CN116654311A - 一种用于封闭复杂环境的无人机及其使用方法 - Google Patents

一种用于封闭复杂环境的无人机及其使用方法 Download PDF

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刘兴超
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杨大伟
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Chongqing Research Institute of Harbin Institute of Technology
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Abstract

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种用于封闭复杂环境的无人机及其使用方法，控制器和中继装置设置在主平台上，控制器用于控制动力装置的动作，中继装置用于发送和接收信号；动力装置设置在附平台上，动力装置用于对无人机提供动力；笼式保护罩设置在机架外，并与支架连接；摄像头设置在笼式保护罩内，摄像头用于采集图像信息。通过笼式保护罩对无人机内部进行保护，使无人机具有更好的抗变形能力，受到撞击时笼式保护罩能有效减少无人机所受的损害，同时通过中继装置进行无人机的信号收发，便于多台无人机之间的组网，将数据从任意一个无人机传输到另外一个无人机，确保了图传和控制信号的稳定传输，提高了在封闭复杂环境的作业范围。

Description

一种用于封闭复杂环境的无人机及其使用方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种用于封闭复杂环境的无人机及其使用方法。
背景技术
无人机是指具有动力装置，不载操作人员的飞行器。它利用空气动力来克服自身重量，可自主或遥控飞行，在民用领域和军事领域有广泛的用途。
目前，无人机在封闭复杂环境容易受到干扰或者操作失误，导致出现碰撞的现象，尤其是进入隧道、箱梁、桥洞等复杂狭小的结构，容易发生碰撞导致炸机。同时由于进入隧道、箱梁、桥洞等复杂狭小的结构，无人机信号传输易受遮挡，对传输信号具有一定减弱，导致飞行距离很有限，无法实现稳定的图传和控制信号接收，限制了现场的作业。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是现有无人机在封闭复杂环境中无法抵抗撞击损害，且无法实现稳定的图传和控制信号接收。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种用于封闭复杂环境的无人机，包括机架、控制器、动力装置、中继装置、摄像头以及笼式保护罩；所述机架中心设置有主平台，所述主平台向外分别延伸设置有多个支架，所述支架上设置有附平台；所述控制器和所述中继装置设置在所述主平台上，所述控制器用于控制所述动力装置的动作，所述中继装置用于发送和接收信号；所述动力装置设置在所述附平台上，所述动力装置用于对无人机提供动力；所述笼式保护罩设置在所述机架外，并与所述支架连接；所述摄像头设置在所述笼式保护罩内，所述摄像头用于采集图像信息。
进一步地，所述中继装置集成设置有信号接收模块、信号发送模块以及信号检测模块。
进一步地，所述笼式保护罩包括第一定形环、防护杆、固定卡扣以及第二定形环，所述第一定形环上环形阵列设置有多个供所述防护杆穿过的通孔，所述固定卡扣设置在所述第一定形环正上方，所述固定卡扣上设置有多个供所述防护杆嵌入的卡槽，且所述卡槽在所述固定卡扣中心相互贯通，所述第二定形环设置在所述第一定形环正下方，所述第二定形环上环形阵列设置有多个供所述防护杆插入的插孔，所述防护杆两端分别穿过所述第一定形环上位于对角位置的两所述通孔并与所述第二定形环上位于对角位置的两所述插孔连接，所述防护杆的中部在所述固定卡扣上交汇并通过所述卡槽进行固定，多个所述防护杆通过弯曲形成所述笼式保护罩。
进一步地，所述防护杆为碳纤维棒，所述防护杆共有四根。
进一步地，所述卡槽包括容纳空间和卡口，所述容纳空间的宽度与所述防护杆的直径相匹配，所述容纳空间的高度与四根所述防护杆的叠加高度相匹配，所述卡口设置在所述容纳空间的底部，且所述卡口的宽度小于所述防护杆的直径。
进一步地，所述插孔水平设置在所述第二定形环的侧面。
进一步地，所述第一定形环和所述第二定形环均为圆环形，且所述第一定形环的直径大于所述第二定形环的直径。
第二方面，本发明提供了一种用于封闭复杂环境的无人机使用方法，包括步骤：
S1，通过控制终端发送信号给第一无人机的信号接收模块，以控制第一无人机进入作业区域；
S2，第一无人机的信号检测模块对控制终端与信号接收模块之间的信号强度进行检测；
S3，信号检测模块检测到信号强度低于设定阀值，该第一无人机停止行进，并作为中继站通过第一无人机的信号发送模块传递控制终端的信号；
S4，通过控制终端发送信号给第一无人机和/或第二无人机的信号接收模块，控制第二无人机进入作业区域。
进一步地，所述第一无人机在作为中继站的过程中原地降落到地面。
进一步地，还包括多组无人机以S1～S4的步骤与所述第一无人机和第二无人机进行组网。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：通过笼式保护罩对无人机内部进行保护，使无人机具有更好的抗变形能力，受到撞击时笼式保护罩能有效减少无人机所受的损害，同时通过中继装置进行无人机的信号收发，便于多台无人机之间的组网，以接力的方式，将数据从任意一个无人机传输到另外一个无人机，确保了图传和控制信号的稳定传输，提高了在封闭复杂环境的作业范围。
附图说明
图1是本发明实施例一种用于封闭复杂环境的无人机笼式保护罩的结构示意图；
图2是本发明实施例的第一定形环的结构示意图；
图3是本发明实施例的固定卡扣的结构示意图；
图4是本发明实施例的第二定形环的结构示意图；
图5是本发明实施例一种用于封闭复杂环境的无人机使用方法的流程示意图；
图6是本发明实施例一种用于封闭复杂环境的无人机使用方法的场景示意图；
图中：1、第一定形环；2、防护杆；3、固定卡扣；4、第二定形环；5、机架；6、控制器；7、动力装置；8、中继装置；9、摄像头；10、通孔；11、主平台；12、支架；13、附平台；30、容纳空间；31、卡口；40、插孔；50、第一无人机；51、第二无人机；60、控制终端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图1和图2，第一方面，本发明提供了一种用于封闭复杂环境的无人机，包括机架5、控制器6、动力装置7、中继装置8、摄像头9以及笼式保护罩；所述机架5中心设置有主平台11，所述主平台11向外分别延伸设置有多个支架12，所述支架12上设置有附平台13；所述控制器6和所述中继装置8设置在所述主平台11上，所述控制器6用于控制所述动力装置7的动作，其中所述控制器6包括控制电路和电池组等，所述中继装置8用于发送和接收信号，所述中继装置8与所述控制器6电性连接；所述动力装置7设置在所述附平台13上，所述动力装置7用于对无人机提供动力，通过多组所述动力装置7相互配合实现无人机的升降等动作；所述笼式保护罩设置在所述机架5外，并与所述支架12连接，使所述笼式保护罩固设在无人机外部；所述摄像头9设置在所述笼式保护罩内，所述摄像头9具备照明功能，可用摄像头9进行视觉检测以采集图像信息，所述摄像头9将信号通过中继方式传输给操作人员，方便飞手进行操控，可以实现视觉检测，记录现场的裂缝缺陷情况功能。本发明通过笼式保护罩对无人机内部进行保护，使无人机具有更好的抗变形能力，受到撞击时笼式保护罩能有效减少无人机所受的损害，同时通过中继装置8进行无人机的信号收发，便于多台无人机之间的组网，以接力的方式，将数据从任意一个无人机传输到另外一个无人机，确保了图传和控制信号的稳定传输，提高了在封闭复杂环境的作业范围。
在一些实施例中，所述中继装置8集成设置有信号接收模块、信号发送模块以及信号检测模块。所述信号接收模块用于接收控制终端60的指令，或在充当中继站时接收另一个无人机发送的信号；所述发送模块用于发送图传信息给操作人员，或在充当中继站时发送控制终端60的指令和图传信息给另一个无人机；所述信号检测模块用于检测与其他无人机和控制终端60之间的信号强度，以便于优化组网环境。
请参考图1～图4，在一些实施例中，所述笼式保护罩包括第一定形环1、防护杆2、固定卡扣3以及第二定形环4，所述第一定形环1上环形阵列设置有多个供所述防护杆2穿过的通孔10，所述固定卡扣3设置在所述第一定形环1正上方，所述固定卡扣3上设置有多个供所述防护杆2嵌入的卡槽，且所述卡槽在所述固定卡扣3中心相互贯通，所述第二定形环4设置在所述第一定形环1正下方，所述第二定形环4上环形阵列设置有多个供所述防护杆2插入的插孔40，所述防护杆2两端分别穿过所述第一定形环1上位于对角位置的两所述通孔10并与所述第二定形环4上位于对角位置的两所述插孔40连接，所述防护杆2的中部在所述固定卡扣3上交汇并通过所述卡槽进行固定，多个所述防护杆2通过弯曲形成笼式保护罩，大跨度的单根防护杆2，相对于小跨度的多根防护杆2，其优势在于减少部件以及连接，结构更加稳定，强度更高。通过将防护杆2与第一定形环1、固定卡扣3以及第二定形环4进行连接实现弯曲，从而形成笼式保护罩，保护内部的无人机，具有更好的抗变形能力，能够在无人机受到撞击时减少无人机所受的损害。而且结构简单，安装方便，第二定形环4使笼式保护罩的底部能形成较好的降落平台，便于飞行和起降，在减重的同时防护住无人机的周向各处。
在一些实施例中，所述防护杆2为碳纤维棒，质量轻，强度高，具有较好的韧性，优选的碳纤维棒的直径为1.5mm。所述防护杆2共有四根，确保两两防护杆2之间保持相对适中的间隙，既能保护无人机机身，又能避免冗余而增加无人机的飞行负担。
请参考图3，在一些实施例中，所述卡槽包括容纳空间30和卡口31，所述容纳空间30的宽度与所述防护杆2的直径相匹配，所述容纳空间30的高度与四根所述防护杆2的叠加高度相匹配，所述卡口31设置在所述容纳空间30的底部，且所述卡口31的宽度小于所述防护杆2的直径，上述四根所述防护杆2通过所述卡口31卡入所述容纳空间30，并彼此位于不同平面不会产生干涉。
请参考图4，在一些实施例中，所述插孔40水平设置在所述第二定形环4的侧面，当所述防护杆2插入所述插孔40后，由于所述防护杆2的回弹方向与所述插孔40方向垂直，所以降低了所述防护杆2意外脱落所述插孔40的风险。
在一些实施例中，所述第一定形环1和所述第二定形环4均为圆环形，且所述第一定形环1的直径大于所述第二定形环4的直径，便于笼式保护罩形成球形，同时确保底部平坦，能够立于常规平面。
请参考图5，第二方面，本发明提供了一种用于封闭复杂环境的无人机使用方法，包括步骤：
S1，通过控制终端60发送信号给第一无人机50的信号接收模块，以控制第一无人机50进入作业区域；
S2，第一无人机50的信号检测模块对控制终端60与信号接收模块之间的信号强度进行检测，信号强度高于设定阀值，遵循控制信号第一无人机50继续飞行，第一无人机50采集周围图像信息，图像信息传回控制终端60，操作人员结合图像信息控制飞行，并完成三维建模等任务；
S3，信号检测模块检测到信号强度低于设定阀值，向控制终端60警告，操作人员通过控制终端60发送停飞落地指令，控制终端60记录第一无人机50的飞行距离，该第一无人机50停止行进，并作为中继站通过第一无人机50的信号发送模块传递控制终端60的信号，第一无人机50作为中继站传递控制信号、图像信息等；
S4，通过控制终端60发送信号给第一无人机50和/或第二无人机51的信号接收模块，第二无人机51起飞，操作人员结合第一无人机50的飞行距离，控制第二无人机51飞行速度，控制第二无人机51进入作业区域。
在一些实施例中，所述第一无人机50在作为中继站的过程中原地降落到地面，以便于节省电力。
在一些实施例中，还包括多组无人机以S1～S4的步骤与所述第一无人机50和第二无人机51进行组网，即通过多台无人机之间的组网，以接力的方式，将数据从任意一个无人机传输到另外一个无人机，确保了图传和控制信号的稳定传输，提高了在封闭复杂环境的作业范围。
信号中继技术方案：通过ZigBee协议能够支持自动添加网络节点和退出网络节点的功能。本方案的信号传输采用ZigBee协议，实现自动信号中继的功能。通过无人机充当相应的网络节点，无人机利用ZigBee网络将飞行任务和飞行参数发送到服务端。无人机可以有多种飞行策略，按照任意一种既定策略飞行，飞行过程中与其他无人机通过服务端与ZigBee网络建立数据通道。无人机接受服务端根据数据通道生产的指令信息选择飞行策略。利用ZigBee网络中的通讯模块在多个无人机之间相互协调实现通讯，这些通讯模块可以以接力的方式，将数据从任意一个无人机传输到另外一个无人机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于封闭复杂环境的无人机，其特征在于，包括机架、控制器、动力装置、中继装置、摄像头以及笼式保护罩；
所述机架中心设置有主平台，所述主平台向外分别延伸设置有多个支架，所述支架上设置有附平台；
所述控制器和所述中继装置设置在所述主平台上，所述控制器用于控制所述动力装置的动作，所述中继装置用于发送和接收信号；
所述动力装置设置在所述附平台上，所述动力装置用于对无人机提供动力；
所述笼式保护罩设置在所述机架外，并与所述支架连接；
所述摄像头设置在所述笼式保护罩内，所述摄像头用于采集图像信息。
2.根据权利要求1所述的一种用于封闭复杂环境的无人机，其特征在于：所述中继装置集成设置有信号接收模块、信号发送模块以及信号检测模块。
3.根据权利要求1所述的一种用于封闭复杂环境的无人机，其特征在于：所述笼式保护罩包括第一定形环、防护杆、固定卡扣以及第二定形环，所述第一定形环上环形阵列设置有多个供所述防护杆穿过的通孔，所述固定卡扣设置在所述第一定形环正上方，所述固定卡扣上设置有多个供所述防护杆嵌入的卡槽，且所述卡槽在所述固定卡扣中心相互贯通，所述第二定形环设置在所述第一定形环正下方，所述第二定形环上环形阵列设置有多个供所述防护杆插入的插孔，所述防护杆两端分别穿过所述第一定形环上位于对角位置的两所述通孔并与所述第二定形环上位于对角位置的两所述插孔连接，所述防护杆的中部在所述固定卡扣上交汇并通过所述卡槽进行固定，多个所述防护杆通过弯曲形成所述笼式保护罩。
4.根据权利要求3所述的一种用于封闭复杂环境的无人机，其特征在于：所述防护杆为碳纤维棒，所述防护杆共有四根。
5.根据权利要求4所述的一种用于封闭复杂环境的无人机，其特征在于：所述卡槽包括容纳空间和卡口，所述容纳空间的宽度与所述防护杆的直径相匹配，所述容纳空间的高度与四根所述防护杆的叠加高度相匹配，所述卡口设置在所述容纳空间的底部，且所述卡口的宽度小于所述防护杆的直径。
6.根据权利要求3所述的一种用于封闭复杂环境的无人机，其特征在于：所述插孔水平设置在所述第二定形环的侧面。
7.根据权利要求3所述的一种用于封闭复杂环境的无人机，其特征在于：所述第一定形环和所述第二定形环均为圆环形，且所述第一定形环的直径大于所述第二定形环的直径。
8.一种用于封闭复杂环境的无人机使用方法，其特征在于，包括步骤：
S1，通过控制终端发送信号给第一无人机的信号接收模块，以控制第一无人机进入作业区域；
S2，第一无人机的信号检测模块对控制终端与信号接收模块之间的信号强度进行检测；
S3，信号检测模块检测到信号强度低于设定阀值，该第一无人机停止行进，并作为中继站通过第一无人机的信号发送模块传递控制终端的信号；
S4，通过控制终端发送信号给第一无人机和/或第二无人机的信号接收模块，控制第二无人机进入作业区域。
9.根据权利要求8所述的一种用于封闭复杂环境的无人机使用方法，其特征在于：所述第一无人机在作为中继站的过程中原地降落到地面。
10.根据权利要求8所述的一种用于封闭复杂环境的无人机使用方法，其特征在于：还包括多组无人机以S1～S4的步骤与所述第一无人机和第二无人机进行组网。
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