纳型无人飞行器的制作方法

阅读：评论：0

1.本技术涉及无人飞行器技术领域，具体而言，涉及一种纳型无人飞行器。

背景技术：

2.多旋翼无人飞行器作为一种相对简单灵活的无人飞行器在生产和生活中具有广泛应用。随着近年来个人便携式移动电子设备的飞速发展，新的生产、封装、制造工艺更新迭代，各类传感器和微处理器等电子元器件向低功耗、小型化和低成本化发展，为纳型无人飞行器的设计、生产提供了技术前提，并催生了一系列的小型化的无人飞行器项目。
3.autoquad是一个软固件开源但硬件闭源的项目，始于2011年，其旨在提供稳定、动态飞行和具备自动驾驶功能的飞行控制板。autoquad飞行控制板的硬件采用了32位mcu和精心挑选的imu传感器，项目开始时，采用在stm32微处理芯片的开发板上实现定增益导航滤波器的autoquad 5飞行控制板。在2012年，该项目推出了新一代的autoquad 6.4、autoquad 6.5和电子速度控制器ecs32 1.5、ecs32 2.1，并在2014年7月完成了新一代纳型无人飞行器飞行控制板autoquad m4设计，在2015年推出autoquad m4 v2。autoquad m4旨在提供一款具备在口袋大小尺度(例如，对角长度为8cm)到利用扩展板实现最多16个无刷电机的重型有效载荷的高可扩展性多旋翼系统飞行控制板。
4.crazyflie是一个软硬件都开源的项目。该项目在2009年底开始进行crazyflie四旋翼飞行器的开发工作。crazyflie 1.0，重约19g和且电机到电机长度约为90mm，使其成为当时世界上最小的四旋翼飞行器。纳型四旋翼无人飞行器crazyflie 2.0大幅更改了pcb板的设计也增加了对数种外接扩展板的支持，其整机重量约27g，三维尺寸92x92x29mm，可提供7min的续航。crazyflie 2.1保持了同样的重量和三维外形，提供了与crazyflie 2.0相兼容的向后兼容性，小幅改进了无线电性能和外部天线、升级了imu传感器，各项参数性能与crazyflie 2.0保持一致。
5.px4是一个独立的软件、硬件都开源的项目，其目的在于为学术、爱好者和工业团体提供一款低成本高性能的高端的自动驾驶仪。px4项目遵守bsd许可协议开源。该项目源于eth zurich的计算机视觉与几何实验室的pixhawk项目、并得到了自主系统实验室和自动控制实验室的支持。
6.pixhawk是px4的参考硬件平台，在nuttx os上运行px4。最新发布的飞行控制系统pixhawk 5x核心飞控模块仅重23g，三维尺寸为38.8x 31.8x 14.6mm。全板重51g，全板三维尺寸52.4x 103.4x 16.7mm。pixhawk 5x基于pixhawk autopilot fmuv5x标准、autopilot总线标准和连接器标准，预装最新的px4 autopilot固件，使用stm32f7的高性能微处理器，并采用三重冗余、温度控制、隔离传感器域等设计带来高性能和高可靠性。
7.本发明人发现，上述项目对于推动纳型无人飞行器技术的发展都起到了重要作用，但受限于项目的发起时间和当时的技术条件、开源政策和外部可扩展性等需求限制，在尺寸、功耗、一体化和高度集成化方面均有所欠缺。同时，上述项目仅专注于无人飞行器飞行控制系统的模块化解决方案，并未考虑自主定位、自主飞行、安全避障等增强型无人飞行
器自主能力的设计。

技术实现要素：

8.本技术提出一种纳新无人飞行器，以解决上述至少一种问题。
9.根据本技术的一方面，提出一种纳型无人飞行器，包括：飞行控制板，包括电机通孔；驱动单元，固定在所述电机通孔处，用于提供驱动力；管理芯片，设置在所述飞行控制板上，用于控制所述驱动单元；以及环境感知单元，设置在所述飞行控制板上，用于感测环境信息。
10.根据一些实施例，所述管理芯片包括微控制子芯片、无线通讯及能源管理子芯片，其中，所述微控制子芯片通过mos管与所述驱动单元电连接，并利用脉冲宽度调制信号控制mos管的通断，以实现对所述驱动单元的控制；所述无线通讯及能源管理子芯片通过串口通信方式与所述微控制子芯片电连接，并通过io端口提供使能。
11.根据一些实施例，所述纳型无人飞行器还包括惯性测量单元和/或气压计，其中，所述管理芯片、所述惯性测量单元和/或所述气压计通过密集布线制备在所述飞行控制板上，其中，所述惯性测量单元和/或所述气压计分别通过i2c总线和所述微控制子芯片电连接。
12.根据一些实施例，所述飞行控制板具有轴对称十字形结构，所述驱动单元固定在所述飞行控制板的端点处。
13.根据一些实施例，所述环境感知单元通过扩展板插针设置在所述飞行控制板上。
14.根据一些实施例，所述环境感知单元包括水平距离传感子单元，用于测量水平方向上的障碍物距离；垂直距离传感子单元，用于测量所述纳型无人飞行器的飞行高度；以及光流传感子单元，用于测量所述纳型无人飞行器的飞行速度。
15.根据一些实施例，所述环境感知单元还包括光流母板，所述光流母板通过扩展板插针设置在所述飞行控制板上，所述水平距离传感子单元采用可插拔方式与所述光流母板连接，所述垂直距离传感子单元和所述光流传感子单元分别焊接在所述光流母板上。
16.根据一些实施例，所述环境感知单元还包括传感器管理子单元，所述传感器管理子单元通过i2c总线与所述微控制子芯片电连接，所述传感器管理子单元通过io端口分别与所述水平距离传感子单元和所述垂直距离传感子单元电连接，其中，所述微控制子芯片通过所述传感器管理子单元实现对所述水平距离传感子单元和所述垂直距离传感子单元使能，以获取距离数据。
17.根据一些实施例，所述驱动单元包括电机底座，固定在所述电机通孔处；电机，安装在所述电机底座上；以及旋翼，安装在所述电机上。
18.根据一些实施例，所述微控制子芯片7和所述无线通讯及能源管理子芯片采用wlcsp封装。
19.根据一些实施例，所述纳型无人飞行器还包括电源单元和彩指示灯，其中，所述彩指示灯的正极电连接所述电源单元的正极，所述彩指示灯的负极和所述微控制子芯片的io端口电连接，所述微控制子芯片通过控制所述io端口接地使得所述彩指示灯发光。
20.根据本技术的示例实施例，通过融合多种传感器，以增强纳型无人飞行器的环境
感知能力，从而实现纳型无人飞行器的自主飞行及主动避障，使得纳型无人飞行器更加自主化和智能化。
21.根据本技术的另一些实施例，通过采用模块化设计，将驱动单元和环境感知单元采用独立子系统的设计方式级联到一起，提供了更灵活的系统配置方式，在降低了生产和运输成本的同时，提高了无人飞行器系统的可维修性、组装和拆解的便利性以及维护成本。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
23.图1a示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的布局方式俯视图。
24.图1b示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的布局方式侧视图。
25.图1c示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的布局方式的另一种俯视图。
26.图1d示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的布局方式高度示意图。
27.图1e示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的布局方式轴间距(电机-电机对角距离)示意图。
28.图2示出根据本技术示例实施例一种最小飞行器(不含电池)实物图。
29.图3示出根据本技术示例实施例的一种环境感知单元实物图。
30.图4示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器整机实物图。
31.图5示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的结构示意图。
32.图6a示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的飞行控制板一种角度的结构示意图。
33.图6b示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的飞行控制板另一种角度的结构示意图。
34.图7示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的环境感知单元装配图。
具体实施方式
35.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本技术将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
36.所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或操作等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
37.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
38.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
39.随着个人便携式移动电子设备的飞速发展，新的生产、封装、制造工艺的更新迭代，各类传感器和微处理器等电子元器件向低功耗、小型化和低成本化方向发展，为纳型无人飞行器的设计、生产提供了技术前提，促进了小型化无人飞行器的技术发展。但现有技术仅专注于无人飞行器飞行控制系统的模块化解决方案，并未考虑自主定位、自主飞行及安全避障等增强型无人飞行器自主能力的设计。
40.纳型无人飞行器通常指重量小于50g、尺寸小于15cm的无人飞行器。图1a示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的布局方式俯视图，图1b示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的布局方式侧视图，图1c示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的布局方式另一种俯视图，图1d示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的布局方式高度示意图，图1e示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的布局方式轴间距(电机-电机对角距离)示意图。如图1a～图1e所示的纳型无人飞行器为多旋翼无人飞行器中的四旋翼布局，机架轴距为70mm，高度为35.6mm。如图1a～图1e所示的纳型无人飞行器采用一体化设计，直接使用作为无人飞行器系统核心的飞行控制板作为支承结构，在功能子系统上采用分体式设计，环境感知单元以扩展板的方式挂载到飞行控制板上，提升整体系统的灵活性和可扩展性。如图1a～图1e所示的纳型无人飞行器还包括空心杯无刷电机、三叶式旋翼、电机底座和锂电池6。
41.根据本技术的实施例，针对纳型无人飞行器的低功耗、低成本及体积小等约束条件，提出一种具备自主飞行和五向避障能力的纳型无人飞行器，包括管理芯片、惯性测量单元、气压计、彩指示灯等模块，通过合理布线印刷制备在同一飞行控制板上，并在该飞行控制板基础之上通过点胶、封胶等方式固定驱动单元(例如，包括电机底座、电机和旋翼)和连接锂电池，从而组成最小飞行器。
42.图2示出根据本技术示例实施例一种最小飞行器(不含电池)实物图，如图2所示的最小飞行器采用高度集成的一体化成型的方案，将管理芯片、惯性测量单元、气压计等电子元器件贴片印刷在同一pcb板上，并在pcb板的四角延伸机架区域预留了插装电机的电机通孔，电机通过该电机通孔与电机底座配准对齐，提高了电机安装的位置精度。同时，利用pcb板作为结构支承。图2所示的最小飞行器的重量为25g，最大设计功耗4.6w，全机身高35.6mm，最大包络尺寸100mm(旋翼边缘-旋翼边缘距离)，轴间距70mm(电机-电机对角距离)。
43.根据一些实施例，图2所示的最小飞行器通过蓝牙与终端设备通讯，接入有线/无线控制器，通过设置控制键位映射，实现手动控制该纳型无人飞行器的飞行，以便该最小飞行器可用于调试、测试软硬件系统、复杂环境的人为控制、高机动性轨迹的实现以及数据采集等场合。
44.根据本技术的一些实施例，环境感知单元包括水平距离传感子单元，用于测量水平方向上的障碍物距离，垂直距离传感子单元，用于测量纳型无人飞行器的飞行高度，以及
光流传感子单元，用于测量纳型无人飞行器的飞行速度。
45.将纳型无人飞行器机身平面设为xy平面，z轴垂直机身指向太空，x正方向为无人飞行器前进方向，y正方向为无人飞行器右移方向。根据一些实施例，利用光流传感子单元输出的x、y方向数据和垂直距离传感器输出的z向高度信息建立纳型无人飞行器的地世界坐标系，从而实现该纳型无人飞行器的自主定位和稳定悬停。并通过预定义特定坐标点到另一坐标点的飞行轨迹，借助水平距离传感子单元，实现完全五向动态避障的自主飞行。图3示出根据本技术示例实施例的一种环境感知单元实物图，根据另一些实施例，在最小飞行器的基础上，将环境感知单元通过扩展板插针设置在飞行控制板上，实现了自主定位、稳定悬停、点到点自主飞行及五向避障等功能，使得纳型无人飞行器更加自主化、智能化，如图4示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器实物图。
46.下面结合附图，对根据本技术的具体实施例进行详细说明。
47.图5示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的结构示意图，图6a示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的飞行控制板一种角度的结构示意图，图6b示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的飞行控制板另一种角度的结构示意图，图7示出根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器的环境感知单元装配图。
48.下面结合图5～图7，对根据本技术示例实施例的一种纳型无人飞行器进行详细说明。
49.根据本技术的实施例，提出一种纳型无人飞行器，包括飞行控制板(如图5所示的飞行控制板1)、驱动单元和管理芯片。飞行控制板1、驱动单元和管理芯片组成了纳型无人飞行器的飞行控制系统。
50.飞行控制板1为纳型无人飞行器提供所有基础功能的硬件实现，是纳型无人飞行器的基本支承，为电机3、锂电池6等外部组件提供受力支持并承受飞行过程中的内部应力。同时，也为环境感知扩展板等外围扩展硬件提供物理连接和电气接口。纳型无人飞行器通过在飞行控制板1集成各种电器元件，从而实现基本的外部通信、位姿感知、电源管理及动力控制，为应用开发提供基础的抽象接口。
51.根据本技术的一些实施例，飞行控制板1采用一体化成型方案，并采用玻纤布覆铜板作为基板，以减轻纳型无人飞行器的重量。例如，使用弯曲强度大于300mpa，1.8mm、8层fr-4的玻纤布覆铜板作为基板，以满足纳型无人飞行器整机所需的受力支持。
52.根据一些实施例，在飞行控制板1制备的过程中提前预留电机通孔12，飞行控制板1具有轴对称十字形结构，并将驱动单元固定在飞行控制板1的端点处，即“十”字四个端点处。
53.如图5所示，根据一些实施例，驱动单元用于提供驱动力。包括电机底座4、电机3(例如，空心杯有刷电机)和旋翼5(例如，三叶式旋翼)，其中，电机底座4固定在电机通孔12处，电机3安装在电机底座4上，旋翼5安装在电机3上。驱动单元具体装配过程如步骤s101～步骤s107所述。
54.步骤s101：电机底座4对准电机通孔12；
55.步骤s103：将电机3固定在电机底座4上
56.步骤s105，通过点胶的方式对电机3、电机底座4、飞行控制板1进行固定；
57.步骤s107，将电机3转轴插装入三叶式旋翼5卯眼。
58.根据一些实施例，为满足飞行控制板1的电气连接需求，在飞行控制板1上加工甲板拓展接口插针安装孔、电机电源孔等结构。
59.根据本技术的一些实施例，管理芯片设置在飞行控制板1上，用于控制驱动单元。根据一些实施例，管理芯片包括微控制子芯片7、无线通讯及能源管理子芯片8，其中，微控制子芯片7通过mos管与驱动单元电连接，并利用脉冲宽度调制信号控制mos管的通断，以实现对驱动单元中电机转速的控制；无线通讯及能源管理子芯片8通过串口通信方式与微控制子芯片7电连接，并通过io端口提供使能。
60.根据另一些实施例，纳型无人飞行器还包括惯性测量单元(例如，mems惯性测量单元)9和/或气压计10，其中，管理芯片、惯性测量单元9和/或气压计10通过密集布线制备在飞行控制板1上，其中，惯性测量单元9和/或气压计10分别通过i2c总线和微控制子芯片7电连接。
61.根据一些实施例，微控制子芯片7采用基于arm cortex-m0的32位芯片，例如，stm32f405系列芯片，该芯片主频168mhz，具有196kb ram和1mb flash，接口较多，以满足本纳型无人飞行器系统的运算需求。微控制子芯片7采用wlcsp封装，以减小芯片质量和体积，提高无人飞行器整体集成度。例如，封装后的芯片尺寸为4.223x3.969mm。
62.根据一些实施例，无线通讯及能源管理子芯片8采用芯片nrf51822，该芯片主频16mhz，具有16kb ram和256kb flash，且支持蓝牙和2.4ghz模式。无线通讯及能源管理子芯片8采用wlcsp封装，以减小芯片质量和体积。例如，封装后的芯片尺寸为3.83x3.83mm。
63.根据一些实施例，无线通讯及能源管理子芯片8通过串口通信方式(例如，uart串口通信方式)和微控制子芯片7电连接，并通过io端口控制其他模块使能。无线电信号通过差分信号连接到射频功率放大器，例如，射频功率放大器为bal-nrf02d3，通过天线发送信号。
64.根据一些实施例，惯性测量单元9为6轴惯性传感器，例如，传感器bmi088，该传感器具有16位高精度3轴加速度传感器和16位高精度3轴角速度传感器，芯片尺寸为：4.5x3mm。
65.根据一些实施例，纳型无人飞行器与支持蓝牙通讯协议(例如，ble通讯协议)的受支持设备(例如，电脑或手机终端)配对连接，实现包括惯性测量单元9的原始传感器数据、纳型无人飞行器的位姿估计数据、纳型无人飞行器的本地相对坐标及速度、高级飞行控制命令等数据的实时传输，并通过配对的受支持设备或地面站系统，向该纳型无人飞行器发送整个飞行计划。
66.根据一些实施例，气压计10采用传感器bmp388，该传感器量程为300～1250hpa，尺寸为2x2mm。
67.根据一些实施例，惯性测量单元9和/或气压计10分别通过i2c总线和微控制子芯片7电连接。
68.根据一些实施例，纳型无人飞行器，还包括电源单元和彩指示灯(例如，迷你彩led)11，其中，彩指示灯11的正极电连接电源单元的正极，彩指示灯11的负极和微控制子芯片7的io端口电连接，微控制子芯片7通过控制io端口接地使得彩指示灯11发光。
69.例如，如图5所述，电源单元为锂电池6。
70.根据一些实施例，管理芯片、惯性测量单元9、气压计10、彩指示灯11通过密集布
线印刷制备在同一个pcb板上，例如，同一个8层pcb板上。
71.根据另一些实施例，纳型无人飞机器的飞行控制板上还包括扩展板接口(例如，间距为1.27mm的双7pin排针)，扩展板通过扩展板插针与飞行控制板连接。扩展板接口包括spi接口(例如，1个)、i2c接口(例如，1个)、uart接口(例如，2个)、电源和地、主控制器io端口(例如，4个)和/或电源管理io端口(例如，3个)。
72.根据一些实施例，电机转速为73,000rpm，直径为6mm；旋翼的外径为30mm；电机底座用于固定电机、为无人飞行器提供支撑及保证环境感知扩展板有足够的离地距离。
73.根据一些实施例，。
74.根据一些实施例，电机底座采用3d打印制造，材料为abs。电机底座包括支撑件(例如，4个)，安装在电机上。根据本技术的实施例，电机底座的总长为19cm、直径为9cm及中孔为6cm。
75.根据图5所示纳型无人飞行器，以无线通讯及电源管理芯片8和微控制子芯片7为核心，并通过i2c总线连接6轴惯性测量单元9和eeprom，通过脉冲宽度调制信号控制驱动空心杯电机，并通过io端口连接彩led。并引出无线通讯及电源管理芯片8和微控制子芯片7的ow/gpio/spi/i2c/pmw等信号到扩展板接口。
76.根据本技术的实施例，将管理芯片、惯性测量单元、气压计、彩led指示灯等模块，通过布线印刷制备在同一飞行控制板上，并在该飞行控制板基础之上通过点胶、封胶等方式固定驱动单元(例如，包括电机底座、电机和正向和反向旋翼各一对)和连接锂电池，从而组成最小飞行器。该最小飞行器利用蓝牙(例如，蓝牙ble方式)与地面站实现通信，从而实现在地面站对该无人飞行器的手动控制飞行。或通过客户端软件，利用接入的无线或有线控制器，通过设置控制键位映射，手动控制该最小飞行器的飞行，以获得完整的手动飞行控制能力。该最小飞行器可应用于调试、测试软硬件系统、复杂环境的人为控制、高机动性轨迹的实现以及数据采集等场合。
77.根据本技术的一些实施例，环境感知单元通过扩展板插针设置在飞行控制板1上，用于感测环境信息。环境感知单元包括水平距离传感子单元、垂直距离传感子单元和光流传感子单元，其中，水平距离传感子单元用于测量水平方向上的障碍物距离，垂直距离传感子单元用于测量纳型无人飞行器的飞行高度，光流传感子单元用于测量纳型无人飞行器的飞行速度。
78.根据一些实施例，环境感知单元还包括光流母板，且水平距离传感子单元、垂直距离传感子单元和光流传感子单元分别采用可插拔方式与光流母板连接。根据另一些实施例，水平距离传感子单元采用可插拔方式与光流母板连接，垂直距离传感子单元和光流传感子单元分别焊接在光流母板上。
79.根据本技术的实施例，光流母板通过扩展板插针设置在飞行控制板的下方。
80.根据另一些实施例，环境感知单元还包括传感器管理子单元，传感器管理子单元通过i2c总线与微控制子芯片7电连接，传感器管理子单元通过io端口分别与水平距离传感子单元和垂直距离传感子单元电连接，其中，微控制子芯片7通过传感器管理子单元实现对水平距离传感子单元和垂直距离传感子单元使能，以获取距离数据。
81.如图5所示，环境感知单元为图5中的环境感知扩展板2。如图7所示，环境感知扩展板2包括四块完全相同的水平距离传感器子板13(例如，包括4个水平传感子单元18)和光流
母板14(例如，包括一个垂直传感子单元16和一个光流传感子单元17)。通过将水平距离传感器子单元13垂直插入并焊接在光流母板14上，以完成环境感知扩展板2的组装。
82.根据一些实施例，水平传感子单元18和垂直传感子单元16为tof距离传感器。
83.如图5所示，环境感知扩展板2通过预留的左右双7pin扩展板插针15与飞行控制板1相连接，通过在最小飞行器中接入环境感知扩展板2完成对具备自主飞行和前后左右下五向主动避障能力的纳型无人飞行器的构建。
84.根据一些实施例，环境感知扩展板2上的传感器挂载在微控制子芯片7的同一条i2c总线上，其中水平传感子单元18和垂直传感子单元16受传感器管理芯片的使能信号控制，依次加载初使化过程，完成地址变更，并通过打开或关闭水平传感子单元18或垂直传感子单元16从而实现动态避障或节省电能。
85.整个纳型无人飞行器系统可以通过蓝牙连接地面站系统，在地面站系统中可实现该纳型无人飞行器的完全自主飞行。如图5所示，将纳型无人飞行器机身平面设为xy平面，z轴垂直机身指向太空，x正方向为无人飞行器前进方向，y正方向为无人飞行器右移方向。
86.在地面站系统中通过蓝牙或有线调试设备等手段将无人飞行器预定飞行轨迹的起飞和降落方式写入飞行控制固件，纳型无人飞行器利用光流母板14上的垂直距离传感子单元16测量实时飞行高度，光流母板14上具有垂直向下的光流传感子单元14测量实时飞行的x轴方向和y轴方向的分速度，通过读取光流传感子单元输出的x、y方向数据和竖直向下的垂直距离传感子单元输出的z轴高度数据建立本地世界坐标系，以实现该纳型无人飞机器的自主定位、稳定悬停或预定轨迹的特定坐标点到另一坐标点的飞行。借助前后左右四向水平距离传感子单元的障碍物距离数据，并根据预设的警戒阈值，当实时测量障碍物距离小于警戒阈值时采取自主机动规避障碍物，从而实现全过程完全独立自主的避障飞行，无需任何外部信息输入或人为干预。
87.根据一些实施例，飞行控制固件运行在微控制子芯片7上。
88.根据本技术的实施例，通过采用高度集成的一体化设计以降低纳型无人飞行器的尺寸和重量；通过融合更多传感器，增强环境感知能力，使得纳型无人飞行器能够实现自主飞行及五向主动避障功能。通过采用模块化设计，将管理芯片、惯性测量单元及环境感知单元等单元采用独立子系统的设计方式级联到一起，提供了更灵活的无人飞行器系统配置，在降低生产、运输成本的同时提高了无人飞行器的可维修性，组装和拆解的便利性，降低了维护成本。同时，通过采用民用级、低成本的电子元器件实现了低成本纳型无人飞行器系统的设计和开发，为进一步推进纳型无人飞行器的轻量化、小型化、智能化提供了一个可供参考的实例。
89.本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
90.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。

技术特征：

1.一种纳型无人飞行器，包括：飞行控制板，包括电机通孔；驱动单元，固定在所述电机通孔处，用于提供驱动力；管理芯片，设置在所述飞行控制板上，用于控制所述驱动单元；以及环境感知单元，设置在所述飞行控制板上，用于感测环境信息。2.根据权利要求1所述的纳型无人飞行器，其特征在于，所述管理芯片包括微控制子芯片、无线通讯及能源管理子芯片，其中，所述微控制子芯片通过mos管与所述驱动单元电连接，并利用脉冲宽度调制信号控制mos管的通断，以实现对所述驱动单元的控制；所述无线通讯及能源管理子芯片通过串口通信方式与所述微控制子芯片电连接，并通过io端口提供使能。3.根据权利要求2所述的纳型无人飞行器，其特征在于，所述纳型无人飞行器还包括惯性测量单元和/或气压计，其中，所述管理芯片、所述惯性测量单元和/或所述气压计通过密集布线制备在所述飞行控制板上，其中，所述惯性测量单元和/或所述气压计分别通过i2c总线和所述微控制子芯片电连接。4.根据权利要求1所述的纳型无人飞行器，其特征在于，所述飞行控制板具有轴对称十字形结构，所述驱动单元固定在所述飞行控制板的端点处。5.根据权利要求3所述的纳型无人飞行器，其特征在于，所述环境感知单元通过扩展板插针设置在所述飞行控制板上。6.根据权利要求5所述的纳型无人飞行器，其特征在于，所述环境感知单元包括：水平距离传感子单元，用于测量水平方向上的障碍物距离；垂直距离传感子单元，用于测量所述纳型无人飞行器的飞行高度；以及光流传感子单元，用于测量所述纳型无人飞行器的飞行速度。7.根据权利要求6所述的纳型无人飞行器，其特征在于，所述环境感知单元还包括：光流母板，所述光流母板通过扩展板插针设置在所述飞行控制板上，所述水平距离传感子单元采用可插拔方式与所述光流母板连接，所述垂直距离传感子单元和所述光流传感子单元分别焊接在所述光流母板上。8.根据权利要求6所述的纳型无人飞行器，其特征在于，所述环境感知单元还包括传感器管理子单元，所述传感器管理子单元通过i2c总线与所述微控制子芯片电连接，所述传感器管理子单元通过io端口分别与所述水平距离传感子单元和所述垂直距离传感子单元电连接，其中，所述微控制子芯片通过所述传感器管理子单元实现对所述水平距离传感子单元和所述垂直距离传感子单元使能，以获取距离数据。9.根据权利要求1所述的纳型无人飞行器，其特征在于，所述驱动单元包括：电机底座，固定在所述电机通孔处；电机，安装在所述电机底座上；以及旋翼，安装在所述电机上。10.根据权利要求2所述的纳型无人飞行器，其特征在于，所述微控制子芯片和所述无
线通讯及能源管理子芯片采用wlcsp封装。11.根据权利要求3所述的纳型无人飞行器，其特征在于，还包括电源单元和彩指示灯，其中，所述彩指示灯的正极电连接所述电源单元的正极，所述彩指示灯的负极和所述微控制子芯片的io端口电连接，所述微控制子芯片通过控制所述io端口接地使得所述彩指示灯发光。

技术总结

本申请提出一种纳型无人飞行器，包括：飞行控制板，包括电机通孔；驱动单元，固定在所述电机通孔处，用于提供驱动力；管理芯片，设置在所述飞行控制板上，用于控制所述驱动单元；以及环境感知单元，设置在所述飞行控制板上，用于感测环境信息。根据本申请的示例实施例，通过融合多种传感器，以增强纳型无人飞行器的环境感知能力，从而实现纳型无人飞行器的自主飞行及主动避障，使得纳型无人飞行器更加自主化和智能化。和智能化。和智能化。