CN110906243A - 一种基于无人机的悬吊式光立方系统及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无人机的悬吊式光立方系统及工作方法，包括无人机和光立方，所述无人机有四架，所述每架无人机上均安装有第一RTK定位模块，所述每架无人机下方均设有一悬吊机构，所述悬吊机构包括拉力传感器和挂钩；所述光立方包括一方格网和多条灯带，所述每条灯带均通过卡钩固定安装在所述方格网的下方，所述方格网的四个顶角均设有网环，所述方格网的每个顶角均安装有第二RKT定位装置，所述方格网的上方固定安装有电池组模块、无线通信模块和显示驱动模块，所述无线通信模块和所述显示驱动模块均与电池组模块电性连接。本发明节省了大量的人力物力资源，保障了人身和财产的安全，使得灯光演示更规范化、合理化。

Description

一种基于无人机的悬吊式光立方系统及工作方法
技术领域
本发明涉及无人机灯光演示领域，具体涉及一种基于无人机的悬吊式光立方系统及工作方法。
背景技术
无人机技术的发展现在已经越来越成熟了，它逐渐被人们所熟知。无人机无论是在军用上还是在民用上都得到了广泛的应用，特别是在有大型的活动或者重要的日子时，人们都会用无人机来演示一场灯光秀，为活动增彩。一场大型的无人机灯光秀需要几百或者上千架无人机来完成，这无疑是一场艰巨的任务，同时承担的风险也非常大。
灯光秀需要多架无人机通过变换造型以及互相的协调来完成，其中一架无人机出现故障或者其它问题都会影响展示效果，甚至带来安全隐患，同时也是对资源的一种浪费。灯光秀只要是不同的灯光通过变换造型给人一场视觉盛宴，主要起作用的是发光元器件，因此，本发明通过减少无人机的数量，用光立方代替其余的无人机来实现灯光秀的展示，展示效果是相同的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无人机的悬吊式光立方系统及工作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于无人机的悬吊式光立方系统，包括无人机和光立方，所述无人机有四架，所述每架无人机上均安装有第一RTK定位模块，所述每架无人机下方均设有一悬吊机构，所述悬吊机构包括拉力传感器和挂钩，所述挂钩通过螺纹连接固定安装在所述拉力传感器的下方，所述拉力传感器通过连接件固定安装在所述无人机的下方，所述拉力传感器与所述无人机的控制单元电性连接；所述光立方通过悬吊机构与所述无人机连接，所述光立方包括一方格网和多条灯带，所述每条灯带均通过卡钩固定安装在所述方格网的下方，所述方格网的四个顶角均设有网环，所述网环挂在所述挂钩上，所述方格网的每个顶角均安装有第二RKT定位装置，所述每个第二RKT定位装置均与所述无人机的控制单元电性连接，所述方格网的上方固定安装有电池组模块、无线通信模块和显示驱动模块，所述无线通信模块和所述显示驱动模块均与电池组模块电性连接，所述电池组模块安装有电池监管模块，可以对电池的电压、电流和温度进行检测，并通过无线通信模块发送给地面计算机；所述灯带通过串行接口与所述显示驱动模块电性连接，所述显示驱动模块具有存储功能，用于存储经处理过需显示的图形数据；所述方格网、所述卡钩和所述网环均不具导电功能。
优选的，所述方格网是由多条高强度细纤维丝在纵向和横向上交错组成的一张长方形的网架，所述在纵向上任意两条相邻的高强度细纤维丝之间的垂直距离均是相等的，所述在横向上任意两条相邻的高强度细纤维丝之间的水平距离均是相等的，所述任意两条相邻的高强度细纤维丝之间的垂直距离和所述任意两条相邻的高强度细纤维丝之间的水平距离是相等的，在纵向上任意一条高强度细纤维丝与在横向上的任意一条高强度细纤维丝在交错时有一交点，所述在每个交点的位置处设有一钩环，用于固定灯带。
优选的，所述灯带包括灯管和多个RGB发光元器件；
所述灯管的顶部通过螺纹连接有一顶盖，所述顶盖上设有一卡钩和两个第一通孔，所述卡钩在所述顶盖的圆心处，所述灯管的底部通过螺纹连接有一底盖，所述底盖设有两个第二通孔；所述灯管、所述顶盖和所述底盖均是由高散光度的乳白色透光橡胶制成，所述乳白色透光橡胶是低密度材料，可以减轻灯带整体的重量；
所述多个RGB发光元器件通过长条形柔性电路板固定安装在所述灯管内，所述每个RGB发光元器件包括两个LED灯珠，所述这两个LED灯珠通过表面贴装焊接工艺分别焊接在所述长条形柔性电路板的正反面，且长条形柔性电路板的正反面上的每一对LED灯珠在同一横向上，所述长条形柔性电路板每面的灯珠均是串联的，所述LED灯珠可发出红、绿、蓝这三种颜色，所述LED灯珠的发光角度是160度；
所述长条形柔性电路板的两个长侧面均安装有一条聚丙烯抗拉纤维束，所述长条形柔性电路板的顶端和底端分别安装有卡口式控制线和卡口式电源线，所述长条形柔性电路板顶端的卡口式控制线和卡口式电源线分别从所述顶盖上的两个第一通孔穿过，所述长条形柔性电路板底端的卡口式控制线和卡口式电源线分别从所述底盖上的两个第二通孔穿过；
所述每两条灯带是通过首尾端的卡口式控制线和卡口式电源线实现两条灯带的串联使用，单条灯带的长度不够的情况下，可以通过串联的方式增长灯带，达到使用的要求。
优选的，所述每相邻的两个灯珠之间的间距均是固定且相等的，所述灯珠之间的间距与所述任意两条相邻的高强度细纤维丝之间的垂直距离或水平距离是相等的。
优选的，每个RGB发光元器件均有一个地址，且每个RGB发光元器件的地址均不相同，便于实现显示驱动模块对每个发光元器件的单独控制。
优选的，所述光立方显示图形的方式是在线或离线，所述在线显示是通过地面计算机实现的，所述离线显示是直接通过存储在所述显示驱动模块中的图形实现。
一种基于无人机的悬吊式光立方的工作方法，包括以下步骤：
S1：将光立方四个顶角处的网环分别挂在四架无人机下方的挂钩上，同时启动四架无人机，四架无人机向着四个不同的方向飞行，光立方在四架无人机的作用下，慢慢展开；
S2：安装在四架无人机下方的悬吊机构中的拉力传感器实时检测光立方四个角的拉力，当拉力传感器检测的拉力值等于设定值时，无人机立即悬停；
S3：安装在光立方的方格网四个顶角处的第二RKT定位装置开始检测光立方四个顶角的地理位置，并通过无线通信模块传输给对应的无人机，四架无人机根据接收到的地理位置信息并以离地面最近的那个地理坐标为参照点进行调整位置，使得光立方的方格网四个顶角处于同一水平面上；
S4：地面计算机将要显示的二维或三维图形经过离散化处理，转换成适合光立方显示的数据格式，通过无线通信模块将数据发送给光立方的显示驱动模块，光立方的显示驱动模块控制与显示图形对应的RGB发光元器件发光，实现了在线显示图形。
优选的，所述S1中，所述四架无人机的飞行速度是相同的，所述每个对角线上的两架无人机的飞行方向是相反的。
优选的，所述S3中，所述四架无人机调整好位置后，所述光立方的方格网和地平面是平行的，所述方格网上的每个交点之间的横向距离和/或纵向距离与灯带中每个RGB发光元器件之间的距离均是相等的，那么所述光立方在空间内完全展开后，每相邻的上下八个RGB发光元器件就构成了一个正立方体，所述正立方体是所述光立方的一个单元体。
优选的，所述S4中，还可以是离线显示图形，所述显示驱动模块中存储了将要显示图形的数据信息，并将每个图形进行编号；通过地面手持终端选择显示图形的编号，显示驱动模块通过无线通信模块接收到指令后开始搜索对应的图形，并控制与显示图形对应的RGB发光元器件发光。
与现有技术相比，本发明的有益效果是通过四架无人机将光立方悬吊到空中，并根据安装在光立方四个顶角上第二RTK定位装置检测的位置信息进行调整姿态，使得光立方上的方格网和地平面平行，保证光立方完全展开后，每条灯带互相平行且垂直于地平面；地面计算机将要显示的图形编辑并处理好，通过无线通信模块发送给光立方上的显示驱动模块，显示驱动模块接收指令后开始控制与图形相对应的RGB发光元器件发光。本发明只选用了四架无人机，其这四架无人机只是起到了将光立方携带到空中，并保持在空中处于稳定的姿态，其余的无人机采用光立方代替，灯光演示的主体是光立方，通过控制光立方中RGB发光元器件的发光情况，达到灯光演示的最佳效果，节省了大量的人力物力资源，保障了人身和财产的安全，使得灯光演示更规范化、合理化。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中灯带的结构示意图。
图3为本发明的工作流程图。
图中：1-无人机；2-光立方；3-第一RTK定位模块；4-悬吊机构；5-连接件；6-控制单元；7-卡钩；8-网环；9-第二RKT定位装置；10-电池组模块；11-无线通信模块；12-显示驱动模块；13-电池监管模块；14-高强度细纤维丝；15-钩环；21-方格网；22-灯带；41-拉力传感器；42-挂钩；221-灯管；222-RGB发光元器件；223-顶盖；224-卡钩；225-第一通孔；226-底盖；227-第二通孔；228-长条形柔性电路板；229-灯珠；230-聚丙烯抗拉纤维束；231-卡口式控制线；232-卡口式电源线。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于无人机的悬吊式光立方系统，包括无人机1和光立方2，所述无人机1有四架，所述每架无人机1上均安装有第一RTK定位模块3，所述每架无人机1下方均设有一悬吊机构4，所述悬吊机构4包括拉力传感器41和挂钩402，所述挂钩42通过螺纹连接固定安装在所述拉力传感器41的下方，所述拉力传感器41通过连接件5固定安装在所述无人机1的下方，所述拉力传感器41与所述无人机1的控制单元6电性连接；所述光立方2通过悬吊机构4与所述无人机1连接，所述光立方2包括一方格网21和多条灯带22，所述每条灯带22均通过卡钩7固定安装在所述方格网21的下方，所述方格网21的四个顶角均设有网环8，所述网环8挂在所述挂钩42上，所述方格网21的每个顶角均安装有第二RKT定位装置9，所述每个第二RKT定位装置9均与所述无人机1的控制单元6电性连接，所述方格网21的上方固定安装有电池组模块10、无线通信模块11和显示驱动模块12，所述无线通信模块11和所述显示驱动模块12均与电池组模块10电性连接，所述电池组模块10安装有电池监管模块13，可以对电池的电压、电流和温度进行检测，并通过无线通信模块11发送给地面计算机；所述灯带22通过串行接口与所述显示驱动模块12电性连接，所述显示驱动模块12具有存储功能，用于存储经处理过需显示的图形数据；所述方格网21、所述卡钩7和所述网环8均不具导电功能。
所述方格网21是由多条高强度细纤维丝14在纵向和横向上交错组成的一张长方形的网架，所述在纵向上任意两条相邻的高强度细纤维丝14之间的垂直距离均是相等的，所述在横向上任意两条相邻的高强度细纤维丝14之间的水平距离均是相等的，所述任意两条相邻的高强度细纤维丝14之间的垂直距离和所述任意两条相邻的高强度细纤维丝14之间的水平距离是相等的，在纵向上任意一条高强度细纤维丝14与在横向上的任意一条高强度细纤维丝14在交错时有一交点，所述在每个交点的位置处设有一钩环15，用于固定灯带。
所述灯带22包括灯管221和多个RGB发光元器件222；
所述灯管221的顶部通过螺纹连接有一顶盖223，所述顶盖223上设有一卡钩224和两个第一通孔225，所述卡钩224在所述顶盖223的圆心处，所述灯管221的底部通过螺纹连接有一底盖226，所述底盖226设有两个第二通孔227；所述灯管221、所述顶盖223和所述底盖226均是由高散光度的乳白色透光橡胶制成，所述乳白色透光橡胶是低密度材料，可以减轻灯带整体的重量；
所述多个RGB发光元器件222通过长条形柔性电路板228固定安装在所述灯管内，保证了在灯带22产生折弯的情况下，长条形柔性电路板228的内部电路也不会损坏，所述每个RGB发光元器件222包括两个LED灯珠229，所述这两个LED灯珠229通过表面贴装焊接工艺分别焊接在所述长条形柔性电路板228的正反面，且长条形柔性电路板228的正反面上的每一对LED灯珠229在同一横向上，所述长条形柔性电路板228每面的灯珠229均是串联的，所述LED灯珠229可发出红、绿、蓝这三种颜色，所述LED灯珠229的发光角度是160度；
所述长条形柔性电路板228的两个长侧面均安装有一条聚丙烯抗拉纤维束230，增强了长条形柔性电路板228的强度，所述长条形柔性电路板228的顶端和底端分别安装有卡口式控制线231和卡口式电源线232，所述长条形柔性电路板228顶端的卡口式控制线231和卡口式电源线232分别从所述顶盖223上的两个第一通孔225穿过，所述长条形柔性电路板228底端的卡口式控制线231和卡口式电源线232分别从所述底盖上的两个第二通孔227穿过；
所述每两条灯带22是通过首尾端的卡口式控制线231和卡口式电源线232实现两条灯带22的串联使用，单条灯带22的长度不够的情况下，可以通过串联的方式增长灯带22，达到使用的要求。
所述每相邻的两个灯珠229之间的间距均是固定且相等的，所述灯珠229之间的间距与所述任意两条相邻的高强度细纤维丝230之间的垂直距离或水平距离是相等的。
每个RGB发光元器件222均有一个地址，且每个RGB发光元器件222的地址均不相同，便于实现显示驱动模块12对每个发光元器件222的单独控制。
所述灯管221和所述多个RGB发光元器件222还可以采用一体浇注成型；所述多个RGB发光元器件222通过焊接工艺安装在长条形柔性电路板228，所述长条形柔性电路板228的两个长侧面均安装有一条聚丙烯抗拉纤维束230，所述安装有RGB发光元器件222和聚丙烯抗拉纤维束230的长条形柔性电路板228放置在灯带模具中，所述灯带模具中倒入融化的高散光度的乳白色透光橡胶，所述灯管221、所述多个RGB发光元器件222、所述长条形电路板228和所述聚丙烯抗拉纤维束230融合成一个整体。
所述光立方2显示图形的方式是在线或离线，所述在线显示是通过地面计算机实现的，所述离线显示是直接通过存储在所述显示驱动模块12中的图形实现。
如图3所示，一种基于无人机的悬吊式光立方的工作方法，包括以下步骤：
S1：将光立方2四个顶角处的网环8分别挂在四架无人机1下方的挂钩上，同时启动四架无人机1，四架无人机1向着四个不同的方向飞行，光立方2在四架无人机1的作用下，慢慢展开；
S2：安装在四架无人机1下方的悬吊机构4中的拉力传感器41实时检测光立方四个角的拉力，当拉力传感器41检测的拉力值等于设定值时，无人机1立即悬停；
S3：安装在光立方2的方格网21四个顶角处的第二RKT定位装置9开始检测光立方四个顶角的地理位置，并通过无线通信模块11传输给对应的无人机1，四架无人机1根据接收到的地理位置信息并以离地面最近的那个地理坐标为参照点进行调整位置，使得光立方2的方格网21四个顶角处于同一水平面上；
S4：地面计算机将要显示的二维或三维图形经过离散化处理，转换成适合光立方2显示的数据格式，通过无线通信模块11将数据发送给光立方2的显示驱动模块12，光立方2的显示驱动模块12控制与显示图形对应的RGB发光元器件222发光，实现了在线显示图形。
所述S1中，所述四架无人机1的飞行速度是相同的，所述每个对角线上的两架无人机1的飞行方向是相反的。
所述S3中，所述四架无人机1调整好位置后，所述光立方2的方格网21和地平面是平行的，所述方格网21上的每个交点之间的横向距离和/或纵向距离与灯带22中每个RGB发光元器件222之间的距离均是相等的，那么所述光立方2在空间内完全展开后，每相邻的上下八个RGB发光元器件222就构成了一个正立方体，所述正立方体是所述光立方2的一个单元体。
所述S4中，还可以是离线显示图形，所述显示驱动模块12中存储了将要显示图形的数据信息，并将每个图形进行编号；通过地面手持终端选择显示图形的编号，显示驱动模块12通过无线通信模块11接收到指令后开始搜索对应的图形，并控制与显示图形对应的RGB发光元器件222发光。

Claims (10)

1.一种基于无人机的悬吊式光立方系统，包括无人机和光立方，其特征在于，所述无人机有四架，所述每架无人机上均安装有第一RTK定位模块，所述每架无人机下方均设有一悬吊机构，所述悬吊机构包括拉力传感器和挂钩，所述挂钩通过螺纹连接固定安装在所述拉力传感器的下方，所述拉力传感器通过连接件固定安装在所述无人机的下方，所述拉力传感器与所述无人机的控制单元电性连接；所述光立方通过悬吊机构与所述无人机连接，所述光立方包括一方格网和多条灯带，所述每条灯带均通过卡钩固定安装在所述方格网的下方，所述方格网的四个顶角均设有网环，所述网环挂在所述挂钩上，所述方格网的每个顶角均安装有第二RKT定位装置，所述每个第二RKT定位装置均与所述无人机的控制单元电性连接，所述方格网的上方固定安装有电池组模块、无线通信模块和显示驱动模块，所述无线通信模块和所述显示驱动模块均与电池组模块电性连接，所述电池组模块安装有电池监管模块，所述灯带通过串行接口与所述显示驱动模块电性连接，所述显示驱动模块具有存储功能；所述方格网、所述卡钩和所述网环均不具导电功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的悬吊式光立方系统，其特征在于，所述方格网是由多条高强度细纤维丝在纵向和横向上交错组成的一张长方形的网架，所述在纵向上任意两条相邻的高强度细纤维丝之间的垂直距离均是相等的，所述在横向上任意两条相邻的高强度细纤维丝之间的水平距离均是相等的，所述任意两条相邻的高强度细纤维丝之间的垂直距离和所述任意两条相邻的高强度细纤维丝之间的水平距离是相等的，在纵向上任意一条高强度细纤维丝与在横向上的任意一条高强度细纤维丝在交错时有一交点，所述在每个交点的位置处设有一钩环。
3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的悬吊式光立方系统，其特征在于，所述灯带包括灯管和多个RGB发光元器件；
所述灯管的顶部通过螺纹连接有一顶盖，所述顶盖上设有一卡钩和两个第一通孔，所述卡钩在所述顶盖的圆心处，所述灯管的底部通过螺纹连接有一底盖，所述底盖设有两个第二通孔；所述灯管、所述顶盖和所述底盖均是由高散光度的乳白色透光橡胶制成，所述乳白色透光橡胶是低密度材料；
所述多个RGB发光元器件通过长条形柔性电路板固定安装在所述灯管内，所述每个RGB发光元器件包括两个LED灯珠，所述这两个LED灯珠通过表面贴装焊接工艺分别焊接在所述长条形柔性电路板的正反面，且长条形柔性电路板的正反面上的每一对LED灯珠在同一横向上，所述长条形柔性电路板每面的灯珠均是串联的，所述LED灯珠可发出红、绿、蓝这三种颜色，所述LED灯珠的发光角度是160度；
所述长条形柔性电路板的两个长侧面均安装有一条聚丙烯抗拉纤维束，所述长条形柔性电路板的顶端和底端分别安装有卡口式控制线和卡口式电源线，所述长条形柔性电路板顶端的卡口式控制线和卡口式电源线分别从所述顶盖上的两个第一通孔穿过，所述长条形柔性电路板底端的卡口式控制线和卡口式电源线分别从所述底盖上的两个第二通孔穿过；
所述每两条灯带是通过首尾端的卡口式控制线和卡口式电源线实现两条灯带的串联使用。
4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的悬吊式光立方系统，其特征在于，所述每相邻的两个灯珠之间的间距均是固定且相等的，所述灯珠之间的间距与所述任意两条相邻的高强度细纤维丝之间的垂直距离或水平距离是相等的。
5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的悬吊式光立方系统，其特征在于，每个RGB发光元器件均有一个地址，且每个RGB发光元器件的地址均不相同。
6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的悬吊式光立方系统，其特征在于，所述光立方显示图形的方式是在线或离线，所述在线显示是通过地面计算机实现的，所述离线显示是直接通过存储在所述显示驱动模块中的图形实现。
7.一种基于无人机的悬吊式光立方的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将光立方四个顶角处的网环分别挂在四架无人机下方的挂钩上，同时启动四架无人机，四架无人机向着四个不同的方向飞行，光立方在四架无人机的作用下，慢慢展开；
S2：安装在四架无人机下方的悬吊机构中的拉力传感器实时检测光立方四个角的拉力，当拉力传感器检测的拉力值等于设定值时，无人机立即悬停；
S3：安装在光立方的方格网四个顶角处的第二RKT定位装置开始检测光立方四个顶角的地理位置，并通过无线通信模块传输给对应的无人机，四架无人机根据接收到的地理位置信息并以离地面最近的那个地理坐标为参照点进行调整位置，使得光立方的方格网四个顶角处于同一水平面上；
S4：地面计算机将要显示的二维或三维图形经过离散化处理，转换成适合光立方显示的数据格式，通过无线通信模块将数据发送给光立方的显示驱动模块，光立方的显示驱动模块控制与显示图形对应的RGB发光元器件发光，实现了在线显示图形。
8.根据权利要求8所述的一种基于无人机的悬吊式光立方的工作方法，其特征在于，所述S1中，所述四架无人机的飞行速度是相同的，所述每个对角线上的两架无人机的飞行方向是相反的。
9.根据权利要求8所述的一种基于无人机的悬吊式光立方的工作方法，其特征在于，所述S3中，所述四架无人机调整好位置后，所述光立方的方格网和地平面是平行的，所述方格网上的每个交点之间的横向距离和/或纵向距离与灯带中每个RGB发光元器件之间的距离均是相等的，那么所述光立方在空间内完全展开后，每相邻的上下八个RGB发光元器件就构成了一个正立方体，所述正立方体是所述光立方的一个单元体。
10.根据权利要求8所述的一种基于无人机的悬吊式光立方的工作方法，其特征在于，所述S4中，还可以是离线显示图形，所述显示驱动模块中存储了将要显示图形的数据信息，并将每个图形进行编号；通过地面手持终端选择显示图形的编号，显示驱动模块通过无线通信模块接收到指令后开始搜索对应的图形，并控制与显示图形对应的RGB发光元器件发光。
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