[发明专利]用于飞行无人机的集成控制/命令模块

说明书

技术领域

本发明涉及远程地驾驶此后一般被称为“无人机”的机动化飞行器。

更具体而言，本发明涉及固定翼无人机，尤其是“飞翼”型，诸如来自瑞士Cheseaux-Lausanne的SenseFly的eBee型(这是专业地形测绘无人机)或者法国巴黎的Parrot SA最近推出的Disco型。

背景技术

这些无人机由具有遥控器的用户远程地驾驶，该遥控器允许他们发送驾驶指令(诸如爬升、下降、向右或向左转、加速/减速，等等)以及在安装在遥控器上的屏幕上查看由无人机相机捕捉的图像。无人机本身依赖于从遥控器接收到的指令来生成飞行控制命令，即推进系统的引擎速度、控制面命令，等等。在由无人机机载的多个传感器(诸如惯性单元(三轴加速度计和陀螺仪)、高度传感器(气压计、超声距离指示器)、用于测量空中速度和/或地面速度的设备，等等)提供的数据的基础上对这些命令进行伺服控制。

更具体而言，本发明涉及无人机机载的不同元件的机械和功能集成，诸如各种传感器、相机、无线电接收电路、数字处理器、用于生成用于飞行控制的设定值以及用于控制推进和控制面系统的电路、自主驾驶系统，等等。

元件的多样性一般导致相对复杂的机械设计，其中若干部件和子组装件要以可能的最紧凑的方式被组装和组合在无人机机体内。EP2937123A1(Parrot)描述了用于四螺旋桨直升机型无人机的这一类型的结构，其中各组件、传感器以及相机被附连到印刷电路板，印刷电路板进而被安装到支撑板，支撑板在其两个面上承载无人机的各电路的其他组件和组成部件。

设计这一类型的结构是复杂且因此昂贵的任务，如同其组装一样，这非常难以自动化，甚至在大量生产中。

另外，在意外的情况下，例如，如果无人机突然并且非预期地落到地面或者在飞行阶段期间碰到障碍物，则该组装件的不同元件只受到无人机机体的外壳的保护，并且可能容易地被该碰撞或该坠落所损坏。例如，如果需要修复，则有必要完全分解无人机，以替换或重焊受损组件(假定这是可能的)，等等。

存在紧凑模块，诸如将一定数目的传感器(尤其是陀螺仪、加速度计和气压传感器)和可能的成像相机以及具有可编程数据处理器的电子电路集成到同一外壳中的来自Erlerobotics的Erle-Brain或来自3D Robotics的Pixhawk。丰富连接选项使得可能将该模块耦合到没有集成在外壳中的其他传感器(GPS、距离指示器，等等)，耦合到用于处理由处理器准备的数据的电路，耦合到USB或以太网总线以用于传送所述数据，等等。

这两个Erle-Brain和Pixhawk模块以及其实现以构造全功能无人机具体地在因特网引用中描述，诸如“Erle-Brain Linux Autopilot(Erle-Brain Linux自动驾驶)”(ardupilot.org/copter/docs/common-erle-brain-linux-autopilot，2016年4月3日)、“PIXHAWK Autopilot/Flight Management Unit(PIXHAWK自动驾驶/飞行管理单元)”(pixhawk.org/modules/pixhawk，2014年1月10日)、或者“Phantom FPV Flying Wing-PX4 Autopilot Platform(Phantom FPV Flying Wing-PX4自动驾驶平台)”(pixhawk.org/platforms/planes/phantom_fpv_flying_wing，2014年1月31日)。

具体而言，从这些文献中清楚的是Erle-Brain或Pixhawk模块必须被耦合到ESC(电子速度控制)电路来用于控制无人机的推进系统。ESC电路被插入在螺旋桨电机之间且连接到Erle-Brain或Pixhawk模块的PWM输出，所述PWM输出提供与驾驶控制面的伺服机构的那些相同种类的脉宽调制数字信号。

这些Erle-Brain和Pixhawk模块因此不适用于单独控制无人机的推进系统，并且因此没有使得以自主方式来整体控制所述无人机成为可能。

因此，存在对使得尽可能合理地集成用于执行无人机的不同功能(更具体而言是飞行控制)所需的所有电路和传感器成为可能的结构的需求。

发明内容

本发明所解决的问题是获得这一类型的集成模块，它不仅合并获得全功能无人机所需的所有传感器和电路，还可在没有任何中间装置的情况下耦合到无人机的推进系统以及控制面的伺服电机，而不添加其他元件或电路。