一种模块化小微无人机飞行控制计算机的制作方法

1.本实用新型涉及计算机系统技术领域，尤其涉及一种模块化小微无人机飞行控制计算机。

背景技术：

2.目前，无人机应用范围越来越广泛，上至军事应用，下至娱乐休闲，无处不在。
3.高端无人机集成了微电子技术、计算机技术、mems(微机电系统：micro-electro-mechanical system)导航技术和控制技术等于一体，已成为一种智能化工具，能完成艰巨环境下的复杂任务。
4.目前无人机的飞行控制计算机系统多选用单片机，性能较低的通用嵌入式处理器作为主控芯片。这类飞行计算机性能低、接口适配性差、功能单一。常用无人机惯性传感器通常为单独模块，减振差，定位精度低，与飞行控制计算机系统之间采用线缆连接，容易受到损坏和干扰，并且体积大且安装繁琐。飞行控制计算机系统与地面设备调试时，数据传输时间长，效率低下。特别是针对小微无人机，在空间严重不足的环境中，布置众多功能硬件，且保障振动、温度等恶劣飞行环境中各种芯片、传感器的稳定、高精度工作，飞行控制计算机的配置非常困难。
5.为配套无人机高准确性应用，急需一种可解决上述技术问题的小型飞行控制计算机系统。

技术实现要素：

6.鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种模块化小微无人机飞行控制计算机性能低、接口适配性弱、减振差、定位精度低的技术问题。
7.本实用新型通过如下技术方案实现：
8.一种模块化小微无人机飞行控制计算机，包括主机部件、减振支撑单元和底座安装单元；所述底座安装单元连接在小微无人机上，所述减振支撑单元两端分别模块化连接所述主机部件和底座安装单元；所述主机部件包括依次连接的核心模块组件、接口模块组件和主机安装板；所述主机安装板连接所述减振支撑单元；所述接口模块组件包括接口模块单元；所述接口模块单元包括冗余设置多个模块化插座的备用扩展模块、常用扩展模块和驱动模块；所述核心模块组件包括减振保温单元和温度补偿单元。
9.进一步的，所述核心模块组件还包括传感器板、核心板、传感器外壳和核心板外壳。
10.进一步的，所述传感器板模块化连接所述传感器外壳，所述传感器外壳套设在所述核心板外壳内，所述核心板设置在所述核心板外壳底上；所述传感器外壳和核心板外壳各侧面之间等间距。
11.进一步的，所述减振保温单元包括多块弹性保温体；所述减振保温单元填充在所述传感器外壳和核心板外壳之间。
12.进一步的，所述核心板上设置多个核心板模块化插座，用于连接小微无人机飞控系统硬件。
13.进一步的，所述传感器板上设置有多种传感器模块化插座；所述温度补偿单元设置在传感器板上。
14.进一步的，所述温度补偿单元为发热电阻。
15.进一步的，所述接口模块组件还包括接口板组件外壳、网口连接器和接口安装板。
16.进一步的，所述接口安装板连接在所述接口板组件外壳内，并与所述接口板组件外壳一起通过所述主机安装板接口模块连接孔连接在所述主机安装板的侧立面上。
17.进一步的，所述接口板组件外壳上包括冗余设置的多个备用扩展接口、常用扩展接口和驱动信号接口。
18.进一步的，所述底座安装单元上设置有底座连接孔，所述主机安装板上设置有主机安装板连接孔；所述减振支撑单元通过所述底座连接孔和主机安装板连接孔与所述底座安装单元和主机部件模块化连接。
19.进一步的，所述减振支撑单元包括减振弹性体和加强弹簧；所述加强弹簧为变节距压缩弹簧。
20.与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
21.1、本实用新型的模块化小微无人机飞行控制计算机结构紧凑，模块化的设计，使得通过简单组合，即可方便适用不同飞行性能要求的小微无人机。
22.2、带有变节距加强弹簧的减振弹性体同时具有弹性变形和强力支撑的作用，能够保证主机部件各工作部件工作环境的动态稳固。
23.3、本实用新型的模块化小微无人机飞行控制计算机中，作为计算机板卡的核心模块组件、接口模块组件均采用模块化设计方式，可以灵活扩展，通过将核心板和不同功能的接口模块组件相连接，满足各种嵌入式场景下，低功耗高性能的要求，有效提高了无人机飞控系统架构io(输入/输出：input/output)可扩展性；能够有效降低后续开发成本，降低开发工作量。即，在升级无人机飞控系统硬件计算性能时，只需要升级核心模块组件的核心板，接口模块组件无需修改；在需要修改使用场景时，只需要修改接口模块组件的接口模块单元，而核心板无需修改。
24.4、本实用新型的模块化小微无人机飞行控制计算机通过多传感器的数据融合冗余设计、金属屏蔽外壳以及内外二级减振设计的结合，有效防护因外力导致的传感器模块受扰受损情况，使小微无人机飞控受到振动环境的不利影响降低，同时传感器板上设置有高精度温度补偿系统，给传感器提供了恒温工作环境，极大的提高了无人机的飞行精度与可靠性。
25.5、本实用新型的模块化小微无人机飞行控制计算机通过飞行控制计算机系统高性能处理器、高集成度以及丰富的接口设计，飞行控制计算机系统可以支持无人机多种飞行模式，包括遥控飞行、定高、定位、自主飞行模式等；并支持多种形式的无人机，包括固定翼，多旋翼，直升机，垂直起降固定翼等多种机型，且安装简便、无特殊安装要求。
26.6、本实用新型的模块化小微无人机飞行控制计算机上的计算机板卡以多路分布式线性电源供电的方式降低了常规电源发热，同时也降低了对外界的电磁辐射干扰，为处理器和传感器等敏感单元提供可靠干净的电源，使计算机运行更加稳定，传感器的输出数
据更加可靠。
27.本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
28.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
29.图1为本实用新型的整体结构示意图；
30.图2为本实用新型的整体结构部分壳体剖切后结构示意图；
31.图3为图1中a-a向剖视图；
32.图4为图1中d-d向剖视图；
33.图5为图4中f部的局部放大图；
34.图6为本实用新型的主机安装板结构示意图；
35.图7为图6中e-e向剖视图；
36.图8为本实用新型的减振支撑单元外观示意图；
37.图9为图8中b-b向剖视图；
38.图10为本实用新型的底座安装单元结构示意图；
39.图11为图10中c-c向剖视图；
40.图12为本实用新型的接口板组件外壳结构示意图。
41.附图标记：
42.1.主机部件；11.核心模块组件；111.传感器板；112.核心板；113.传感器外壳；114.核心板外壳；115.减振保温单元；116.温度补偿单元；117.核心模块隔板；12.接口模块组件；121.接口模块单元；1211.备用扩展模块；1212.驱动模块；1213.常用扩展模块；122.接口板组件外壳；1221.接口板上接口；1222.备用扩展接口；1223.常用扩展接口；1224.驱动信号接口；1225.接口板安装孔；1226.网口连接器连接部；123.网口连接器；124.接口安装板；13.主机安装板；131.主机安装板连接孔；132.主机安装板核心模块连接孔；133.主机安装板接口模块连接孔；2.减振支撑单元；21.减振弹性体；211.减振弹性本体；212.第一封堵；213.第二封堵；22.加强弹簧；3.底座安装单元；31.底座连接孔；4.接地线。
具体实施方式
43.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例；其中；附图构成本实用新型一部分；并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理；并非用于限定本实用新型的范围。
44.下面结合图1-图12，用具体实施例对本实用新型技术方案进行详细说明。
45.如图1所示，一种模块化小微无人机飞行控制计算机,采用模块化设计，主要包括依次设置的主机部件1、减振支撑单元2和底座安装单元3。底座安装单元3连接在小微无人机上，减振支撑单元2两端分别连接主机部件1和底座安装单元3。
46.如图8所示，优选的，减振支撑单元2两端为外模块化接口，连接主机部件1和底座安装单元3对应设置有内模块化接口。本实施例的减振支撑单元2包括4个减振弹性体21和加强弹簧22。
47.如图9所示，减振弹性体21包括减振弹性本体211、第一封堵212和第二封堵213。减振弹性本体211包括中间部分的减振球和两端设置的轴台状的上安装台和下安装台，减振弹性本体211内部设置有空腔。减振弹性本体211上端设置有第一封堵212、下端设置有第二封堵213。
48.优选的，减振弹性本体211的上安装台和下安装台设计为外模块化接口。
49.减振弹性本体211的空腔内限位连接加强弹簧22，上端的第一封堵212和下端的第二封堵213内端限位连接加强弹簧22，上端的第一封堵212和下端的第二封堵213外端封闭减振弹性本体211的上安装台和下安装台。
50.优选的，减振弹性本体211为橡胶弹性体。
51.优选的，加强弹簧22为变节距压缩弹簧。其中，加强弹簧22两端节距小，便于稳定安装后对两端形成强力支撑；加强弹簧22中间节距大，便于安装过程中，配合减振弹性本体211的弹性变形，以适应减振支撑单元2的两端能将一定范围内的不同外形尺寸的主机部件1和底座安装单元3的模块化连接。
52.优选的，安装状态下，减振弹性体21与安装平面呈45
°
设置，能最稳定地将主机部件1连接在小微无人机机身上。
53.设置有加强弹簧22的减振弹性体21同时具有弹性变形和强力支撑的作用。加强弹簧22可以在安装过程中，在大扭转力的作用下产生较大变形，从而适应两端不同尺寸的主机部件1和底座安装单元3，并在连接到位、安装结束后，在加强弹簧22回弹力的作用下，增加减振弹性体21的刚度，使得减振支撑单元2既能屏蔽来自底座安装单元3的振动向主机部件1的传递，还能使得所连接的主机部件1和底座安装单元3具有相对稳定的位置关系，保证主机部件1工作环境的动态稳固。
54.如图9所示，底座安装单元3为边框结构，本实施例优选为正方形边框结构。
55.如图10所示，底座安装单元3的边框为下扣的槽型板结构。底座安装单元3的4个顶端分别设置有连接减振支撑单元2的底座连接孔31，底座安装单元3的4个边框上分别设置有连接小微无人机机身的底座安装孔32。
56.如图11所示，优选的，底座连接孔31上边沿设置有倒棱边，便于承接具有弹性的减振弹性本体211的减振球部分的下端；底座连接孔31下边沿设置有沉台，用于承接减振弹性本体211下安装台。
57.优选的，底座连接孔31处的结构设计为与减振弹性本体211的外模块化接口匹配的内模块化接口。
58.图4示出了外模块化接口匹配的内模块化接口的连接关系。
59.如图3所示，主机部件1包括核心模块组件11、接口模块组件12和主机安装板13；接口模块组件12设置在主机安装板13上；核心模块组件11连接在接口模块组件12上，并位于接口模块组件12的中部。
60.本实施例中，核心模块组件11上模块化设置有多种传感器、存储器，还可以模块化插接监视模块。接口模块组件12上设置有多种接口，用于与无人机的其它航电设备连接。
61.核心模块组件11和接口模块组件12之间采用可插拔连接器连接，分离设置，可独立配置，共同构成多种不同的参数配置。
62.如图6所示，主机安装板13为槽框型板材，优选为矩形槽框板材。
63.具体的，主机安装板13的4个边角设置耳板，耳板上设置主机安装板连接孔131。
64.如图7所示，主机安装板连接孔131下沿设置有倒棱边，便于承接具有弹性的减振弹性本体211中部的减振球部分的上端；主机安装板连接孔131上边沿设置有沉台，用于承接减振弹性本体211上安装台。
65.如图5所示，与减振支撑单元2两端的模块化外接口匹配，主机部件1和底座安装单元3上分别设置模块化内接口；在一定尺寸范围内，使得相同的减振弹性体21可以连接具有相同模块化内接口的不同尺寸的主机部件1和底座安装单元3。
66.具体的，主机安装板13的框型板材中部设置有主机安装板加强肋，主机安装板加强肋上设置有多个竖直方向的安装柱，安装柱上设置有主机安装板核心模块连接孔132，用于连接核心模块组件11。
67.具体的，主机安装板13的框型多个边沿上设置有竖直的安装板，该安装板上设置有水平方向的主机安装板接口模块连接孔133，用于连接接口模块组件12。
68.结合图3和图4所示，接口模块组件12包括接口模块单元、接口板组件外壳122、网口连接器123和接口安装板124。接口安装板124连接在接口板组件外壳122内，并与接口板组件外壳122一起，通过主机安装板接口模块连接孔133连接在主机安装板13的从侧立面上。
69.网口连接器123和接口模块单元位于接口板组件外壳122内，并模块化插接在接口安装板124的周边位置。其中，接口模块单元包括冗余设置多个具有模块化插座的备用扩展模块1211、常用扩展模块1212和驱动模块1213。驱动模块1213的模块化插座可与电机，舵机等设备连接，常用扩展模块1212的模块化插座可与供电电源、can(控制器局域网络：controller area network)、各种串口等数据总线连接，备用扩展模块1211的模块化插座可与串口、集成电路互连总线、模拟信号、蜂鸣器、开关等扩展设备连接。
70.如图12所示，具体的，接口板组件外壳122为一次成型或组合成型的壳体结构。
71.具体的，接口板组件外壳122中部设置有带有边沿的接口板上接口1221，用以架设核心模块组件11。连接核心模块组件11架设在接口板组件外壳122上的中部位置，并通过主机安装板核心模块连接孔132与主机安装板13连接。
72.具体的，接口板组件外壳122上部的侧边位置设置有凸起的壳体部分，为网口连接器连接部1226，用以罩设内部设置的网口连接器123；网口连接器123连接在接口安装板124上。
73.具体的，接口板组件外壳122的1个侧立面设置有多个接口板安装孔1225，用以通过主机安装板接口模块连接孔133与主机安装板13连接。
74.具体的，在接口板组件外壳122上部的其它侧边位置还设置有常用扩展接口1223和驱动信号接口1224，设置位置分别对应接口安装板124的常用扩展模块1212和驱动模块1213；在接口板组件外壳122侧立面上设置有备用扩展接口1222,设置位置对应接口安装板124的备用扩展模块1211。这使得外部设备能够直接插接在接口安装板124上的接口模块单元上。
75.结合图2、图3和图4所示，核心模块组件11包括传感器单元、核心板112、和核心板外壳114、减振保温单元115、温度补偿单元116和核心模块隔板117。
76.其中，传感器外壳113设置在核心板外壳114内；传感器单元包括传感器板111和传感器外壳113，传感器板111设置在传感器外壳113内，传感器板111上设置有各种传感器模块化插座。
77.如图4所示，核心板外壳114为封闭壳体结构。本实施例优选的，核心板外壳114为上、下结构，上壳体与下壳体之间通过紧固件连接。
78.核心板外壳114的下壳体坐落在接口板组件外壳122的接口板上接口1221处，并通过紧固件与主机安装板13连接。具体到本实施例，紧固件从下部穿过主机安装板13、接口安装板124，螺接在核心板外壳114的下壳体上。
79.在核心板外壳114内部，还设置有核心模块隔板117，核心模块隔板117将核心板外壳114内部空间分割成上、下两个部分。
80.如图4所示，核心模块隔板117向下将核心板112固定在核心模块隔板117与核心板外壳114的下壳体之间。
81.具体到本实施例，核心板112上设置多个核心板模块化插座，用于连接小微无人机飞控系统硬件。具体的，核心板112上设置、但不限于设置有1个惯性测量单元(具有3轴加速度、3轴陀螺传感功能)、1个气压计、1个3轴地磁传感器。
82.如图4所示，核心模块隔板117向上与核心板外壳114的上壳体形成的上壳体空间内设置有传感器单元。
83.本实施例中，传感器单元设置在核心板外壳114腔体内，传感器单元周边与核心板外壳114之间填充了减振保温单元115。
84.具体的，减振保温单元115填充在传感器外壳113和核心板外壳114的上壳体之间。
85.如图3和图4所示，优选的，减振保温单元115包括多块弹性保温体。弹性保温体填满上壳体空间内传感器单元以外的缝隙间。具体的，弹性保温体采用开孔泡棉减振材料，开孔泡棉减振材料兼具弹性减振和隔层保温的技术效果。
86.减振保温单元115具有弹性，与减振支撑单元2共同形成内、外二级减振结构，能有效防护因外部冲击载荷导致的传感器单元中模块化插接的各种传感器受扰、受损情况，降低小微无人机飞控过程受冲击载荷影响。
87.优选的，传感器外壳113和核心板外壳114个侧面之间等间距，减振保温单元115在各个方向等厚，使得传感器外壳113在各个方向的减振能力相同、保温效果一致。
88.本实施例中，传感器外壳113采用上、下壳体扣合的结构，在传感器外壳113的上、下壳体结合部固接有传感器板111。
89.本实施例中，上设置、但不限于设置有2个惯性测量单元、1个3轴地磁传感器和一个气压计。每个惯性测量单元都具有3轴加速度、3轴陀螺传感功能。
90.核心板112和传感器板111上多传感器的冗余设计，使得数据融合算法得以实施，极大的提高了无人机的飞行可靠性与飞行精度。
91.优选的，传感器板111还设置有温度补偿单元116。具体的，温度补偿单元116为发热电阻。
92.温度补偿单元116和减振保温单元115共同构成传感器单元的高精度温度补偿系
统，为传感器单元中各传感器模块提供了恒温工作环境，保证了传感器的高精度感应和传输，极大的提高了无人机的飞行精度与可靠性。
93.优选的，核心板外壳114和传感器外壳113均为金属壳体；进一步传感器外壳113优选为铜制材料，目的是能很好地屏蔽掉外界环境对核心模块组件11中电子元器件的电磁干扰及通过提高传感器模块的密度和质量，改变其固有频率，从而提高传感器的抗振性能。
94.优选的，接地线4将飞行控制计算机上半部分的外壳通过底座安装单元3连接到模块化小微无人机固定平面上。
95.小微无人机的飞行控制计算机能够自如应对高低温与振动环境，并内置高精度传感器温度补偿系统，使得小微无人机无论处于何种飞行环境，各传感器均在相对恒温、平稳状态下，进行高精度高灵敏度的稳定运行。
96.本实用新型的模块化小微无人机飞行控制计算机通过模块化升级可以推广应用于各种飞行器。
97.以上仅为本实用新型较佳的具体实施方式；但本实用新型的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围外；可轻易想到的变化或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。同时；凡搭载了本装置的设备；以扩大应用领域并产生复合的技术效果；都属于本实用新型保护的范围。

技术特征：

1.一种模块化小微无人机飞行控制计算机，其特征在于，包括主机部件(1)、减振支撑单元(2)和底座安装单元(3)；所述底座安装单元(3)连接在小微无人机上，所述减振支撑单元(2)两端分别模块化连接所述主机部件(1)和底座安装单元(3)；所述主机部件(1)包括依次连接的核心模块组件(11)、接口模块组件(12)和主机安装板(13)；所述主机安装板(13)连接所述减振支撑单元(2)；所述接口模块组件(12)包括接口模块单元；所述接口模块单元包括冗余设置多个模块化插座的备用扩展模块(1211)、常用扩展模块(1212)和驱动模块(1213)；所述核心模块组件(11)包括减振保温单元(115)和温度补偿单元(116)。2.根据权利要求1所述的模块化小微无人机飞行控制计算机，其特征在于，所述核心模块组件(11)还包括传感器板(111)、核心板(112)、传感器外壳(113)和核心板外壳(114)。3.根据权利要求2所述的模块化小微无人机飞行控制计算机，其特征在于，所述减振保温单元(115)包括多块弹性保温体；所述减振保温单元(115)填充在所述传感器外壳(113)和核心板外壳(114)之间。4.根据权利要求2所述的模块化小微无人机飞行控制计算机，其特征在于，所述核心板(112)上设置多个核心板模块化插座，用于连接小微无人机飞控系统硬件。5.根据权利要求2所述的模块化小微无人机飞行控制计算机，其特征在于，所述传感器板(111)上设置有多种传感器模块化插座；所述温度补偿单元(116)设置在传感器板(111)上。6.根据权利要求5所述的模块化小微无人机飞行控制计算机，其特征在于，所述温度补偿单元(116)为发热电阻。7.根据权利要求2-6任一项所述的模块化小微无人机飞行控制计算机，其特征在于，所述接口模块组件(12)还包括接口板组件外壳(122)、网口连接器(123)和接口安装板(124)。8.根据权利要求7所述的模块化小微无人机飞行控制计算机，其特征在于，所述接口板组件外壳(122)上包括冗余设置的多个备用扩展接口(1222)、常用扩展接口(1223)和驱动信号接口(1224)。9.根据权利要求8所述的模块化小微无人机飞行控制计算机，其特征在于，所述底座安装单元(3)上设置有底座连接孔(31)，所述主机安装板(13)上设置有主机安装板连接孔(131)；所述减振支撑单元(2)通过所述底座连接孔(31)和主机安装板连接孔(131)与所述底座安装单元(3)和主机部件(1)模块化连接。10.根据权利要求9所述的模块化小微无人机飞行控制计算机，其特征在于，所述减振支撑单元(2)包括减振弹性体(21)和加强弹簧(22)，所述加强弹簧(22)为变节距压缩弹簧。

技术总结

本实用新型提供一种模块化小微无人机飞行控制计算机，属于计算机系统技术领域，解决了小微无人机飞行控制计算机系统运行不稳定、传感器的输出数据不可靠的技术问题。本实用新型的模块化小微无人机飞行控制计算机包括主机部件、减振支撑单元和底座安装单元；减振支撑单元两端分别模块化连接所述主机部件和底座安装单元；主机部件包括核心模块组件、接口模块组件和主机安装板；接口模块组件包括冗余设置多种插座的接口模块单元；主机部件中包括核心模块组件、接口模块组件和主机安装板；核心模块组件包括减振保温单元和温度补偿单元。本实用新型的模块化小微无人机飞行控制计算机能确保运行稳定性和传输数据可靠性，广泛适用于小微飞行器。用于小微飞行器。用于小微飞行器。