CN108609181A - 实景三维测绘航拍无人机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种实景三维测绘航拍无人机及其控制方法，结构包括机身、四个螺旋翼以及起落架，在机身的下方设置有机舱，所述机舱包括摄像头容置舱以及位于摄像头容置舱四周的电池安装舱，所述摄像头容置舱内安装有自动伸缩架，在所述自动伸缩架的下端安装有摄像头组件，当无人机处于平稳飞行状态时，所述自动伸缩架伸展，使得所述摄像头组件从摄像头容置舱推出实现倾斜摄影，当无人机处于非平稳飞行状态时，所述自动伸缩架收缩，所述摄像头组件回收至所述摄像头容置舱内。其效果是，结构简单，控制方便，防止了无人机在起飞或者降落阶段因为操作不当导致摄像头被摔坏。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术，尤其涉及一种实景三维测绘航拍无人机及其控制方法。
背景技术
随着自动控制技术的发展，无人机在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域已经得到了很好的应用。
在无人机操控过程中，常常因为操作不当或者程序失灵导致无人机摔落的情况发生。特别针对实景三维测绘航拍领域，由于无人机上携带有摄像头，大多数的摄像头均是裸露在外，面对无人机经常摔落的问题，其他的元件可以通过采用防摔材料来提升设备的防摔性能，而摄像头却成为了无人机摔落的易碎部件，如何提升实景三维测绘航拍无人机的抗衰性能，成为了无人机领域研制人员的一项研究课题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种实景三维测绘航拍无人机，该无人机通过设置专用的摄像头容置舱，在无人机未稳定飞行时，摄像头组件被收纳在摄像头容置舱内，防止因为无人机摔落到账摄像头损坏，当无人机飞行平稳并正式进入航拍路径时，摄像头组件才从摄像头容置舱内伸出来，满足正常的倾斜摄影需要。
为了实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
一种实景三维测绘航拍无人机，包括机身(1)、连接在机身(1)上的四个螺旋翼(2)以及起落架(3)，其关键在于：在所述机身(1)的下方设置有机舱(4)，所述机舱(4)包括摄像头容置舱(41)以及位于摄像头容置舱(41)四周的电池安装舱(42)，所述摄像头容置舱(41)内安装有自动伸缩架(5)，在所述自动伸缩架(5)的下端安装有摄像头组件(6)，当无人机处于平稳飞行状态时，所述自动伸缩架(5)伸展，使得所述摄像头组件(6)从摄像头容置舱(41)推出实现倾斜摄影，当无人机处于非平稳飞行状态时，所述自动伸缩架(5)收缩，所述摄像头组件(6)回收至所述摄像头容置舱(41)内。
进一步地，在所述摄像头容置舱(41)前后左右四个侧面的电池安装舱(42)内分别安装一块蓄电池(7)。
进一步地，所述机舱(4)的上端为电路安装腔，在机舱(4)的上端面还设置有显示器(8)。
进一步地，所述摄像头组件(6)包括五个摄像镜头，分别分布在一个垂直方向和四个倾斜方向。
进一步地，在机舱(4)内的控制电路中设置有第一控制器和第二控制器，所述第一控制器用于连接摄像头组件(6)中的第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头以及第五镜头，在该第一控制器上还连接显示器和第一通信模块，所述第二控制器上连接有第二通信模块、GPS模块、陀螺仪、加速度传感器、四个螺旋翼以及镜头伸缩电机，第一控制器和第二控制器由电源管理模块供电，在所述电源管理模块的输入端连接有第一电池组和第二电池组，第一控制器和第二控制器之间通过总线连接。
基于上述结构设计，本发明还提出了其控制方法，主要按照以下步骤进行：
S1：开始，第二控制器运行，第一控制器休眠；
S2：第二控制器通过第二通信模块接收飞行控制指令；
S3：第二控制器根据控制指令控制无人机飞行；
S4：判断飞行是否稳定，如果不稳定，则第二控制器通过控制镜头伸缩电机回收镜头，第一控制器休眠，停止摄影，如果稳定，则进入S5；
S5：第二控制器控制镜头伸缩电机推出镜头，同时唤醒第一控制器运行，摄像头启动，并通过第一通信模块回传倾斜摄影数据；
S6：第二控制器获取巡检路径并根据巡检路径自动飞行；
S7：判断飞行路径是否结束，如果未结束，则返回步骤S4循环控制。
进一步地，步骤S4通过陀螺仪获取无人机飞行的俯仰角度数据，同时通过加速度传感器获取的无人机飞行的加速度数据，利用所述俯仰角度和加速度来确定无人机飞行的稳定性。
本发明的显著效果是：
(1)结构简单，控制方便，能够对摄像头组件起到良好的保护作用，在无人机飞行稳定后，摄像头才会伸出摄像头容置舱，防止了无人机在起飞或者降落阶段因为操作不当导致摄像头被摔坏；
(2)设置四个电池安装腔并位于摄像头容置舱的四周，一方面，能够提供足够的电能，确保无人机具备一定的续航能力；另一方面，在保持无人机重量分布均衡的前提下，对摄像头容置舱能够起到保护作用，尽量减少外部物品对摄像头的碰撞，提升防摔能力。
附图说明
图1为本发明提出的无人机在摄像头伸出状态的结构示意图；
图2为本发明提出的无人机在摄像头收回状态的结构示意图；
图3为本发明的控制电路原理框图；
图4为本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图2所示，一种实景三维测绘航拍无人机，包括机身1、连接在机身1上的四个螺旋翼2以及起落架3，在所述机身1的下方设置有机舱4，所述机舱4包括摄像头容置舱41以及位于摄像头容置舱41四周的电池安装舱42，所述摄像头容置舱41内安装有自动伸缩架5，在所述自动伸缩架5的下端安装有摄像头组件6，当无人机处于平稳飞行状态时，所述自动伸缩架5伸展，使得所述摄像头组件6从摄像头容置舱41推出实现倾斜摄影，当无人机处于非平稳飞行状态时，所述自动伸缩架5收缩，所述摄像头组件6回收至所述摄像头容置舱41内。为了确保无人机的巡航能力，在所述摄像头容置舱41前后左右四个侧面的电池安装舱42内分别安装一块蓄电池7。为了方便设置无人机的系统参数以及查阅无人机获取的摄影数据，所述机舱4的上端为电路安装腔，在机舱4的上端面还设置有显示器8。
结合实景三维测绘航拍中倾斜摄影的需要，所述摄像头组件6包括五个摄像镜头，分别分布在一个垂直方向和四个倾斜方向。
为了方便系统控制，从图3可以看出，在机舱4内的控制电路中设置有第一控制器和第二控制器，所述第一控制器用于连接摄像头组件6中的第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头以及第五镜头，在该第一控制器上还连接显示器和第一通信模块，所述第二控制器上连接有第二通信模块、GPS模块、陀螺仪、加速度传感器、四个螺旋翼以及镜头伸缩电机，第一控制器和第二控制器由电源管理模块供电，在所述电源管理模块的输入端连接有第一电池组和第二电池组，第一控制器和第二控制器之间通过总线连接。
通常第一控制器采用DSP芯片实现，以满足多镜头倾斜摄影时大量数据融合和传输的需要，第二控制器采用FPGA模块实现，主要满足无人机的飞行状态的监视和控制，镜头伸缩电机主要用于控制自动伸缩架5在竖直方向上的伸展和收缩，从而实现摄像头组件6的伸出和回收，第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头以及第五镜头分别朝不同方向设置，从而满足实景三维测绘中的倾斜摄影需要。。
如图4所示，结合上述设计，本实施例还提出上述无人机的控制方，主要按照以下步骤进行：
S1：开始，第二控制器运行，第一控制器休眠；
S2：第二控制器通过第二通信模块接收飞行控制指令；
S3：第二控制器根据控制指令控制无人机飞行；
S4：判断飞行是否稳定，如果不稳定，则第二控制器通过控制镜头伸缩电机回收镜头，第一控制器休眠，停止摄影，如果稳定，则进入S5；
S5：第二控制器控制镜头伸缩电机推出镜头，同时唤醒第一控制器运行，摄像头启动，并通过第一通信模块回传倾斜摄影数据；
S6：第二控制器获取巡检路径并根据巡检路径自动飞行；
S7：判断飞行路径是否结束，如果未结束，则返回步骤S4循环控制。
在具体实施过程中，步骤S4通过陀螺仪获取无人机飞行的俯仰角度数据，同时通过加速度传感器获取的无人机飞行的加速度数据，利用所述俯仰角度和加速度来确定无人机飞行的稳定性。
基于上述控制方法，无人机在刚开始启动或者需要回收时，由于需要人工操作，常常因为操作不当引发无人机坠机事故，通过现有的各种传感器部件对无人机的飞行状态进行监测，起飞或者回收常常飞行不稳定，此时通过控制镜头伸缩电机带动自动伸缩架5收缩，摄像头组件6回收到摄像头容置舱41中，防止意外坠落时对摄像头组件6造成损伤，当飞机运行平稳后，基于预先导入的巡检路径，无人机按照系统设定的巡检路径自动飞行，无需额外的操控，此时无人机飞行相对平稳，通过控制镜头伸缩电机带动自动伸缩架5伸展，摄像头组件6伸出到摄像头容置舱41外，满足实景三维测绘航拍需要，为了节约能耗，第一控制器还设置有休眠模式，当摄像头组件6未伸出摄像头容置舱41时，第一控制器可以休眠，当飞行平稳后，再自动唤醒。
在本实施例中，摄像头容置舱41四周的蓄电池7通常分为两组，一组用于第一控制器及其关联模块供电，满足图像采集与传输的需要，另一组用于第二控制器及其关联模块供电，满足无人机飞行的需要，从而确保无人机的续航能力。
最后需要说明的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种实景三维测绘航拍无人机，包括机身(1)、连接在机身(1)上的四个螺旋翼(2)以及起落架(3)，其特征在于：在所述机身(1)的下方设置有机舱(4)，所述机舱(4)包括摄像头容置舱(41)以及位于摄像头容置舱(41)四周的电池安装舱(42)，所述摄像头容置舱(41)内安装有自动伸缩架(5)，在所述自动伸缩架(5)的下端安装有摄像头组件(6)，当无人机处于平稳飞行状态时，所述自动伸缩架(5)伸展，使得所述摄像头组件(6)从摄像头容置舱(41)推出实现倾斜摄影，当无人机处于非平稳飞行状态时，所述自动伸缩架(5)收缩，所述摄像头组件(6)回收至所述摄像头容置舱(41)内。
2.根据权利要求1所述的实景三维测绘航拍无人机，其特征在于：在所述摄像头容置舱(41)前后左右四个侧面的电池安装舱(42)内分别安装有一块蓄电池(7)。
3.根据权利要求1所述的实景三维测绘航拍无人机，其特征在于：所述机舱(4)的上端为电路安装腔，在机舱(4)的上端面还设置有显示器(8)。
4.根据权利要求1所述的实景三维测绘航拍无人机，其特征在于：所述摄像头组件(6)包括五个摄像镜头，分别分布在一个垂直方向和四个倾斜方向。
5.根据权利要求3所述的实景三维测绘航拍无人机，其特征在于：在机舱(4)内的控制电路中设置有第一控制器和第二控制器，所述第一控制器用于连接摄像头组件(6)中的第一镜头、第二镜头、第三镜头、第四镜头以及第五镜头，在该第一控制器上还连接显示器和第一通信模块，所述第二控制器上连接有第二通信模块、GPS模块、陀螺仪、加速度传感器、四个螺旋翼以及镜头伸缩电机，第一控制器和第二控制器由电源管理模块供电，在所述电源管理模块的输入端连接有第一电池组和第二电池组，第一控制器和第二控制器之间通过总线连接。
6.如权利要求5所述的实景三维测绘航拍无人机的控制方法，其特征在于按照以下步骤进行：
S1：开始，第二控制器运行，第一控制器休眠；
S2：第二控制器通过第二通信模块接收飞行控制指令；
S3：第二控制器根据控制指令控制无人机飞行；
S4：判断飞行是否稳定，如果不稳定，则第二控制器通过控制镜头伸缩电机回收镜头，第一控制器休眠，停止摄影，如果稳定，则进入S5；
S5：第二控制器控制镜头伸缩电机推出镜头，同时唤醒第一控制器运行，摄像头启动，并通过第一通信模块回传倾斜摄影数据；
S6：第二控制器获取巡检路径并根据巡检路径自动飞行；
S7：判断飞行路径是否结束，如果未结束，则返回步骤S4循环控制。
7.根据权利要求6所述的实景三维测绘航拍无人机的控制方法，其特征在于，步骤S4通过陀螺仪获取无人机飞行的俯仰角度数据，同时通过加速度传感器获取的无人机飞行的加速度数据，利用所述俯仰角度和加速度来确定无人机飞行的稳定性。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 408400 No. 12 Longhua Avenue (General Chamber of Commerce Building), Xicheng Street Office, Nanchuan District, Chongqing, 1 building 2-7-3 Applicant after: Ruiyu Space-time Technology (Chongqing) Co.,Ltd. Address before: 408400 Chongqing Dongchuan office, Nanlong District, No. 7 Applicant before: CHONGQING RUIYU SURVEYING AND MAPPING Co.,Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181002 |