一种多旋翼载重无人机的制作方法

1.本实用新型属于无人机领域，更具体的说涉及一种多旋翼载重无人机。


背景技术：

2.上世纪五十年代，欧美国家先后开始了无人机在电力巡检方面的研究，伴随着通信技术、能源技术、智能控制技术、图像处理技术等多领域科技的长足发展，无人机巡检技术不断的融合多学科的技术精华，逐渐成为了一项具有高技术含量的科研项目。2000年，英国的威尔士大学和ea科技公司首次将光电平台与无人机结合，实现了输电线路故障巡检，开创了采用无人机融合各领域技术进行高效电力巡检的先例，在之后的发展中，多个研究团队开始不断地致力于提高无人机电力巡线的准确性、稳定性，例如由日本千叶大学和关西电力公司校企合作共同研发的基于故障识别技术与三维建模技术的无人机电力巡线系统，能够使人脱离故障检测的环节，降低了误检、漏检的概率，同时能够保证线路安全走廊的可靠性。
3.现有普通的无人机很难拥有更大的任务载荷，在进行高压电力线巡查时，需要携带更多的设备，所以需要一种专用的能够携带跟多设备的专用高压巡线载重无人机。


技术实现要素：

4.本发明通过对无人机集体进行全碳纤维改造，降低无人机本身的重量，且使用有更高驱动效率的foc驱动器，作为无人机的驱动模块，提高了无人机的单位载重，并且foc驱动器也能够不论在什么转速下都可以实现精确控制。
5.为了实现上述目的，本实用新型是采用以下技术方案实现的：所述的多旋翼载重无人机还包括控制模块1、驱动模块2、动力模块3、传感器模块4、图传模块5，所述的传感器模块4输出端与控制模块1连接、控制模块1输出端与驱动模块2连接，驱动模块2与动力模块3连接，图传模块5与控制模块1连接，控制模块1、驱动模块2与传感器模块4均安装于无人机机体内部。
6.进一步地，所述的驱动模块2采用foc驱动器，动力模块3包括无刷电机6与电池模组7，所述的foc驱动器与无刷电机6连接，无刷电机6安装于无人机旋翼翼尖位置。
7.进一步地，所述的无人机本体采用旋翼无人机，无人机机身与旋翼均采用碳纤维制作。
8.进一步地，所述的传感器模块4包括惯性导航模块8、避障模块9、摄像头模块10，所述的惯性导航模块8、避障模块9、摄像头模块10与控制模块1连接。
9.进一步地，所述的图传采用wifi图传模块5，与无人机控制器连接，无人机控制器为无人机遥控器。
10.本实用新型有益效果：
11.本发明通过对无人机集体进行全碳纤维改造，降低无人机本身的重量，且使用有更高驱动效率的foc驱动器，作为无人机的驱动模块，提高了无人机的单位载重，并且foc驱
动器也能够不论在什么转速下都可以实现精确控制。
附图说明
12.图1为本实用新型无人机控制框图；
13.图2为本实用新型无人机结构图；
14.图3为本实用新型foc驱动器电路图；
15.图4为本实用新型控制模块电路图。
16.图中、1-控制模块、2-驱动模块、3-动力模块、4-传感器模块、5-图传模块、6-无刷电机、7-电池模组、8-惯性导航模块、9-避障模块、10-摄像头模块。
具体实施方式
17.以下将以附图公开本公开的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本公开。也就是说，在本公开内容部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式示出的。
18.如图1-4所示，所述的多旋翼载重无人机还包括控制模块1、驱动模块2、动力模块3、传感器模块4、图传模块5，所述的传感器模块4输出端与控制模块1连接、控制模块1输出端与驱动模块2连接，驱动模块2与动力模块3连接，图传模块5与控制模块1连接，控制模块1、驱动模块2与传感器模块4均安装于无人机机体内部。所示的无人机机体下方还加装有载重挂钩，能够挂在多种设备，无人机的控制模块1开放psdk/osdk开发接口，方便调用无人机系统相关功能，排查到故障点后，能够调用无人机系统内故障点坐标信息和图像视频等信息。最后故障排查装置能够通过无人机自有通讯网络把故障排查信息传输到巡检人员手持终端上。
19.所述的驱动模块2采用foc驱动器，动力模块3包括无刷电机6与电池模组7，所述的foc驱动器与无刷电机6连接，无刷电机6安装于无人机旋翼翼尖位置。
20.foc（field-orientedcontrol），即磁场定向控制，也称矢量变频，是目前高效控制无刷直流电机（bldc）和永磁同步电机（pmsm）的最佳选择。foc精确地控制磁场大小与方向，使得电机转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应。目前已在很多应用上逐步替代传统的控制方式，在运动控制行业中备受瞩目。
21.foc的优势：
22.低转速下控制由于控制原理的区别，无刷电调只能控制电机工作在高转速下，低速下很难控制；而foc控制器则完全没有这个限制，不论在什么转速下都可以实现精确控制。
23.电机换向同上面的理由，由于无感电调无法反馈转子位置，因此很难实现电机正反转的换向；而foc驱动器的换向性能极其优秀，最高转速下正反转切换可以非常顺畅；此外foc还可以以能量回收的形式进行刹车控制。
24.力矩控制普通电调都只能控制电机转速，而foc可以进行电流（力矩）、速度、位置三个闭环控制。由于可以进行力矩控制，所以采用foc驱动器比传统电调驱动器拥有更大的载重能力。
25.噪音foc驱动器的噪音会比电调小很多，原因是普通电调采用方波驱动，而foc是正弦波。
26.近年来，民用无人机行业逐渐兴起。无人机驱动器最早使用的是120
°
方波控制（也称6步换相），但是随着无人机对电机控制要求的日益增高，foc也正真逐步替代方波控制。目前流行的四轴飞行器续航一般20分钟左右，foc驱动电机更高效，可以延长无人机的续航能力。foc动态响应快的优点也有利于无人机的姿态调整、平稳控制。
27.foc控制器采用峰岹科技bldc驱控芯片，与同行业企业通常在通用芯片上用软件编程（arm为主）来实现电机控制算法不同，峰岹科技从底层架构上将芯片设计、电机驱动架构、电机技术三者有效融合，用算法硬件化的技术路径在芯片架构层面实现复杂的电机驱动控制算法，形成自主知识产权的电机驱动控制处理器内核me。
28.在该技术下，峰岹科技设计的芯片可实现电机控制foc算法，6~7us即可完成一次foc运算，无感foc控制方案的电周期转速可高达27万转。
29.fu6812/61系列是一款集成8051内核和电机控制引擎(me)的高性能电机驱动专用芯片，8051内核处理常规事务，me处理电机实时事务，双核协同工作实现各种高性能电机控制。
30.其中8051内核大部分指令周期为1t或2t，芯片内部集成有高速运算放大器、比较器、高速adc、乘/除法器、crc、spi、i2c、uart、多种timer、pwm等功能，内置高压ldo，适用于bldc/pmsm电机的方\波、svpwm/spwm、foc驱动控制。
31.foc控制首选需要得到电机转子的位置、电机转速、电流大小等信息作为反馈输入，需要采集电机相电流，对其进行一系列的数学变换和估算算法后得到解耦的易用控制的反馈量。
32.控制器根据反馈量与目标值的误差进行动态调节，最终输出3相正弦波驱动电机转动。
33.foc它相比方波电调能提升系统10-20%的效率，同等时间下，需要的电池容量就小，电池就轻点，然后载重就对应的大点。
34.所述的无人机本体采用旋翼无人机，无人机机身与旋翼均采用碳纤维制作。
35.8旋翼无人机拥有更好的稳定性，相较于4旋翼无人机，由于旋翼增多升力也相较于4旋翼无人机更大，所以也会增加更多的载重。碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。
36.所述的传感器模块4包括惯性导航模块8、避障模块9、摄像头模块10，所述的惯性导航模块8、避障模块9、摄像头模块10与控制模块1连接。所述的惯性导航模块8主要用于无人机的导航使用，稳定无人机的飞行状态，避障模块9安装于无人机机体四周，用于检测无人机是否接近障碍物，接近障碍物时，会自动停止无人机前进。摄像头模块10用于拍摄无人机下方的高压电路线视频信息，可以通过视频信息判断电力线的工作状态。
37.所述的图传采用wifi图传模块5，与无人机控制器连接，无人机控制器为无人机遥控器。wifi图传易于开发，且能够进行一定距离的对无人机进行控制和数据传输，所以采用
wifi图传模块5作为本无人机的控制和数据传输方式。
38.本实用新型工作原理：本实用新型将无人机机身替换为碳纤维，降低了无人机本身的重量，且采用foc控制器代替传统电调，能够进一步的提升无人机控制效率，在相同电量的情况下，可以做到更久的续航，就可以把电池做小，从而减轻电池重量，提高无人机的载重。
39.应当理解，以上借助优选实施例对本实用新型的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本实用新型说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种多旋翼载重无人机，包括无人机本体，其特征在于：所述的多旋翼载重无人机还包括控制模块（1）、驱动模块（2）、动力模块（3）、传感器模块（4）、图传模块（5），所述的传感器模块（4）输出端与控制模块（1）连接、控制模块（1）输出端与驱动模块（2）连接，驱动模块（2）与动力模块（3）连接，图传模块（5）与控制模块（1）连接，控制模块（1）、驱动模块（2）与传感器模块（4）均安装于无人机机体内部。2.根据权利要求1所述的一种多旋翼载重无人机，其特征在于：所述的驱动模块（2）采用foc驱动器，动力模块（3）包括无刷电机（6）与电池模组（7），所述的foc驱动器与无刷电机（6）连接，无刷电机（6）安装于无人机旋翼翼尖位置。3.根据权利要求1所述的一种多旋翼载重无人机，其特征在于：所述的无人机本体采用旋翼无人机，无人机机身与旋翼均采用碳纤维制作。4.根据权利要求1所述的一种多旋翼载重无人机，其特征在于： 所述的传感器模块（4）包括惯性导航模块（8）、避障模块（9）、摄像头模块（10），所述的惯性导航模块（8）、避障模块（9）、摄像头模块（10）与控制模块（1）连接。5.根据权利要求1所述的一种多旋翼载重无人机，其特征在于：所述的图传采用wifi图传模块（5），与无人机控制器连接，无人机控制器为无人机遥控器。

技术总结
本实用新型公开了一种多旋翼载重无人机，属于无人机领域，所述的多旋翼载重无人机驱动装置包括无人机、控制模块、驱动模块、动力模块、传感器模块、图传模块，所述的传感器模块输出端与控制模块连接、控制模块输出端与驱动模块连接，驱动模块与动力模块连接，图传模块与控制模块连接，控制模块、驱动模块与传感器模块均安装于无人机机体内部，本实用新型将无人机机身替换为炭纤维，降低了无人机本身的重量，且采用FOC控制器代替传统电调，能够进一步的提升无人机控制效率，在相同电量的情况下，可以做到更久的续航，就可以把电池做小，从而减轻电池重量，提高无人机的载重。提高无人机的载重。提高无人机的载重。


技术研发人员：叶升言 杨翥 李锦辉 陆德群 杨金培 杨荣胜 毛海东 杨星洁 洪灿文
受保护的技术使用者：云南电网有限责任公司德宏供电局
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/5/10