具有消防偵察功能的多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具有消防偵察功能的多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及消防偵察領(lǐng)域，特別是涉及一種具有消防偵察功能的多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]在當(dāng)前的消防偵察中，由于突發(fā)事故的不可預(yù)測和難以控制性，給消防救援工作帶來了極大的困難，并且會危及消防人員自身安全，這已成為現(xiàn)代火災(zāi)撲救的難點之一。為了更好的解決這一難題，消防無人機應(yīng)運而生，科技的不斷進(jìn)步也使得消防無人機的作用日益增強，在救援工作中的成效也越來越重要。消防無人機能代替消防救援人員遙控進(jìn)入易燃易爆、有毒有害和易對塌的建筑物內(nèi)，大型倉庫，缺氧、濃煙等室內(nèi)外危險災(zāi)害現(xiàn)場進(jìn)行偵察、采集、處理和實時傳輸現(xiàn)場圖像、語音、有毒氣體種類、可燃?xì)怏w濃度、現(xiàn)場溫度、輻射熱等數(shù)據(jù)信息，有效地解決消防人員在上述場所面臨的人身安全、可持續(xù)偵察時間短、數(shù)據(jù)采集量不足和不能實時反饋信息等問題。
[0005]而目前的消防無人機大部分采用的是GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在有GPS信號的室外危險災(zāi)害現(xiàn)場時可以實現(xiàn)實時監(jiān)測和定點監(jiān)測，完成消防偵察任務(wù)。但在室內(nèi)或無GPS信號的環(huán)境時無法實現(xiàn)定位功能，難以有效穩(wěn)定的持續(xù)飛行，進(jìn)而無法完成消防偵察任務(wù)。因此，如何在室內(nèi)外、復(fù)雜環(huán)境下均可通過精確定位實現(xiàn)消防無人機的自主飛行和實時監(jiān)測，是一個重要課題。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的任務(wù)在于為了解決上述問題而提供一種能自主完成復(fù)雜環(huán)境下的消防偵察任務(wù)的多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
本發(fā)明所述具有消防偵察功能的多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)包括機架、機臂、電池、螺旋槳葉、驅(qū)動螺旋槳葉轉(zhuǎn)動的電機、電子調(diào)速器、起落架、控制中心外殼、無人機飛行控制系統(tǒng)、傳感器、激光測距傳感器、小型控制計算機、高清攝像頭、圖像傳輸裝置和地面站裝置。其中，所述螺旋槳葉、所述電機和所述電子調(diào)速器均安裝在所述機臂上，所述機臂與所述機架相連構(gòu)成所述多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)的機體框架，所述螺旋槳葉則安裝在所述電機上，同時所述電機與所述電子調(diào)速器連接以控制所述螺旋槳葉的轉(zhuǎn)速，所述起落架安裝在所述機架的下部用于所述多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)在飛行起降時的穩(wěn)定著陸，所述無人機飛行控制系統(tǒng)用于輸出所述多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)的參數(shù)信號來實現(xiàn)所述多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)的姿態(tài)控制，所述傳感器與所述無人機飛行控制系統(tǒng)的通訊接口對應(yīng)連接，并在所述控制中心外殼內(nèi)組成一個封閉的箱體，所述激光測距傳感器與所述小型控制計算機通訊連接，由所述小型控制計算機對所述激光測距傳感器傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行處理，并將處理后的信號輸入至所述無人機飛行控制系統(tǒng)中，用于實現(xiàn)室內(nèi)的三維位置和姿態(tài)控制，所述高清攝像頭與所述圖像傳輸裝置相連，用于采集環(huán)境的視頻圖像，所述圖像傳輸裝置用于將視頻圖像的信號傳輸至所述地面站裝置，實現(xiàn)實時觀測。
[0009]為了實現(xiàn)室內(nèi)的精確三維位置控制，所述激光測距傳感器包括安裝在所述控制中心外殼的上部的水平方向的激光測距傳感器一和安裝在所述機體的下部的向下方向的激光測距傳感器二。所述水平方向的激光測距傳感器一與所述向下方向的激光測距傳感器二均與所述小型控制計算機連接。所述激光測距傳感器的檢測范圍可達(dá)270°。
[0010]進(jìn)一步，所述高清攝像頭包括向上方向的攝像頭一，水平方向的攝像頭二和向下方向的攝像頭三。其中，所述向上方向的攝像頭一和所述水平方向的攝像頭二位于所述控制中心外殼的上部，所述向下方向的攝像頭三位于所述機體的下部。可同時獲取上方、前方和下方的視頻圖像。
[0011]具體的，所述傳感器包括9自由度姿態(tài)傳感器、GPS傳感器、氣壓傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器、氣體濃度傳感器。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明所述多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)可代替人工在消防現(xiàn)場進(jìn)行信息偵察、信息采集、人員搜救等工作。具有復(fù)雜環(huán)境下自主飛行、自動實時偵察、自動壁障、保護(hù)人身安全、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程實時通訊、數(shù)據(jù)可保存回放以便于分析總結(jié)等優(yōu)點。具體表現(xiàn)為:
1.本發(fā)明所述多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)在室外和室內(nèi)均可實現(xiàn)自主飛行，并實現(xiàn)精確的三維位置和姿態(tài)控制。在室外可采用GPS導(dǎo)航定位實現(xiàn)快速且準(zhǔn)確地飛抵目標(biāo)地點，在室內(nèi)、缺失GPS信號的環(huán)境時，可采用基于SLAM算法的激光測距定位系統(tǒng)，完成在室內(nèi)、缺失GPS信號的環(huán)境內(nèi)的自主飛行，避免了復(fù)雜環(huán)境的消防現(xiàn)場無法監(jiān)測的困難。
[0013]2.本發(fā)明所述多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)可代替人工在復(fù)雜危險環(huán)境下進(jìn)行信息偵察和信息采集，無需人員進(jìn)入危險的消防現(xiàn)場，不存在危險環(huán)境內(nèi)的人身安全問題。
[0014]3.本發(fā)明所述多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)可通過所述向上方向的攝像頭一、所述水平方向的攝像頭二、所述向下方向的攝像頭三同時采集上方、前方和下方的視頻圖像，可避免觀測死角情況的出現(xiàn)，實時監(jiān)測消防現(xiàn)場內(nèi)的火情情況、定位火情位置，為后續(xù)的決策提供可靠的信息。
[0015]4.本發(fā)明所述多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)可通過所述傳感器實時檢測消防現(xiàn)場內(nèi)的可燃、有毒有害的特征氣體的濃度，可及時對消防現(xiàn)場內(nèi)的危險情況予以警報。
[0016]
【附圖說明】
[0017]
圖1是本發(fā)明多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是GPS導(dǎo)航定位控制方框圖；
圖3是基于SLAM算法的激光測距定位控制方框圖；
圖4是實時圖像傳輸系統(tǒng)的方框圖； 圖5是環(huán)境溫濕度和氣體濃度報警系統(tǒng)的方框圖。
[0018]
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步具體描述:
如圖1-5所示，本發(fā)明所述多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)包括電池(圖1中未示出)、螺旋槳葉1、驅(qū)動螺旋槳葉轉(zhuǎn)動的電機2、電子調(diào)速器3、機臂4、起落架5、向下方向的激光測距傳感器二 6、向下方向的攝像頭三7、機架8、無人機飛行控制系統(tǒng)9、小型控制計算機10、傳感器11、向上方向的攝像頭一 12、水平方向的攝像頭二 13、水平方向的激光測距傳感器一 14、控制中心外殼15、圖像傳輸裝置16、地面站裝置(圖1中未示出)。其中，螺旋槳葉I安裝于電機2上，電機2與電子調(diào)速器3相連，電機2安裝于機臂4上，電子調(diào)速器3安裝于機臂4內(nèi)，機臂4與機架8通過連接裝置(圖1中未示出，采用常規(guī)的航插裝置即可)構(gòu)成本發(fā)明所述多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)的機體框架，機臂4 一共六支，無人機飛行控制系統(tǒng)9和傳感器11均安裝于控制中心外殼15的內(nèi)部，傳感器11與無人機飛行控制系統(tǒng)9的通訊接口對應(yīng)連接，小型控制計算機10和圖像傳輸裝置16安裝于控制中心外殼15外部的兩側(cè)，小型控制計算機10與無人機飛行控制系統(tǒng)9相連實現(xiàn)本發(fā)明多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)的姿態(tài)控制和位置控制，起落架5安裝于機架8的下部，向上方向的攝像頭一 12、水平方向的攝像頭二 13和水平方向的激光測距傳感器一 14安裝于控制中心外殼15的上部，相對的，向下方向的攝像頭三7和向下方向的激光測距傳感器二 6安裝在起落架8上，向上方向的攝像頭一 12、水平方向的攝像頭二 13和向下方向的攝像頭三7與圖像傳輸裝置16連接，圖像傳輸裝置16通過無線通訊將視頻信號傳輸至地面站裝置(圖1中未示出)，向下方向的激光測距傳感器二 6和水平方向的激光測距傳感器一 14與小型控制計算機10連接。向上方向的攝像頭一 12、水平方向的攝像頭二 13和向下方向的攝像頭三7分別用于采集上方、前方和下方的視頻圖像，水平方向的激光測距傳感器一 14用于探測四周的環(huán)境和障礙物，向下方向的激光測距傳感器二 6用于探測本發(fā)明多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)的飛行高度。
[0