[发明专利]倾转旋翼飞行器的角度测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器，特别是一种倾转旋翼飞行器的角度测量装置及测量方法。

背景技术

无人机使用灵活，机载配置多样化，操作简单，应用范围广泛。常见的无人机为无人直升机和固定翼无人机。无人直升机可以垂直起降，但是速度和续航受限；固定翼无人机速度快但是需要跑道。倾转旋翼无人机可以结合他们的优点，所以越来越受到关注。

相较于常见的固定翼飞行器，如四轴飞行器等，倾转旋翼飞行器的飞行特性研究还处于不成熟的阶段，脱离遥控器，很难完成相对复杂的飞行任务，其中的难点在于飞行器的稳定性和飞行器旋翼角度飞行速度之间的关系理论研究还不深。所以常见的倾转旋翼还属于开环控制模式，即飞行器不对自身旋翼角度，飞行速度做检测来校正飞行姿态。

另外，现有的大部分倾转旋翼飞行器，不带有角度传感器，倾转旋翼飞行器的控制代码又不允许个人改动，若对飞行控制器做飞行角度检测与数据传输，则会增加运行负荷，从而影响飞行稳定性等等。因而，对这些倾转旋翼飞行器进行拓展的角度测量，进而对飞行姿态及飞行稳定性进行研究，则显得非常困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种倾转旋翼飞行器的角度测量装置，该倾转旋翼飞行器的角度测量装置能对市售的不带角度测量的倾转旋翼飞行器，在不对飞行器控制代码做改动的情况下，自动进行角度测量，角度测量装置且易拆卸，能适用于多种飞行器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是。

一种倾转旋翼飞行器的角度测量装置，包括角度测量装置、微控制器和地面站。

倾转旋翼飞行器包括机身、旋翼和机舱；旋翼与机身转动连接，机舱设置在机身上。

角度测量装置至少有两个，旋翼与机身上至少各设置一个角度测量装置。

每个角度测量装置均包括角度测量传感器、吸盘、吸盘开关、压力传感器和电磁铁。

角度测量传感器朝向机身或旋翼的侧面上均设置吸盘和电磁铁，吸盘上设置吸盘开关，吸盘内壁面上设置压力传感器。

微控制器设置在机舱内，每个角度测量传感器、每个压力传感器和每个电磁铁均与微控制器相连接。

微控制器内置有RTC时钟模块和无线收发模块。

地面站包括计算机和无线接收装置，计算机通过无线接收装置和无线收发模块与微控制器实现无线连接。

每个角度测量传感器背离机身或旋翼的侧面上均设置有与微控制器相连接的太阳能电板。

所述微控制器的型号为SMT32。

所述微控制器上还内置有独立看门狗和窗口看门狗。

每个角度测量传感器的型号均为MPU6050。

所述无线收发模块的型号为NRF24L01，无线接收装置为2.4G天线。

本发明还提供一种倾转旋翼飞行器的角度测量方法，该倾转旋翼飞行器的角度测量方法能对市售的不带角度测量的倾转旋翼飞行器，在不对飞行器控制代码做改动的情况下，自动进行角度测量，角度测量装置且易拆卸，能适用于多种飞行器。

一种倾转旋翼飞行器的角度测量方法，包括如下步骤：

步骤1，角度测量装置吸附安装：在倾转旋翼飞行器的机身和旋翼上各安装一个角度测量装置，角度测量装置的安装方法为：先将吸盘按压在机身或旋翼上，后打开吸盘开关，使用真空泵，抽吸吸盘内气体，使吸盘内形成负压，压力传感器将对吸盘内的气体压力进行实时检测，当吸盘内压力达到设定值时，移走真空泵，关闭吸盘开关，角度测量传感器吸附在机身或旋翼上。

步骤2，倾转旋翼飞行器角度数据采集：操作倾转旋翼飞行器飞行，角度测量传感器将自动采集机身或旋翼的角度数据，采集的角度数据包括X，Y，Z方向上的加速度和角速度；角度测量传感器将采集到的角度数据以四元数的形式传送给微控制器，微控制器读出接收的四元数并计算欧拉角后，放入自身的存储器内。

步骤3，倾转旋翼飞行器角度数据处理，并形成角度函数：微处理器将自身存储器内存储的欧拉角数据及RTC时间信息无线传送给地面站中的计算机，计算机采用三次样条插值法，得到连续的角度函数。

步骤4，角度测量装置吸附力调整：当吸盘内压力高于设定阈值时，电磁铁通电，电磁铁与机身或旋翼形成电磁吸附。

所述步骤3中，计算机采用三次样条插值法，得到连续角度函数的具体方法，包括如下步骤。

步骤31，起始点和结束点的一阶求导：选择需研究的一段离散数据，对选择的该段离散数据中的起始角度点和结束角度点分别一阶求导。

具体一阶求导方法如下。