CN204822072U

CN204822072U - 具有消防侦察功能的多旋翼无人机飞行器

Info

Publication number: CN204822072U
Application number: CN201520487416.0U
Authority: CN
Inventors: 贺勇; 雷锦涛; 曹操
Original assignee: Hubei Mechanical And Electrical And Design Institute Co Ltd
Current assignee: Beijing Yong Chuang Technology Co., Ltd.
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2025-07-09

Abstract

本实用新型公开了一种具有消防侦察功能的多旋翼无人机飞行器，六支机臂与机架构成多旋翼无人机飞行器系统的机体框架，电机与电子调速器连接以控制螺旋桨叶的转速，起落架用于飞行起降时的稳定着陆，无人机飞行控制系统用于实现稳定的姿态控制，传感器与无人机飞行控制系统连接，小型控制计算机与激光测距传感器通讯连接，对激光测距传感器传输的信号进行处理，将处理后的信号输入至无人机飞行控制系统中，用于实现室内的三维位置和姿态控制，高清摄像头与图像传输装置相连，用于采集环境的视频图像，图像传输装置用于将视频图像的信号传输至地面站装置，实现实时观测。其有益效果是：可代替人工在消防现场进行信息侦察、信息采集、人员搜救等工作。具有复杂环境下自主飞行、自动实时侦察、自动壁障、保护人身安全、远程监控、远程实时通讯、数据可保存回放以便于分析总结等优点。

Description

具有消防侦察功能的多旋翼无人机飞行器

技术领域

本实用新型涉及消防侦察领域，特别是涉及一种具有消防侦察功能的多旋翼无人机飞行器。

背景技术

在当前的消防侦察中，由于突发事故的不可预测和难以控制性，给消防救援工作带来了极大的困难，并且会危及消防人员自身安全，这已成为现代火灾扑救的难点之一。为了更好的解决这一难题，消防无人机应运而生，科技的不断进步也使得消防无人机的作用日益增强，在救援工作中的成效也越来越重要。消防无人机能代替消防救援人员遥控进入易燃易爆、有毒有害和易坍塌的建筑物内，大型仓库，缺氧、浓烟等室内外危险灾害现场进行侦察、采集、处理和实时传输现场图像、语音、有毒气体种类、可燃气体浓度、现场温度、辐射热等数据信息，有效地解决消防人员在上述场所面临的人身安全、可持续侦察时间短、数据采集量不足和不能实时反馈信息等问题。

而目前的消防无人机大部分采用的是GPS卫星定位系统，在有GPS信号的室外危险灾害现场时可以实现实时监测和定点监测，完成消防侦察任务。但在室内或无GPS信号的环境时无法实现定位功能，难以有效稳定的持续飞行，进而无法完成消防侦察任务。因此，如何在室内外、复杂环境下均可通过精确定位实现消防无人机的自主飞行和实时监测，是一个重要课题。

实用新型内容

本实用新型的任务在于为了解决上述问题而提供一种能自主完成复杂环境下的消防侦察任务的多旋翼无人机飞行器。

为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

本实用新型所述具有消防侦察功能的多旋翼无人机飞行器，包括机架、机臂、电池、螺旋桨叶、驱动螺旋桨叶转动的电机、电子调速器、起落架、无人机飞行控制系统、传感器、激光测距传感器、小型控制计算机、高清摄像头、图像传输装置和地面站装置；其中，所述电机和所述电子调速器均安装在所述机臂上；所述机臂与所述机架相连构成所述多旋翼无人机飞行器的机体框架；所述螺旋桨叶安装在所述电机上，同时所述电机与所述电子调速器连接；所述起落架安装在所述机架的下部；所述传感器与所述无人机飞行控制系统的通讯接口对应连接；所述激光测距传感器与所述小型控制计算机通讯连接，所述小型控制计算机与所述无人机飞行控制系统连接；所述高清摄像头与所述图像传输装置相连。

为了实现室内的精确三维位置控制，所述激光测距传感器包括安装在机架水平方向的激光测距传感器一和安装在机架下部向下方向的激光测距传感器二；所述激光测距传感器一与所述激光测距传感器二均与所述小型控制计算机连接。所述激光测距传感器的检测范围可达270°。

进一步，所述高清摄像头包括向上方向的摄像头一，水平方向的摄像头二和向下方向的摄像头三；其中，所述向上方向的摄像头一和所述水平方向的摄像头二位于所述机架的上部，所述向下方向的摄像头三位于所述机架的下部。可同时获取上方、前方和下方的视频图像。

具体的，所述传感器包括9自由度姿态传感器、GPS传感器、气压传感器、环境温湿度传感器、气体浓度传感器。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型所述多旋翼无人机飞行器可代替人工在消防现场进行信息侦察、信息采集、人员搜救等工作。具有复杂环境下自主飞行、自动实时侦察、自动壁障、保护人身安全、远程监控、远程实时通讯、数据可保存回放以便于分析总结等优点。具体表现为：

1.本实用新型所述多旋翼无人机飞行器在室外和室内均可实现自主飞行，并实现精确的三维位置和姿态控制。在室外可采用GPS导航定位实现快速且准确地飞抵目标地点，在室内、缺失GPS信号的环境时，可采用基于SLAM算法的激光测距定位系统，完成在室内、缺失GPS信号的环境内的自主飞行，避免了复杂环境的消防现场无法监测的困难。

2.本实用新型所述多旋翼无人机飞行器可代替人工在复杂危险环境下进行信息侦察和信息采集，无需人员进入危险的消防现场，不存在危险环境内的人身安全问题。

3.本实用新型所述多旋翼无人机飞行器可通过所述向上方向的摄像头一、所述水平方向的摄像头二、所述向下方向的摄像头三同时采集上方、前方和下方的视频图像，可避免观测死角情况的出现，实时监测消防现场内的火情情况、定位火情位置，为后续的决策提供可靠的信息。

4.本实用新型所述多旋翼无人机飞行器可通过所述传感器实时检测消防现场内的可燃、有毒有害的特征气体的浓度，可及时对消防现场内的危险情况予以警报。

附图说明

图1是本实用新型多旋翼无人机飞行器系统的结构示意图；

图2是GPS导航定位控制方框图；

图3是基于SLAM算法的激光测距定位控制方框图；

图4是实时图像传输系统的方框图；

图5是环境温湿度和气体浓度报警系统的方框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步具体描述：

如图1-5所示，本实用新型所述多旋翼无人机飞行器包括电池（图1中未示出）、螺旋桨叶1、驱动螺旋桨叶转动的电机2、电子调速器3、机臂4、起落架5、向下方向的激光测距传感器二6、向下方向的摄像头三7、机架8、无人机飞行控制系统9、小型控制计算机10、传感器11、向上方向的摄像头一12、水平方向的摄像头二13、水平方向的激光测距传感器一14、控制中心外壳15、图像传输装置16、地面站装置（图1中未示出）。其中，螺旋桨叶1安装于电机2上，电机2与电子调速器3相连，电机2安装于机臂4上，电子调速器3安装于机臂4内，机臂4与机架8通过连接装置（图1中未示出，采用常规的航插装置即可）构成本实用新型所述多旋翼无人机飞行器的机体框架，机臂4一共六支，无人机飞行控制系统9和传感器11均安装于控制中心外壳15的内部，传感器11与无人机飞行控制系统9的通讯接口对应连接，小型控制计算机10和图像传输装置16安装于控制中心外壳15外部的两侧，小型控制计算机10与无人机飞行控制系统9相连实现本实用新型多旋翼无人机飞行器系统的姿态控制和位置控制，起落架5安装于机架8的下部，向上方向的摄像头一12、水平方向的摄像头二13和水平方向的激光测距传感器一14安装于控制中心外壳15的上部，相对的，向下方向的摄像头三7和向下方向的激光测距传感器二6安装在起落架8上，向上方向的摄像头一12、水平方向的摄像头二13和向下方向的摄像头三7与图像传输装置16连接，图像传输装置16通过无线通讯将视频信号传输至地面站装置（图1中未示出），向下方向的激光测距传感器二6和水平方向的激光测距传感器一14与小型控制计算机10连接。向上方向的摄像头一12、水平方向的摄像头二13和向下方向的摄像头三7分别用于采集上方、前方和下方的视频图像，水平方向的激光测距传感器一14用于探测四周的环境和障碍物，向下方向的激光测距传感器二6用于探测本实用新型多旋翼无人机飞行器系统的飞行高度。

上述结构中，传感器11包括一个9自由度姿态传感器、一个GPS传感器、一个气压传感器、一个环境温湿度传感器和多个气体浓度传感器，应用中根据需要确定种类和个数。9自由度姿态传感器用于获取本实用新型多旋翼无人机飞行器系统在飞行过程中的三轴姿态角和加速度信息，GPS传感器用于在室外飞行时实现导航定位，气压传感器用于获取在室外飞行时的当前气压值并获取高度信息，环境温湿度传感器用于获取消防现场的当前温湿度信息，气体浓度传感器用于获取消防现场的当前可燃、有毒有害的特征气体的浓度信息，特征气体包括CO、CO₂、HCl、H₂S、CH₄及其他可燃气体。

本实用新型多旋翼无人机飞行器系统在室外、有GPS信号环境和室内、无GPS信号环境均可实现自主飞行，分别通过GPS卫星定位系统和室内基于SLAM算法的激光测距定位系统实现精确的位置控制。以下将从室外飞行和室内飞行分别具体说明本实用新型多旋翼无人机飞行器系统的工作过程。

参看图2，在室外，有GPS信号环境下，本实用新型多旋翼无人机飞行器系统可通过GPS传感器接收GPS信号，获取当前的地理位置信息，通过9自由度姿态传感器获取当前姿态下的三轴姿态角和加速度信息，通过气压传感器获取当前的海拔高度信息，并通过与无人机飞行控制系统9连接，将以上的信息传输给无人机飞行控制系统9。操作人员通过地面站装置向无人机飞行控制系统9输出飞行指令，飞行指令包括目标地点的地理位置信息、海拔高度信息和预先设定的速度信息，无人机飞行控制系统9将目标地点的各类参数与传感器11获取的各类数据信息运行控制算法进行计算，得出电机2所需的转速并将速度信号传输给电机2，实现本实用新型多旋翼无人机飞行器系统的室外、有GPS信号环境下的自主控制飞行。

参看图3，在室内、无GPS信号环境内飞行时，本实用新型多旋翼无人机飞行器系统采用基于SLAM算法的激光测距定位系统，通过水平方向的激光测距传感器一14和向下方向的激光测距传感器二6获取无人机的位置信息和高度信息，通过9自由度姿态传感器获取当前姿态下的三轴姿态角及加速度信息，以这两部分信息作为输入，通过小型控制计算机10运行SLAM算法获取无人机的三维位置和姿态信息，采用上述算法获得的三维位置和姿态信息作为反馈量，传输至无人机飞行控制系统9，同时，操作人员通过地面站装置向无人机飞行控制系统9输出飞行指令，无人机飞行控制系统9将飞行指令的各类参数与作为反馈的三维位置和姿态信息运行控制算法进行计算，得出电机2所需的转速并将速度信号传输给电机2，实现本实用新型多旋翼无人机飞行器系统在室内，无GPS信号环境的自主控制飞行。

参看图4，通过向上方向摄像头一12、水平方向的摄像头二13和向下方向的摄像头三7获取周围环境的视频图像信息，通过图像传输装置16对视频图像信息进行处理后，将处理过的视频图像信息传送至地面站装置。在地面站装置中可通过向上方向的摄像头一12、水平方向的摄像头二13和向下方向的摄像头三7同时观测到本实用新型多旋翼无人机飞行器系统的上方、前方和下方的视频图像。

参看图5，本实用新型多旋翼无人机飞行器系统在消防现场内飞行时，通过环境温湿度传感器和各气体浓度传感器（CO气体浓度传感器、CO₂气体浓度传感器、HCl气体浓度传感器、H₂S气体浓度传感器、CH₄气体浓度传感器、环境温湿度传感器等）获取环境内温湿度信息和各类可燃、有毒有害的特征气体的浓度信息，此类特征气体包括了CO、CO₂、HCl、H₂S、CH₄及其他可燃气体。获取到的温湿度信息和特征气体浓度信息实时传输至小型控制计算机10，小型控制计算10根据预先设置的报警值，对环境内的温湿度和特征气体浓度进行实时监测，对特征气体浓度进行分级报警，报警信息通过无线传输至地面站装置。

上面所述的实施方法仅仅是对本实用新型的优选实施方法进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计方案前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims

1.一种具有消防侦察功能的多旋翼无人机飞行器，其特征在于：包括机架、机臂、电池、螺旋桨叶、驱动螺旋桨叶转动的电机、电子调速器、起落架、无人机飞行控制系统、传感器、激光测距传感器、小型控制计算机、高清摄像头、图像传输装置和地面站装置；其中，所述电机和所述电子调速器均安装在所述机臂上；所述机臂与所述机架相连构成所述多旋翼无人机飞行器的机体框架；所述螺旋桨叶安装在所述电机上，同时所述电机与所述电子调速器连接；所述起落架安装在所述机架的下部；所述传感器与所述无人机飞行控制系统的通讯接口对应连接；所述激光测距传感器与所述小型控制计算机通讯连接，所述小型控制计算机与所述无人机飞行控制系统连接；所述高清摄像头与所述图像传输装置相连。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机飞行器，其特征在于：所述激光测距传感器包括安装在机架水平方向的激光测距传感器一和安装在机架下部向下方向的激光测距传感器二；所述激光测距传感器一与所述激光测距传感器二均与所述小型控制计算机连接。

3.根据权利要求1或2所述的多旋翼无人机飞行器，其特征在于：所述高清摄像头包括向上方向的摄像头一，水平方向的摄像头二和向下方向的摄像头三；其中，所述向上方向的摄像头一和所述水平方向的摄像头二位于所述机架的上部，所述向下方向的摄像头三位于所述机架的下部。

4.根据权利要求1或2所述的多旋翼无人机飞行器，其特征在于：所述传感器包括9自由度姿态传感器、GPS传感器、气压传感器、环境温湿度传感器、气体浓度传感器。