020]上述結構中，傳感器11包括一個9自由度姿態(tài)傳感器、一個GPS傳感器、一個氣壓傳感器、一個環(huán)境溫濕度傳感器和多個氣體濃度傳感器，應用中根據(jù)需要確定種類和個數(shù)。9自由度姿態(tài)傳感器用于獲取本發(fā)明多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)在飛行過程中的三軸姿態(tài)角和加速度信息，GPS傳感器用于在室外飛行時實現(xiàn)導航定位，氣壓傳感器用于獲取在室外飛行時的當前氣壓值并獲取高度信息，環(huán)境溫濕度傳感器用于獲取消防現(xiàn)場的當前溫濕度信息，氣體濃度傳感器用于獲取消防現(xiàn)場的當前可燃、有毒有害的特征氣體的濃度信息，特征氣體包括CO、CO2, HCUH2S, CH4及其他可燃氣體。
[0021]本發(fā)明多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)在室外、有GPS信號環(huán)境和室內(nèi)、無GPS信號環(huán)境均可實現(xiàn)自主飛行，分別通過GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和室內(nèi)基于SLAM算法的激光測距定位系統(tǒng)實現(xiàn)精確的位置控制。以下將從室外飛行和室內(nèi)飛行分別具體說明本發(fā)明多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)的工作過程。
[0022]參看圖2，在室外，有GPS信號環(huán)境下，本發(fā)明多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)可通過GPS傳感器接收GPS信號，獲取當前的地理位置信息，通過9自由度姿態(tài)傳感器獲取當前姿態(tài)下的三軸姿態(tài)角和加速度信息，通過氣壓傳感器獲取當前的海拔高度信息，并通過與無人機飛行控制系統(tǒng)9連接，將以上的信息傳輸給無人機飛行控制系統(tǒng)9。操作人員通過地面站裝置向無人機飛行控制系統(tǒng)9輸出飛行指令，飛行指令包括目標地點的地理位置信息、海拔高度信息和預先設定的速度信息，無人機飛行控制系統(tǒng)9將目標地點的各類參數(shù)與傳感器11獲取的各類數(shù)據(jù)信息運行控制算法進行計算，得出電機2所需的轉(zhuǎn)速并將速度信號傳輸給電機2，實現(xiàn)本發(fā)明多旋翼無人機飛行器的室外、有GPS信號環(huán)境下的自主控制飛行。
[0023]參看圖3，在室內(nèi)、無GPS信號環(huán)境內(nèi)飛行時，本發(fā)明多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)采用基于SLAM算法的激光測距定位系統(tǒng)，通過水平方向的激光測距傳感器一 14和向下方向的激光測距傳感器二 6獲取無人機的位置信息和高度信息，通過9自由度姿態(tài)傳感器獲取當前姿態(tài)下的三軸姿態(tài)角及加速度信息，以這兩部分信息作為輸入，通過小型控制計算機10運行SLAM算法獲取無人機的三維位置和姿態(tài)信息，采用上述算法獲得的三維位置和姿態(tài)信息作為反饋量，傳輸至無人機飛行控制系統(tǒng)9，同時，操作人員通過地面站裝置向無人機飛行控制系統(tǒng)9輸出飛行指令，無人機飛行控制系統(tǒng)9將飛行指令的各類參數(shù)與作為反饋的三維位置和姿態(tài)信息運行控制算法進行計算，得出電機2所需的轉(zhuǎn)速并將速度信號傳輸給電機2，實現(xiàn)本發(fā)明多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)在室內(nèi)、無GPS信號環(huán)境下自主控制飛行。
[0024]參看圖4，通過向上方向攝像頭一 12、水平方向的攝像頭二 13和向下方向的攝像頭三7獲取周圍環(huán)境的視頻圖像信息，通過圖像傳輸裝置16對視頻圖像信息進行處理后，將處理過的視頻圖像信息傳送至地面站裝置。在地面站裝置中可通過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同時觀測到本發(fā)明多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)的上方、前方和下方的視頻圖像。
[0025]參看圖5，本發(fā)明多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)在消防現(xiàn)場內(nèi)飛行時，通過環(huán)境溫濕度傳感器和各氣體濃度傳感器(CO氣體濃度傳感器、CO2氣體濃度傳感器、HCl氣體濃度傳感器、H2S氣體濃度傳感器、014氣體濃度傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器等)獲取環(huán)境內(nèi)溫濕度信息和各類可燃、有毒有害的特征氣體的濃度信息，此類特征氣體包括了 CO、CO2,HCl、H2SXH4及其他可燃氣體。獲取到的溫濕度信息和特征氣體濃度信息實時傳輸至小型控制計算機10，小型控制計算10根據(jù)預先設置的報警值，對環(huán)境內(nèi)的溫濕度和特征氣體濃度進行實時監(jiān)測，對特征氣體濃度進行分級報警，報警信息通過無線傳輸至地面站裝置。
[0026]上面所述的實施方法僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方法進行描述，并非對本發(fā)明的構思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計方案前提下，本領域中普通工程技術人員對本發(fā)明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技術內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權利要求書中。
【主權項】
1.一種具有消防偵察功能的多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)，其特征在于:包括機架(8)、機臂(4)、電池、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)、起落架(5)、控制中心外殼(15)、無人機飛行控制系統(tǒng)(9)、傳感器(11)、激光測距傳感器(6、14)、小型控制計算機(10)、高清攝像頭(7、12、13)、圖像傳輸裝置(16)和地面站裝置；其中，所述電機(2)和所述電子調(diào)速器(3)均安裝在所述機臂(4)上，所述機臂(4)與所述機架(8)相連構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(I)安裝在所述電機(2)上，同時所述電機(2)與所述電子調(diào)速器(3)連接以控制所述螺旋槳葉(I)的轉(zhuǎn)速，所述起落架(5)安裝在所述機架(8)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)(9)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(11)與所述無人機飛行控制系統(tǒng)(9)的通訊接口對應連接，并在所述控制中心外殼(15)內(nèi)組成一個封閉的箱體；所述激光測距傳感器(6、14)與所述小型控制計算機(10)通訊連接，由所述小型控制計算機(10)對所述激光測距傳感器(6、14)傳輸?shù)男盘栠M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)(9)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(7、12、13)與所述圖像傳輸裝置(16)相連，用于采集環(huán)境的視頻圖像，并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。2.根據(jù)權利要求1所述的多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)，其特征在于:所述激光測距傳感器(6、14)包括了安裝在所述控制中心外殼(15)上部的水平方向的激光測距傳感器一(14)和安裝在所述機架下部向下方向的激光測距傳感器二(6);所述水平方向的激光測距傳感器一(14)與所述向下方向的激光測距傳感器二(6)均與所述小型控制計算機(10)連接。3.根據(jù)權利要求1或2所述的多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)，其特征在于:所述高清攝像頭(7、12、13 )包括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);其中，所述向上方向的攝像頭一(12)和所述水平方向的攝像頭二(13)位于所述控制中心外殼(15)的上部，所述向下方向的攝像頭三(7)位于所述機體的下部。4.根據(jù)權利要求1或2所述的多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器(11)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。
【專利摘要】具有消防偵察功能的多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)，六支機臂與機架構成多旋翼無人機飛行器系統(tǒng)的機體框架，電機與電子調(diào)速器連接以控制螺旋槳葉的轉(zhuǎn)速，起落架用于飛行起降時的穩(wěn)定著陸，無人機飛行控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)穩(wěn)定的姿態(tài)控制，傳感器與無人機飛行控制系統(tǒng)連接，小型控制計算機與激光測距傳感器通訊連接，將處理后的信號輸入至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，高清攝像頭與圖像傳輸裝置相連，用于采集環(huán)境的視頻圖像，圖像傳輸裝置用于將視頻圖像的信號傳輸至地面站裝置，實現(xiàn)實時觀測。本發(fā)明具有復雜環(huán)境下自主飛行、自動實時偵察、自動壁障、保護人身安全、遠程監(jiān)控、遠程實時通訊、數(shù)據(jù)可保存回放等優(yōu)點。
【IPC分類】B64D47/00, B64C39/02, B64D47/08, B64C27/08
【公開號】CN105015767
【申請?zhí)枴緾N201510396487
【發(fā)明人】賀勇, 雷錦濤, 曹操
【申請人】湖北省機電研究設計院股份公司
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月9日