[实用新型]一种四旋翼多模式飞行器

说明书

技术领域

本实用新型属于电子通信和新能源技术领域的太阳能航模或无人机技术，具体涉及一种四旋翼多模式飞行器。

背景技术

遥控机器人已经广泛应用于地震探测和火灾救援等任务。由于在这些特殊的环境下存在诸多的未知因素，且室内无GPS定位信号，因此需要依靠先进的科学技术和仪器来获取遥控机器人的导航信息。目前主要采用的导航传感方式有视觉、光电、超声和里程计等，但是上述导航传感方式易受外界环境干扰，而且飞行器在导航过程中对障碍物的判断和避障控制面临着许多问题，尤其是，飞行器电能供给及续航时间较短，无法持续飞行和执行任务，难以满足特定环境下的应用需求。因此，设计和开发一种具有自主导航、避障和移动通信功能的飞行器，具有重要意义。

随着电子信息技术和新能源技术的不断进步，自主导航飞行器得到了迅速发展。近年来 MEMS(微机电系统)惯性导航技术和太阳能电池技术在无人机或飞行机器人广泛应用，其安装在无人机或飞行器运载体内，工作时不依赖GPS定位信息，能提供较充足的飞行动力和充电续航能力，基本可以满足无人机或飞行器自主导航和长时间航行需求。因此，发明和设计一种具有操控方便、机动灵活、自主导航，适合在复杂城市环境或山区环境及在狭小区域垂直起降的飞行器，用于解决大气中污染物和有害气体等环境监测、对地面场景进行空中拍摄，以及为灾害地区或特定环境提供应急通信，具有理论创新意义和实用价值。

实用新型内容

为实现上述目的，本实用新型发明了一种四旋翼多模式飞行器。

本发明采用的技术方案是，提供一种四旋翼多模式飞行器，用于环境监测、航拍侦查和应急通信。所述飞行器由主控单元、驱动模块、导航模块、感知模块、无线通信模块、太阳能电池组件和遥控装置构成，其中，

所述主控单元用于收集传感器信息，存储飞行器航行记录和实时采集信息，接收遥控信号及返回飞行状态信息等，并通过遥控装置捕获指令、实时跟踪与检测飞行器状态；

所述驱动模块由驱动电路和电机组成，驱动模块通过电机控制端口与主控单元连接，并通过驱动电机和旋翼来为飞行器提供飞行动力；

所述导航模块集成电子罗盘、三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计，通过SPI接口与主控单元连接，并通过I²C接口与三轴磁力计进行多轴数据融合，实现飞行器的平衡控制、姿态调节和精确定位；

所述感知模块采用集成式结构，包含温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、PM2.5传感器、CCD视觉传感器和超声波测距传感器，与主控单元连接，用于对目标环境中的温度、湿度、烟雾、PM2.5浓度监测和场景拍摄，以及实现飞行器飞行高度检测与避障控制；

所述无线通信模块装有收发天线，通过SPI接口与主控单元连接，实现与地面监测站的无线通信，并将飞行器的飞行状态以及监测信息，以无线传输方式发送到遥控装置及地面监测站；

所述太阳能电池组件为薄膜太阳能光伏电池，其利用光伏电池将太阳光能转化为电能，通过电机驱动螺旋桨产生飞行动力，既可以维持飞行器的正常工作，也可通过储能元件对机载电源充电及给飞行器续航供电；

所述遥控装置用于飞行器远程控制和模式切换。

所述飞行器具有监测模式、航拍模式和通信模式等多种工作模式，并通过遥控装置完成模式切换功能。

在监测模式，所述飞行器通过温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和PM2.5传感器监测目标环境的温度、湿度、烟雾和PM2.5浓度，并通过无线传输方式将监测信息发送到遥控装置及地面监测站；在航拍模式，所述飞行器通过CCD视觉传感器拍摄目标环境的场景，并通过无线传输方式将航拍图像信息发送到遥控装置及地面监测站；在通信模式，所述飞行器通过WiFi无线通信接口和LTE空中接口，向地面终端提供无线接入和移动通信功能。

所述飞行器为轻质材料四旋翼飞行器，其中，相邻的螺旋桨桨叶方向相反，相对的螺旋桨桨叶方向相同，以抵消飞行器运动时的旋转力矩；所述飞行器通过调整电机的PWM波输出信号，实现其向前、向后、向左和向右的平移运动，以及完成俯仰方向、横滚方向和偏航方向上的旋转运动。

所述飞行器具有RS232接口、USB接口、ADC接口、SPI接口、I²C接口、WiFi接口和LTE 接口。

所述飞行器具有太阳能电池电压自动检测功能，飞行过程中若电池电压过低，则通过遥控器进行声、光和短信报警并强制飞行器降落。