本發(fā)明涉及機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于機(jī)電一體化的無人機(jī)飛行航線管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

定位技術(shù)是無人機(jī)飛行的關(guān)鍵技術(shù)之一，使無人機(jī)在空中按既定航線和/或既定姿態(tài)飛行、無人機(jī)穩(wěn)定懸停(在任意風(fēng)速下保持相對(duì)位置不變)以及完成既定動(dòng)作等，都離不開定位技術(shù)，現(xiàn)有的無人機(jī)主要通過圖像拍攝或者GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行定位，對(duì)航道定位不夠準(zhǔn)確,為此，我們提出了一種基于機(jī)電一體化的無人機(jī)飛行航線管理系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于機(jī)電一體化的無人機(jī)飛行航線管理系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的現(xiàn)有的無人機(jī)主要通過遙控進(jìn)行控制，對(duì)航道定位不夠準(zhǔn)確的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于機(jī)電一體化的無人機(jī)飛行航線管理系統(tǒng)，包括：無人機(jī)、衛(wèi)星、地面信號(hào)收發(fā)基站、服務(wù)器和遙感控制器，所述無人機(jī)、衛(wèi)星、地面信號(hào)收發(fā)基站、服務(wù)器和遙感控制器組成飛行航線管理系統(tǒng)；

無人機(jī)：無人機(jī)為四旋翼無人飛行器，無人機(jī)的四個(gè)機(jī)翼分別按裝電機(jī)一、電機(jī)二、電機(jī)三和電機(jī)四，四組電機(jī)分別作為四組螺旋槳的動(dòng)力源，超聲波測(cè)距單元安裝在無人機(jī)的底部用于測(cè)量無人機(jī)與地面的距離，無人機(jī)的四組螺旋槳下分別按裝有角加速度傳感器一、角加速度傳感器二、角加速度傳感器三和角加速度傳感器四，四組角加速度傳感器分別對(duì)四組電機(jī)的角加速度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，無人機(jī)上的控制中心包括：電源模塊為控制中心中的電路元件提供電能，無人機(jī)信號(hào)收發(fā)基站用于接收衛(wèi)星的位置信號(hào)、航線路徑和向地面信號(hào)收發(fā)基站發(fā)送信息，通信模塊使得控制中心具有信息交流的功能，中央處理器作為控制中心的主控制器起到主導(dǎo)作用，電路控制系統(tǒng)作為控制四組電機(jī)的控制系統(tǒng)，分別控制四組電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將超聲波測(cè)距單元和四組角加速度傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號(hào)發(fā)送至中央處理器處理，所述無人機(jī)的四組機(jī)翼上均安裝攝像頭,攝像頭對(duì)周圍進(jìn)行拍攝,并將圖像進(jìn)行處理，圖像結(jié)合距離進(jìn)行定位；

衛(wèi)星：衛(wèi)星在飛行航線管理系統(tǒng)起到制定路線和實(shí)時(shí)發(fā)送位置信息的作用；

地面信號(hào)收發(fā)基站：地面信號(hào)收發(fā)基站作為信號(hào)的中轉(zhuǎn)站，地面信號(hào)收發(fā)基站既能接收無人機(jī)上無人機(jī)信號(hào)收發(fā)基站的位置信息和飛行姿態(tài)信息，又能將此信息轉(zhuǎn)發(fā)出去；

服務(wù)器：服務(wù)器為飛行航線管理系統(tǒng)提供傳輸路線和信息交流的作用，服務(wù)器接收來自地面信號(hào)收發(fā)基站的信息，并獲取無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將信息發(fā)出；

遙感控制器：遙感控制器作為無人機(jī)的外接控制器對(duì)無人機(jī)的飛行軌道、飛行姿勢(shì)和飛行動(dòng)作起到?jīng)Q定性作用，服務(wù)器將無人機(jī)的信號(hào)輸出至遙感控制器，通過遙感控制器將控制信息傳輸至衛(wèi)星，衛(wèi)星將遙感控制器的控制信號(hào)輸出到無人機(jī)信號(hào)收發(fā)基站，中央處理器根據(jù)接收的信號(hào)對(duì)電路控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電控制系統(tǒng)根據(jù)指令對(duì)四組電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向控制，從而達(dá)到調(diào)整無人機(jī)的飛行路線和飛行姿勢(shì)的調(diào)節(jié)。

優(yōu)選的，所述電機(jī)一、電機(jī)二、電機(jī)三和電機(jī)四均采用BLDC無刷電機(jī)，且電機(jī)一、電機(jī)二、電機(jī)三和電機(jī)四結(jié)構(gòu)、型號(hào)均相同。

優(yōu)選的，所述角加速度傳感器一、角加速度傳感器二、角加速度傳感器三和角加速度傳感器四與電機(jī)一、電機(jī)二、電機(jī)三和電機(jī)四一一對(duì)應(yīng)。

優(yōu)選的，所述遙感控制器為無線搖桿控制器，且遙感控制器安裝有與衛(wèi)星相適配的無線收發(fā)單元。

優(yōu)選的，所述中央處理器為可編程PLC控制器，且中央處理器的存儲(chǔ)單元預(yù)先輸入飛行路線。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：該基于機(jī)電一體化的無人機(jī)飛行航線管理系統(tǒng)，為閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有反饋和輸出的功能，對(duì)無人機(jī)的路線控制更加準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)原理圖；

圖2為本發(fā)明無人機(jī)系統(tǒng)原理圖；

圖3為本發(fā)明工作流程圖；

圖4為本發(fā)明無人機(jī)垂直控制圖；

圖5為本發(fā)明無人機(jī)仰俯、滾動(dòng)姿態(tài)控制圖；

圖6為本發(fā)明偏航姿態(tài)控制圖。

圖中：1無人機(jī)、2衛(wèi)星、3地面信號(hào)收發(fā)基站、4服務(wù)器、5遙感控制器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-6，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種基于機(jī)電一體化的無人機(jī)飛行航線管理系統(tǒng)，包括：無人機(jī)1、衛(wèi)星2、地面信號(hào)收發(fā)基站3、服務(wù)器4和遙感控制器5，無人機(jī)1、衛(wèi)星2、地面信號(hào)收發(fā)基站3、服務(wù)器4和遙感控制器5組成飛行航線管理系統(tǒng)；

無人機(jī)1：無人機(jī)1為四旋翼無人飛行器，無人機(jī)1的四個(gè)機(jī)翼分別按裝電機(jī)一、電機(jī)二、電機(jī)三和電機(jī)四，四組電機(jī)分別作為四組螺旋槳的動(dòng)力源，超聲波測(cè)距單元安裝在無人機(jī)1的底部用于測(cè)量無人機(jī)1與地面的距離，無人機(jī)1的四組螺旋槳下分別按裝有角加速度傳感器一、角加速度傳感器二、角加速度傳感器三和角加速度傳感器四，四組角加速度傳感器分別對(duì)四組電機(jī)的角加速度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，無人機(jī)1上的控制中心包括：電源模塊為控制中心中的電路元件提供電能，無人機(jī)信號(hào)收發(fā)基站用于接收衛(wèi)星2的位置信號(hào)、航線路徑和向地面信號(hào)收發(fā)基站3發(fā)送信息，通信模塊使得控制中心具有信息交流的功能，中央處理器作為控制中心的主控制器起到主導(dǎo)作用，電路控制系統(tǒng)作為控制四組電機(jī)的控制系統(tǒng)，分別控制四組電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將超聲波測(cè)距單元和四組角加速度傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號(hào)發(fā)送至中央處理器處理，所述無人機(jī)1的四組機(jī)翼上均安裝攝像頭,攝像頭對(duì)周圍進(jìn)行拍攝,并將圖像進(jìn)行處理，圖像結(jié)合距離進(jìn)行定位；

衛(wèi)星2：衛(wèi)星2在飛行航線管理系統(tǒng)起到制定路線和實(shí)時(shí)發(fā)送位置信息的作用，攝像頭拍攝的圖像結(jié)合衛(wèi)星2定位對(duì)無人機(jī)1進(jìn)行航線定位；

地面信號(hào)收發(fā)基站3：地面信號(hào)收發(fā)基站3作為信號(hào)的中轉(zhuǎn)站，地面信號(hào)收發(fā)基站3既能接收無人機(jī)1上無人機(jī)信號(hào)收發(fā)基站的位置信息和飛行姿態(tài)信息，又能將此信息轉(zhuǎn)發(fā)出去；

服務(wù)器4：服務(wù)器4為飛行航線管理系統(tǒng)提供傳輸路線和信息交流的作用，服務(wù)器4接收來自地面信號(hào)收發(fā)基站3的信息，并獲取無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將信息發(fā)出；

遙感控制器5：遙感控制器5作為無人機(jī)1的外接控制器對(duì)無人機(jī)的飛行軌道、飛行姿勢(shì)和飛行動(dòng)作起到?jīng)Q定性作用，服務(wù)器4將無人機(jī)的信號(hào)輸出至遙感控制器5，通過遙感控制器5將控制信息傳輸至衛(wèi)星2，衛(wèi)星2將遙感控制器5的控制信號(hào)輸出到無人機(jī)信號(hào)收發(fā)基站，中央處理器根據(jù)接收的信號(hào)對(duì)電路控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電控制系統(tǒng)根據(jù)指令對(duì)四組電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向控制，從而達(dá)到調(diào)整無人機(jī)1的飛行路線和飛行姿勢(shì)的調(diào)節(jié)。

其中，電機(jī)一、電機(jī)二、電機(jī)三和電機(jī)四均采用BLDC無刷電機(jī)，且電機(jī)一、電機(jī)二、電機(jī)三和電機(jī)四結(jié)構(gòu)、型號(hào)均相同，角加速度傳感器一、角加速度傳感器二、角加速度傳感器三和角加速度傳感器四與電機(jī)一、電機(jī)二、電機(jī)三和電機(jī)四一一對(duì)應(yīng)，遙感控制器5為無線搖桿控制器，且遙感控制器5安裝有與衛(wèi)星2相適配的無線收發(fā)單元，中央處理器為可編程PLC控制器，且中央處理器的存儲(chǔ)單元預(yù)先輸入飛行路線。

工作原理：角加速度傳感器一、角加速度傳感器二、角加速度傳感器三和角加速度傳感器四與電機(jī)一、電機(jī)二、電機(jī)三和電機(jī)四一一對(duì)應(yīng)，起到對(duì)四組電機(jī)轉(zhuǎn)速和角加速度的測(cè)量，超聲波測(cè)距單元實(shí)時(shí)測(cè)量無人機(jī)1的離地間距，無人機(jī)控制系統(tǒng)的中央處理器根據(jù)測(cè)量的離地間距和四組電機(jī)的角加速度對(duì)無人機(jī)的飛行狀態(tài)進(jìn)行判定，衛(wèi)星2將無人機(jī)1的位置信號(hào)發(fā)送至無人機(jī)的無人機(jī)信號(hào)收發(fā)基站，若無人機(jī)1的位置沒有偏離預(yù)設(shè)路線，四組角加速度傳感器持續(xù)對(duì)四組電機(jī)進(jìn)行測(cè)量，超聲波測(cè)距單元持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無人機(jī)1離地距離，攝像頭拍攝的圖像結(jié)合離地距離進(jìn)行綜合判定，若無人機(jī)1的位置偏離預(yù)設(shè)路線，無人機(jī)1通過無人機(jī)信號(hào)收發(fā)基站將偏離信息發(fā)送至地面信號(hào)收發(fā)基站3，地面信號(hào)收發(fā)基站3將信息通過服務(wù)器4發(fā)送至遙感控制器5，遙感控制器5通過控制按鈕發(fā)出控制命令并通過無線收發(fā)單元將控制命令發(fā)送至衛(wèi)星2，衛(wèi)星2將控制命令發(fā)送至無人機(jī)信號(hào)收發(fā)基站，中央處理器根據(jù)接收的控制命令對(duì)電路控制系統(tǒng)發(fā)出指令，若調(diào)節(jié)無人機(jī)1的高度，只需同時(shí)對(duì)四組電機(jī)增加或減少相同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，且四組電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，從而調(diào)節(jié)無人機(jī)1的高度(如圖4)，若要調(diào)整無人機(jī)1的仰俯、滾動(dòng)姿態(tài)，使得對(duì)角的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，相鄰的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，保持一組對(duì)角電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，兩一組對(duì)角電機(jī)，其中一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，另一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，根據(jù)仰俯、滾動(dòng)的要求調(diào)整，(如圖5)，若要對(duì)無人機(jī)1偏航姿態(tài)的調(diào)整，對(duì)角兩組電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向均相同，根據(jù)偏航姿態(tài)的要求，電路控制系統(tǒng)需要進(jìn)行調(diào)控兩組對(duì)角電機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)速，(如圖6)。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。