng)前飛行高度、飛行距離及當(dāng)前健康狀態(tài)設(shè)定額定荷電狀態(tài)；

23、s32：根據(jù)公式（1）采用安時(shí)積分法獲得當(dāng)前異形電池（8）的荷電狀態(tài)值，并將與進(jìn)行比較，當(dāng)＞時(shí)，判定滿足高性能模式條件，當(dāng)≦時(shí)，判定不能滿足高性能模式條件，當(dāng)四塊異形電池（8）均滿足高性能模式條件時(shí)，控制四個mos管（602）同時(shí)執(zhí)行動作一，使四塊異形電池（8）的正極連接在一起，同時(shí)，使四塊異形電池（8）的負(fù)極也連接在一起，通過四塊異形電池（8）并聯(lián)的方式增大電池組的總電流，使無人機(jī)工作在高性能模式，同時(shí)，飛控平臺（10）通過無線通信模塊向控制終端發(fā)出滿足高性能模式提示信息；當(dāng)任意一塊異形電池（8）不能滿足高性能模式條件時(shí)，控制四個mos管（602）同時(shí)執(zhí)行動作二，使四塊異形電池（8）的正負(fù)極依次連接，通過四塊異形電池（8）串聯(lián)的方式增大電池組的總?cè)萘?，使無人機(jī)工作在均衡模式，同時(shí)，飛控平臺（10）通過無線通信模塊向控制終端發(fā)出均衡模式提示信息；

24、這一過程中，飛控平臺（10）利用預(yù)設(shè)的算法結(jié)合實(shí)時(shí)所獲得的溫度數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)對異形電池（8）的健康狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)每塊異形電池（8）的健康狀態(tài)處于正常范圍內(nèi)時(shí)，保持當(dāng)前工作模式，當(dāng)任意一塊異形電池（8）健康狀態(tài)不在正常范圍內(nèi)時(shí)，直接執(zhí)行步驟四；

25、?（1）；

26、式中，?是電池的初始荷電狀態(tài)，是電池的額定容量，是電池的充放電電流；步驟四：結(jié)束控制過程，同時(shí)，飛控平臺通過無線通信模塊向控制終端發(fā)出電量異常狀態(tài)提示信息，使操控者及時(shí)控制無人機(jī)返程。

27、進(jìn)一步，為了能提供更加靈活多樣的操控選擇，使操控者可以根據(jù)實(shí)際情況和特定需求，便捷地調(diào)整無人機(jī)的工作模式，以滿足不同任務(wù)場景下的飛行要求，在步驟三的s32中，當(dāng)四塊異形電池均滿足高性能模式條件時(shí)，飛控平臺通過無線通信模塊向控制終端發(fā)出打開人為操控窗口的提示信息，使操控者能通過控制終端向飛控平臺發(fā)出工作模式切換指令，當(dāng)任意一塊異形電池不滿足高性能模式條件時(shí)，飛控平臺通過無線通信模塊向控制終端發(fā)出關(guān)閉人為操控窗口的提示信息。

28、本發(fā)明中，根據(jù)電池溫度信號、電流信號和電壓信號進(jìn)行獲得溫度數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)，再基于溫度數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行健康狀態(tài)的判斷，可以基于電池健康狀態(tài)來判斷電池是否處于正常狀態(tài)，當(dāng)處于正常狀態(tài)時(shí)可以便于進(jìn)行無人機(jī)工作模式的切換，當(dāng)處于非正常狀態(tài)時(shí)可以及時(shí)發(fā)出電量異常狀態(tài)提示信息，進(jìn)而便于操控者及時(shí)采取有效的應(yīng)對措施。采用安時(shí)積分法進(jìn)行電池荷電狀態(tài)的soc估計(jì)，可以較為準(zhǔn)確快速地獲得到電池的荷電狀態(tài)，進(jìn)而能根據(jù)電池的荷電狀態(tài)快速準(zhǔn)確地判斷出其滿足高性能或均衡工作模式。當(dāng)四塊電池均滿足高性能模式條件時(shí)，控制四個mos管同時(shí)執(zhí)行動作一，以使四塊異形電池并聯(lián)在一起，可以通過并聯(lián)的方式有效地增大電流的供應(yīng)，這樣，能為無人機(jī)在高性能模式下工作提供可靠的保障。當(dāng)任意一塊電池不滿足高性能模式條件時(shí)，控制四個mos管同時(shí)執(zhí)行動作二，以使四塊異形電池串聯(lián)在一起，可以通過串聯(lián)的方式有效增大電池組的容量，進(jìn)而能為無人機(jī)長時(shí)間的運(yùn)行提供可靠的保障。

29、該方法實(shí)施過程簡單、智能化程度高，其充分考慮了各塊電池的健康狀態(tài)，并能根據(jù)不同的荷電狀態(tài)智能地判斷多塊電池能滿足高性能工作模式或是均衡工作模式，并能通過控制多個mos管的方式便捷地實(shí)現(xiàn)多塊電池之間的并聯(lián)或串聯(lián)連接方式切換，實(shí)現(xiàn)了對無人機(jī)工作模式的高效精準(zhǔn)控制，確保了無人機(jī)的作業(yè)效率，同時(shí)，可確保無人機(jī)作業(yè)過程中的穩(wěn)定性和可靠性。