[发明专利]一种基于嵌入式的墙面打孔及雕刻的四旋翼装置

权利要求书

1.一种基于嵌入式的墙面打孔及雕刻的四旋翼装置，其特征在于：由四旋翼飞行器及客户端组成；

其中，四旋翼飞行器是一种基于嵌入式的改良版四旋翼飞行器，也是一种用于墙面打孔、雕刻加工设备，后续又简称为设备；

其中，客户端用于导入及处理加工图纸，并给四旋翼飞行器下达工作指令；

设备及客户端两者依赖Wi-Fi进行通信；

设备用于墙面的打孔及雕刻为主的加工工作；

客户端用于控制设备运转、处理导入的加工图纸并生成设备运动的相关指令；

设备包括硬件部分和软件部分，硬件部分主要包括主控板、电子调速器、无刷电机、旋翼、超声测距传感器、陀螺仪、加速度计、电源模块、蜂鸣器、机架、旋转模块、墙面加工模块及压力传感器；

设备硬件部分的连接及安装关系如下：

主控板分别与电子调速器、电源模块、蜂鸣器、超声测距传感器、墙面加工模块、旋转模块、压力传感器、陀螺仪、加速度计通过线缆连接，电子调速器、旋转模块、墙面加工模块分别与电源模块通过线缆连接，电源模块为电子调速器、旋转模块以及墙面加工模块供电，主控板通过线缆控制电子调速器、超声测距传感器、陀螺仪、加速度计、蜂鸣器、墙面加工模块和压力传感器的运转；无刷电机固位安装于机架四角上，墙面加工模块固位安装于十字形机架前旋翼下方；压力传感器固位安装于墙面加工模块中，其平面垂直于钻头及雕刻刀；旋转模块安装于十字形机架后旋翼与机架中心连线的中点处；主控板、超声测距传感器、电子调速器、蜂鸣器、陀螺仪、加速度计及电源模块安装于机架上表面中心处；

设备的软件部分主要为运行于主控板上的程序，包括Wi-Fi无线通信传输、无刷电机控制、传感器控制、墙面加工模块、旋转模块控制和蜂鸣器控制；

Wi-Fi无线通信传输用于手机端与主控板之间的通信；

无刷电机控制用于控制无刷电机按照设定要求运转；

传感器控制用于捕获传感器测得的相关数据，包括超声测距传感器测得的坐标信息、陀螺仪及加速度计测得的飞行状态信息及压力传感器测得的钻头和雕刻头与墙体间的作用力；

墙面加工模块控制用于通过压力传感器的数据反馈调整钻头、雕刻头的旋转速度为主的运动参数；

旋转模块控制用于实现后旋翼水平方向与垂直方向的相互切换；

蜂鸣器控制用于通过控制蜂鸣器的蜂鸣指示设备所处的工作状态；

客户端是基于Android Studio开发的一款APP，客户端主要包括以下两个模块：加工图纸处理模块和控制设备运转模块；

其中，加工图纸处理模块用于对导入的图纸进行处理，并生成相应的坐标信息及设备运行指令；

控制设备运转模块用于在设备运转过程中，接收用户对加工速度、传感器测量次数、加工精度进行调整，实现设备运行状态的调整。

2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的墙面打孔及雕刻的四旋翼装置，其特征在于：四旋翼飞行器安装于十字形机架，简称机架；机架末端安装有四个旋翼以及无刷电机；其中，四个旋翼包括两个前旋翼和两个后旋翼；

其中，两个前旋翼底面主要安装有钻头和雕刻头为主的墙面加工工具、压力传感器及超声测距传感器模块；

两个后旋翼所在的机架的中点处上安装有旋转模块，用于将后旋翼从水平方向旋转至与地面垂直的方向，从而提供四旋翼飞行器指向墙面的推动力。

3.根据权利要求2所述的一种基于嵌入式的墙面打孔及雕刻的四旋翼装置，其特征在于：机架中部安装有主控板、电子调速器、陀螺仪、加速度计、电源模块和蜂鸣器；在客户端上导入加工图纸后，客户端处理相关数据并生成设备指令，通过Wi-Fi传输给四旋翼飞行器，四旋翼飞行器再根据客户端指令对墙面进行打孔及雕刻为主的加工工作，并在加工过程中通过超声测距传感器及相关算法对设备位置进行校正。

4.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式的墙面打孔及雕刻的四旋翼装置，其特征在于：主控板用于控制与其连接的相关部件运转，采集陀螺仪、加速计、超声测距传感器及压力传感器为主的数据；

主控板采用CC3200 LaunchPad；

电子调速器用于调节无刷电机旋转速度；

电子调速器采用自行设计的I2C电子调速器；

无刷电机用于带动与其转轴相连的旋翼旋转，从而为设备提供运动基础；

超声测距传感器用于测量其所在位置的坐标，通过其与主控板的数据线向主控板传输设备位置信息，为进一步修正设备位置提供数据基础；

陀螺仪和加速度计组合为设备飞行姿态感测模块，用于感知设备飞行状态的信息，为修正设备飞行状态提供数据基础，是整个硬件系统的核心；

飞行姿态感测模块采用惯性测量装置感知设备的运动状态变化；综合成本和性能因素，选用ADXRS300陀螺仪和MMA7260QT加速度计；

电源模块用于为与其连接的相关部件提供正常工作的电力基础，包括主控板电源、电子调速器电源、墙面加工模块电源、旋转模块电源和传感器电源；

由18650电池及开关电源将12V降压为3.3V和5V为主控板、电子调速器、墙面加工模块、旋转模块及传感器供电；

蜂鸣器用于通过蜂鸣表示设备所处的工作状态；

机架用于提供设备各硬件部分的安装固位位置；

旋转模块安装于十字形机架后旋翼与机架中心连线的中点处，用于实现后旋翼水平方向与垂直方向的相互切换；

旋转模块选用舵机实现；舵机提供旋转过程中的动力，由自行设计的机械结构和舵机配合完成旋转动作；

墙面加工模块安装于十字形机架前旋翼下方，用于提供不同粗细钻头及不同规格雕刻刀头的安装固位位置以及驱动钻头及雕刻头工作；

压力传感器用于测量墙面加工过程的钻头、雕刻头对于墙面的压力，进而为调整加工深度提供数据基础。