本公开涉及包括因变于温度来补偿惯性单元偏差的高级装置的无人机。无人机的惯性单元IMU被安装在主电路板上。IMU(26)包括递送芯片温度信号(θ°chip)的内部温度传感器。加热组件(36)在IMU附近被安装在电路板上，且提供有合并到所述电路板的热导，所述热导在所述加热组件与所述IMU之间延伸以允许将由所述加热组件产生的热传递给所述IMU。这一热导可尤其是合并到所述板的金属平面层，尤其是接地面。热调节电路(44‑62)接收芯片温度信号(θ°chip)和设定点温度信号(θ°ref)作为输入并递送加热组件的引导信号(TH_PWM)，以控制对IMU的热供应。使用温度的这一快速提升来在几分钟内执行IMU的完整校准尤其是可能的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及诸如无人机等动力飞行设备，尤其是诸如四螺旋桨直升机等旋翼无人机。
技术介绍
法国巴黎的Parrot SA的AR.Drone 2.0或Bebop Drone是这样的四螺旋桨直升机的典型示例。它们配备有一系列传感器(加速度计、3轴陀螺仪、高度计)、捕捉无人机所朝向的场景的图像的前置相机、以及捕捉飞过的地面的图像的垂直视图相机。它们配备有由相应马达驱动的多个旋翼，它们可按不同的方式来被控制以在姿态和速度方面操纵无人机。在EP2364757A1、EP2400460A1、EP2613213A1或EP2644240A1、EP2613214A1(Parrot SA)中描述了这样的无人机的各方面，以及其他。对于休闲无人机，惯性单元或IMU(惯性测量单元)由低成本MEMS组件制成，它们的主要问题是它们对温度的敏感性，因为它们不能因变于传感器的温度自我校正它们的输出值。现在，IMU温度可能显著地变化，在同一次使用期间通常在+30℃和+60℃之间。的确，在开始使用时，IMU温度接近环境温度，但在使用期间，各组件(且尤其是处理器)的变热使得无人机主体内温度升高。相反，马达的启动以及快速飞行生成冷空气流，从而往往降低这一温度，该温度将随后在无人机将落到地面等等时能够增加到高得多的值。在发热组件(处理器、无线电芯片、马达开关MOSFET，等等)与IMU被安装在同一电路板上时(这往往加速卡路里耗散)，这些干扰效果更加明显。实际上，IMU所递送的陀螺仪信号(以及同样，加速度计信号)的误差呈现出既显著(每秒若干角度)又随温度可变的漂移(偏移)。此外，传感器的温度变异易于对这些后者的漂移引起滞后效果，这使得偏移的持续校正是不准确的。为补偿这一偏移，IMU经受工厂校准规程，包括以受控的方式改变环境温度、升高IMU的内部温度(芯片温度，由位于IMU内部的传感器给出)以及测量对应的偏移。偏移/温度特性(一般是能够由多项式来建模的非线性特性)因此可被确定。描述这一特性的参数(多项式系数)被保持在存储器中，且稍后将被用来因变于在给定时间读取的温度实时地校正传感器所递送的测量的偏移。这一规程可被应用于配备有IMU内芯片温度传感器的无人机，诸如举例而言在L Petriccia等人的以下文章中描述的：“Design,fabrication and test of an embedded lightweight kinematic autopilot(ELKA)(嵌入式轻量动力学自动驾驶(ELKA)的设计、制造以及测试)”，智能无人系统国际期刊(International Journal of Intelligent Unmanned Systems)，卷2，2014年5月，第140-150页。X.Niu等人的文章“Fast Thermal Calibration of Low-Grade Inertial Sensors and Inertial Measurements Units(低级惯性传感器和惯性测量单元的快速热校准)”，传感器(Sensors)，2013年，13，第12192-12217页，描述了诸如以上公开的技术等校准技术，并且具体地提出了代替使环境温度稳定化，遵循连续的斜升来渐进地改变这一温度。这一温度斜升技术使得将校准过程降至约3小时成为可能，同时保持足够的校准准确度。但这一历时对于无人机的大规模生产而言仍然是过大的，并且仍然存在对更快速的校准方法(通常降至仅几分钟(这与工厂终端高生产速率兼容))的需求。能够稍后根据用户的命令重做校准而无需用户必须实现特定工具且这一重新校准的持续时间没有断裂也将是合乎需要的。最后，在任何情况下，改进无人机在使用中时的姿态的测量质量、最小化在冷和热环境之间的飞行期间的温度波动，以便将测量到的IMU芯片温度高效地纳入考虑来因变于在工厂中执行的初步校准期间获得并记忆的偏移/温度特性而实时地校正偏移，看起来是合乎需要的。在远为不同的领域中(它是涉及通过PCR(聚合酶链反应)技术的DNA体外基因放大的分子生物分析领域)，“片上实验室”型生物芯片(诸如举例而言在Kim等人的论文“Efficient Control Systems for PCR Chips(用于PCR芯片的高效控制系统)”，Microfluidics,BioMEMS and Medical Microsystems IX，发布于SPIE会议录，卷7929，1号，2011年2月，第1-9页)可被使用。所描述的PCR生物芯片配备有温度调节系统，使得在分析协议的每一周期期间准确地调整与PCR反应的各连贯步骤(变性、复性、以及延伸)相对应的不同温度成为可能。然而，这些方面不是本专利技术的领域的那些方面，本专利技术的各方面涉及改进无人机的惯性单元(IMU)的行为，尤其是通过合适、高效以及快速的初步校准规程来校正陀螺仪偏移。
技术实现思路
为解决无人机惯性单元特有的上述问题，本专利技术提出了一种无人机，包括以本身已知的方式，尤其是根据Petriccia等人的上述论文，其上安置各电子组件以及惯性单元IMU的主电路板，所述IMU包括用于测量所述无人机在绝对参考系中的即时旋转的陀螺仪传感器和/或用于测量所述无人机在这一参考系中的加速度的加速度计传感器，IMU包括递送芯片温度信号的内部温度传感器。本专利技术的特征在于，它还提供了：在所述IMU附近安装在所述电路板上的加热组件；合并到所述电路板的热导，这一热导在所述加热组件与所述IMU之间延伸以允许将由所述加热组件产生的热传递给所述IMU；以及热调节电路，它接收所述芯片温度信号以及预定设定点温度信号作为输入，并输出加热组件引导信号，以便因变于芯片温度与设定点温度之差来控制供应给所述IMU的热。根据各有利辅助特征：它还配备有存储逼近所述IMU的偏移/芯片温度特性的多项式的各值的存储器；以及热误差校正电路，它被适配成因变于所述芯片温度来向由所述IMU的所述陀螺仪和/或加速度计传感器所递送的原始信号应用偏移校正，这些校正基于所述存储器中存储的多项式值；热导是合并到电路板且在IMU之下以及加热组件之下延伸的金属平面层，尤其是连接到所述电路板的公共接地的IMU和加热组件的电子接地平面；所述加热组件是双极晶体管，该双极晶体管因变于由所述热调节电路递送的引导信号关联到这一晶体管的基极的受控极化级；以及由所述热调节电路递送的所述引导信号是PWM信号，其占空比因变于所述芯片温度与所述设定点温度之差来被调制。本专利技术还提供了一种校准这样的无人机的IMU的方法，其特征在于，包括以下步骤：a)引导所述加热组件以生成从初始温度到最终温度渐进变化的芯片温度斜升；b)在这一温度斜升期间，针对多个芯片温度值读取所述IMU的偏移值，并确立偏移/温度特性；c)搜索与在步骤b)获得的特性最接近地逼近的多项式；以及d)记忆在步骤c)找出的所述多项式的值，作为因变于所述芯片温度的IMU偏移校正值。根据这一方法的各有利辅助特征：初始温度是环境温度且最终温度是IMU的额定操作温度；步骤b的从所述初始温度到所述最终温度的温度斜升的历时低于3分钟；步骤b)在所述IMU的静态配置中执行，并且在步骤d)之后所述方法进一步提供所述IMU的动态校准，包括以下步骤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无人机，包括其上安置各电子组件以及惯性单元IMU(26)的主电路板(24)，所述IMU包括用于测量所述无人机在绝对参考系中的即时旋转的陀螺仪传感器和/或用于测量所述无人机在这一参考系中的加速度的加速度计传感器，所述IMU(26)包括递送芯片温度信号(θ°chip)的内部温度传感器(34)，其特征在于，所述无人机包括：–在所述IMU(26)附近安装在所述电路板(24)上的加热组件(28)；–合并到所述电路板(24)的热导(30)，这一热导在所述加热组件(28)与所述IMU(26)之间延伸以允许将由所述加热组件产生的热传递(32)给所述IMU；以及–热调节电路(44‑62)，它接收所述芯片温度信号(θ°chip)以及预定设定点温度信号(θ°ref)作为输入并输出加热组件引导信号(TH_PWM)，以便因变于芯片温度与设定点温度之差来控制对所述IMU的热供应。
【技术特征摘要】
2015.06.16 FR 15554551.一种无人机，包括其上安置各电子组件以及惯性单元IMU(26)的主电路板(24)，所述IMU包括用于测量所述无人机在绝对参考系中的即时旋转的陀螺仪传感器和/或用于测量所述无人机在这一参考系中的加速度的加速度计传感器，所述IMU(26)包括递送芯片温度信号(θ°chip)的内部温度传感器(34)，其特征在于，所述无人机包括：–在所述IMU(26)附近安装在所述电路板(24)上的加热组件(28)；–合并到所述电路板(24)的热导(30)，这一热导在所述加热组件(28)与所述IMU(26)之间延伸以允许将由所述加热组件产生的热传递(32)给所述IMU；以及–热调节电路(44-62)，它接收所述芯片温度信号(θ°chip)以及预定设定点温度信号(θ°ref)作为输入并输出加热组件引导信号(TH_PWM)，以便因变于芯片温度与设定点温度之差来控制对所述IMU的热供应。2.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，进一步包括：–存储逼近所述IMU的偏移/芯片温度特性的多项式的各值的存储器(78)；以及–热误差校正电路(80)，它被适配成因变于所述芯片温度来向由所述IMU的所述陀螺仪和/或加速度计传感器所递送的原始信号(82)应用偏移校正，这些校正基于所述存储器中存储的多项式值。3.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述热导是合并到所述电路板(24)且在所述IMU(26)之下以及所述加热组件(28)之下延伸的金属平面层(30)。4.如权利要求3所述的无人机，其特征在于，所述金属平面层是所述IMU和所述加热组件的电子接地(GND_GYRO)...
【专利技术属性】
技术研发人员：Q·卡德拉，C·沙普龙，H·塞杜，
申请(专利权)人：鹦鹉无人机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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