CN112867200B - 一种基于自组网的无人机集群的灯光展示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于自组网的无人机集群的灯光展示系统，与现有技术相比较，本发明的灯光展示系统包括多模式灯光功能无人机、控制所述无人机表演工作和表演展示过程中发生故障的无人机进行及时替换避免表演出现错误的控制系统和用于所述多模式灯光功能无人机的集中运输、放飞及回收存放的存放平台。本发明通过无人机之间的高度协调配合实现灯光展示系统的智能度高，反应速度快，进而有效无人机灯光展示的快速有效转移和多种灯光效果。

Description

一种基于自组网的无人机集群的灯光展示系统

技术领域

本发明涉及本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种基于自组网的无人机集群的灯光展示系统。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反复使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。近年来，无人机已发展成集侦察、攻击于一体，而未来的无人机还将具有全自主完成远程任务接收完成能力，同时，与无人机发展想匹配的地面控制站具有任务规划、数字地图、卫星数据链、图像处理能力在内的集控制、定位、通信和处理为一体的综合能力。本发明根据无人机的自组网控制系统实现无人机灯光展示系统的高协调、智能化的有效避免无人机表演过程中发生意外故障进而影响整个表演效果的表演系统，

本实验团队长期针对泊车系统和交通协调技术进行大量相关记录资料的浏览和研究，同时依托相关资源，并进行大量相关实验，经过大量检索发现存在的现有技术如CN107472547B，WO2020107461A1，WO2018188001A1和CN110658849A，现有技术的一种3D灯光表演无人机装置及使用方法，包括驱动机构，中心机构和连接机构，所述中心机构的四个拐角处均通过连接机构与竖直设立的驱动机构转动连接，所述中心机构包括机体，所述机体的顶面中心位置处嵌入安装有第一步进电机，所述第一步进电机通过电机轴传动连接有绕线轮。本发明中，中心机构通过第一扭转弹簧驱动连接机构向外翻转，连接机构通过第二扭转弹簧驱动驱动机构向外翻转，同时通过第一步进电机传动连接有绕线轮牵引绳，来实现对牵引绳的支撑和悬吊，避免3D灯光表演无人机装置灯光表演时，灯光照射支撑腿影响近距离观看观众的观看效果。但是现有技术的灯光展示系统智能程度、故障预防以及避免技术和为人们使用的便捷度有待提高。

为了解决本领域普遍存在灯光表演单一性；灯光表演无人机的故障发生率高；智能度低，表演控制系统协调度低等等问题，作出了本发明。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前无人机灯光展示系统所存在的不足，提出了一种基于自组网的无人机集群的灯光展示系统。

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

可选的，一种基于自组网的无人机集群的灯光展示系统，所述灯光展示系统包括多模式灯光功能无人机、控制所述无人机表演工作和表演展示过程中发生故障的无人机进行及时替换避免表演出现错误的控制系统和用于所述多模式灯光功能无人机的集中运输、放飞及回收存放的存放平台。

可选的，所述多模式灯光功能无人机分别包括进行灯光展示表演的表演无人机子群和对发生故障的表演无人机进行及时替换的替补无人机子群。

可选的，所述控制系统包括任务地面站和空中自组网通信链路，所述任务地面站通过空中自组网通信链路分别与所述表演无人机子群和替补无人机子群通讯连接，所述任务地面站用于根据灯光展示任务及表演无人机群待机情况制定各类型无人机子群的出动方案并接收各类型无人机子群的反馈数据调整各类型无人机子群的出动方案。

可选的，所述表演无人机子群通过所述空中自组网通信链路分别与所述替补无人机子群相连，所述无人机地面站用于全程监控各类型无人机子群的状态并在所述表演无人机待机和灯光展示故障情况下完成对应故障无人机的召回。

可选的，所述表演无人机子群通过所述自组网通信链路将其电源信息和位置信息分别发送至所述任务地面站和替补无人机子群，所述替补无人机子群根据任务地面站的指令信息和待替换无人机位置进行替补，所述表演无人机子群根据任务地面站的指令进行灯光展示表演。

可选的，所述表演无人机子群包括一个表演无人机子群首和至少一个表演无人机子群成员，所述替补无人机子群包括一个替补无人机子群首和至少一个替补无人机子群成员，所述表演无人机子群首、所述表演无人机子群成员、所述替补无人机子群成员和所述替补无人机子群首上分别安装有定位装置进行位置的及时反馈至所述任务地面站实现无人机的管控，所述替补无人机子群首将接收到任务地面站的控制指令以及来自表演无人机子群的替补位置转化的相应控制指令发送至所述替补无人机子群成员，为所述替补无人机子群成员分配替补转移任务。

可选的，所述灯光展示模块包括灯光装置和将所述灯光装置活动固定于所述无人机机体上的活动固定机构，所述灯光装置包括内接电池、外壳、均匀设置于所述外壳上进行灯光显示的至少一个灯光单元，其中每个所述灯光单元包括至少一个LED灯、其中一端通过固定件固定所述LED灯的套筒和设置于所述套筒另一端用于形成特定光圈的透镜机构。

可选的，所述活动固定机构设置于所述无人机机体下端的滑动道、伸缩机构、其中一端连接所述灯光装置的旋转机构和连接所述伸缩机构与所述旋转机构的连接组件，其中，所述滑动道设置在无人机底端表面并且朝所述机体内部延伸，所述滑动道为两端设有开口的通道结构，所述连接组件设置在所述滑动道内部，所述灯光装置外径长度设置为小于所述滑动道内径长度，进而实现所述灯光装置在所述滑动道内移动。

本发明所取得的有益效果是：

1.对无人机进行智能引导处理，使得无人机灯光表演展示更精准和快速。

2.通过表演无人机的自动信号反馈和任务地面站的表演监控及时发现故障无人机并进行换取，有效解决无人机表演过程中发生故障造成表演效果不佳问题。

3.有效提高无人机灯光表演的控制系统和表演效率。

4.智能化无人机存放，有效减少无人机的控制过程复杂进而灯光表演工作效率低，影响观众的观看感。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为本发明的灯光展示系统的模块化示意图。

图2为本发明的无人机的结构示意图。

图3为本发明的多模式灯光功能无人机的分布示意图。

图4为本发明的活动固定机构的流程示意图。

图5为本发明的灯光展示系统的流程示意图。

图6为本发明的灯光展示系统与现有技术的实验效果对比示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位.以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一：

本实施例构造了一种具有多功能灯光展示的无人机的灯光展示系统；

一种基于自组网的无人机集群的灯光展示系统，所述灯光展示系统包括多模式灯光功能无人机、控制所述无人机表演工作和表演展示过程中发生故障的无人机进行及时替换避免表演出现错误的控制系统和用于所述多模式灯光功能无人机的集中运输、放飞及回收存放的存放平台，所述多模式灯光功能无人机分别包括进行灯光展示表演的表演无人机子群和对发生故障的表演无人机进行及时替换的替补无人机子群，所述控制系统包括任务地面站和空中自组网通信链路，所述任务地面站通过空中自组网通信链路分别与所述表演无人机子群和替补无人机子群通讯连接，所述任务地面站用于根据灯光展示任务及表演无人机群待机情况制定各类型无人机子群的出动方案并接收各类型无人机子群的反馈数据调整各类型无人机子群的出动方案，所述表演无人机子群通过所述空中自组网通信链路分别与所述替补无人机子群相连，所述无人机地面站用于全程监控各类型无人机子群的状态并在所述表演无人机待机和灯光展示故障情况下完成对应故障无人机的召回，所述表演无人机子群通过所述自组网通信链路将其电源信息和位置信息分别发送至所述任务地面站和替补无人机子群，所述替补无人机子群根据任务地面站的指令信息和待替换无人机位置进行替补，所述表演无人机子群根据任务地面站的指令进行灯光展示表演，所述表演无人机子群包括一个表演无人机子群首和至少一个表演无人机子群成员，所述替补无人机子群包括一个替补无人机子群首和至少一个替补无人机子群成员，所述表演无人机子群首、所述表演无人机子群成员、所述替补无人机子群成员和所述替补无人机子群首上分别安装有定位装置进行位置的及时反馈至所述任务地面站实现无人机的管控，所述替补无人机子群首将接收到任务地面站的控制指令以及来自表演无人机子群的替补位置转化的相应控制指令发送至所述替补无人机子群成员，为所述替补无人机子群成员分配替补转移任务，所述灯光展示模块包括灯光装置和将所述灯光装置活动固定于所述无人机机体上的活动固定机构，所述灯光装置包括内接电池、外壳、均匀设置于所述外壳上进行灯光显示的至少一个灯光单元，其中每个所述灯光单元包括至少一个LED灯、其中一端通过固定件固定所述LED灯的套筒和设置于所述套筒另一端用于形成特定光圈的透镜机构，所述活动固定机构设置于所述无人机机体下端的滑动道、伸缩机构、其中一端连接所述灯光装置的旋转机构和连接所述伸缩机构与所述旋转机构的连接组件，其中，所述滑动道设置在无人机底端表面并且朝所述机体内部延伸，所述滑动道为两端设有开口的通道结构，所述连接组件设置在所述滑动道内部，所述灯光装置外径长度设置为小于所述滑动道内径长度，进而实现所述灯光装置在所述滑动道内移动；

所述多模式灯光功能无人机包括机体和灯光展示模块，所述灯光展示模块包括灯光装置和活动固定机构，所述灯光展示模块通过所述固定机构活动固定于所述无人机机体上，所述活动固定机构能够驱动所述灯光装置转移至所述无人机机体内部和无人机机体下方，所述灯光装置包括内接电池、外壳、均匀设置于所述外壳上进行灯光显示的至少一个灯光单元，每个所述灯光单元包括至少一个LED的光源、其中一端固定所述光源的套筒和设置于所述套筒另一端的端面用于形成特定光圈的透镜机构，其中，所述透镜机构包括平透镜和环形凸透镜，所述套筒内嵌设置于所述灯光装置的外壳上进而实现所述灯光单元在所述外壳上的均布安装，所述平透镜为圆形平面状，其中所述环形凸透镜环绕于平透镜的边缘，通过本邻域技术人员调节调焦凹透镜和调焦凸透镜之间的距离从而改变灯光展示模块的预期焦距，以达到更好地灯光展示表演效果，所述任务地面站与无人机分离设置并通过所述自组网向无人机发送指令，所述无人机自组网通信链路用于接收所述任务地面站发送的指令并传达所述指令，通过控制所述灯光单元的通电个数和电流强度实现对所述灯光装置的灯光亮度和灯光效果的控制，所述固定机构包括设置于所述无人机机体下端的滑动道、连接组件、伸缩机构和旋转机构，其中，所述滑动道设置在所述无人机上，所述滑动道为两端设有开口的通道结构，所述连接组件设置在所述滑动道内部，所述连接组件的外壁与所述滑动道的内壁贴合或者靠近从而可以避免所述连接组件与滑动道之间发生相对转动，所述灯光装置外径长度小于所述滑动道内径长度，实现所述灯光装置在所述滑动道内移动，所述伸缩机构其中一端固定于所述无人机机体内，并且所述伸缩机构另一端与所述连接组件连接，所述连接组件的第一端与灯光装置通过旋转机构连接，所述伸缩机构、所述连接组件和灯光装置连接形成组合体进一步控制所述连接组件沿所述滑动道运动，所述灯光装置随所述连接组件的运动进一步在所述滑动道内伸缩运动，所述旋转机构被设置为在所述灯光装置伸出所述滑动道后，自动将所述灯光装置旋转至一预设角度，通过所述伸缩机构和旋转机构的配合工作下能够使固定在无人机内部的灯光装置弹出并自动旋转至预设角度进而实现灯光的不同表演效果，所述旋转机构包括扭簧，所述扭簧的其中一个第一扭转臂与灯光装置通过卡接、焊接和/或螺栓固定连接，所述扭簧的另一个第二扭转臂与所述连接组件连接，所述旋转机构可以根据实际需求旋转扭杆或者其他可自旋转的组件，再此不做特殊限定，所述扭簧的第二扭转臂与所述连接组件的接线筒连接，在所述灯光装置旋回初始角度及所述灯光装置未旋转时，所述伸缩机构上套设固定有若干锁止机构，所述锁止装置包括套设于所述伸缩杆上的套环和垂直所述滑动道且通过螺栓、焊接和/卡接固定设置于所述套环上的至少两个延伸杆，所述锁止机构与其插入方向平行的两侧边分别抵接所述滑动槽的侧壁进而提高所述伸缩杆伸缩过程中的稳定性，所述灯光装置缩在所述滑动道时，所述锁止机构两端分别与所述滑动道内壁抵接配合，灯光装置被锁止，在伸缩机构驱动所述灯光装置完全伸出滑动道之后，所述扭簧的弹力得以释放，从而驱动所述灯光装置脱离所述滑动道相对所述连接组件旋转预设角度，在灯光装置使用完毕后，伸缩杆收缩同时所述扭簧在所述收缩过程中所述滑动道靠口处与所述抵接并将其逆向旋转所述预设角度，进一步将所述灯光装置缩回至所述滑动道内，在灯光装置缩回至预设位置时，所述灯光装置再所述锁止机构下稳定移动。

实施例二：

本实施例构造了一种具有高效持续长时间进行灯光显示展示的无人机的灯光展示系统；

一种基于自组网的无人机集群的灯光展示系统，所述灯光展示系统包括多模式灯光功能无人机、控制所述无人机表演工作和表演展示过程中发生故障的无人机进行及时替换避免表演出现错误的控制系统和用于所述多模式灯光功能无人机的集中运输、放飞及回收存放的存放平台，所述多模式灯光功能无人机分别包括进行灯光展示表演的表演无人机子群和对发生故障的表演无人机进行及时替换的替补无人机子群，所述控制系统包括任务地面站和空中自组网通信链路，所述任务地面站通过空中自组网通信链路分别与所述表演无人机子群和替补无人机子群通讯连接，所述任务地面站用于根据灯光展示任务及表演无人机群待机情况制定各类型无人机子群的出动方案并接收各类型无人机子群的反馈数据调整各类型无人机子群的出动方案，所述表演无人机子群通过所述空中自组网通信链路分别与所述替补无人机子群相连，所述无人机地面站用于全程监控各类型无人机子群的状态并在所述表演无人机待机和灯光展示故障情况下完成对应故障无人机的召回，所述表演无人机子群通过所述自组网通信链路将其电源信息和位置信息分别发送至所述任务地面站和替补无人机子群，所述替补无人机子群根据任务地面站的指令信息和待替换无人机位置进行替补，所述表演无人机子群根据任务地面站的指令进行灯光展示表演，所述表演无人机子群包括一个表演无人机子群首和至少一个表演无人机子群成员，所述替补无人机子群包括一个替补无人机子群首和至少一个替补无人机子群成员，所述表演无人机子群首、所述表演无人机子群成员、所述替补无人机子群成员和所述替补无人机子群首上分别安装有定位装置进行位置的及时反馈至所述任务地面站实现无人机的管控，所述替补无人机子群首将接收到任务地面站的控制指令以及来自表演无人机子群的替补位置转化的相应控制指令发送至所述替补无人机子群成员，为所述替补无人机子群成员分配替补转移任务，所述灯光展示模块包括灯光装置和将所述灯光装置活动固定于所述无人机机体上的活动固定机构，所述灯光装置包括内接电池、外壳、均匀设置于所述外壳上进行灯光显示的至少一个灯光单元，其中每个所述灯光单元包括至少一个LED灯、其中一端通过固定件固定所述LED灯的套筒和设置于所述套筒另一端用于形成特定光圈的透镜机构，所述活动固定机构设置于所述无人机机体下端的滑动道、伸缩机构、其中一端连接所述灯光装置的旋转机构和连接所述伸缩机构与所述旋转机构的连接组件，其中，所述滑动道设置在无人机底端表面并且朝所述机体内部延伸，所述滑动道为两端设有开口的通道结构，所述连接组件设置在所述滑动道内部，所述灯光装置外径长度设置为小于所述滑动道内径长度，进而实现所述灯光装置在所述滑动道内移动；

所述多模式灯光功能无人机包括机体和灯光展示模块，所述灯光展示模块包括灯光装置和活动固定机构，所述灯光展示模块通过所述固定机构活动固定于所述无人机机体上，所述活动固定机构能够驱动所述灯光装置转移至所述无人机机体内部和无人机机体下方，所述灯光装置包括内接电池、外壳、均匀设置于所述外壳上进行灯光显示的至少一个灯光单元，每个所述灯光单元包括至少一个LED的光源、其中一端固定所述光源的套筒和设置于所述套筒另一端的端面用于形成特定光圈的透镜机构，其中，所述透镜机构包括平透镜和环形凸透镜，所述套筒内嵌设置于所述灯光装置的外壳上进而实现所述灯光单元在所述外壳上的均布安装，所述平透镜为圆形平面状，其中所述环形凸透镜环绕于平透镜的边缘，通过本邻域技术人员调节调焦凹透镜和调焦凸透镜之间的距离从而改变灯光展示模块的预期焦距，以达到更好地灯光展示表演效果，所述任务地面站与无人机分离设置并通过所述自组网向无人机发送指令，所述无人机自组网通信链路用于接收所述任务地面站发送的指令并传达所述指令，通过控制所述灯光单元的通电个数和电流强度实现对所述灯光装置的灯光亮度和灯光效果的控制，所述固定机构包括设置于所述无人机机体下端的滑动道、连接组件、伸缩机构和旋转机构，其中，所述滑动道设置在所述无人机上，所述滑动道为两端设有开口的通道结构，所述连接组件设置在所述滑动道内部，所述连接组件的外壁与所述滑动道的内壁贴合或者靠近从而可以避免所述连接组件与滑动道之间发生相对转动，所述灯光装置外径长度小于所述滑动道内径长度，实现所述灯光装置在所述滑动道内移动，所述伸缩机构其中一端固定于所述无人机机体内，并且所述伸缩机构另一端与所述连接组件连接，所述连接组件的第一端与灯光装置通过旋转机构连接，所述伸缩机构、所述连接组件和灯光装置连接形成组合体进一步控制所述连接组件沿所述滑动道运动，所述灯光装置随所述连接组件的运动进一步在所述滑动道内伸缩运动，所述旋转机构被设置为在所述灯光装置伸出所述滑动道后，自动将所述灯光装置旋转至一预设角度，通过所述伸缩机构和旋转机构的配合工作下能够使固定在无人机内部的灯光装置弹出并自动旋转至预设角度进而实现灯光的不同表演效果，所述旋转机构包括扭簧，所述扭簧的其中一个第一扭转臂与灯光装置通过卡接、焊接和/或螺栓固定连接，所述扭簧的另一个第二扭转臂与所述连接组件连接，所述旋转机构可以根据实际需求旋转扭杆或者其他可自旋转的组件，再此不做特殊限定，所述扭簧的第二扭转臂与所述连接组件的接线筒连接，在所述灯光装置旋回初始角度及所述灯光装置未旋转时，所述伸缩机构上套设固定有若干锁止机构，所述锁止装置包括套设于所述伸缩杆上的套环和垂直所述滑动道且通过螺栓、焊接和/卡接固定设置于所述套环上的至少两个延伸杆，所述锁止机构与其插入方向平行的两侧边分别抵接所述滑动槽的侧壁进而提高所述伸缩杆伸缩过程中的稳定性，所述灯光装置缩在所述滑动道时，所述锁止机构两端分别与所述滑动道内壁抵接配合，灯光装置被锁止，在伸缩机构驱动所述灯光装置完全伸出滑动道之后，所述扭簧的弹力得以释放，从而驱动所述灯光装置脱离所述滑动道相对所述连接组件旋转预设角度，在灯光装置使用完毕后，伸缩杆收缩同时所述扭簧在所述收缩过程中所述滑动道靠口处与所述抵接并将其逆向旋转所述预设角度，进一步将所述灯光装置缩回至所述滑动道内，在灯光装置缩回至预设位置时，所述灯光装置再所述锁止机构下稳定移动；

所述伸缩机构优选为现有技术的电动伸缩杆，所述伸缩杆其中一端与所述无人机内置电源连接，所述伸缩杆另一端即所述伸缩杆靠近所述连接组件的一端轴向延伸设置有接线柱，所述伸缩杆接近所述连接组件的一端垂直其轴向设置有若干通线孔，所述通线孔内贯穿设置有与无人机的电源连通的第一导线，所述第一导线大于所述伸缩杆的最长长度，所述第一导线两端分别连接所述电源与接线柱，所述伸缩杆上固定有套设在所述接线柱上的接线筒，所述接线柱外壁上设有与所述导线连接进而与所述电源电性连接的第一接线区，所述接线筒内壁上相应设有与所述第一接线区适配的第二接线区，在所述灯光装置旋转过程中，所述第一接线区和第二接线区始终电性连接，所述滑动道内壁上设置有第四接线区以及第五接线区，所述连接组件外壁上设置有第三接线区，第三接线区与所述第二接线区连接，当灯光装置缩在所述滑动道时，所述第三接线区与第四接线区对接，当灯光装置伸出所述滑动道时，所述第三接线区与第五接线区对接，在第四接线区和第五接线区之间设置有与所述第三接线区相适配的凹槽结构，避免所述第三接线区在运动过程中被磨损，所述灯光装置上设置有与所述第四接线区和第五接线区分别通过第二导线和第三导线连接的第六接线区进而实现所述电源与所述灯光装置的连接并且实现对所述灯光装置的充电，有效解决灯光装置内接电池的耗尽而影响灯光展示，进一步延长所述灯光装置的灯光显示时间。

实施例三：

本实施例构造了一种具有各工作模块高度协调配合的无人机的灯光展示系统；

一种基于自组网的无人机集群的灯光展示系统，所述灯光展示系统包括多模式灯光功能无人机、控制所述无人机表演工作和表演展示过程中发生故障的无人机进行及时替换避免表演出现错误的控制系统和用于所述多模式灯光功能无人机的集中运输、放飞及回收存放的存放平台，所述多模式灯光功能无人机分别包括进行灯光展示表演的表演无人机子群和对发生故障的表演无人机进行及时替换的替补无人机子群，所述控制系统包括任务地面站和空中自组网通信链路，所述任务地面站通过空中自组网通信链路分别与所述表演无人机子群和替补无人机子群通讯连接，所述任务地面站用于根据灯光展示任务及表演无人机群待机情况制定各类型无人机子群的出动方案并接收各类型无人机子群的反馈数据调整各类型无人机子群的出动方案，所述表演无人机子群通过所述空中自组网通信链路分别与所述替补无人机子群相连，所述无人机地面站用于全程监控各类型无人机子群的状态并在所述表演无人机待机和灯光展示故障情况下完成对应故障无人机的召回，所述表演无人机子群通过所述自组网通信链路将其电源信息和位置信息分别发送至所述任务地面站和替补无人机子群，所述替补无人机子群根据任务地面站的指令信息和待替换无人机位置进行替补，所述表演无人机子群根据任务地面站的指令进行灯光展示表演，所述表演无人机子群包括一个表演无人机子群首和至少一个表演无人机子群成员，所述替补无人机子群包括一个替补无人机子群首和至少一个替补无人机子群成员，所述表演无人机子群首、所述表演无人机子群成员、所述替补无人机子群成员和所述替补无人机子群首上分别安装有定位装置进行位置的及时反馈至所述任务地面站实现无人机的管控，所述替补无人机子群首将接收到任务地面站的控制指令以及来自表演无人机子群的替补位置转化的相应控制指令发送至所述替补无人机子群成员，为所述替补无人机子群成员分配替补转移任务，所述灯光展示模块包括灯光装置和将所述灯光装置活动固定于所述无人机机体上的活动固定机构，所述灯光装置包括内接电池、外壳、均匀设置于所述外壳上进行灯光显示的至少一个灯光单元，其中每个所述灯光单元包括至少一个LED灯、其中一端通过固定件固定所述LED灯的套筒和设置于所述套筒另一端用于形成特定光圈的透镜机构，所述活动固定机构设置于所述无人机机体下端的滑动道、伸缩机构、其中一端连接所述灯光装置的旋转机构和连接所述伸缩机构与所述旋转机构的连接组件，其中，所述滑动道设置在无人机底端表面并且朝所述机体内部延伸，所述滑动道为两端设有开口的通道结构，所述连接组件设置在所述滑动道内部，所述灯光装置外径长度设置为小于所述滑动道内径长度，进而实现所述灯光装置在所述滑动道内移动；

所述多模式灯光功能无人机包括机体和灯光展示模块，所述灯光展示模块包括灯光装置和活动固定机构，所述灯光展示模块通过所述固定机构活动固定于所述无人机机体上，所述活动固定机构能够驱动所述灯光装置转移至所述无人机机体内部和无人机机体下方，所述灯光装置包括内接电池、外壳、均匀设置于所述外壳上进行灯光显示的至少一个灯光单元，每个所述灯光单元包括至少一个LED的光源、其中一端固定所述光源的套筒和设置于所述套筒另一端的端面用于形成特定光圈的透镜机构，其中，所述透镜机构包括平透镜和环形凸透镜，所述套筒内嵌设置于所述灯光装置的外壳上进而实现所述灯光单元在所述外壳上的均布安装，所述平透镜为圆形平面状，其中所述环形凸透镜环绕于平透镜的边缘，通过本邻域技术人员调节调焦凹透镜和调焦凸透镜之间的距离从而改变灯光展示模块的预期焦距，以达到更好地灯光展示表演效果，所述任务地面站与无人机分离设置并通过所述自组网向无人机发送指令，所述无人机自组网通信链路用于接收所述任务地面站发送的指令并传达所述指令，通过控制所述灯光单元的通电个数和电流强度实现对所述灯光装置的灯光亮度和灯光效果的控制，所述固定机构包括设置于所述无人机机体下端的滑动道、连接组件、伸缩机构和旋转机构，其中，所述滑动道设置在所述无人机上，所述滑动道为两端设有开口的通道结构，所述连接组件设置在所述滑动道内部，所述连接组件的外壁与所述滑动道的内壁贴合或者靠近从而可以避免所述连接组件与滑动道之间发生相对转动，所述灯光装置外径长度小于所述滑动道内径长度，实现所述灯光装置在所述滑动道内移动，所述伸缩机构其中一端固定于所述无人机机体内，并且所述伸缩机构另一端与所述连接组件连接，所述连接组件的第一端与灯光装置通过旋转机构连接，所述伸缩机构、所述连接组件和灯光装置连接形成组合体进一步控制所述连接组件沿所述滑动道运动，所述灯光装置随所述连接组件的运动进一步在所述滑动道内伸缩运动，所述旋转机构被设置为在所述灯光装置伸出所述滑动道后，自动将所述灯光装置旋转至一预设角度，通过所述伸缩机构和旋转机构的配合工作下能够使固定在无人机内部的灯光装置弹出并自动旋转至预设角度进而实现灯光的不同表演效果，所述旋转机构包括扭簧，所述扭簧的其中一个第一扭转臂与灯光装置通过卡接、焊接和/或螺栓固定连接，所述扭簧的另一个第二扭转臂与所述连接组件连接，所述旋转机构可以根据实际需求旋转扭杆或者其他可自旋转的组件，再此不做特殊限定，所述扭簧的第二扭转臂与所述连接组件的接线筒连接，在所述灯光装置旋回初始角度及所述灯光装置未旋转时，所述伸缩机构上套设固定有若干锁止机构，所述锁止装置包括套设于所述伸缩杆上的套环和垂直所述滑动道且通过螺栓、焊接和/卡接固定设置于所述套环上的至少两个延伸杆，所述锁止机构与其插入方向平行的两侧边分别抵接所述滑动槽的侧壁进而提高所述伸缩杆伸缩过程中的稳定性，所述灯光装置缩在所述滑动道时，所述锁止机构两端分别与所述滑动道内壁抵接配合，灯光装置被锁止，在伸缩机构驱动所述灯光装置完全伸出滑动道之后，所述扭簧的弹力得以释放，从而驱动所述灯光装置脱离所述滑动道相对所述连接组件旋转预设角度，在灯光装置使用完毕后，伸缩杆收缩同时所述扭簧在所述收缩过程中所述滑动道靠口处与所述抵接并将其逆向旋转所述预设角度，进一步将所述灯光装置缩回至所述滑动道内，在灯光装置缩回至预设位置时，所述灯光装置再所述锁止机构下稳定移动；

所述伸缩机构优选为现有技术的电动伸缩杆，所述伸缩杆其中一端与所述无人机内置电源连接，所述伸缩杆另一端即所述伸缩杆靠近所述连接组件的一端轴向延伸设置有接线柱，所述伸缩杆接近所述连接组件的一端垂直其轴向设置有若干通线孔，所述通线孔内贯穿设置有与无人机的电源连通的第一导线，所述第一导线大于所述伸缩杆的最长长度，所述第一导线两端分别连接所述电源与接线柱，所述伸缩杆上固定有套设在所述接线柱上的接线筒，所述接线柱外壁上设有与所述导线连接进而与所述电源电性连接的第一接线区，所述接线筒内壁上相应设有与所述第一接线区适配的第二接线区，在所述灯光装置旋转过程中，所述第一接线区和第二接线区始终电性连接，所述滑动道内壁上设置有第四接线区以及第五接线区，所述连接组件外壁上设置有第三接线区，第三接线区与所述第二接线区连接，当灯光装置缩在所述滑动道时，所述第三接线区与第四接线区对接，当灯光装置伸出所述滑动道时，所述第三接线区与第五接线区对接，在第四接线区和第五接线区之间设置有与所述第三接线区相适配的凹槽结构，避免所述第三接线区在运动过程中被磨损，所述灯光装置上设置有与所述第四接线区和第五接线区分别通过第二导线和第三导线连接的第六接线区进而实现所述电源与所述灯光装置的连接并且实现对所述灯光装置的充电，有效解决灯光装置内接电池的耗尽而影响灯光展示，进一步延长所述灯光装置的灯光显示时间；

本发明针对灯光表演故障控制难度高问题，以无人机平台为基础，提出了一种无人机集群系统及表演过程中的快速有效的故障解决方法，整个系统智能化程度高，工作效率高，能够快速高效地完成灯光展示任务，在接到灯光展示任务时，任务地面站根据任务基本情况派出表演无人机和替换无人机，救援无人机，在表演无人机子群的精确定位下，替换无人机完成故障无人机替换的任务，特种救援无人机完成救援任务，

整个灯光展示过程中，所述表演无人机子群始终和替补无人机子群、保持信息实时交互，将火情信息和被困人员信息实时不断地反馈给替换无人机和特种救援无人机，保证了高效、快速地执行任务，本发明提供一种消防无人机集群系统，包括任务地面站、无人机地面站、表演无人机子群和替补无人机子群，其中所述任务地面站通过空中自组网通信链路分别与表演无人机子群、替补无人机子群和相连，无人机地面站通过地-空数传通信链路分别与表演无人机子群、替补无人机子群和相连，表演无人机子群、通过空中自组网通信链路分别与替补无人机子群和相连，表演无人机子群、替补无人机子群和以敞篷卡车平台集中运输、放飞及回收存放，通过空中自组网通信链路和地-空数传通信链路，实现控制指令和火情监视信息的传输与共享，本发明的任务地面站用于加载3D数字地图，根据灯光表演确定无人机的表演情况和故障无人机的基本方位和数量，所述地面站任务规划软件根据任务及环境，制定各种类型无人机出动方案，控制人员则通过对灯光展示情况的判断和表演展示效果的评估，进一步修订无人机出动方案，并向无人机传输待装订的相关任务参数和出动指令并通过所述任务地面站动态规划表演无人机子群、替补无人机子群的出动时序、路径及任务执行点位置，实现无人机的智能调整与调度，本发明的无人机地面站全程监控各型无人机的状态，在紧急情况下完成故障无人机的召回并发动相应替补无人机进行替换；

本发明的表演无人机子群用于获取表演任务指令并及时将其位置信息分别发送至任务地面站和替补无人机子群，所述替补无人机子群根据任务地面站的指令和故障无人机的位置进行替换，所述表演无人机子群负责对表演移动的位置信息进行精确定位，为替换无人机提供替换的精确位置信息，并对替换效果进行监视与评估，在所述替换无人机位置至所述待替换的表演无人机的预定距离时，所述任务地面站召回所述故障无人机并绑定所述替换无人机进行表演任务指令的定向发送，所述表演无人机群由不少于两架以上无人机组成，其中一架为子群首，其余的为成员，通过协同无源定位，获取着无人机表演移动的位置坐标，由子群首发送给地面站和替换无人机进行位置监控和精准替换，表演无人机子群、在性能上的突出特点是留空时间长，满足灯光表演的不间断的展示任务需求，本发明的替补无人机子群由若干架替换放无人机组成，其中一架为子群首，其余的为成员，所述替补无人机用于向故障无人机进行替换，任务载荷相对较大，包括微型摄像头对故障无人机作为定位辅助手段进行近距离的精准定位，所述无人机上安装有定位装置进行位置追踪，所述表演无人机子群包括一个表演无人机子群首和多个表演无人机子群成员，所述替补无人机子群包括一个替补无人机子群首和至少一个替补无人机子群成员，所述表演无人机子群首、表演无人机子群成员、所述替补无人机子群包括一个替补无人机子群首至少一个替补无人机子群成员上分别安装有定位装置进行其位置的及时反馈至所述任务地面站实现无人机的管控，所述替补无人机子群首将接收到任务地面站的控制指令以及来自表演无人机子群、的替补位置转化为控制指令，发送给各替补无人机子群成员，为各替补无人机子群成员分配替补转移任务，并将来自各特种替补无人机子群成员的信息收集汇总，统一发送给任务地面站，本发明的多模式灯光功能无人机均包括协同控制器、飞行平台、动力装置、飞控系统、电气系统、自组网模块和灯光展示模块，所述飞行平台由旋翼无人机提供，为无人机的其他组成部分提供平台，所述协同控制器向无人机的各个分系统发送指令，控制各分系统的运行，为无人机飞行提供避障等信息，所述动力装置为无人机的飞行提供动力，所述飞控系统控制无人机的飞行，所述电气系统为无人机的用电设备分配电压并提供电能，所述灯光展示模块控制所述无人机的灯光表演工作和效果，本发明的灯光展示协调系统和故障替换系统包括：

步骤1：任务地面站受领并分析控制人员设置的表演任务，并将信息传递给表演无人机子群、放飞表演无人机子群，其中所述任务包括表演位置和灯光展示步骤；

步骤2：任务地面站制定无人机表演指令和替补无人机子群、出动规模数量，以及各无人机的精确空间位置构型，进而完成实时的飞行路径规划，并随即放飞替补表演无人机子群；

步骤3：任务地面站根据表演无人机子群传来的待机信号，制定第一批次替补无人机子群的出动数量和替补方案进行无人机展示的及时替补；

步骤4：替补无人机子群根据任务指令前往目的位置，代替补无人机子群根据接收到的来自任务地面站的指令返回存放平台，实现无人机的替换；

步骤5：表演监视系统的无人机子群对灯光表演和替补效果进行评估，将故障无人机的信息信息传递给地面站，然后重复进行上述替补步骤，将故障无人机进行及时替补；

步骤6：表演无人机表演结束，返航至存放平台；

本发明智能化程度高在替换过程中，无人机集群可以自动完成精确定位、无人机替换、评估替换效果等一系列的补救任务，对外界的依赖程度较低，本发明的表演无人机子群、地面任务战和替补无人机子群之间通过自组网相互传递信息，及时精确定位故障无人机位置，反馈替换救援信息，缩短了灯光表演的表演故障补救时间，减少了不必要的损失；

本发明的灯光展示系统根据本发明针对现有技术无人机灯光展灯光故障问题，以无人机平台为基础，提出了一种基于自组网的无人机集群的灯光展示系统，整个系统智能化程度高，工作效率高，能够快速处理无人机灯光故障问题高效地完成灯光展示任务。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路、过程、算法、结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种基于自组网的无人机集群的灯光展示系统，其特征在于，所述灯光展示系统包括多模式灯光功能无人机、控制所述无人机表演工作和表演展示过程中发生故障的无人机进行及时替换避免表演出现错误的控制系统和用于所述多模式灯光功能无人机的集中运输、放飞及回收存放的存放平台；

所述多模式灯光功能无人机包括机体和灯光展示模块，所述灯光展示模块包括灯光装置和活动固定机构，所述灯光展示模块通过所述活动固定机构活动固定于所述无人机机体上，所述活动固定机构能够驱动所述灯光装置转移至所述无人机机体内部和无人机机体下方，所述灯光装置包括内接电池、外壳、均匀设置于所述外壳上进行灯光显示的至少一个灯光单元，每个所述灯光单元包括至少一个LED的光源、其中一端固定所述光源的套筒和设置于所述套筒另一端的端面用于形成特定光圈的透镜机构，其中，所述透镜机构包括平透镜和环形凸透镜，所述套筒内嵌设置于所述灯光装置的外壳上进而实现所述灯光单元在所述外壳上的均布安装，所述平透镜为圆形平面状，其中所述环形凸透镜环绕于平透镜的边缘，任务地面站与无人机分离设置并通过所述自组网向无人机发送指令，所述无人机自组网通信链路用于接收所述任务地面站发送的指令并传达所述指令，通过控制所述灯光单元的通电个数和电流强度实现对所述灯光装置的灯光亮度和灯光效果的控制，所述固定机构包括设置于所述无人机机体下端的滑动道、连接组件、伸缩机构和旋转机构，其中，所述滑动道设置在所述无人机上，所述滑动道为两端设有开口的通道结构，所述连接组件设置在所述滑动道内部，所述连接组件的外壁与所述滑动道的内壁贴合或者靠近，所述灯光装置外径长度小于所述滑动道内径长度，所述伸缩机构其中一端固定于所述无人机机体内，并且所述伸缩机构另一端与所述连接组件连接，所述连接组件的第一端与灯光装置通过旋转机构连接，所述伸缩机构、所述连接组件和灯光装置连接形成组合体进一步控制所述连接组件沿所述滑动道运动，所述灯光装置随所述连接组件的运动进一步在所述滑动道内伸缩运动，所述旋转机构被设置为在所述灯光装置伸出所述滑动道后，自动将所述灯光装置旋转至一预设角度，通过所述伸缩机构和旋转机构的配合工作下能够使固定在无人机内部的灯光装置弹出并自动旋转至预设角度，所述旋转机构包括扭簧，所述扭簧的其中一个第一扭转臂与灯光装置通过卡接、焊接和/或螺栓固定连接，所述扭簧的另一个第二扭转臂与所述连接组件连接，所述旋转机构能根据实际需求旋转扭杆或者其他可自旋转的组件，所述扭簧的第二扭转臂与所述连接组件的接线筒连接，在所述灯光装置旋回初始角度及所述灯光装置未旋转时，所述伸缩机构上套设固定有若干锁止机构，所述锁止机构包括套设于伸缩杆上的套环和垂直所述滑动道且通过螺栓、焊接和/卡接固定设置于所述套环上的至少两个延伸杆，所述锁止机构与其插入方向平行的两侧边分别抵接所述滑动道的侧壁，所述灯光装置缩在所述滑动道时，所述锁止机构两端分别与所述滑动道内壁抵接配合，灯光装置被锁止，在伸缩机构驱动所述灯光装置完全伸出滑动道之后，所述扭簧的弹力得以释放，在灯光装置使用完毕后，伸缩杆收缩同时所述扭簧在所述收缩过程中与所述滑动道的通道口抵接并且扭簧持续逆向旋转所述预设角度，进一步将所述灯光装置缩回至所述滑动道内，在灯光装置缩回至预设位置时，所述灯光装置在所述锁止机构下稳定移动。

2.如权利要求1所述的灯光展示系统，其特征在于，所述多模式灯光功能无人机分别包括进行灯光展示表演的表演无人机子群和对发生故障的表演无人机进行及时替换的替补无人机子群。

3.如权利要求2所述的灯光展示系统，其特征在于，所述控制系统包括任务地面站和空中自组网通信链路，所述任务地面站通过空中自组网通信链路分别与所述表演无人机子群和替补无人机子群通讯连接，所述任务地面站用于根据灯光展示任务及表演无人机群待机情况制定各类型无人机子群的出动方案并接收各类型无人机子群的反馈数据调整各类型无人机子群的出动方案。

4.如权利要求3所述的灯光展示系统，其特征在于，所述表演无人机子群通过所述空中自组网通信链路分别与所述替补无人机子群相连，所述无人机地面站用于全程监控各类型无人机子群的状态并在所述表演无人机待机和灯光展示故障情况下完成对应故障无人机的召回。

5.如权利要求4所述的灯光展示系统，其特征在于，所述表演无人机子群通过所述自组网通信链路将其电源信息和位置信息分别发送至所述任务地面站和替补无人机子群，所述替补无人机子群根据任务地面站的指令信息和待替换无人机位置进行替补，所述表演无人机子群根据任务地面站的指令进行灯光展示表演。

6.如权利要求5所述的灯光展示系统，其特征在于，所述表演无人机子群包括一个表演无人机子群首和至少一个表演无人机子群成员，所述替补无人机子群包括一个替补无人机子群首和至少一个替补无人机子群成员，所述表演无人机子群首、所述表演无人机子群成员、所述替补无人机子群成员和所述替补无人机子群首上分别安装有定位装置进行位置的及时反馈至所述任务地面站实现无人机的管控，所述替补无人机子群首将接收到任务地面站的控制指令以及来自表演无人机子群的替补位置转化的相应控制指令发送至所述替补无人机子群成员，为所述替补无人机子群成员分配替补转移任务。

7.如权利要求6所述的灯光展示系统，其特征在于，所述活动固定机构设置于所述无人机机体下端的滑动道、伸缩机构、其中一端连接所述灯光装置的旋转机构和连接所述伸缩机构与所述旋转机构的连接组件，其中，所述滑动道设置在无人机底端表面并且朝所述机体内部延伸，所述滑动道为两端设有开口的通道结构，所述连接组件设置在所述滑动道内部，所述灯光装置外径长度设置为小于所述滑动道内径长度，进而实现所述灯光装置在所述滑动道内移动。

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