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八旋翼海岸救生无人机

发布时间:2018-12-10 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    八旋翼海岸救生无人机作者:未知   摘 要:八旋翼海岸救生无人机是具有物品投放功能的多旋翼无人机。八旋翼飞行器有八个螺旋桨,配备带云台摄像机和机械手,摄像机可实现航拍取景和空中监控等飞行任务,机械手可实现夹持、运输、投放物品任务。本文对此无人机的机械结构、系统设计、地面站等方面进行了介绍。
  关键词:多旋翼;无人机;APM;物品投放
  中图分类号:V275.1 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)09-0062-02
  八旋翼海岸救生无人机是一种多旋翼飞行器,伞形折叠结构,可单手提起,能在携带状态与事务状态之间迅速转换。选取垂直起降,对起飞环境要求较低,能在狭窄、恶劣的环境下执行任务。可执行空中监控取景、地形勘探、救生等飞行任务。海岸救生无人机搭配GPS、指南针模块进行飞行。可实现定点悬停、失控返航、航向锁定、返航点锁定等飞行抑制功能。通过地面站能够设定航点进行全自动巡航。摄像头可将实时画面发送会地面站,一旦发现游泳者有异状能够立即施救,投放救生圈。
  1 机械结构
  选取框架结构保证稳固的机体。机身选取碳纤维材料,利用雕刻机切割组装变成机身。碳纤维具有抗拉强度高、质量轻、耐高温、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小等特性;基于以上特性,碳纤维与金属、树脂、陶瓷等复合变成的材料,具有高比模量、高比强度、导热、导电、耐疲劳等多种显著优势,在现代工业应用广泛[1]。
  机身选取正八边形布局。在同等条件下,轴向平铺多旋翼能充分利用每个电机动力。本飞行器选取八轴结构,结构较为复杂。主控板位于中心,负责接收发射机的抑制信号,收到信号后,通过抑制总线分辨抑制八个电调,电调再将抑制下令转化为电机转速,以达到抑制要求。按照机载飞控系统来确定螺旋桨的正反与电机转动的顺序,机械结构上只需均匀分布重量,八电机保持在同一水平线上。
  2 设备构成
  见图1。电子设备包括飞行抑制系统、动力系统、通讯视频模块、导航系统、物品投放系统。飞行抑制是整个抑制系统的基础,核心组件便是飞行抑制器,决定飞行的平衡及飞行状态,完成既定飞行任务。通讯视频模块是无人机的眼睛,导航系统是无人机的耳朵,物品投放系统是无人机的手臂。动力系统包括电池、无刷抑制器、无刷电机、螺旋桨四个局部。电池选取高储能锂电池。锂离子电池具有事务电压高、无记忆效应、重量轻、能量密度大、循环寿命长和无污染等优点,已成为电子产品电源的主力。蓄电池同时具备很好的荷电保持能力、高低温放电本能、倍率本能、平安本能与临近空间环境适应性[2]。
  无刷抑制器是无刷电机的驱动设备,作用是根据信号的变化来改变电机转速变化。此抑制器可作为抑制装置,为三相无刷电机提供封闭回路的�Q向抑制信号,对电机速度进行抑制的同时保护电机,无刷电机的抑制器复杂度明显提升。因机理特点,无刷电机必须与无刷抑制器协调事务。因为具备可维护性高、功率输出能力强等特点,无刷抑制器成为电动航模的主要驱动机构。
  通讯与视频模块中搭载摄像机、云台、无线收发器等设备;对面站对飞行状态进行实时检测。摄像机用于收集需要捕捉的图像信息。云台作为摄像机的自动稳定系统,同时满足多个自由度的运动。在图像传送回地面之前,飞行信息以文字形式,通过飞控系统的图像叠加器(OSD)叠加在图像上;地面抑制人员通过监控屏幕看到实时图像,观察飞机的状态信息。
  体内置三轴惯导陀螺、GPS、高度计等精密传感器;具有垂直起降、自动驾驶飞行、GPS悬停、Carefree操控等功能。
  物品投放系统主要由机械手构成。机械手由驱动与执行机构、抑制系统组成。根据被抓持物件的重量、尺寸、形状、材料与作业要求而具有多种结构,如夹持型、吸附型与托持型等。手部基于运动机构完成各种转动、移动或复合运动,以此实现既定动作,改变被抓持物件的位置与姿势。通过对机械手每个电机的抑制,抑制系统完成动作要求;通过接收传感器反馈的信息,变成稳定的闭环抑制。抑制系统所要抑制的功能由主控芯片编程实现[3]。本无人机的机械手选取托持型,运动机构主要由舵机来实现。舵机型号不同,所能托持的重量也不一样。
  3 飞控系统
  选取APM(ArduPilotMega)2.8作为飞控系统[3],具有自动起飞、下降、返航,航点航线飞行等多种本能。APM支持多种载机,如多旋翼、固定翼、直升机等,可搭配地面抑制站使用。Arducoper模式支持直升机与多旋翼(包括三轴、四轴、六轴、八轴等),ArduPlane模式支持固定翼飞机。地面站可进行固件与在线调参升。APM与地面站之间使用全双工无线数据传输系统,可建立数据链,以构成无人机自动抑制系统。APM具有人性化的图形地面站抑制软件,通过MicroUSB线或无线数传连接就可进行设置和下载程序到MCU中。APM支持编程下载,使用Arduino可进行自由编程下载。
  ArduPilotMega自动驾驶仪MCU选取8bitATME GA2560,整合三轴陀螺仪与三轴加速度的MEMS传感器MPU6000、高度测量选取高精度数字空气压力传感器MS-5611、16MB的存储器AT45DB161D及HMC5883 三轴磁力计。具有8路PWM抑制输入、11路模拟传感器输入及11路PWM输出(8路电调电机+3路云台增稳)。如图2所示。
  APM有OSD模块,可将速度、姿态、模式等重要数据叠加到图像上实时回传。
  4 结语
  八旋翼海岸救生无人机可实现精准投放药品、急救包、救生衣、救生艇等物品,可协助消防队、救援队等机构共同实救,改变救生理念,有很强的现实意义。
  参考文献
  [1]黎小平,张小平,王红伟.碳纤维的发展及其应用现状[J].高科技纤维与应用,2005,5:14-40.
  [2]丰震河,黄莉,宋缙华,王可,解晶莹.高效储能锂电池技能研讨.高分别率对地观测学术年会,2013.
  [3]赵杰.无位置传感器无刷直流电机抑制系统的研讨[D].哈尔滨理工大学,2014.
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