CN201604796U - 智能航拍无人飞行器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种智能航拍无人飞行器，其特征在于：包括机体(1)，在机体(1)中间设有机舱(2)，机舱(2)分别连接4个悬臂(3)，在每个悬臂(3)的尾端上下分别安装螺旋桨(5)，螺旋桨(5)连接动力模块(4)，动力模块(4)和飞行控制模块(6)连接，飞行控制模块(6)分别连接导航模块(7)和实时视频回传模块(8)。本实用新型的优点：采用创新性的直驱八旋翼结构，机械结构简单，减小了机械故障，降低了飞行噪音。采用了先进的导航技术以及先进的姿态控制算法，操作简单。轻盈便携，具有超强的载重能力。可在地面通过监视屏幕掌握飞行器的飞行状态信息。先进的GPS导航实现真正的自主飞行。先进的失控保护功能。

Description

智能航拍无人飞行器
技术领域
本实用新型涉及一种智能航拍无人飞行器，特别是一种4轴智能航拍无人飞行器。
背景技术
在无人航拍飞行器领域，现阶段国外多使用专用的无人航拍直升机，如美国的“飞行家”、日本的雅马哈R－MAXL181等，它们具有飞行时间长，稳定性高的特点。但是它们造价高昂，操控复杂，维护费用高，对起降场地有一定要求等特点是国内用户很难承受的。                  
目前国内使用的无人航拍机多是由遥控模型固定翼、遥控模型直升机改装而成，飞机自身稳定性差，震动大，不易操控，机械结构复杂，安全性低，很难拍摄出稳定的视频。国内也有通过为模型飞机加装红外平衡仪或CCD平衡仪来提高模型飞机稳定性，但是这两种平衡仪也存在各自的缺陷。红外平衡仪是通过检测天地交界线位置来保持机身的平衡，所以此平衡仪不适合在山区、城市和阴天使用；CCD平衡仪是通过连续拍摄地面图片检测飞机的位移情况来保持飞机平衡，此平衡仪不能在水面上空及超过20米的高空发挥作用。这样以来飞机的使用范围大大受限。不仅如此，由于模型飞机设计初衷不是为了航拍，故载重能力低，载重后飞行性能下降，发动机超负荷运转，机械部件磨损严重寿命降低。经过改装的模型飞机大多不具备自动驾驶能力，无法完成远距离的拍摄任务。
发明内容
本实用新型的目的在于：提供一种结构简单、操作方便、适用范围广的智能航拍无人飞行器，以克服现有技术的不足。
本实用新型是这样构成的：包括机体，在机体中间设有机舱，机舱分别连接4个悬臂，在每个悬臂的尾端上下分别安装螺旋桨，螺旋桨连接动力模块，动力模块和飞行控制模块连接，飞行控制模块分别连接导航模块和实时视频回传模块。
上述的智能航拍无人飞行器，飞行控制模块包括飞行控制计算机，飞行控制计算机连接三轴角速度传感器、三轴加速度传感器、大气压力传感器和无线电遥控接收机
上述的智能航拍无人飞行器，导航模块包括导航计算机，导航计算机分别连接三维电子罗盘、GPS模块、飞行参数记录仪和机载数传电台。
上述的智能航拍无人飞行器，实时视频回传模块包括微波视频发射模块，微波视频发射模块连接机载影像采集设备和飞行参数视频叠加模块。
上述的智能航拍无人飞行器，动力模块包括锂离子电池、无刷电子调速器和盘式无刷电机。
上述的智能航拍无人飞行器，飞行控制模块通过设置在机体内的无线电遥控接收机、机载数传电台和微波视频发射模块与地面控制站交换数据。
上述的智能航拍无人飞行器，地面控制站包括地面数传电台、导航控制计算机、微波视频接收机、实时回传影像显示器和无线电遥控发射机。
本实用新型具有以下优点：
1、采用创新性的直驱八旋翼结构，无齿轮、无伺服器、无传动杆，机械结构简单，大大减小了因机械故障导致坠机的机率，同时也大大降低了飞行噪音。而传统无人航拍使用普通遥控航模直升机、固定翼模型飞机、系留氢气球等外挂拍摄器材进行拍摄，但是这些方式危险性仍然很高，例如遥控模型直升机和固定翼模型飞机机械结构复杂，操控难度极高且很难掌握，如果机械出现问题或操作稍有不慎，将导致坠机，轻则机毁，重则伤人。切固定翼飞机的速度太快，不能悬停等缺陷些限制了其使用范围。系留氢气更是因为氢气的易燃易爆性，存在着严重的安全隐患。
2、采用了先进的三轴陀螺仪、高感度三轴加速度传感器、高精度大气压力传感器、5hzGPS，使用捷联惯性导航技术，以及先进的姿态控制算法，使操作者几乎不用经过任何的专业培训，使用一个杆量就能飞出笔直的航线，悬停更是不需要任何操作就能自主定点悬停。而传统无人航拍使用普通遥控航模直升机操控难度极高，操控者必须时时刻刻修正飞机姿态、调整油门大小，才能基本保持飞机平和衡，光是悬停这个动作，操控者必须在专业的指导下练习至少三个月才能完成，其过程中还要承担坠机的风险。
3、轻盈便携的机体，同时具有超强的载重能力，可以在任何场合随意起降。而传统无人航拍使用普通遥控航模直升机多为90级的油动直升机，重量大，机身长度超过1.5m，不仅携带难，而且必须具备一块篮球场大小的场地才能保证安全的起降，固定翼遥控模型飞机更是需要至少一个足球场大小的场地再能起降。
4、高清晰度实时视频回传及先进的OSD屏幕叠加实时显示飞行状态信息功能，让操控者在地面只通过监视屏幕就能方便的掌握飞行器的飞行状态信息，如电池的电量、飞行姿态、飞行高度、速度、信号强弱、所在位置经纬度、距离起飞点距离等，这些信息配合机载520线高清晰度摄像头实时回传的动态视频图像，操控者完全可以坐在车中使用笔记本电如同玩游戏一般操作飞行器，只要在遥控范围内想飞多远飞多远，想飞多高飞多高。而传统无人航拍使用普通遥控航模直升机、固定翼，操控者必须时刻观察飞机进行操控，这样一来不但飞行范围有限（一般只能在半径200m左右飞行，再远便看不清飞机姿态，容易发生误操作导致坠机的事故），而且需要凭经验估计飞机剩余电量或油量来控制飞行时间。
5、先进的GPS导航自主飞行，实现真正的无人值守的自主飞行功能，只需起飞前设定好航线，飞行器便能在GPS的辅助下完成自主飞行，不再受遥控范围限制。此功能尤其适用于在人不能进入的区域进行航拍，如地震、洪涝灾区的勘查等。而传统无人航拍使用普通遥控航模飞机根本不具备自主飞行能力，遥控范围有限，使用场合大大受限。
6、先进的失控保护功能，由于飞行器采用了自主飞行控制系统，配合地面遥控的方式，当飞行器受到外界电磁波干扰导致，接受不到遥控信号，控制系统会立刻切换到自主飞行状态，在机载GPS的引导下自动返回起飞地。而传统无人航拍使用普通遥控航模飞机只具备单一的遥控控制系统，一旦失控只会坠机。
附图说明
附图1为本实用新型机体的结构示意图；
附图2为本实用新型地面控制站的结构示意图；
附图3为本实用新型机体部分的电路模块原理图；
附图4为本实用新型地面控制站的电路模块原理图。
附图标记说明：1-机体、2-机舱、3-悬臂、4-动力模块、5-螺旋桨、6-飞行控制模块、7-导航模块、8-视频回传模块、9-地面控制站、10-实时回传影像显示器、11-无线电遥控发射机、12-微波视频接收机、13-地面数传电台、14-导航控制计算机、15-飞行控制计算机、16-三轴角速度传感器、17-三轴加速度传感器、18-大气压力传感器、19-无线电遥控接收机、20-导航计算机、21-GPS模块、22-机载数传电台、23-三维电子罗盘、24-飞行参数记录仪、25-机载影像采集设备、26-飞行参数视频叠加模块、27-微波视频发射模块、28-锂离子电池、29-无刷电子调速器、30-盘式无刷电机。
具体实施方式
一种智能航拍无人飞行器，包括机体1，在机体1中间制作出机舱2，机舱2分别连接4个悬臂3，在每个悬臂3的尾端上下分别安装螺旋桨5，螺旋桨5连接动力模块4，动力模块4和飞行控制模块6连接，飞行控制模块6分别连接导航模块7、实时视频回传模块8。其中，飞行控制模块6的作用是保持整个飞行器的姿态平稳，控制飞行器的飞行高度，飞行控制模块6中包括飞行控制计算机15，飞行控制计算机15连接三轴角速度传感器16、三轴加速度传感器17、大气压力传感器18和无线电遥控接收机19。三轴角速度传感器16和三轴加速度传感器17测量飞行器的真实倾角；大气压力传感器18用来测量当前飞行高度的实际大气压力，无线电遥控接收机19接收地面控制站9的操作信号。
机体1上的动力模块4包括锂离子电池28、无刷电子调速器29和盘式无刷电机30，无刷电子调速器29的功能是执行飞行控制模块6的命令分别控制飞行器每个轴上盘式无刷电机30的转速，以控制飞行器的飞行姿态。
实时视频回传模块8中包括机载影像采集设备25、飞行参数视频叠加模块26和微波视频发射模块27。实时视频回传模块8中的飞行参数视频叠加模块26可以将飞行器姿态、飞行高度、速度、电量等信息实时地叠加到机载影像采集设备25所拍摄到的视频图像上，并通过微波视频发射模块27发射到地面控制站9的微波视频接收机12，由并微波视频接收机12输出到实时回传影像显示器10上面。
导航模块7包括导航计算机20，导航计算机20分别连接三维电子罗盘23、GPS模块21、飞行参数记录仪24和机载数传电台22。三维电子罗盘23可以测量飞行器每个轴与地球磁场磁力线的夹角，使得飞行器可以便别方向。GPS模块21：采用高精度gps模块，为飞行器获取精确的经纬度坐标。导航模块7通过分析三维电子罗盘23和GPS模块21的数据，结合地面控制站9的导航控制计算机14设计好的航线操作飞行控制模块6另飞行器完成无人自主航线飞行，同时可通过飞行参数记录仪24记录飞行过程中的所有数据。
飞行控制模块6通过设置在机体1内的无线电遥控接收机19、机载数传电台22和微波视频发射模块27与地面控制站9交换数据。
地面控制站9包括地面数传电台13、导航控制计算机14、微波视频接收机12、实时回传影像显示器10和无线电遥控发射机11，地面控制站9的控制信号通过无线电遥控发射机11发射到飞行器上的无线电遥控接收机19，用来人为手动控制飞行器。
本实施例中使用的部分芯片型号，但本实用新型的实施不限于以下所列的芯片。
飞行控制模块6：ATMEGA644P
三轴角速度传感器16：ADXRS610BBGZ
三轴加速度传感器17：LIS344ALH
大气压力传感器18：MPX4115A
无刷电子调速器29：ATMEGA8
三维电子罗盘23：ATMEGA168、KMZ51
GPS模块21：LEA-5H
导航模块7：STR911FAM44X6

Claims (7)

1.一种智能航拍无人飞行器，其特征在于：包括机体（1），在机体（1）中间设有机舱（2），机舱（2）分别连接4个悬臂（3），在每个悬臂（3）的尾端上下分别安装螺旋桨（5），螺旋桨（5）连接动力模块（4），动力模块（4）和飞行控制模块（6）连接，飞行控制模块（6）分别连接导航模块（7）和实时视频回传模块（8）。
2.根据权利要求1所述的智能航拍无人飞行器，其特征在于：飞行控制模块（6）包括飞行控制计算机（15），飞行控制计算机（15）连接三轴角速度传感器（16）、三轴加速度传感器（17）、大气压力传感器（18）和无线电遥控接收机（19）。
3.根据权利要求1所述的智能航拍无人飞行器，其特征在于：导航模块（7）包括导航计算机（20），导航计算机（20）分别连接三维电子罗盘（23）、GPS模块（21）、飞行参数记录仪（24）和机载数传电台（22）。
4.根据权利要求1所述的智能航拍无人飞行器，其特征在于：实时视频回传模块（8）包括微波视频发射模块（27），微波视频发射模块（27）连接机载影像采集设备（25）和飞行参数视频叠加模块（26）。
5.根据权利要求1所述的智能航拍无人飞行器，其特征在于：动力模块（4）包括锂离子电池（28）、无刷电子调速器（29）和盘式无刷电机（30）。
6.根据权利要求2、3或4任一权利要求所述的智能航拍无人飞行器，其特征在于：飞行控制模块（6）通过设置在机体（1）内的无线电遥控接收机（19）、机载数传电台（22）和微波视频发射模块（27）与地面控制站（9）交换数据。
7.根据权利要求6所述的智能航拍无人飞行器，其特征在于:地面控制站（9）包括地面数传电台（13）、导航控制计算机（14）、微波视频接收机（12）、实时回传影像显示器（10）和无线电遥控发射机（11）。
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