本實(shí)用新型屬于無人機(jī)領(lǐng)域，具體提供一種基于多無人機(jī)的多維空中演示系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

基于多無人機(jī)的空中演示系統(tǒng)具有多維表達(dá)能力，無人機(jī)群中的每一個(gè)無人機(jī)能夠在三維空間中的一定范圍內(nèi)變化位置，若以時(shí)間作為一個(gè)維度，兼以無人機(jī)群的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)能力和地面音樂的配合，基于多無人機(jī)的空中演示系統(tǒng)具有大于四維的多維表達(dá)能力。這種革命性的表現(xiàn)方式具有大空間范圍、強(qiáng)表現(xiàn)力，加上其本身的高科技背景，毋庸置疑，基于多無人機(jī)的多維空中演示系統(tǒng)具有無與倫比的“吸睛”能力，是一種給人無窮想象的新形式，將對(duì)傳統(tǒng)的二維平面宣傳方式產(chǎn)生巨大的沖擊。

近年來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、多機(jī)協(xié)同編隊(duì)技術(shù)及控制理論的迅猛發(fā)展，為基于多無人機(jī)的空中演示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)掃除了障礙。2016年在全世界范圍已經(jīng)出現(xiàn)了多無人機(jī)表演。然而，已有的多無人機(jī)表演的例子多側(cè)重于無人機(jī)本身，更多的是用以表現(xiàn)無人機(jī)的技術(shù)水平，面向目標(biāo)多是軍用市場(chǎng)，成本昂貴、維護(hù)復(fù)雜、可擴(kuò)展能力比較差。

相應(yīng)地，本領(lǐng)域需要一種新的基于多無人機(jī)的多維空中演示系統(tǒng)來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的基于多無人機(jī)的空中演示系統(tǒng)成本昂貴、維護(hù)復(fù)雜、可擴(kuò)展能力差、主要面向軍用市場(chǎng)的問題，本實(shí)用新型提供了一種基于多無人機(jī)的多維空中演示系統(tǒng)，所述多維空中演示系統(tǒng)包括無人機(jī)群，所述多維空中演示系統(tǒng)還包括設(shè)置在地面的多功能地面工作站、集群通信子系統(tǒng)和智能機(jī)場(chǎng)，所述多功能地面工作站通過所述集群通信子系統(tǒng)與所述無人機(jī)群通信并控制所述無人機(jī)群在空中的演示操作，所述智能機(jī)場(chǎng)用于所述無人機(jī)群的起飛、降落、自動(dòng)充電管理和故障診斷，所述多功能地面工作站與所述智能機(jī)場(chǎng)通信并管理所述智能機(jī)場(chǎng)。

在上述基于多無人機(jī)的多維空中演示系統(tǒng)中，所述多功能地面工作站包括遙控器，所述遙控器用于手動(dòng)控制所述無人機(jī)群；所述多功能地面工作站還包括地面工作站電源，所述地面工作站電源用于給所述多功能地面工作站供電；所述多功能地面工作站還包括圖傳電臺(tái)，所述圖傳電臺(tái)用于接收所述無人機(jī)群發(fā)送過來的圖像和視頻信息。

在上述基于多無人機(jī)的多維空中演示系統(tǒng)中，所述多功能地面工作站還包括智能機(jī)場(chǎng)管理模塊，所述智能機(jī)場(chǎng)管理模塊與所述智能機(jī)場(chǎng)通信并管理所述智能機(jī)場(chǎng)；所述多功能地面工作站還包括地面計(jì)算機(jī)，所述地面計(jì)算機(jī)連接并控制所述遙控器、所述圖傳電臺(tái)、所述智能機(jī)場(chǎng)管理模塊和所述集群通信子系統(tǒng)。

在上述基于多無人機(jī)的多維空中演示系統(tǒng)中，所述無人機(jī)群包括至少一架多旋翼無人機(jī)，所述多旋翼無人機(jī)包括下列部件：GPS天線、螺旋槳、電機(jī)、電機(jī)支架、起落架橫桿、起落架、飛控子系統(tǒng)、全彩燈和攝像頭；所述GPS天線安裝在所述多旋翼無人機(jī)的頂部，用于接收GPS信號(hào)，以完成所述多旋翼無人機(jī)的實(shí)時(shí)定位；所述電機(jī)支架固定在所述多旋翼無人機(jī)的機(jī)身上，用于安裝所述電機(jī)；所述螺旋槳安裝在所述電機(jī)上，并由所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生升力；所述起落架安裝在所述多旋翼無人機(jī)的底部，用于起飛、降落時(shí)產(chǎn)生緩沖和保護(hù)作用；所述起落架橫桿安裝在所述起落架上，用于保持所述多旋翼無人機(jī)降落到地面時(shí)的穩(wěn)定；所述飛控子系統(tǒng)安裝在所述多旋翼無人機(jī)的機(jī)身內(nèi)，用于控制所述多旋翼無人機(jī)的飛行和安裝在所述多旋翼無人機(jī)的機(jī)身底部的所述全彩燈的顏色，并且能夠控制所述攝像頭的操作；所述攝像頭安裝在所述多旋翼無人機(jī)的機(jī)身底部，用于采集圖像和視頻信息。

在上述基于多無人機(jī)的多維空中演示系統(tǒng)中，所述飛控子系統(tǒng)包括飛控中央處理器和與所述飛控中央處理器相連并受所述飛控中央處理器控制的飛控圖傳電臺(tái)、飛控?cái)?shù)傳電臺(tái)、GPS模塊、遙控接收機(jī)、燈光控制器、多路電調(diào)、氣壓高度計(jì)、三軸加速度計(jì)及三軸陀螺儀、三軸地磁計(jì)、飛控電源和所述攝像頭；所述飛控圖傳電臺(tái)將所述飛控中央處理器接收到的所述攝像頭采集的圖像和視頻信息發(fā)送給所述圖傳電臺(tái)；所述飛控?cái)?shù)傳電臺(tái)將所述多旋翼無人機(jī)的狀態(tài)信息通過所述集群通信子系統(tǒng)發(fā)送給所述多功能地面工作站，并將接收到的所述多功能地面工作站發(fā)送的控制指令發(fā)送給所述飛控中央處理器；所述GPS模塊接收所述GPS天線發(fā)送的GPS信號(hào)并計(jì)算出所述多旋翼無人機(jī)的位置信息；所述遙控接收機(jī)接收所述遙控器的手動(dòng)遙控信號(hào)，從而能夠手動(dòng)控制所述多旋翼無人機(jī)；所述燈光控制器接收所述飛控中央處理器的指令來控制所述全彩燈發(fā)出相應(yīng)顏色的光；所述多路電調(diào)根據(jù)所述飛控中央處理器發(fā)送的指令來控制所述電機(jī)的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速；所述氣壓高度計(jì)用于測(cè)量大氣壓力和環(huán)境溫度，從而計(jì)算出所述多旋翼無人機(jī)的海拔高度并發(fā)送給所述飛控中央處理器；所述三軸加速度計(jì)及三軸陀螺儀用于測(cè)量所述多旋翼無人機(jī)的三軸加速度和三軸旋轉(zhuǎn)速率并發(fā)送給所述飛控中央處理器；所述三軸地磁計(jì)用于測(cè)量所述多旋翼無人機(jī)的三軸分量并傳送給所述飛控中央處理器，所述飛控中央處理器通過卡爾曼濾波法計(jì)算出所述多旋翼無人機(jī)的姿態(tài)；所述飛控電源用于給所述飛控子系統(tǒng)供電。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，所述多維空中演示系統(tǒng)包括布置在地面的多功能地面工作站、集群通信子系統(tǒng)和智能機(jī)場(chǎng)以及飛行在空中的無人機(jī)群。其中，多功能地面工作站通過集群通信子系統(tǒng)與無人機(jī)群通信，并且管理智能機(jī)場(chǎng)。智能機(jī)場(chǎng)可根據(jù)無人機(jī)群的多旋翼無人機(jī)的數(shù)量選擇相應(yīng)數(shù)量的單元布置在地面上，用于無人機(jī)群的起飛和降落，具有起飛/降落引導(dǎo)、自動(dòng)充電管理和故障診斷等功能。每一個(gè)多旋翼無人機(jī)能夠在三維空間中的一定范圍內(nèi)變化位置且具有防撞功能，能夠攜帶燈光、拉煙等演示用載荷。無人機(jī)群可以根據(jù)演出需要組合成各種形狀并隨時(shí)間變換，配合協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)能力和地面音樂，形成多維表達(dá)能力，從而滿足空中表演需求，其應(yīng)用市場(chǎng)除軍用外，也適用于廣告業(yè)、晚會(huì)燈光演示等民用場(chǎng)合。本實(shí)用新型的技術(shù)方案采用的部件均為市場(chǎng)大量生產(chǎn)和使用的電子、機(jī)械設(shè)備，可靠性高，成本低，且機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易維護(hù)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的基于多無人機(jī)的多維空中演示系統(tǒng)的示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的多功能地面工作站的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3是本實(shí)用新型的無人機(jī)群的多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型的多旋翼無人機(jī)的飛控子系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來描述本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本實(shí)用新型的技術(shù)原理，并非旨在限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。例如，盡管說明書中是結(jié)合全彩燈來描述的，但是，本實(shí)用新型顯然可以根據(jù)需要采用其它各種形式的空中演示載荷，例如拉煙。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對(duì)其作出調(diào)整，以便適應(yīng)具體的應(yīng)用場(chǎng)合。

需要說明的是，在本實(shí)用新型的描述中，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“內(nèi)”、“外”等指示方向或位置關(guān)系的術(shù)語(yǔ)是基于附圖所示的方向或位置關(guān)系，這僅僅是為了便于描述，而不是指示或暗示所述裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

此外，還需要說明的是，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。

如圖1所示，本實(shí)用新型的基于多無人機(jī)的多維空中演示系統(tǒng)包括布置在地面的多功能地面工作站1、集群通信子系統(tǒng)2和智能機(jī)場(chǎng)3以及飛行在空中的無人機(jī)群4。其中，多功能地面工作站1通過集群通信子系統(tǒng)2與無人機(jī)群4通信，并且管理智能機(jī)場(chǎng)3。智能機(jī)場(chǎng)3可根據(jù)無人機(jī)群4的多旋翼無人機(jī)41的數(shù)量選擇相應(yīng)數(shù)量的單元布置在地面上，用于無人機(jī)群4的起飛和降落，具有起飛/降落引導(dǎo)、自動(dòng)充電管理和故障診斷等功能。每一個(gè)多旋翼無人機(jī)41能夠在三維空間中的一定范圍內(nèi)變化位置且具有防撞功能，能夠攜帶燈光、拉煙等演示用載荷。無人機(jī)群4可以根據(jù)演出需要組合成各種形狀并隨時(shí)間變換，配合協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)能力和地面音樂，形成多維表達(dá)能力。

如圖2所示，多功能地面工作站1包括地面工作站電源15、地面計(jì)算機(jī)13、遙控器11、圖傳電臺(tái)12和智能機(jī)場(chǎng)管理模塊14。地面工作站電源15給整個(gè)多功能地面工作站1供電。地面計(jì)算機(jī)13與遙控器11通信，通過遙控器11手動(dòng)控制無人機(jī)群4，在特殊情況下用戶能夠使用遙控器11控制相應(yīng)的多旋翼無人機(jī)41。圖傳電臺(tái)12接收無人機(jī)群4發(fā)送來的圖像、視頻等信息，并傳送給地面計(jì)算機(jī)13。智能機(jī)場(chǎng)管理模塊14接收地面計(jì)算機(jī)13的指令，從而控制智能機(jī)場(chǎng)3，并將智能機(jī)場(chǎng)3的狀態(tài)信息反饋給地面計(jì)算機(jī)13。地面計(jì)算機(jī)13還通過集群通信子系統(tǒng)2與無人機(jī)群4通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)群4的監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)空中燈光、圖像、視頻和拉煙等演示功能。

關(guān)于多功能地面工作站1，需要指出的是，圖1中以地面計(jì)算機(jī)13作為代表對(duì)其進(jìn)行了圖示，但是，圖1僅僅是示意性的，如上所述，多功能地面工作站1還包括地面工作站電源15、遙控器11、圖傳電臺(tái)12和智能機(jī)場(chǎng)管理模塊14。此外，關(guān)于集群通信子系統(tǒng)2，盡管圖1中以路由器的形式對(duì)其進(jìn)行了圖示，但是集群通信子系統(tǒng)2顯然不局限于這種具體形式，其也可以采用其他任何適當(dāng)?shù)男问健?/p>

如圖3所示，多旋翼無人機(jī)41包括GPS天線411、螺旋槳412、電機(jī)413、電機(jī)支架414、起落架橫桿415、起落架416、飛控子系統(tǒng)41、全彩燈418和攝像頭419。GPS天線411安裝在多旋翼無人機(jī)41的頂部，用于接收GPS信號(hào)，以完成多旋翼無人機(jī)41的實(shí)時(shí)定位。電機(jī)支架414固定在多旋翼無人機(jī)41的機(jī)身上，用于安裝電機(jī)413。螺旋槳412安裝在電機(jī)413上，并由電機(jī)413驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生升力。每一個(gè)電機(jī)413驅(qū)動(dòng)一個(gè)螺旋槳412。起落架416安裝在多旋翼無人機(jī)41的底部，用于起飛、降落時(shí)產(chǎn)生緩沖和保護(hù)作用。起落架橫桿415安裝在起落架416上，用于保持多旋翼無人機(jī)41降落到地面時(shí)的穩(wěn)定性。飛控子系統(tǒng)417安裝在多旋翼無人機(jī)41的機(jī)身內(nèi)，用于控制多旋翼無人機(jī)41的飛行和安裝在多旋翼無人機(jī)41的機(jī)身底部的全彩燈418的顏色，并且能夠控制攝像頭419的操作。攝像頭419安裝在多旋翼無人機(jī)41的機(jī)身底部，用于采集圖像和視頻信息。

如圖4所示，飛控子系統(tǒng)417包括飛控中央處理器4175，飛控中央處理器4175連接并控制下列部件：飛控圖傳電臺(tái)4171、飛控?cái)?shù)傳電臺(tái)4172、GPS模塊4173、遙控接收機(jī)4174、燈光控制器4176、多路電調(diào)4177、氣壓高度計(jì)4178、三軸加速度計(jì)及三軸陀螺儀4179、三軸地磁計(jì)417A、飛控電源417B和攝像頭419。其中，飛控圖傳電臺(tái)4171將飛控中央處理器4175接收到的攝像頭419采集的圖像和視頻信息發(fā)送給圖傳電臺(tái)12；飛控?cái)?shù)傳電臺(tái)4172將多旋翼無人機(jī)41的狀態(tài)信息通過集群通信子系統(tǒng)2發(fā)送給多功能地面工作站1，并將接收到的多功能地面工作站1發(fā)送的控制指令發(fā)送給飛控中央處理器4175；GPS模塊4173接收GPS天線411發(fā)送的GPS信號(hào)并計(jì)算出多旋翼無人機(jī)41的位置信息；遙控接收機(jī)4174接收遙控器11的手動(dòng)遙控信號(hào)，從而能夠手動(dòng)控制多旋翼無人機(jī)41；燈光控制器4176接收飛控中央處理器4175的指令來控制全彩燈418發(fā)出相應(yīng)顏色的光；多路電調(diào)4177根據(jù)飛控中央處理器4175發(fā)送的指令來控制無刷電機(jī)413的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速；氣壓高度計(jì)4178用于測(cè)量大氣壓力和環(huán)境溫度，從而計(jì)算出多旋翼無人機(jī)41的海拔高度并發(fā)送給飛控中央處理器4175；三軸加速度計(jì)及三軸陀螺儀4179用于測(cè)量多旋翼無人機(jī)41的三軸加速度和三軸旋轉(zhuǎn)速率并發(fā)送給飛控中央處理器4175；三軸地磁計(jì)417A用于測(cè)量多旋翼無人機(jī)41的三軸分量并傳送給飛控中央處理器4175，飛控中央處理器4175通過卡爾曼濾波法計(jì)算出多旋翼無人機(jī)41的姿態(tài)；飛控電源417B用于給整個(gè)飛控子系統(tǒng)供電417。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本實(shí)用新型的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本實(shí)用新型的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。