CN206258735U - 基于多无人机的多维空中演示系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于无人机领域，具体提供了一种基于多无人机的多维空中演示系统。本实用新型旨在解决现有基于多无人机的空中演示系统成本昂贵、维护复杂、可扩展能力差、主要面向军用市场的问题。本实用新型的基于多无人机的多维空中演示系统包括多功能地面工作站、集群通信子系统、智能机场和无人机群。单个多旋翼无人机能在三维空间中的一定范围内变化位置且具有防撞功能，能携带灯光、拉烟等演示用载荷。无人机群可根据演出需要组成各种形状并随时间变换，配合协调运动能力和地面音乐，形成多维表达能力，满足空中表演需求。本实用新型的技术方案采用的部件均为市场大量生产和使用的电子、机械设备，可靠性高，成本低，且机械结构简单，容易维护。
Description
技术领域
本实用新型属于无人机领域，具体提供一种基于多无人机的多维空中演示系统。
背景技术
基于多无人机的空中演示系统具有多维表达能力，无人机群中的每一个无人机能够在三维空间中的一定范围内变化位置，若以时间作为一个维度，兼以无人机群的协调运动能力和地面音乐的配合，基于多无人机的空中演示系统具有大于四维的多维表达能力。这种革命性的表现方式具有大空间范围、强表现力，加上其本身的高科技背景，毋庸置疑，基于多无人机的多维空中演示系统具有无与伦比的“吸睛”能力，是一种给人无穷想象的新形式，将对传统的二维平面宣传方式产生巨大的冲击。
近年来，随着电子技术、计算机技术、传感器技术、电机技术、多机协同编队技术及控制理论的迅猛发展，为基于多无人机的空中演示系统的实现扫除了障碍。2016年在全世界范围已经出现了多无人机表演。然而，已有的多无人机表演的例子多侧重于无人机本身，更多的是用以表现无人机的技术水平，面向目标多是军用市场，成本昂贵、维护复杂、可扩展能力比较差。
相应地，本领域需要一种新的基于多无人机的多维空中演示系统来解决上述问题。
实用新型内容
为了解决现有的基于多无人机的空中演示系统成本昂贵、维护复杂、可扩展能力差、主要面向军用市场的问题，本实用新型提供了一种基于多无人机的多维空中演示系统，所述多维空中演示系统包括无人机群，所述多维空中演示系统还包括设置在地面的多功能地面工作站、集群通信子系统和智能机场，所述多功能地面工作站通过所述集群通信子系统与所述无人机群通信并控制所述无人机群在空中的演示操作，所述智能机场用于所述无人机群的起飞、降落、自动充电管理和故障诊断，所述多功能地面工作站与所述智能机场通信并管理所述智能机场。
在上述基于多无人机的多维空中演示系统中，所述多功能地面工作站包括遥控器，所述遥控器用于手动控制所述无人机群；所述多功能地面工作站还包括地面工作站电源，所述地面工作站电源用于给所述多功能地面工作站供电；所述多功能地面工作站还包括图传电台，所述图传电台用于接收所述无人机群发送过来的图像和视频信息。
在上述基于多无人机的多维空中演示系统中，所述多功能地面工作站还包括智能机场管理模块，所述智能机场管理模块与所述智能机场通信并管理所述智能机场；所述多功能地面工作站还包括地面计算机，所述地面计算机连接并控制所述遥控器、所述图传电台、所述智能机场管理模块和所述集群通信子系统。
在上述基于多无人机的多维空中演示系统中，所述无人机群包括至少一架多旋翼无人机，所述多旋翼无人机包括下列部件：GPS天线、螺旋桨、电机、电机支架、起落架横杆、起落架、飞控子系统、全彩灯和摄像头；所述GPS天线安装在所述多旋翼无人机的顶部，用于接收GPS信号，以完成所述多旋翼无人机的实时定位；所述电机支架固定在所述多旋翼无人机的机身上，用于安装所述电机；所述螺旋桨安装在所述电机上，并由所述电机驱动旋转，产生升力；所述起落架安装在所述多旋翼无人机的底部，用于起飞、降落时产生缓冲和保护作用；所述起落架横杆安装在所述起落架上，用于保持所述多旋翼无人机降落到地面时的稳定；所述飞控子系统安装在所述多旋翼无人机的机身内，用于控制所述多旋翼无人机的飞行和安装在所述多旋翼无人机的机身底部的所述全彩灯的颜色，并且能够控制所述摄像头的操作；所述摄像头安装在所述多旋翼无人机的机身底部，用于采集图像和视频信息。
在上述基于多无人机的多维空中演示系统中，所述飞控子系统包括飞控中央处理器和与所述飞控中央处理器相连并受所述飞控中央处理器控制的飞控图传电台、飞控数传电台、GPS模块、遥控接收机、灯光控制器、多路电调、气压高度计、三轴加速度计及三轴陀螺仪、三轴地磁计、飞控电源和所述摄像头；所述飞控图传电台将所述飞控中央处理器接收到的所述摄像头采集的图像和视频信息发送给所述图传电台；所述飞控数传电台将所述多旋翼无人机的状态信息通过所述集群通信子系统发送给所述多功能地面工作站，并将接收到的所述多功能地面工作站发送的控制指令发送给所述飞控中央处理器；所述GPS模块接收所述GPS天线发送的GPS信号并计算出所述多旋翼无人机的位置信息；所述遥控接收机接收所述遥控器的手动遥控信号，从而能够手动控制所述多旋翼无人机；所述灯光控制器接收所述飞控中央处理器的指令来控制所述全彩灯发出相应颜色的光；所述多路电调根据所述飞控中央处理器发送的指令来控制所述电机的工作状态和转速；所述气压高度计用于测量大气压力和环境温度，从而计算出所述多旋翼无人机的海拔高度并发送给所述飞控中央处理器；所述三轴加速度计及三轴陀螺仪用于测量所述多旋翼无人机的三轴加速度和三轴旋转速率并发送给所述飞控中央处理器；所述三轴地磁计用于测量所述多旋翼无人机的三轴分量并传送给所述飞控中央处理器，所述飞控中央处理器通过卡尔曼滤波法计算出所述多旋翼无人机的姿态；所述飞控电源用于给所述飞控子系统供电。
本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的技术方案中，所述多维空中演示系统包括布置在地面的多功能地面工作站、集群通信子系统和智能机场以及飞行在空中的无人机群。其中，多功能地面工作站通过集群通信子系统与无人机群通信，并且管理智能机场。智能机场可根据无人机群的多旋翼无人机的数量选择相应数量的单元布置在地面上，用于无人机群的起飞和降落，具有起飞/降落引导、自动充电管理和故障诊断等功能。每一个多旋翼无人机能够在三维空间中的一定范围内变化位置且具有防撞功能，能够携带灯光、拉烟等演示用载荷。无人机群可以根据演出需要组合成各种形状并随时间变换，配合协调运动能力和地面音乐，形成多维表达能力，从而满足空中表演需求，其应用市场除军用外，也适用于广告业、晚会灯光演示等民用场合。本实用新型的技术方案采用的部件均为市场大量生产和使用的电子、机械设备，可靠性高，成本低，且机械结构简单，容易维护。
附图说明
图1是本实用新型的基于多无人机的多维空中演示系统的示意图。
图2是本实用新型的多功能地面工作站的结构框图。
图3是本实用新型的无人机群的多旋翼无人机的结构示意图。
图4是本实用新型的多旋翼无人机的飞控子系统的机构框图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。例如，尽管说明书中是结合全彩灯来描述的，但是，本实用新型显然可以根据需要采用其它各种形式的空中演示载荷，例如拉烟。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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实用新型的限制。
此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1所示，本实用新型的基于多无人机的多维空中演示系统包括布置在地面的多功能地面工作站1、集群通信子系统2和智能机场3以及飞行在空中的无人机群4。其中，多功能地面工作站1通过集群通信子系统2与无人机群4通信，并且管理智能机场3。智能机场3可根据无人机群4的多旋翼无人机41的数量选择相应数量的单元布置在地面上，用于无人机群4的起飞和降落，具有起飞/降落引导、自动充电管理和故障诊断等功能。每一个多旋翼无人机41能够在三维空间中的一定范围内变化位置且具有防撞功能，能够携带灯光、拉烟等演示用载荷。无人机群4可以根据演出需要组合成各种形状并随时间变换，配合协调运动能力和地面音乐，形成多维表达能力。
如图2所示，多功能地面工作站1包括地面工作站电源15、地面计算机13、遥控器11、图传电台12和智能机场管理模块14。地面工作站电源15给整个多功能地面工作站1供电。地面计算机13与遥控器11通信，通过遥控器11手动控制无人机群4，在特殊情况下用户能够使用遥控器11控制相应的多旋翼无人机41。图传电台12接收无人机群4发送来的图像、视频等信息，并传送给地面计算机13。智能机场管理模块14接收地面计算机13的指令，从而控制智能机场3，并将智能机场3的状态信息反馈给地面计算机13。地面计算机13还通过集群通信子系统2与无人机群4通信，从而实现对无人机群4的监测和控制，实现空中灯光、图像、视频和拉烟等演示功能。
关于多功能地面工作站1，需要指出的是，图1中以地面计算机13作为代表对其进行了图示，但是，图1仅仅是示意性的，如上所述，多功能地面工作站1还包括地面工作站电源15、遥控器11、图传电台12和智能机场管理模块14。此外，关于集群通信子系统2，尽管图1中以路由器的形式对其进行了图示，但是集群通信子系统2显然不局限于这种具体形式，其也可以采用其他任何适当的形式。
如图3所示，多旋翼无人机41包括GPS天线411、螺旋桨412、电机413、电机支架414、起落架横杆415、起落架416、飞控子系统41、全彩灯418和摄像头419。GPS天线411安装在多旋翼无人机41的顶部，用于接收GPS信号，以完成多旋翼无人机41的实时定位。电机支架414固定在多旋翼无人机41的机身上，用于安装电机413。螺旋桨412安装在电机413上，并由电机413驱动旋转，产生升力。每一个电机413驱动一个螺旋桨412。起落架416安装在多旋翼无人机41的底部，用于起飞、降落时产生缓冲和保护作用。起落架横杆415安装在起落架416上，用于保持多旋翼无人机41降落到地面时的稳定性。飞控子系统417安装在多旋翼无人机41的机身内，用于控制多旋翼无人机41的飞行和安装在多旋翼无人机41的机身底部的全彩灯418的颜色，并且能够控制摄像头419的操作。摄像头419安装在多旋翼无人机41的机身底部，用于采集图像和视频信息。
如图4所示，飞控子系统417包括飞控中央处理器4175，飞控中央处理器4175连接并控制下列部件：飞控图传电台4171、飞控数传电台4172、GPS模块4173、遥控接收机4174、灯光控制器4176、多路电调4177、气压高度计4178、三轴加速度计及三轴陀螺仪4179、三轴地磁计417A、飞控电源417B和摄像头419。其中，飞控图传电台4171将飞控中央处理器4175接收到的摄像头419采集的图像和视频信息发送给图传电台12；飞控数传电台4172将多旋翼无人机41的状态信息通过集群通信子系统2发送给多功能地面工作站1，并将接收到的多功能地面工作站1发送的控制指令发送给飞控中央处理器4175；GPS模块4173接收GPS天线411发送的GPS信号并计算出多旋翼无人机41的位置信息；遥控接收机4174接收遥控器11的手动遥控信号，从而能够手动控制多旋翼无人机41；灯光控制器4176接收飞控中央处理器4175的指令来控制全彩灯418发出相应颜色的光；多路电调4177根据飞控中央处理器4175发送的指令来控制无刷电机413的工作状态和转速；气压高度计4178用于测量大气压力和环境温度，从而计算出多旋翼无人机41的海拔高度并发送给飞控中央处理器4175；三轴加速度计及三轴陀螺仪4179用于测量多旋翼无人机41的三轴加速度和三轴旋转速率并发送给飞控中央处理器4175；三轴地磁计417A用于测量多旋翼无人机41的三轴分量并传送给飞控中央处理器4175，飞控中央处理器4175通过卡尔曼滤波法计算出多旋翼无人机41的姿态；飞控电源417B用于给整个飞控子系统供电417。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于多无人机的多维空中演示系统，所述多维空中演示系统包括无人机群，
其特征在于，所述多维空中演示系统还包括设置在地面的多功能地面工作站、集群通信子系统和智能机场，所述多功能地面工作站通过所述集群通信子系统与所述无人机群通信并控制所述无人机群在空中的演示操作，所述智能机场用于所述无人机群的起飞、降落、自动充电管理和故障诊断，所述多功能地面工作站与所述智能机场通信并管理所述智能机场。
2.根据权利要求1所述的基于多无人机的多维空中演示系统，其特征在于，所述多功能地面工作站包括遥控器，所述遥控器用于手动控制所述无人机群；
所述多功能地面工作站还包括地面工作站电源，所述地面工作站电源用于给所述多功能地面工作站供电；
所述多功能地面工作站还包括图传电台，所述图传电台用于接收所述无人机群发送过来的图像和视频信息。
3.根据权利要求2所述的基于多无人机的多维空中演示系统，其特征在于，所述多功能地面工作站还包括智能机场管理模块，所述智能机场管理模块与所述智能机场通信并管理所述智能机场；
所述多功能地面工作站还包括地面计算机，所述地面计算机连接并控制所述遥控器、所述图传电台、所述智能机场管理模块和所述集群通信子系统。
4.根据权利要求3所述的基于多无人机的多维空中演示系统，其特征在于，所述无人机群包括至少一架多旋翼无人机，所述多旋翼无人机包括下列部件：GPS天线、螺旋桨、电机、电机支架、起落架横杆、起落架、飞控子系统、全彩灯和摄像头；
所述GPS天线安装在所述多旋翼无人机的顶部，用于接收GPS信号，以完成所述多旋翼无人机的实时定位；
所述电机支架固定在所述多旋翼无人机的机身上，用于安装所述电机；
所述螺旋桨安装在所述电机上，并由所述电机驱动旋转，产生升力；
所述起落架安装在所述多旋翼无人机的底部，用于起飞、降落时产生缓冲和保护作用；
所述起落架横杆安装在所述起落架上，用于保持所述多旋翼无人机降落到地面时的稳定；
所述飞控子系统安装在所述多旋翼无人机的机身内，用于控制所述多旋翼无人机的飞行和安装在所述多旋翼无人机的机身底部的所述全彩灯的颜色，并且能够控制所述摄像头的操作；
所述摄像头安装在所述多旋翼无人机的机身底部，用于采集图像和视频信息。
5.根据权利要求4所述的基于多无人机的多维空中演示系统，其特征在于，所述飞控子系统包括飞控中央处理器和与所述飞控中央处理器相连并受所述飞控中央处理器控制的飞控图传电台、飞控数传电台、GPS模块、遥控接收机、灯光控制器、多路电调、气压高度计、三轴加速度计及三轴陀螺仪、三轴地磁计、飞控电源和所述摄像头；
所述飞控图传电台将所述飞控中央处理器接收到的所述摄像头采集的图像和视频信息发送给所述图传电台；
所述飞控数传电台将所述多旋翼无人机的状态信息通过所述集群通信子系统发送给所述多功能地面工作站，并将接收到的所述多功能地面工作站发送的控制指令发送给所述飞控中央处理器；
所述GPS模块接收所述GPS天线发送的GPS信号并计算出所述多旋翼无人机的位置信息；
所述遥控接收机接收所述遥控器的手动遥控信号，从而能够手动控制所述多旋翼无人机；
所述灯光控制器接收所述飞控中央处理器的指令来控制所述全彩灯发出相应颜色的光；
所述多路电调根据所述飞控中央处理器发送的指令来控制所述电机的工作状态和转速；
所述气压高度计用于测量大气压力和环境温度，从而计算出所述多旋翼无人机的海拔高度并发送给所述飞控中央处理器；
所述三轴加速度计及三轴陀螺仪用于测量所述多旋翼无人机的三轴加速度和三轴旋转速率并发送给所述飞控中央处理器；
所述三轴地磁计用于测量所述多旋翼无人机的三轴分量并传送给所述飞控中央处理器，所述飞控中央处理器通过卡尔曼滤波法计算出所述多旋翼无人机的姿态；
所述飞控电源用于给所述飞控子系统供电。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant |