CN113568433A - 一种多旋翼无人机集群测控系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼无人机集群测控系统，包括由若干个无人机控制系统组成的无人机集群控制系统和地面基站系统，所述无人机控制系统包括无人机供电模块和与其相连接的无人机主控芯片模块，所述无人机主控芯片模块包括避障控制模块、任务调度模块、飞行姿态控制模块、无人机导航系统和数据收集模块，所述避障控制模块、任务调度模块、飞行姿态控制模块、无人机导航系统和数据收集模块均与地面基站通过信号连接；本发明通过地面基站系统、避障控制模块、任务调度模块、飞行姿态控制模块、无人机导航系统和数据传输模块互相配合，使无人机集群中的各个无人机之间协同作用，飞行稳定，数据采集全面，数据采集效率高，达到效能倍增的效果。

Description

一种多旋翼无人机集群测控系统和方法

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，尤其涉及一种多旋翼无人机集群测控系统及方法。

背景技术

随着我国科学技术的不断完善，无人飞行载具，也受到了广泛的重视和应用，无人驾驶飞机简称“无人机”，而多架无人机同时作业，共同合作则成为无人机集群，目前以应用到航空摄影、灾情监视、交通巡逻、治安监控、监控传染病、快递运输、观察野生动物、电力巡检、影视拍摄、新闻报道等领域，随着市场应用趋势不断的发展，无人机的性能不断增强、类型不断增多，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，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作，其中，多旋翼无人机因其机动性强，可以在室内相对狭小的空间飞行，效率高等优点而应用广泛，多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机，其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力，旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变，多旋翼无人机通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹，目前的无人机集群的控制系统不能使多架无人机协同作用达到最大的效能倍增的效果，且无人机集群的稳定性低，数据采集效率低。

为此，我们提出一种多旋翼无人机集群测控系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种多旋翼无人机集群测控系统及方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种多旋翼无人机集群测控系统，包括由若干个无人机控制系统组成的无人机集群控制系统和地面基站系统，所述无人机控制系统包括无人机供电模块和与其相连接的无人机主控芯片模块，所述无人机主控芯片模块包括避障控制模块、任务调度模块、飞行姿态控制模块、无人机导航系统和数据收集模块，所述避障控制模块、任务调度模块、飞行姿态控制模块、无人机导航系统和数据收集模块均与地面基站通过信号连接，所述飞行姿态控制模块包括飞行姿态控制器、飞行姿态传感器和输出调节器，所述输出调节器包括螺旋桨a控制系统、螺旋桨b控制系统和螺旋桨c控制系统，所述螺旋桨a控制系统、螺旋桨b控制系统和螺旋桨c控制系统与飞行姿态控制器之间通过信号连接，所述飞行姿态控制器通过信号与地面基站系统相连接，飞行姿态控制器通过信号与飞行姿态传感器相连接。

进一步的，所述避障控制模块包括避障控制器和障碍物传感器，所述障碍物传感器和避障控制器之间通过信号连接，所述避障控制器与地面基站系统通过信号连接。

进一步的，所述任务调度模块包括任务创建模块、任务进度模块和任务反馈模块，所述任务创建模块通过信号与任务进度模块相连接，所述任务进度模块通过信号与任务反馈模块相连接，所述任务反馈模块与地面基站系统之间通过信号连接。

进一步的，所述无人机导航系统通过信号与单个无人机的阵点位置排布模块相连接，所述单个无人机的阵点位置排布模块通过信号与单个无人机的阵点位置反馈模块相连接，所述单个无人机的阵点位置反馈模块、单个无人机的阵点位置排布模块通过信号与地面基站系统相连接。

进一步的，所述数据收集模块包括数据采集系统，所述数据采集系统通过信号与数据传输模块相连接，所述数据传输模块通过信号与数据分析模块相连接，所述数据分析模块通过信号地面基站系统相连接。

进一步的，所述数据采集系统包括图像采集系统和声音采集系统，所述图像采集系统和声音采集系统通过信号与数据传输模块相连接。

进一步的，所述无人机包括机体，所述机体的顶部安装有蓄电池，机体的底部位于其中心处通过连接座安装有无人机控制系统，所述连接座的外侧设有若干固定于机体底部的支脚，所述机体的侧壁设有若干旋翼组件。

进一步的，所述旋翼组件包括三组“人”型的连杆，每组所述连杆的末端分别设有由螺旋桨a控制系统、螺旋桨b控制系统和螺旋桨c控制系统分别控制的螺旋桨a、螺旋桨b和螺旋桨c，两组相邻的所述连杆之间通过弧形加强杆连接。

本发明还提供一种多旋翼无人机集群测控系统的控制方法，包括如下步骤：

1)将无人机群需要执行的任务输入任务调度模块内，由任务调度模块控制无人机活动的进度；

2)无人机导航系统根据任务调度模块内的指示将各个无人机导向指定的航线，使各个无人机之间可以协同作用；

3)避障控制模块传输至地面基站系统的信息，由地面基站系统将信息传输至飞行姿态控制模块，飞行姿态控制模块控制无人机的飞行姿态，使各个无人机在达到协同作用的同时可以避开障碍物；

4)在无人机飞行的过程中，数据传输模块将无人机所经过的区域的信息进行收集并分析后传输至地面基站系统进行存储，完成无人机集群的飞行控制和数据的采集和分析，达到无人机集群协同作用的效果。

本发明通过地面基站系统、避障控制模块、任务调度模块、飞行姿态控制模块、无人机导航系统和数据传输模块互相配合，螺旋桨a控制系统、螺旋桨b控制系统和螺旋桨c控制系统控制螺旋桨a、螺旋桨b、和螺旋桨 c工作，使无人机集群中的各个无人机之间协同作用，飞行稳定，数据采集全面，数据采集效率高，达到效能倍增的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明避障控制模块的结构示意图；

图3是本发明任务调度模块的结构示意图；

图4是本发明飞行姿态控制模块的结构示意图；

图5是本发明无人机导航系统的结构示意图；

图6是本发明数据收集模块的结构示意图；

图7是本发明无人机一个角度的结构示意图；

图8是本发明无人机另一个角度的结构示意图。

图中标号：1-蓄电池、2-机体、3-连杆、4-螺旋桨a、5-支脚、6-弧形加强杆、7-螺旋桨b、8-螺旋桨c、9-连接座、10-无人机控制系统。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

如图1至6所示，本实施例提供一种多旋翼无人机集群测控系统，包括由若干个无人机控制系统组成的无人机集群控制系统和地面基站系统，所述无人机控制系统包括无人机供电模块和与其相连接的无人机主控芯片模块，所述无人机主控芯片模块包括避障控制模块、任务调度模块、飞行姿态控制模块、无人机导航系统和数据收集模块，所述避障控制模块、任务调度模块、飞行姿态控制模块、无人机导航系统和数据收集模块均与地面基站通过信号连接，所述飞行姿态控制模块包括飞行姿态控制器、飞行姿态传感器和输出调节器，所述输出调节器包括螺旋桨a控制系统、螺旋桨b控制系统和螺旋桨c控制系统，所述螺旋桨a控制系统、螺旋桨b控制系统和螺旋桨c控制系统与飞行姿态控制器之间通过信号连接，所述飞行姿态控制器通过信号与地面基站系统相连接，飞行姿态控制器通过信号与飞行姿态传感器相连接。

通过地面基站系统、避障控制模块、任务调度模块、飞行姿态控制模块、无人机导航系统和数据传输模块互相配合，使无人机集群中的各个无人机之间协同作用，飞行稳定，数据采集全面，数据采集效率高，达到效能倍增的效果。

优选的，所述避障控制模块包括避障控制器和障碍物传感器，所述障碍物传感器和避障控制器之间通过信号连接，所述避障控制器与地面基站系统通过信号连接。

障碍物传感器将障碍物的位置信息传递至避障控制器，由避障控制器控制无人机集群进行避障飞行，避免无人机集群受到损伤。

优选的，所述任务调度模块包括任务创建模块、任务进度模块和任务反馈模块，所述任务创建模块通过信号与任务进度模块相连接，所述任务进度模块通过信号与任务反馈模块相连接，所述任务反馈模块与地面基站系统之间通过信号连接。

将无人机集群的需要执行的任务输入任务创建模块，由任务创建模块传输至任务进度模块对无人机的进度进行控制，由任务反馈模块将无人机集群的飞行状况反馈至地面基站系统。

优选的，所述无人机导航系统通过信号与单个无人机的阵点位置排布模块相连接，所述单个无人机的阵点位置排布模块通过信号与单个无人机的阵点位置反馈模块相连接，所述单个无人机的阵点位置反馈模块、单个无人机的阵点位置排布模块通过信号与地面基站系统相连接。

通过无人机导航系统将无人机集群中的各个无人机导航至由阵点位置排布模块指示的位置，再由单个无人机的阵点位置反馈模块将无人机的位置反馈至地面基站系统。

优选的，所述数据收集模块包括数据采集系统，所述数据采集系统通过信号与数据传输模块相连接，所述数据传输模块通过信号与数据分析模块相连接，所述数据分析模块通过信号地面基站系统相连接。

优选的，所述数据采集系统包括图像采集系统和声音采集系统，所述图像采集系统和声音采集系统通过信号与数据传输模块相连接。

图像采集系统和声音采集系统将无人机经过的图像环境和声音环境进行采集，采集后的收据由数据传输模块输送至数据分析模块进行分析，分析完成后传输至地面基站系统进行存储。

如图7和图8所示，所述无人机包括机体2，所述机体2的顶部安装有蓄电池1，机体2的底部位于其中心处通过连接座9安装有无人机控制系统 10，所述连接座9的外侧设有若干固定于机体2底部的支脚5，所述机体2 的侧壁设有若干旋翼组件，所述旋翼组件包括三组“人”型的连杆3，每组所述连杆3的末端分别设有由螺旋桨a控制系统、螺旋桨b控制系统和螺旋桨c控制系统分别控制的螺旋桨a4、螺旋桨b7和螺旋桨c8，两组相邻的所述连杆3之间通过弧形加强杆6连接。

连杆3为“人”型，在提高无人机的稳定性的同时，也可缓冲在运行的过程中气流对无人机轨迹的影响。

本发明还提供一种多旋翼无人机集群测控系统的控制方法，包括如下步骤：

1)将无人机群需要执行的任务输入任务调度模块内，由任务调度模块控制无人机活动的进度；

2)无人机导航系统根据任务调度模块内的指示将各个无人机导向指定的航线，使各个无人机之间可以协同作用；

3)避障控制模块传输至地面基站系统的信息，由地面基站系统将信息传输至飞行姿态控制模块，飞行姿态控制模块控制无人机的飞行姿态，使各个无人机在达到协同作用的同时可以避开障碍物；

4)在无人机飞行的过程中，数据传输模块将无人机所经过的区域的信息进行收集并分析后传输至地面基站系统进行存储，完成无人机集群的飞行控制和数据的采集和分析，达到无人机集群协同作用的效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种多旋翼无人机集群测控系统，包括由若干个无人机控制系统组成的无人机集群控制系统和地面基站系统，其特征在于：所述无人机控制系统包括无人机供电模块和与其相连接的无人机主控芯片模块，所述无人机主控芯片模块包括避障控制模块、任务调度模块、飞行姿态控制模块、无人机导航系统和数据收集模块，所述避障控制模块、任务调度模块、飞行姿态控制模块、无人机导航系统和数据收集模块均与地面基站通过信号连接，所述飞行姿态控制模块包括飞行姿态控制器、飞行姿态传感器和输出调节器，所述输出调节器包括螺旋桨a控制系统、螺旋桨b控制系统和螺旋桨c控制系统，所述螺旋桨a控制系统、螺旋桨b控制系统和螺旋桨c控制系统与飞行姿态控制器之间通过信号连接，所述飞行姿态控制器通过信号与地面基站系统相连接，飞行姿态控制器通过信号与飞行姿态传感器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机集群测控系统，其特征在于：所述避障控制模块包括避障控制器和障碍物传感器，所述障碍物传感器和避障控制器之间通过信号连接，所述避障控制器与地面基站系统通过信号连接。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机集群测控系统，其特征在于：所述任务调度模块包括任务创建模块、任务进度模块和任务反馈模块，所述任务创建模块通过信号与任务进度模块相连接，所述任务进度模块通过信号与任务反馈模块相连接，所述任务反馈模块与地面基站系统之间通过信号连接。

4.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机集群测控系统，其特征在于：所述无人机导航系统通过信号与单个无人机的阵点位置排布模块相连接，所述单个无人机的阵点位置排布模块通过信号与单个无人机的阵点位置反馈模块相连接，所述单个无人机的阵点位置反馈模块、单个无人机的阵点位置排布模块通过信号与地面基站系统相连接。

5.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机集群测控系统，其特征在于：所述数据收集模块包括数据采集系统，所述数据采集系统通过信号与数据传输模块相连接，所述数据传输模块通过信号与数据分析模块相连接，所述数据分析模块通过信号地面基站系统相连接。

6.根据权利要求5所述的一种多旋翼无人机集群测控系统，其特征在于：所述数据采集系统包括图像采集系统和声音采集系统，所述图像采集系统和声音采集系统通过信号与数据传输模块相连接。

7.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机集群测控系统，其特征在于：所述无人机包括机体，所述机体的顶部安装有蓄电池，机体的底部位于其中心处通过连接座安装有无人机控制系统，所述连接座的外侧设有若干固定于机体底部的支脚，所述机体的侧壁设有若干旋翼组件。

8.根据权利要求7所述的一种多旋翼无人机集群测控系统，其特征在于：所述旋翼组件包括三组“人”型的连杆，每组所述连杆的末端分别设有由螺旋桨a控制系统、螺旋桨b控制系统和螺旋桨c控制系统分别控制的螺旋桨a、螺旋桨b和螺旋桨c，两组相邻的所述连杆之间通过弧形加强杆连接。

9.权利要求1-8任一项所述的多旋翼无人机集群测控系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将无人机群需要执行的任务输入任务调度模块内，由任务调度模块控制无人机活动的进度；

2)无人机导航系统根据任务调度模块内的指示将各个无人机导向指定的航线，使各个无人机之间可以协同作用；

3)避障控制模块传输至地面基站系统的信息，由地面基站系统将信息传输至飞行姿态控制模块，飞行姿态控制模块控制无人机的飞行姿态，使各个无人机在达到协同作用的同时可以避开障碍物；

4)在无人机飞行的过程中，数据传输模块将无人机所经过的区域的信息进行收集并分析后传输至地面基站系统进行存储，完成无人机集群的飞行控制和数据的采集和分析，达到无人机集群协同作用的效果。

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