CN106005351B - 一种扑翼式仿生智能气球及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扑翼式仿生智能气球及其操作方法，该智能气球包括气球本体、扑翼动力结构、微控制器及摄像头，气球本体的两侧分别连接有扑翼动力结构，且摄像头设在气球本体上，扑翼动力结构包括分别连接在气球本体两侧的驱动结构及空气翼面，空气翼面与驱动结构连接，驱动结构以及摄像头分别与微控制器连接。本发明通过在气球本体的两侧设置空气翼面，空气翼面与驱动结构连接，驱动结构与微控制器连接，通过微控制器控制驱动结构驱动空气翼面运动的速度，气球本体上的摄像头实时拍摄，气球本体具备动力，保持极低的飞行速度，保持极好的飞行平稳性，有利于拍摄的稳定，在强风条件下气球本体能够稳定飞行，操作简单，宜用作长时间的连续观测。

Description

一种扑翼式仿生智能气球及其操作方法

技术领域

本发明涉及气球，更具体地说是指一种扑翼式仿生智能气球及该智能气球的操作方法。

背景技术

目前市场上现有的气球(氦气球，氢气球等)基本上属于系留气球的范畴，系留气球是使用缆绳将其拴在地面绞车上并可控制其在大气中飘浮高度的气球，升空高度2km以下，主要应用于大气边界层探测。

系留气球是一种无动力气球飞行器，气球用系缆与地面设施连接，球体内充氦气，依靠浮力悬停在空中。为使气球有良好的稳定性，有时做成流线型，横放在空中，但在强风条件下气球不够稳定，操作困难，也不宜用作长时间的连续观测。

中国专利201510074917.0涉及一种旋翼与气球复合式飞行器及其控制方法，其中飞行器包括：旋翼飞行器组件，包括机体、设置于所述机体的桨叶、用于控制所述桨叶的舵机以及驱动装置；连接于所述机体的气球以及与所述气球相连接的轻质气体发生器或者高压气瓶；用于控制飞行器飞行和控制所述轻质气体发生器或者高压气瓶向所述气球内充气或停止充气的控制装置。如此设置，本发明提供的旋翼与气球复合式飞行器，其能够克服现有技术中旋翼飞行器滞空工作时间较短以及气球飞行器飞行速度较慢的技术问题。

上述的专利中，采用的是桨叶来使得旋翼飞行器滞空工作时间加长以及气球飞行器飞行速度加快，并没有同时解决气球飞行的稳定性。

因此，有必要设计一种气球，实现具备动力的同时飞行稳定性高。

方法内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种扑翼式仿生智能气球及其操作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种扑翼式仿生智能气球，包括气球本体、扑翼动力结构、微控制器以及摄像头，所述气球本体的两侧分别连接有所述扑翼动力结构，且所述摄像头设在气球本体上，所述扑翼动力结构包括分别连接在所述气球本体两侧的驱动结构以及空气翼面，所述空气翼面与所述驱动结构连接，所述驱动结构以及所述摄像头分别与所述微控制器连接；所述空气翼面通过连接结构连接在气球本体的两侧；连接结构包括设置在气球本体的两侧且呈垂直状布置的连接板以及连接在驱动结构的内端的安装板，安装板与连接板连接；驱动结构的内端连接有连接块，连接块呈十字形状，且安装板的内侧设有安装槽，连接块插设在安装槽内。

其进一步技术方案为：所述空气翼面的内端的两侧分别对应设有前根肋以及后根肋，所述前根肋的内端朝内延伸有延伸块，所述延伸块上设有若干个安装孔，所述驱动结构的外端连接有中间连接件，所述中间连接件的下端设有若干个凸柱，所述凸柱插设在所述安装孔内。

其进一步技术方案为：所述气球本体的下端设有容纳盒，所述微控制器位于所述容纳盒内，所述摄像头连接在所述容纳盒的下端。

其进一步技术方案为：所述一种扑翼式仿生智能气球包括高度传感器、红外传感器、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、地磁传感器以及GPS定位传感器至少一种，所述高度传感器、红外传感器、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、地磁传感器以及GPS定位传感器分别与所述微控制器连接。

其进一步技术方案为：所述气球本体的前端设有超声波测距模组，所述超声波测距模组包括连接在所述气球本体的前端的PCB板以及超声波雷达，所述超声波雷达与所述PCB板连接。

其进一步技术方案为：所述一种扑翼式仿生智能气球包括通信器以及控制手柄、体感手环、智能头盔、移动终端中至少一种，所述微控制器、控制手柄、体感手环、智能头盔以及移动终端分别与所述通信器连接。

其进一步技术方案为：所述体感手环内设有体感模组，所述体感模组包括若干个与所述微控制器连接的体感传感器。

其进一步技术方案为：所述智能头盔上设有双模数字图传模块，所述双模数字图传模块与所述微控制器连接。

本发明还提供了一种扑翼式仿生智能气球的操作方法，包括以下具体步骤：

步骤一、启动驱动结构，空气翼面扇动，带动气球本体朝上移动，同时选择头戴智能头盔以及手持控制手柄、手戴体感手环、操作移动终端中的APP中至少一种；

步骤二、当选择头戴智能头盔方式控制气球本体的飞行，摄像头拍摄的视讯传输到微控制器后，由微控制器传输到智能头盔的双模数字图传模块，通过头部的转动以及控制手柄控制气球本体的运动以及摄像头的方向；当选择手戴体感手环的方式控制气球本体的飞行时，朝向不同的方向控制气球本体的转弯以及运动；当选择操作移动终端控制气球本体的飞行时，通过在APP上操控气球本体的飞行；

步骤三、通过气球本体的飞行，同时摄像头的实时拍摄，存储于微控制器内或者通过插卡的方式，实时将视讯传输到卡内供操控者调取。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的一种扑翼式仿生智能气球，通过在气球本体的两侧设置空气翼面，空气翼面与驱动结构连接，驱动结构与微控制器连接，通过微控制器控制驱动结构驱动空气翼面运动的速度，同时气球本体上的摄像头实时拍摄，气球本体具备动力，保持极低的飞行速度，保持极好的飞行平稳性，有利于拍摄的稳定，在强风条件下气球本体能够稳定飞行，操作简单，宜用作长时间的连续观测。

下面结合附图和具体实施例对本方法作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施例提供的一种扑翼式仿生智能气球的立体结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的一种扑翼式仿生智能气球的俯视结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的一种扑翼式仿生智能气球的仰视结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的扑翼动力结构的结构放大示意图；

图5为本发明具体实施例提供的一种扑翼式仿生智能气球的结构框图。

附图标记

10 气球本体 11 智能头盔

12 移动终端 13 WiFi模块

14 RF图传模块 15 超声波雷达

16 地磁传感器 17 高度传感器

18 微控制器 20 超声波测距模组

30 容纳盒 40 摄像头

50 安装板 60 驱动结构

70 空气翼面 80 红外传感器

90 后根肋 91 延伸块

92 安装孔 93 中间连接件

94 GPS定位传感器 94 连接块

95 三轴陀螺仪 96 三轴加速度传感器

97 控制手柄 98 蓝牙模块

99 体感手环

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1～5所示的具体实施例，本实施例提供的一种扑翼式仿生智能气球，可以运用在大气边界层探测的过程中，实现具备动力的同时还具有较高的飞行平稳性。

一种扑翼式仿生智能气球，包括气球本体10、扑翼动力结构、微控制器18以及摄像头40，其中，气球本体10的两侧分别连接有上述的扑翼动力结构，且摄像头40设在气球本体10上，扑翼动力结构包括分别连接在气球本体10两侧的驱动结构60以及空气翼面70，空气翼面70与驱动结构60连接，驱动结构60以及摄像头40分别与微控制器18连接。

需要进行无人拍摄、场地监控以及无人值守时，通过微控制器18控制驱动结构60驱动两个空气翼面70运动，可以控制气球本体10保持极低的飞行速度，并且空气翼面70如同鸟类的翅膀，稳定性强，可以使得气球本体10保持极好的飞行平稳性，有利于拍摄的稳定。

上述的一种扑翼式仿生智能气球，通过在气球本体10的两侧设置空气翼面70，空气翼面70与驱动结构60连接，驱动结构60与微控制器18连接，通过微控制器18控制驱动结构60驱动空气翼面70运动的速度，同时气球本体10上的摄像头40实时拍摄，气球本体10具备动力，保持极低的飞行速度，保持极好的飞行平稳性，有利于拍摄的稳定，在强风条件下气球本体10能够稳定飞行，操作简单，宜用作长时间的连续观测。

上述的驱动结构60为舵机或者由动力源驱动转动的减速齿轮机构。

空气翼面70通过连接结构连接在气球本体10的两侧。

更进一步的，上述的连接结构包括设置在气球本体10的两侧且呈垂直状布置的连接板以及连接在驱动结构60的内端的安装板50，安装板50与连接板连接。

另外，驱动结构60的内端连接有连接块94，该连接块94呈十字形状，且安装板50的内侧设有安装槽，上述的连接块94插设在安装槽内，实现驱动结构60与连接板的连接。

更进一步的，空气翼面70的内端的两侧分别对应设有前根肋以及后根肋90，前根肋的内端朝内延伸有延伸块91，该延伸块91上设有若干个安装孔92，驱动结构60的外端连接有中间连接件93，该中间连接件93的下端设有若干个凸柱，凸柱插设在安装孔92内。

在本实施例中，上述的气球本体10的下端设有容纳盒30，上述的微控制器18位于容纳盒30内，摄像头40连接在容纳盒30的下端。这样，当气球本体10上升时，可以俯视拍摄整个环境，拍摄视野大。

一种扑翼式仿生智能气球还包括高度传感器17、红外传感器80、三轴加速度传感器96、三轴陀螺仪95、地磁传感器16以及GPS定位传感器94至少一种，高度传感器17、红外传感器80、三轴加速度传感器96、三轴陀螺仪95、地磁传感器16以及GPS定位传感器94分别与上述的微控制器18连接。通过高度传感器17、红外传感器80、三轴加速度传感器96、三轴陀螺仪95、地磁传感器16以及GPS定位传感器94，可以稳定的感知气球本体10的飞行状态，如高度，速度、飞行姿态以及位置，并且根据预先设定好的飞行状态在目标区域自主飞行或者留空监视，利用地磁传感器16和GPS控制飞行轨迹。

另外，气球本体10的前端设有超声波测距模组20，该超声波测距模组20包括连接在气球本体10的前端的PCB板以及超声波雷达15，该超声波雷达15与PCB板连接。这样，利用超声波雷达15探测间距以及是否有障碍物，同时结合摄像头40的拍摄，当有障碍物时，微控制器18驱动驱动结构60带动空气翼面70实现气球本体10的转弯或者后退等动作，实现蔽障的效果。

更进一步的，一种扑翼式仿生智能气球包括通信器，该通信器与微控制器18连接，通信器可以用于信号的传输。

在本实施例中，一种扑翼式仿生智能气球包括控制手柄97、体感手环99、智能头盔11以及移动终端12中至少一种，控制手柄97、体感手环99、智能头盔11以及移动终端12分别与通信器连接。其中，移动终端12通过蓝牙以及自带的控制软件APP对气球本体10进行飞行控制，体感手环99通过手势的挥舞对气球本体10进行飞行控制。

更进一步的，上述的体感手环99内设有体感模组，体感模组包括若干个与微控制器18连接的体感传感器。

上述的智能头盔11上设有双模数字图传模块，该双模数字图传模块与微控制器18连接，将摄像头40拍摄到的视讯传输到双模数字图传模块中，并且通过头部的转动以及控制手柄97，控制气球本体10的运动以及摄像头40的方向。

上述的控制手柄97为体感控制手柄。

在本实施例中，智能头盔11可以采集头部动作以及神经控制信号。

在本实施例中，上述的通信器包括RF图传模块14以及蓝牙模块98或WiFi模块13。

另外，优选地，上述的摄像头40为带插卡以及可实时图像传输的摄像头40。

在本实施例中，上述的空气翼面70呈平板状布置，且空气翼面70为柔性材质。空气翼面70在煽动的时候，在驱动结构的作用下，拍下的速度较大，而空气翼面70下端面的速度较小，上端面与下端面之间存在速度差，从而实现飞行。

本发明还提供了的一种扑翼式仿生智能气球的操作方法，包括以下具体步骤：

步骤一、启动驱动结构60，空气翼面70煽动，带动气球本体10朝上移动，同时选择头戴智能头盔11以及手持控制手柄97、手戴体感手环99、操作移动终端12中的APP中至少一种；

步骤二、当选择头戴智能头盔11方式控制气球本体10的飞行，摄像头40拍摄的视讯传输到微控制器18后，由微控制器18传输到智能头盔11的双模数字图传模块，通过头部的转动以及控制手柄97控制气球本体10的运动以及摄像头40的方向；当选择手戴体感手环99的方式控制气球本体10的飞行时，朝向不同的方向控制气球本体10的转弯以及运动；当选择操作移动终端12控制气球本体10的飞行时，通过在APP上操控气球本体10的飞行；

步骤三、通过气球本体10的飞行，同时摄像头40的实时拍摄，存储于微控制器18内或者通过插卡的方式，实时将视讯传输到卡内供操控者调取。

于其他实施例中，在上述步骤二中，操控者可以在移动终端12APP上画出气球本体10的飞行的路线，移动终端12的APP自动将画出的飞行路线转化成气球本体10的转向和速度以及摄像头40的转向。

上述仅以实施例来进一步说明本方法的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种扑翼式仿生智能气球，其特征在于，包括气球本体、扑翼动力结构、微控制器以及摄像头，所述气球本体的两侧分别连接有所述扑翼动力结构，且所述摄像头设在气球本体上，所述扑翼动力结构包括分别连接在所述气球本体两侧的驱动结构以及空气翼面，所述空气翼面与所述驱动结构连接，所述驱动结构以及所述摄像头分别与所述微控制器连接；所述空气翼面通过连接结构连接在气球本体的两侧；连接结构包括设置在气球本体的两侧且呈垂直状布置的连接板以及连接在驱动结构的内端的安装板，安装板与连接板连接；驱动结构的内端连接有连接块，连接块呈十字形状，且安装板的内侧设有安装槽，连接块插设在安装槽内。

2.根据权利要求1所述的一种扑翼式仿生智能气球，其特征在于，所述空气翼面的内端的两侧分别对应设有前根肋以及后根肋，所述前根肋的内端朝内延伸有延伸块，所述延伸块上设有若干个安装孔，所述驱动结构的外端连接有中间连接件，所述中间连接件的下端设有若干个凸柱，所述凸柱插设在所述安装孔内。

3.根据权利要求1所述的一种扑翼式仿生智能气球，其特征在于，所述气球本体的下端设有容纳盒，所述微控制器位于所述容纳盒内，所述摄像头连接在所述容纳盒的下端。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种扑翼式仿生智能气球，其特征在于，所述一种扑翼式仿生智能气球包括高度传感器、红外传感器、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、地磁传感器以及GPS定位传感器至少一种，所述高度传感器、红外传感器、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、地磁传感器以及GPS定位传感器分别与所述微控制器连接。

5.根据权利要求4所述的一种扑翼式仿生智能气球，其特征在于，所述气球本体的前端设有超声波测距模组，所述超声波测距模组包括连接在所述气球本体的前端的PCB板以及超声波雷达，所述超声波雷达与所述PCB板连接。

6.根据权利要求4所述的一种扑翼式仿生智能气球，其特征在于，所述一种扑翼式仿生智能气球包括通信器以及控制手柄、体感手环、智能头盔、移动终端中至少一种，所述微控制器、控制手柄、体感手环、智能头盔以及移动终端分别与所述通信器连接。

7.根据权利要求6所述的一种扑翼式仿生智能气球，其特征在于，所述体感手环内设有体感模组，所述体感模组包括若干个与所述微控制器连接的体感传感器。

8.根据权利要求7所述的一种扑翼式仿生智能气球，其特征在于，所述智能头盔上设有双模数字图传模块，所述双模数字图传模块与所述微控制器连接。

9.权利要求6所述的一种扑翼式仿生智能气球的操作方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤一、启动驱动结构，空气翼面煽动，带动气球本体朝上移动，同时选择头戴智能头盔以及手持控制手柄、手戴体感手环、操作移动终端中的APP中至少一种；

步骤二、当选择头戴智能头盔方式控制气球本体的飞行，摄像头拍摄的视讯传输到微控制器后，由微控制器传输到智能头盔的双模数字图传模块，通过头部的转动以及控制手柄控制气球本体的运动以及摄像头的方向；当选择手戴体感手环的方式控制气球本体的飞行时，朝向不同的方向控制气球本体的转弯以及运动；当选择操作移动终端控制气球本体的飞行时，通过在APP上操控气球本体的飞行；

步骤三、通过气球本体的飞行，同时摄像头的实时拍摄，存储于微控制器内或者通过插卡的方式，实时将视讯传输到卡内供操控者调取。