CN107291096A - 一种无人机多机混合任务集群系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机多机混合任务集群系统，该系统由指挥机部分、任务机部分、微型载机部分和地面站部分组成；所述指挥机部分包括指挥机、指挥机机载电脑、指挥机传感器系统、微型载机起飞平台、指挥机通信模块；所述任务机部分包括任务机、任务机机载电脑、机械臂、任务机通信模块；所述微型载机部分包括微型载机、微型载机机载电脑、微型载机传感器、微型载机通信模块；所述地面站部分包括地面控制电脑和地面站通讯模块；本发明通过多种不同尺寸，不同功能的无人机混合编组，通过自组织的通信网络，可以实现弹性的任务模式，突破单一种类无人机执行任务的载荷和续航时间限制。
Description
技术领域
本发明涉及无人机应用领域，尤其涉及一种无人机多机混合任务集群系统。
背景技术
随着以旋翼型飞行器为代表的无人机技术迅速发展，无人机在侦察、航拍等领域得到了广泛应用，但无人机单机的载荷和续航能力成为限制应用的最大瓶颈。为了进一步开发无人机的应用潜力，通过机群编组的形式执行任务是必然的趋势。目前无人机编队主要为同机型地面站编队，这种编队架构任务距离和弹性有限，主要用在表演上。
发明内容
本发明针对无人机单机执行任务时载荷和续航受限的问题，提出一种无人机多机混合任务集群系统，该系统有效克服背景技术中遇到的问题，满足无人机在执行任务时任务弹性和复杂性的较高要求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无人机多机混合任务集群系统，它包括指挥机部分、任务机部分、微型载机部分和地面站部分；其中，
所述指挥机部分包括指挥机及安装在指挥机上的指挥机机载电脑、传感器系统、微型载机起飞平台、指挥机通信模块；指挥机、传感器系统、指挥机通信模均与指挥机机载电脑相连；
所述任务机部分包括任务机及安装在任务机上的任务机机载电脑、机械臂、任务机通信模块；任务机、机械臂、任务机通信模块均与任务机机载电脑相连；
所述微型载机部分包括微型载机及微型载机上的微型载机机载电脑、微型载机传感器和微型载机通信模块；微型载机、微型载机传感器以及微型载机通信模块均与微型载机机载电脑相连；
所述地面站部分包括相连的地面站控制电脑和地面站通讯模块；
所述微型载机通信模块和任务机通信模块均与指挥机通信模相连，指挥机通信模与地面站通讯模块相连。
进一步的，所述地面控制电脑用于和操作员交互，生成任务指令，通过地面站通信模块发送给指挥机，并且接收指挥机回传的实时数据，用于监控无人机群状态；
所述地面站通信模块用于接收地面控制电脑生成的任务指令，并和指挥机通信模块双向传递数据；
所述传感器系统用于在任务区域采集目标数据，将传感器数据发送至指挥机机载电脑；
所述指挥机机载电脑接收传感器系统的数据和指挥机通信模块传递来的任务指令，计算无人机群的飞行轨迹，控制指挥机飞向指定地点，并通过指挥机通信模块发送给任务机和微型载机；
所述微型载机通信模块和任务机通信模块均与指挥机通信模进行双向传递数据；
所述任务机机载电脑接收任务机通信模块传来的指挥机指令，规划任务机飞行轨迹和机械臂运动，发送给任务机和机械臂；所述任务机接收任务机机载电脑的飞行控制指令，于指定地点执行任务；所述机械臂固定于任务机底部，用于接收任务机机载电脑的指令运动，抓取指定目标；
所述微型载机机载电脑接收微型载机通信模块传来的指挥机指令，规划飞行轨迹，发送给微型载机；所述微型载机传感器固定于微型载机底部，用于弹性的执行不同任务；
所述微型载机放置在指挥机上的微型载机起飞平台上，受控于微型载机机载电脑所发送的任务指令。
本发明的有益效果是：本发明借助无人机多机混合编组，避免了在单个无人机上堆砌过多传感器和载荷，提升了其续航时间和可靠性，降低了控制难度；通过指挥机替代地面站进行机群控制，延伸了任务距离，并使得在空地通信中断的情况下完成任务成为可能。
附图说明
图1是本发明的系统框图；
图2是本发明实施例的结构示意图；
图中，指挥机1、任务机2、微型载机3、指挥机传感器系统4、指挥机通信模块5、微型载机起飞平台6、指挥机机载电脑7、任务机通信模块8、任务机机载电脑9、机械臂10、微型载机通信模块11、微型载机机载电脑12、微型载机传感器13、地面站通信模块14、地面控制电脑15。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-2所示，一种无人机多机混合任务集群的实现方法，其特征在于，它由指挥机部分、任务机部分、微型载机部分和地面站部分组成；其中，
所述指挥机部分包括指挥机1、传感器系统4、指挥机通信模块5、微型载机起飞平台6、指挥机机载电脑7；
所述任务机部分包括任务机2、任务机通信模块8、任务机机载电脑9、机械臂10；
所述微型载机部分包括微型载机3、微型载机通信模块11、微型载机机载电脑12、微型载机传感器13；
所述地面站部分包括地面控制电脑15、地面通信模块14；
所述指挥机1为拥有大尺寸、长续航的大型无人机机型，接收指挥机机载电脑7的飞行控制指令并飞向指定地点；
所述任务机2为拥有一定载荷能力的大中型无人机机型，接收任务机机载电脑9的飞行控制指令，于指定地点执行任务；
所述微型载机3为小尺寸、轻重量的微型无人机，固定于指挥机微型载机起飞平台6上，需要时起飞；接收微型载机机载电脑12的飞行控制指令，于指定地点执行任务；
所述传感器系统4固定于指挥机1下端，用于在任务区域采集目标数据，将传感器数据发送至指挥机机载电脑7；
所述指挥机通信模块5固定于指挥机1侧面，用于和地面通信模块14、任务机通信模块8、微型载机通信模块11双向传递数据；
所述微型载机起飞平台6固定于指挥机1顶部，用于锁紧和释放微型载机3；
所述指挥机机载电脑7固定于指挥机1上部，微型载机起飞平台6下部，接收传感器系统4的数据和地面控制电脑15的任务指令，计算无人机群的飞行轨迹，并通过指挥机通信模块5发送给任务机2和微型载机3；
所述任务机通信模块8固定于任务机2侧面，用于和指挥机通信模块5双向传递数据；
所述任务机机载电脑9固定于任务机2顶部，用于接收任务机通信模块8传来的指挥机指令，规划飞行轨迹和机械臂运动，发送给任务机2和机械臂10；
所述机械臂10固定于任务机2底部，用于接收任务机机载电脑9的指令运动，抓取指定目标；
所述微型载机通信模块11固定于微型载机3侧面，用于和指挥机通信模块5双向传递数据；
所述微型载机机载电脑12固定于微型载机3顶部，用于接收微型载机通信模块11传来的指挥机指令，规划飞行轨迹，发送给微型载机3；
所述微型载机传感器13固定于微型载机3底部，用于弹性的执行不同任务；
所述地面通信模块14固定于地面控制电脑15侧面，用于接收地面站控制电脑15生成的任务指令，并和指挥机通信模块5双向传递数据；
所述地面控制电脑15用于和操作员交互，生成任务指令，通过地面通信模块14发送给指挥机，并且接收指挥机回传的实时数据，用于监控无人机群状态。
本发明中指挥机可以采用大疆创新公司的M100，但不限于此；
本发明中任务机可以采用极飞公司的X650，但不限于此；
本发明中微型载机可以采用基于X型切割的PCB板、机身/飞控一体化、空心杯直驱旋翼的四轴飞行器，轴距92mm，但不限于此；
本发明中传感器系统可以采用大疆创新公司的禅思X3云台相机和Guidance导航模块，但不限于此；
本发明中指挥机通信模块、任务机通信模块、微型载机通信模块、地面通信模块可以采用MaxStream公司的XBee Pro数传模块，但不限于此；
本发明中微型载机起飞平台采用DIY 3D打印结构件；
本发明中指挥机机载电脑选用Intel公司的NUC，但不限于此；
本发明中任务机机载电脑选用Odroid-XU4，但不限于此；
本发明中机械臂选用奥松机器人的AS-6DOF机械臂，但不限于此；
本发明中微型载机机载电脑选用STM32F407，但不限于此；
本发明中微型载机传感器选用JNN S20微型录音器，但不限于此。
本发明的工作过程如下：
(1)人操作地面控制电脑15，生成任务指令，通过地面站通信模块14和指挥机通信模块5发送给指挥机机载电脑7；
(2)指挥机机载电脑发出启动命令和飞行命令，通过指挥机通信模块5和任务机通信模块8发送给任务机机载电脑9，控制指挥机1和任务机2飞向指定任务地域，微型载机3固定于微型载机起飞平台6上，随同指挥机1飞往指定地域；
(3)到达指定地域后，传感器系统4启动，获得传感器数据发送给指挥机机载电脑7，解算出目标位置，通过指挥机通信模块5和任务机通信模块8发送给任务机机载电脑9；
(4)任务机机载电脑9获得目标信息后，控制任务机2飞往该地点，并操纵机械臂10接触目标；
(5)如果有需要微型载机，则指挥机机载电脑7通过指挥机通信模块5和微型载机通信模块11发送命令给微型载机机载电脑12，控制微型载机3起飞并飞往指定地点并释放传感器13；
(6)任务机和微型载机的数据通过任务机通信模块8、微型载机通信模块11、指挥机通信模块5、地面站通信模块14发送回地面控制电脑15，显示给操作员看；
(7)在完成任务后，指挥机机载电脑7产生命令，控制无人机群返航。
上述具体实施方案用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例而已，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种无人机多机混合任务集群系统，其特征在于，它包括指挥机部分、任务机部分、微型载机部分和地面站部分等；其中，
所述指挥机部分包括指挥机及安装在指挥机上的指挥机机载电脑、传感器系统、微型载机起飞平台、指挥机通信模块；指挥机、传感器系统、指挥机通信模均与指挥机机载电脑相连；
所述任务机部分包括任务机及安装在任务机上的任务机机载电脑、机械臂、任务机通信模块；任务机、机械臂、任务机通信模块均与任务机机载电脑相连；
所述微型载机部分包括微型载机及微型载机上的微型载机机载电脑、微型载机传感器和微型载机通信模块；微型载机、微型载机传感器以及微型载机通信模块均与微型载机机载电脑相连；
所述地面站部分包括相连的地面站控制电脑和地面站通讯模块；
所述微型载机通信模块和任务机通信模块均与指挥机通信模相连，指挥机通信模与地面站通讯模块相连。
2.根据权利要求1所述的无人机多机混合任务集群系统，其特征在于，
所述地面控制电脑用于和操作员交互，生成任务指令，通过地面站通信模块发送给指挥机，并且接收指挥机回传的实时数据，用于监控无人机群状态；
所述地面站通信模块用于接收地面控制电脑生成的任务指令，并和指挥机通信模块双向传递数据；
所述传感器系统用于在任务区域采集目标数据，将传感器数据发送至指挥机机载电脑；
所述指挥机机载电脑接收传感器系统的数据和指挥机通信模块传递来的任务指令，计算无人机群的飞行轨迹，控制指挥机飞向指定地点，并通过指挥机通信模块发送给任务机和微型载机；
所述微型载机通信模块和任务机通信模块均与指挥机通信模进行双向传递数据；
所述任务机机载电脑接收任务机通信模块传来的指挥机指令，规划任务机飞行轨迹和机械臂运动，发送给任务机和机械臂；所述任务机接收任务机机载电脑的飞行控制指令，于指定地点执行任务；所述机械臂固定于任务机底部，用于接收任务机机载电脑的指令运动，抓取指定目标；
所述微型载机机载电脑接收微型载机通信模块传来的指挥机指令，规划飞行轨迹，发送给微型载机；所述微型载机传感器固定于微型载机底部，用于弹性的执行不同任务；
所述微型载机放置在指挥机上的微型载机起飞平台上，受控于微型载机机载电脑所发送的任务指令。
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