CN207974609U - 一种无人机遮阳飞蓬 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机遮阳飞蓬，其适用于烈日条件下某些重要露天活动，对重要的目标对象(人或物)遮阳。本实用新型中的遮阳飞蓬包括遮阳飞蓬主体，视觉系统和控制系统。其中，遮阳飞蓬主体具有一种带有对风尾舵的流线形结构，能够自动对准风向，获得向上空气推力。所述的视觉系统及时获取飞蓬的阴影位置和目标对象位置，用于形成控制系统的偏差；所述的控制系统，包括地面控制系统、九轴传感器、超声波传感器、主控制器和无线通讯模块。本实用新型无人机遮阳飞蓬能够借助风力和太阳能辅助飞行，通过视觉系统识别处理和控制系统对遮阳飞蓬阴影和目标对象位置的偏差处理调整实现对目标对象的遮阳飞行。

Description

一种无人机遮阳飞蓬

技术领域

本实用新型涉及一种遮阳装置，特别是指一种无人机遮阳飞蓬。

背景技术

由于气候变化，目前炎热天气逐渐变多，特别是夏天高温天气，紫外线照射非常强烈，使得人类的户外活动受到较大的限制。针对这类问题，本实用新型提供一种无人机遮阳飞蓬，以解决大型露天活动、或某些重要场合的人或物的全方位遮阳问题。

目前，已有的遮阳技术主要采用与建筑结构连接的固定式遮阳结构，或者小型移动式遮阳伞状结构，缺乏具有主动遮阳能力的遮阳装置，本实用新型提供一种可实现自动跟踪的无人机遮阳飞蓬。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的问题而提供一种可自动跟踪目标物的遮阳飞蓬。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种无人机遮阳飞蓬，其包括：飞蓬主体、视觉系统及控制系统；

飞蓬主体包括俯视为五角形的支架及四架旋翼无人机，支架具有头部、左右侧翼和左右尾翼，左右侧翼与左右尾翼之间的顶面上设有一带风向标的对风尾舵，所述四架旋翼无人机设置在支架的左右侧翼和左右尾翼上；

视觉系统包括摄像头及图片信息提取单元，摄像头安装在飞蓬主体的支架底部，图片信息提取单元装设在飞蓬主体的支架上与摄像头连接，该图片信息提取单元上设置有无线通讯模块；

所述控制系统包括用以监测飞蓬姿态的九轴传感器、用以测量四架旋翼无人机飞行高度的超声波传感器、用以控制飞蓬主体的地面控制器、用以飞蓬主体与地面控制器之间数据传输与通讯的无线通讯模块、用以执行地面控制器指令及对自身状态进行评估的主控制器；所述九轴传感器是由三轴陀螺仪、三轴重力加速度计及三轴磁力计组合而成，该九轴传感器设置在飞蓬主体的支架上与主控制器连接，所述超声波传感器具有四个，对应设置在飞蓬主体的四架旋翼无人机上，各超声波传感器分别与主控制器连接，主控制器及地面控制器上分别设有所述无线通讯模块，主控制器具有一报警模块，该主控制器装设在飞蓬主体的支架上，且与摄像头、九轴传感器、超声波传感器及地面控制器连接，所述图片信息提取单元与地面控制器连接。

进一步，所述飞蓬主体的支架上装设有蓄电池，支架的顶面覆盖有薄膜太阳能电池，该薄膜太阳能电池与蓄电池连接。

进一步，飞蓬主体的支架底部靠后位置处设有一负载物区，所述主控制器、蓄电池、摄像头、九轴传感器、图像信息提取单元安装在该负载物区。

进一步，所述飞蓬主体的支架头部翘起一角度形成攻角，尾部扁平拖曳，整体呈流线型结构。

进一步，所述对风尾舵包括所述风向标、风杯及环形滑动变阻器，风向标及风杯分别通过一连杆连接在支架上，风向标的连杆下部设有连针，该连针末端指向环形滑动变阻器，构成环形滑动变阻器的滑动端，风杯的连杆经磁化处理，风杯连杆的底部设置有环形感应线圈。

进一步，所述九轴传感器的供电电路采用高精度的稳压模块。

本实用新型无人机遮阳飞蓬是在支架上装设四架旋翼无人机及对风尾舵，通过主控制器控制四架旋翼无人机使遮阳飞蓬实现各种飞行姿态，如上升、下降、跟踪、悬停等，利用九轴传感器实时监测遮阳飞蓬的姿态，利用对风尾舵测出遮阳飞蓬的风速及风向，当遮阳飞蓬起飞后，摄像头获得图像信息，并将图像信息发送给图像提取单元，图像提取单元通过无线通讯模块将图像信息传输给地面控制器，当飞蓬阴影区域和目标对象完全出现在图像中，由地面控制器选中图像中的阴影区域和目标对象，通过主控制器控制遮阳飞蓬的飞行模式，实现遮阳飞蓬的自动遮阳控制。本实用新型无人机遮阳飞蓬能够借助风力和太阳能辅助飞行，通过视觉系统识别处理和控制系统对遮阳飞蓬阴影和目标对象位置的偏差处理调整实现对目标对象的遮阳飞行。

附图说明

图1为本实用新型无人机遮阳飞蓬的俯视示意图。

图2为本实用新型无人机遮阳飞蓬的侧视示意图。

图3为本实用新型的图像中目标对象在遮阳飞蓬阴影内部的示意图。

图4为本实用新型无人机遮阳飞蓬系统组成结构示意图。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

如图1至图4所示，本实用新型揭示了一种无人机遮阳飞蓬100，其包括：飞蓬主体10、视觉系统20及控制系统30；

飞蓬主体10包括支架11及四架旋翼无人机12，支架11俯视成五角形，其具有头部111、左右侧翼112和左右尾翼113，左右侧翼112与左右尾翼113之间的顶面上设有一对风尾舵13，该支架11头部经过流线型设计，头部111翘起一定较小的合适角度，形成恰当的攻角，尾部扁平拖曳，整体呈流线型结构，在支架11底部靠后的位置处设置有一负载物区14，该结构可利用风对遮阳飞蓬100产生一个向上的浮力，减小遮阳飞蓬100的重量，降低四架旋翼无人机12的工作消耗功率，达到省电的目的。负载物区14具有一定的重量，使得遮阳飞蓬100在收到风力时，能够增加飞行的稳定性。

四架旋翼无人机12采用轻质的支撑连杆设置在支架11的左右侧翼112和左右尾翼113的尖端，该位置设置有利于遮阳飞蓬100的飞行控制和姿态调整。

所述对风尾舵13包括风向标131、风杯132和环形滑动变阻器133，风向标131及风杯132分别通过一连杆连接在支架11上，风向标131的连杆下部设有连针，该连针末端指向环形滑动变阻器133，构成滑动变阻器133的滑动端，该结构可确保风向标131指向迎风方向，风杯132的连杆经磁化处理，风杯132连杆的底部设置有环形感应线圈，风杯132在风力作用下将产生旋转，环形感应线圈在旋转磁场下将产生感应电动势，该信号微弱较难测量，因此，将其连接信号放大电路，以便将电压值调整到主控制器可测量的范围。经预先参数整定，可精确测量出风速和风向，利用事先测量的风速攻角曲线，更具风速计算攻角。

支架11的顶面覆盖有薄膜太阳能电池15，薄膜太阳能电池15产生的光电流经阻容电路转换为电压，经DC-DC升压电路转换为蓄电池16所需充电电压后与蓄电池16连接，可在遮阳飞行以及待机工作状态中，通过薄膜太阳能电池15可持续为蓄电池充电，增加遮阳飞蓬100的续航时间。蓄电池16安装在支架11的负载物区14。

视觉系统20包括摄像头21及图片信息提取单元22，摄像头21安装在飞蓬主体10支架11的底部，摄像头21可采用吸顶式摄像头，安装在负载物区14的下端，其镜头可自由旋转调整，可获得最全面的图像信息。

图片信息提取单元22装设在飞蓬主体10的支架11的负载物区14上与摄像头21连接，该图片信息提取单元22上设置有无线通讯模块。

所述控制系统30包括用以监测飞蓬姿态的九轴传感器31、用以测量四架旋翼无人机12飞行高度的四个超声波传感器32、用以控制飞蓬主体10的地面控制器33、用以飞蓬主体10与地面控制器33之间数据传输与通讯的无线通讯模块34、用以执行地面控制器33指令及对自身状态进行评估的主控制器35。

所述九轴传感器31是由三轴陀螺仪、三轴重力加速度计及三轴磁力计组合而成，该九轴传感器31设置在飞蓬主体10的支架11的负载物区14上与主控制器35连接，九轴传感器31实时监测遮阳飞蓬100的飞行姿态，包括飞行倾角和旋转角，并将数据回传至主控制器35，由主控制器35计算后得出遮阳飞蓬100所需的俯仰角、方位角及旋转角后，将数据传输给四架旋翼无人机12，此处所描述的是遮阳飞蓬100的角度，各个旋翼无人机12的角度则由各旋翼无人机12自带的控制器独立控制；当飞蓬姿势不在合理范围时，九轴传感器31会把信息即使反馈给主控制器35，主控制器根据反馈的信息控制四架旋翼无人机12进行回调，使飞蓬姿势回到稳定的状态。考虑到陀螺仪带来的温漂现象，本实用新型使用重力加速度计作为主要姿态测量传感器，并结合陀螺仪采回的数据进行多传感器件的参数融合，并参考磁力计数据确定当前的方位角。九轴传感器31的供电电路采用高精度的稳压模块单独供电，以便尽量降低电压纹波、噪声对角度测量带来的影响。

所述超声波传感器32具有四个，对应设置在飞蓬主体10的四架旋翼无人机12上，各超声波传感器32分别与主控制器35连接，超声波传感器32用以测量四架旋翼无人机12的飞行高度，四架旋翼无人机12同时起飞，超声波传感器32也同时开始工作，向地面发射超声波并接收反射的超声波，从而得到飞行高度信息，当高度到达指定高度(如20-30米)时，四架旋翼无人机12不再上升，在悬停状态和飞行调整过程中，通过超声波传感器32和主控制器35的控制，遮阳飞蓬100的高度将会保持合适的高度。

地面控制器33由操作人员控制，地面控制器33设有所述无线通讯模块34，通过无线通讯模块34与图像信息提取单元22及主控制器35实现数据的传输与通讯，遮阳飞蓬100的信息(如姿态信息、风速风向信息、图像信息、能耗信息等)通过图像信息提取单元22及主控制器35及时传给底面控制器，由操作人员去顶图像中飞蓬的阴影区域301及目标对象302，操作人员设定遮阳飞蓬100的工作模式，包括起飞、悬停遮阳模式、跟踪遮阳模式、迫降/下降。

起飞模式：遮阳飞蓬100位于目标对象附近，接收起飞指令后，主控控制器35控制四架旋翼无人机12向上飞行，上升过程中，结合对风尾舵13结构测风速和风向，主控控制器35通过四架旋翼无人机12调整飞蓬攻角和方向，使得飞蓬起飞过程始终处于迎风方向，获得迎风升力，减小电能消耗；图像信息提取单元22通过无线模块34传输给地面控制器，地面人员判断，当飞蓬阴影区域301和目标对象302出现完全出现在图像中，并达到适合高度，起飞完成，由地面控制器33选定图像中的阴影区域301和目标对象302；

悬停遮阳模式:接收悬停遮阳指令后，主控控制器35控制四架旋翼无人机在空中悬停，当目标对象302在阴影区域301内，调整并保持飞行姿态；当目标对象302在阴影区域301外，主控控制器35根据位置偏差调整四架旋翼无人机12移动，直到目标对象302出现在阴影区域301中间位置；悬停遮阳过程中，结合对风尾舵13结构测风速和风向，飞蓬始终保持迎风方向和最佳攻角，获得迎风升力；

跟踪遮阳模式:接收跟踪遮阳指令后，目标对象可能处于移动状态，此时根据前后两帧图像计算图像的变化量，并判断目标对象与阴影区域301的相对位移方向、位置偏差；跟踪遮阳过程中，结合对风尾舵13结构测风速和风向，飞蓬始终保持迎风方向和最佳攻角，获得迎风升力；

迫降与下降：飞蓬接收到迫降/下降指令，主控制器35控制四架旋翼无人机12向下飞行，为了减少能耗，此时需要使飞蓬攻角背向风向，以减小下降阻力，同时进行俯仰角调整，使飞蓬表面正对风向，以便抵消风力导致的飞蓬整体侧移，配合超声波传感器32测量离地高度，缓慢下降并停在地面。

主控制器35上设有所述无线通讯模块34，该主控制器具有一报警模块，主控制器35装设在飞蓬主体10的支架11的负载物区14上，且与摄像头21、九轴传感器31、超声波传感器32及地面控制器33连接。主控制器35用于控制四架旋翼无人机12一直风力对飞蓬悬停遮阳效果的影响，根据识别的风速和风向，调整四架旋翼无人机12的转速，抵抗风力的影响，使得飞蓬姿态和位置保持平稳。主控制器35还对自身状态进行评估，当飞行受限时，指示报警模块发出报警信息，主控制器35指定报警和迫降，包括以下两个方面，其一是：在对风尾舵13中，当风杯132所接的电路产生的电压超过设定阈值时，则意味着风力过大超过所能接受的上限，其与设定值的偏差将导致相应三极管导通，主控制器35发出报警并进行迫降；其二是：当电能不足时，主控制器发出报警并迫降。

当遮阳飞蓬100起飞后，摄像头21获得图像信息，并将图像信息发送给图像提取单元22，图像提取单元22通过无线通讯模块34将图像信息传输给地面控制器33，当飞蓬阴影区域301和目标对象302完全出现在图像中，由地面控制器33选中图像中的阴影区域301和目标对象302并控制遮阳飞蓬100的飞行模式；当主控制器35采集到风向标131所指示的方向后，将所需方位角发送四架旋翼无人机12进行姿态调整，使遮阳飞蓬100的攻角始终迎向风向，主控制器35得到风向和风速信息，判断出遮阳飞蓬100的飞行是否受限，若处于可正常工作还条件下，遮阳飞蓬正常工作；若飞行受限，飞行无法正常工作，报警模块发出报警信号并通过无线通讯模块发送给地面控制器并进行迫降。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (6)

1.一种无人机遮阳飞蓬，其特征在于，包括：飞蓬主体、视觉系统及控制系统；

飞蓬主体包括俯视为五角形的支架及四架旋翼无人机，支架具有头部、左右侧翼和左右尾翼，左右侧翼与左右尾翼之间的顶面上设有一带风向标的对风尾舵，所述四架旋翼无人机设置在支架的左右侧翼和左右尾翼上；

视觉系统包括摄像头及图片信息提取单元，摄像头安装在飞蓬主体的支架底部，图片信息提取单元装设在飞蓬主体的支架上与摄像头连接，该图片信息提取单元上设置有无线通讯模块；

所述控制系统包括用以监测飞蓬姿态的九轴传感器、用以测量四架旋翼无人机飞行高度的超声波传感器、用以控制飞蓬主体的地面控制器、用以飞蓬主体与地面控制器之间数据传输与通讯的无线通讯模块、用以执行地面控制器指令及对自身状态进行评估的主控制器；所述九轴传感器是由三轴陀螺仪、三轴重力加速度计及三轴磁力计组合而成，该九轴传感器设置在飞蓬主体的支架上与主控制器连接，所述超声波传感器具有四个，对应设置在飞蓬主体的四架旋翼无人机上，各超声波传感器分别与主控制器连接，主控制器及地面控制器上分别设有所述无线通讯模块，主控制器具有一报警模块，该主控制器装设在飞蓬主体的支架上，且与摄像头、九轴传感器、超声波传感器及地面控制器连接，所述图片信息提取单元与地面控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种无人机遮阳飞蓬，其特征在于：所述飞蓬主体的支架上装设有蓄电池，支架的顶面覆盖有薄膜太阳能电池，该薄膜太阳能电池与蓄电池连接。

3.如权利要求2所述的一种无人机遮阳飞蓬，其特征在于：飞蓬主体的支架底部靠后位置处设有一负载物区，所述主控制器、蓄电池、摄像头、九轴传感器、图像信息提取单元安装在该负载物区。

4.如权利要求1所述的一种无人机遮阳飞蓬，其特征在于：所述飞蓬主体的支架头部翘起一角度形成攻角，尾部扁平拖曳，整体呈流线型结构。

5.如权利要求1所述的一种无人机遮阳飞蓬，其特征在于：所述对风尾舵包括所述风向标、风杯及环形滑动变阻器，风向标及风杯分别通过一连杆连接在支架上，风向标的连杆下部设有连针，该连针末端指向环形滑动变阻器，构成环形滑动变阻器的滑动端，风杯的连杆经磁化处理，风杯连杆的底部设置有环形感应线圈。

6.如权利要求1所述的一种无人机遮阳飞蓬，其特征在于：所述九轴传感器的供电电路采用高精度的稳压模块。