一种超长时续航人工智能全息投影飞行器的制作方法

本发明实施例涉及无人机技术领域，具体涉及一种超长时续航人工智能全息投影飞行器。

背景技术：

无人飞行器可以被用于民用事业、满足国防需求，也可以开发和利用太空资源、实现太空操作和太空试验等，因此，国内外对无人飞行器作了大量研究。主要研究的无人飞行器包括旋翼式飞行器、直升机、软式小型飞船及其它飞行器等。相比于有人驾驶的飞行器，无人飞行器具有很多优势。例如，其有很强的机动性，能瞬时改变姿态；体积小，灵活性高；可以避免驾驶员在危险环境中工作等等，近些年来无人飞行器在军用和民用领域发展非常迅速。

小型无人驾驶飞行器可分为固定翼飞行器和旋翼飞行器两种。固定翼的飞机技术相对成熟一些，因为出现的时间比较早，但在一些需要在较狭窄的空间内执行任务的场合，固定翼的无人飞行器就会存在机动性差的缺点，而旋翼飞行器由于其体积小，轻便灵活则可以弥补这一缺陷，旋翼飞行器能够实现垂直起降、全方向飞行以及目标上空悬浮，即使在很小的空间内也可以完成以上这些动作，因此旋翼式飞行器在执行监视和侦查类任务时更占优势。并且随着无人机技术的不断发展，无人机在生活娱乐中的应用也越来越广泛。

3d全息投影是一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像，是一种观众无需配戴眼镜便可以看到立体的虚拟人物的3d技术。目前3d全息投影设备一般的体积都较为庞大，需要特殊的场地进行安装，以至于消费过高，不适用于家庭娱乐。目前市场上开始出现基于无人机的投影仪，利用飞行器的特点提高投影的灵活性能。

例如，公开号为206212158u，专利名称为一种无人机投影系统，包括无人机终端和用户控制终端,无人机终端与用户控制终端通信连接；无人机终端包括用于发送无人机影像数据和飞行状态数据的数据发送器；用户控制终端包括用于接收影像数据和飞行状态数据的数据接收器，和用于投映影像数据和飞行状态数据的投影设备；数据接收器与投影设备连接；无人机的用户控制终端包括用于投映影像数据和飞行状态数据的投影设备，通过该投影设备可将接收到的无人机影像数据和飞行状态数据，按用户的实际需求进行投映。

但是，该发明存在以下缺陷：

(1)该飞行器虽然可以进行实时投影，但是不能够实现3d全息投影；

(2)该飞行器采用无线遥控，对操作者的技能具有一定要求，人机交互性上存在不足；

(3)该飞行器耗电大，在飞行时续航能力较差。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种超长时续航人工智能全息投影飞行器，能有效的解决背景技术提出的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种超长时续航人工智能全息投影飞行器，包括飞行器本体，飞行器本体的前端安装有用于进行投影的全息投影仪，飞行器本体的底部安装有用于进行检测障碍物的自动避障系统，自动避障系统的侧边还连接有人工交互模块；

全息投影仪包括用于投射光影的激光投影器，激光投影器的外围包裹有遮光保护壳，激光投影器前端安装有用于进行分光操作的柱状分光镜，柱状分光镜的两侧安装有用于进行改变光束方向的全反射镜，全反射镜的前端还安装有用于扩大光斑的扩束镜，全反射镜与扩束镜之间安装有用于进行焦距调整的焦距调整架；

自动避障系统包括与飞行器本体底部相连接的旋转底座，旋转底座的底部与飞行器本体之间还安装有可拆卸真空吸盘，旋转底座的下表面中心安装有旋转驱动电机，旋转驱动电机的输出轴上套接有固定云台，固定云台上对称安装有广角摄像头，广角摄像头的输出端连接有图像处理器，两个广角摄像头之间安装有红外感应模块，红外感应模块的输出端连接有嵌入式处理模块，嵌入式处理模块通过i2c总线接口连接至飞行器本体的cpu模块；

人工交互模块包括安装在飞行器本体底部周围的用于进行语音信号收集的阵列麦克风，阵列麦克风的信号输出端连接有语音处理模块，语音处理模块的交互端与飞行器本体的cpu模块相连，且语音处理模块的输出端还连接有全景环绕扬声器。

本发明实施例的特征还在于，柱状分光镜采用双凸透镜紧贴圆柱状透镜的外表面制成，柱状分光镜的内表面与激光投影器的液晶屏之间安装有用于产生立体视觉效果的视差栅栏。

本发明实施例的特征还在于，视差栅栏包括偏振片基底，偏振片基底的上表面安装有单元格独立可控的开关液晶屏，开关液晶屏的内表面还镶嵌有高分子液晶层。

本发明实施例的特征还在于，焦距调整架包括具有伸缩性能的弹簧伸缩轴，弹簧伸缩轴的尾端连接有进行拉伸驱动的微型伺服电机，微型伺服电机的驱动轴通过连接法兰与弹簧伸缩轴连接，弹簧伸缩轴的前端安装有透镜固定夹，透镜固定夹卡接在扩束镜的边沿上。

本发明实施例的特征还在于，红外感应模块共有四个，分别安装在飞行器本体的上下左右侧边，每个红外感应模块包括并排安装的红外线发射管和红外线接收管，红外线发射管与红外线接收管还连接有用于测量光线发射和达到时间差的高精度计时器。

本发明实施例的特征还在于，嵌入式处理模块包括stm32系列的微处理器，微处理器连接有用于进行数据读取的数据采集卡，数据采集卡的输入端与红外感应模块和图像处理器相连接，微处理器的pwm输出端连接有电机驱动器，电机驱动器连接至旋转驱动电机的控制端。

本发明实施例的特征还在于，阵列麦克风包括主麦克风和参考麦克风，主麦克风与参考麦克风背对背安装，主麦克风与参考麦克风的底部垫衬有海绵材料制成的减震固定座，主麦克风与参考麦克风的外围罩接有防尘保护罩。

本发明实施例的特征还在于，语音处理模块包括音频处理器，音频处理器采用集成有dsp、codec、rom和ram的fm2010芯片，音频处理器与飞行器本体的核心cpu之间连接有数字基带处理器。

本发明实施例的特征还在于，音频处理器的信号输出端连接有语音合成器，语音合成器上连接有换能放大器，换能放大器连接至全景环绕扬声器的输入端。

本发明实施例的特征还在于，飞行器本体上还安装有无线充电模块，无线充电模块包括感应线圈，感应线圈的输出端连接有pcb无核变压器，pcb无核变压器的次级端连接有整流滤波器，整流滤波器输出直流电信号端连接有石墨烯电池，石墨烯电池连接至各个模块的供电端。

本发明实施例具有如下优点：

(1)本发明通过设置全息投影仪，通过在激光投影器前端设置柱状分光镜和视差栅栏，利用视差栅栏对光线偏振控制形成略有差别的左右眼视图，利用人的视觉差原理实现裸眼3d投影的效果，大大提高观赏效果；在扩束镜的前端安装焦距调整架，通过微型伺服电机控制弹簧伸缩轴的长度，实现对聚焦光束焦点的调整，从而改变投射光斑大小，亦即改变投影成像的大小，满足不同空间大小的投影；

(2)本发明通过设置自动避障系统，利用红外感应模块发射和接收红外线，结合高精度计时器精确定位障碍物的距离，结合广角摄像头获取实时画面，并且通过图像处理器识别障碍物的大小，从而合理规划飞行轨迹，避开障碍物保证飞行安全，提高飞行器的自动跟随功能；

(3)本发明通过设置人工交互模块，利用阵列麦克风拾取使用者的语音指令信号，通过语音处理模块将语音指令转换成对应的数字指令信号，并且控制飞行器本体做出响应，同时结合语音合成器给出语音响应，大大提高装置的人机交互性能；

(4)本发明通过设置无线充电模块，利用感应线圈的电磁感应产生充电电流，并结合pcb无核变压器和整流滤波器实现升压以及整流操作，且pcb无核变压器有效降低了充电损耗，利用石墨烯电池给装置供电，一方面可以大大缩短充电时间，另一方面又减轻整体重量且提高了电池容量，提高飞行器的待机时长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的全息投影仪的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的自动避障系统的侧面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的嵌入式处理模块的模块示意图；

图5为本发明实施例提供的人工交互模块的剖面结构示意图；

图6为本发明实施例提供的无线充电模块的结构示意图。

图中：

1-飞行器本体；2-全息投影仪；3-自动避障系统；4-人工交互模块；5-无线充电模块；

201-激光投影器；202-柱状分光镜；203-全反射镜；204-扩束镜；205-焦距调整架；206-视差栅栏；207-偏振片基底；208-开关液晶屏；209-高分子液晶层；210-遮光保护壳；211-弹簧伸缩轴；212-微型伺服电机；213-透镜固定夹；

301-旋转底座；302-可拆卸真空吸盘；303-旋转驱动电机；304-固定云台；305-广角摄像头；306-红外感应模块；307-嵌入式处理模块；308-红外线发射管；309-红外线接收管；310-微处理器；311-数据采集卡；312-图像处理器；313-电机驱动器；314-高精度计时器；

401-阵列麦克风；402-语音处理模块；403-全景环绕扬声器；404-主麦克风；405-参考麦克风；406-减震固定座；407-防尘保护罩；408-音频处理器；409-数字基带处理器；410-语音合成器；411-换能放大器；

501-感应线圈；502-pcb无核变压器；503-整流滤波器；504-石墨烯电池。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种超长时续航人工智能全息投影飞行器，包括飞行器本体1，飞行器本体1采用四轴螺旋飞行器，飞行器本体1的前端安装有用于进行投影的全息投影仪2，用于实现全息投影控制，飞行器本体1的底部安装有用于进行检测障碍物的自动避障系统3，自动避障系统3的侧边还连接有人工交互模块4；自动避障系统3通过检测周围环境以在飞行过程中避开障碍物保证飞行安全，人工交互模块4可以通过语音交互，通过语音指令改变飞行器状态，并且给出语音回复响应。

如图2所示，全息投影仪2包括用于投射光影的激光投影器201，激光投影器201的外围包裹有遮光保护壳210，通过遮光保护壳210减小外部光线对投影效果的影响，激光投影器201前端安装有用于进行分光操作的柱状分光镜202，柱状分光镜202的两侧安装有用于进行改变光束方向的全反射镜203，全反射镜203的前端还安装有用于扩大光斑的扩束镜204，全反射镜203与扩束镜204之间安装有用于进行焦距调整的焦距调整架205，激光投影器201用于投射待成立体像的影像，通过柱状分光镜202改变光程差作为3d投影的基础，全反射镜203用于汇聚成像光线提高成像质量，焦距调整架205用于改变扩束镜204的焦距大小，从而改变投影成像大小。

优选地是，柱状分光镜202采用双凸透镜紧贴圆柱状透镜的外表面制成，柱状分光镜202的内表面与激光投影器201的液晶屏之间安装有用于产生立体视觉效果的视差栅栏206；视差栅栏206包括偏振片基底207，偏振片基底207使得不同波长的光线产生不同幅度的偏振，偏振片基底207的上表面安装有单元格独立可控的开关液晶屏208，开关液晶屏208的内表面还镶嵌有高分子液晶层209，通过控制开关液晶屏208中不同单元格的亮灭，控制实现略有差别的左右眼视图。

需要说明的是，视差栅栏206通过对显示器上的图像进行视线遮挡，使得原本显示器上的图像，呈现交叉排列的略有差别的左右眼视图，左右眼的视图分别汇聚于人的左右眼处，视线对视图的分离，结合人脑立体融合作用，恢复视差从而实现三维显示，进而实现了3d投影。

进一步地，焦距调整架205包括具有伸缩性能的弹簧伸缩轴211，弹簧伸缩轴211的尾端连接有进行拉伸驱动的微型伺服电机212，微型伺服电机212的驱动轴通过连接法兰与弹簧伸缩轴211连接，弹簧伸缩轴211的前端安装有透镜固定夹213，透镜固定夹213卡接在扩束镜204的边沿上；当需要改变投影成像大小时，利用微型伺服电机212拉伸或者压缩弹簧伸缩轴211，从而改变扩束镜204与柱状分光镜202之间的距离，进而改变成像光斑的大小，即实现对成像大小的调整操作。

如图3所示，自动避障系统3包括与飞行器本体1底部相连接的旋转底座301，旋转底座301的底部与飞行器本体1之间还安装有可拆卸真空吸盘302，可以方便地实现安装或者拆卸整个自动避障系统3，旋转底座301的下表面中心安装有旋转驱动电机303，旋转驱动电机303的输出轴上套接有固定云台304，固定云台304上对称安装有广角摄像头305，广角摄像头305的输出端连接有图像处理器312；旋转驱动电机303可以带动旋转底座301实现360度的转动，从而带动顶部的固定云台304转动，固定云台304上相对安装的广角摄像头305，从而实现对周围环境的全景拍摄，消除视线死角；广角摄像头305采集到的信号通过图像处理器312做进一步处理。

特别地，两个广角摄像头305之间安装有红外感应模块306，红外感应模块306的输出端连接有嵌入式处理模块307，嵌入式处理模块307通过i2c总线接口连接至飞行器本体1的cpu模块；红外感应模块306共有四个，分别安装在飞行器本体1的上下左右侧边，每个红外感应模块306包括并排安装的红外线发射管308和红外线接收管309，红外线发射管308与红外线接收管309还连接有用于测量光线发射和达到时间差的高精度计时器314。

补充说明的是，红外感应模块306通过红外线来检测障碍物，工作时红外线发射管308发射一定频率的红外线，红外线在遇到障碍物后反射回来，红外线接收管309接收信号，高精度计数器314则通过测量发射和接收的时间差，最终得到的数据均送入嵌入式处理模块307作进一步处理。

如图4所示，嵌入式处理模块307包括stm32系列的微处理器310，微处理器310连接有用于进行数据读取的数据采集卡311，数据采集卡311的输入端与红外感应模块306和图像处理器312相连接，微处理器310的pwm输出端连接有电机驱动器313，电机驱动器313连接至旋转驱动电机303的控制端；数据采集卡311读取当前红外感应模块306接收到的回波信号以及间隔时间，通过测距算法得到当前障碍物的精确距离，结合从图形处理器312中得到的障碍物的具体大小，重新规划飞行器的飞行路线，并且可以通过电机驱动器313改变的旋转驱动电机303转速，从而调整监控视角，得到更好的监测效果。

补充说明的是，对于自动避障系统3，需要达到以下要求：如果飞行器前方无障碍物，飞行器继续直飞(保持原飞行指令不变)；如果仅在飞行器右方有障碍物靠近，飞行器向左拐弯；如果仅在飞行器左方有障碍物靠近，飞行器向右拐弯：如果飞行器直前方有障碍物，飞行器后退并保持安全距离悬停。

如图5所示，人工交互模块4包括安装在飞行器本体1底部周围的用于进行语音信号收集的阵列麦克风401，阵列麦克风401的信号输出端连接有语音处理模块402，语音处理模块402的交互端与飞行器本体1的cpu模块相连，且语音处理模块402的输出端还连接有全景环绕扬声器403；人机交互模块4主要通过阵列麦克风401来识别使用者发出的语音指令，通过语音处理模块402进行识别读取，控制飞行器本体1作出应答，并且通过全景环绕扬声器403播放相应的答复信息，从而提高人机交互性能，更加智能化。

进一步地，阵列麦克风401包括主麦克风404和参考麦克风405，主麦克风404与参考麦克风405背对背安装，主麦克风404与参考麦克风405的底部垫衬有海绵材料制成的减震固定座406，主麦克风404与参考麦克风405的外围罩接有防尘保护罩407；主麦克风404灵敏度为-40db±3db；频谱在300hz跌落小于8.5db，3.4khz时提升小于3.5db；参考麦克风405灵敏度为-40db±1.5db；频谱在300hz～3.4hz平坦；主麦克风404与参考麦克风405之间形成锥形拾音束，可以采集的语音信号夹角为150°，有效作用距离为3m，安装减震固定座406可以消除飞行器本体1在运动过程中振动产生的噪音，从而降低对语音信号采集的影响，而防尘保护罩407可以防止灰尘堵塞麦克风影响收音质量。

需要说明的是，语音处理模块402包括音频处理器408，音频处理器408采用集成有dsp、codec、rom和ram的fm2010芯片，音频处理器408与飞行器本体1的核心cpu之间连接有数字基带处理器409；音频处理器408将采集到的语音信号进行空间滤波，并且采用远近距离定向拾取语音信号，抑制声学噪声并消除声学回声，提取关键信息并结合联网ai神经网络识别语音信息，转换成相应的指令信号，通过数字基带处理器409发送至飞行器本体1，从而通过飞行器本体1做出相应的响应。

音频处理器408的信号输出端连接有语音合成器410，语音合成器410上连接有换能放大器411，换能放大器411连接至全景环绕扬声器403的输入端；飞行器本体1在给出动作相应的同时，利用语音合成器410合成相应的语音信号，并且经过换能放大器411转换成声音信号，最后通过全景环绕扬声器403播放，提高了人机交互性能。

如图6所示，飞行器本体1上还安装有无线充电模块5，无线充电模块5包括感应线圈501，感应线圈501的输出端连接有pcb无核变压器502，pcb无核变压器502的次级端连接有整流滤波器503，整流滤波器503输出直流电信号端连接有石墨烯电池504，石墨烯电池504连接至各个模块的供电端；感应线圈501通过与无线供电端电磁感应产生电流，然后通过pcb无核变压器502进行升压变换，再经过整流滤波器503变换成直流电给石墨烯电池504供电，实现了无线充电操作，且可实现随时充电以保证运行状态，石墨烯电池504可以实现快速充电并且提高电池容量，减轻电池重量。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。