一种基于无人机航母的多维声光舞台系统的制作方法

本发明属于一种多无人机系统技术领域，涉及一种舞台效果渲染的多无人机系统。

背景技术：

目前，随着我国文化产业的发展，文体演出中舞台的效果越来越重要，演出过程中，对灯光、音响、视频、场景等舞台要素要求越来越高，为了达到更好的演出效果，光效和声效需要很好的搭配，满足所需的渲染效果。

目前的舞台系统主要由固定在地面、建筑或者钢架上的各种音响、灯光、显示屏等组成，观众通常坐在舞台的前面，面向舞台观看演出。舞台的各种灯光音效随演出的进行渲染环境气氛，通过调节固定在舞台顶部或者底部的灯光的朝向、光强与颜色来达到所需的灯光效果，通过观众席周围的多个音响来渲染立体声效果，同时舞台后的显示屏等根据演出内容实现对应的画面，有时根据需求辅助以干冰营造烟雾效果等。

传统的舞台系统整体是固定的，各个设备的位置一般难以实时根据情景变换做出相应的调整，对于户外移动式的舞台，设备的拆装运输等需要耗费大量的人力物力，这些都限制了舞台效果的发挥，特别是对于某些环境渲染需求高或者观众互动需求高的演出。

此外，在很多情况下，大型露天的露台搭建出来的效果远远不及室内的舞台效果，主要表现在：室外舞台难以做到环绕声的音响效果，环绕声的音响效果取决于四周环绕的音响设备以及封闭室内的吸音墙壁，大型露天舞台由于搭建成本以及搭建难度都会降低音响效果。

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。随着无人机的各项性能指标也越来越高，应用范围也越来越广，当前已有用无人机搭载舞台彩灯装置的实现(专利号：cn201520065524.9)。但是，由于电池技术的限制，目前大多数无人机多用在负载需求和续航性能较低的领域，单次充电飞行制空时间较短，无法最大化发挥无人机的优势。当无人机搭载有舞台灯光设备时用电功率会加大，会加剧留空时间短的劣势；同时，单独只搭载灯光无法最大化舞台渲染效果。

航空器中的氦气球属于无动力浮空器，氦气球具有无人机不具有的优势：留空时间长，动力需求低，但是机动性能不够好。如果能把两者结合起来弥补相互之间的劣势，则能使无人机和氦气球的应用空间得到扩展。故当前已有人把无人机与氦气球结合(专利号：cn201420292163.7)制成新型的无人机，依靠氦气球的升力来提高无人机的可用负载，并将其用于农业中农药的喷洒。这种其一体式的设计制约了无人机性能的发挥，无人机与氦气球的硬性连接也使得无人机的飞行效率达不到目标期望，难以执行灵活性较高的任务。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明涉及一种基于无人机航母的多维声光舞台系统，能够实现3d空间内的多维声光舞台效果，本发明中借鉴航母概念，是指无人机停靠或受控的平台，不限于海上的舰艇。

本发明采用如下技术方案：一种无人机航母，由以下三部分组成：地面站部分、氦气球部分、无人机部分和连接线缆；氦气球部分悬浮于地面站部分上方，由地面站部分牵引，无人机部分连接到氦气球部分上，且飞行高度比氦气球低。

所述氦气球部分包括氦气球、航母平台、绕线器、分配盒、动力系统、gps模块、摄像头模块和氦气球控制系统；地面站部分包括外部供电系统、气球线盘、蓄电池和控制中心；无人机部分包括多旋翼无人机、线缆连接盒、云台和舞台设备；此外连接线缆用于各部分的连接。

所述氦气球底部装有圆形或正多边形的航母平台，航母平台上安装有所述的绕线器、动力系统、分配盒、摄像头模块和氦气球控制系统；在氦气球的上半部分安装有gps模块。

所述绕线器平均分布在航母平台靠近边缘的地方，绕线器的数量必须大于或等于多旋翼无人机的数量；绕线器用于连接多旋翼无人机线缆的收集，一个绕线器连接一个多旋翼无人机；在多旋翼无人机远离和靠近航母平台时，涡卷弹簧带动线盘的转动从而实现线缆的自动拉出和收回，防止线缆相互缠绕或掉落在地面；在多旋翼无人机需要停靠回航母上时，使用步进电机驱动线盘将多旋翼无人机拉回并锁住连接线缆。

所述分配盒用于连接来自地面站的线缆，并将线缆传输的电能分配给各个绕线器上的子线缆。

所述动力系统是由四个对称的电机和螺旋桨组成，当需要移动或者稳定氦气球的位置时，根据gps模块传来的位置信息，由氦气球控制系统控制电机和螺旋桨的转动从而实现氦气球运动控制。

所述摄像头模块安装在航母平台的底部中央，用于监视舞台状况和各多旋翼无人机的相对位置和工作状态；氦气球控制系统接收来自地面控制中心的指令，并使用防碰撞算法来指示各多旋翼无人机的飞行路径和悬停位置，防止多旋翼无人机之间相互碰撞，同时能监控各多旋翼无人机的电能输送状态，从gps模块获取位置信息，并驱动动力系统完成氦气球的移动和稳定。

地面站部分分为两种实现方式：固定式和移动式；固定式的地面站固定在地面，外部供电系统使用电网供电或者发电机供电等方式；移动式的地面站一般固定在车辆上，外部供电系统可以使用车载发电机供电。

所述蓄电池用于整个无人机航母系统的供电；在外部供电系统工作时，外部供电系统可以给无人机航母系统供电，同时给蓄电池充电。

所述气球线盘使用步进电机驱动，在线盘上绕有与氦气球连接的线缆，当步进电机驱动线盘转动时可以调节氦气球的高度。

所述控制中心可以接收来自氦气球控制系统和多旋翼无人机的数据，同时能对整个系统所有设备进行控制来达到所需的舞台效果。

所述多旋翼无人机的每个旋翼都安装有防护圈，以防止连接线缆接触到高速旋转的螺旋桨，也用于防止多旋翼无人机螺旋桨之间的相互碰撞产生事故；多旋翼无人机的机体上部安装有线缆连接盒，用于固定来自氦气球的连接线缆获取电能。

所述多旋翼无人机的下部安装有云台，云台使用舵机驱动，可以实现两个自由度的转动；云台上可以搭载舞台设备，其中包括灯光设备、音响设备、投影仪和干冰喷洒器，舞台设备可以实现三维空间内的运动和两个自由度的转动。

所述的干冰喷洒器可以在空中喷洒干冰实现烟雾效果，同时也可以作为投影仪或者灯光设备的幕布，灯光设备或投影仪的光照投向干冰所产生的烟雾从而实现绚丽的光照和散射效果。

所述连接线缆主要包括电力供应线路；管道材料采用高分子轻型纤维制成，重量轻，柔软，并能抗一定的拉力。

本发明的有益效果是：本发明能在可移动的无人机上安装灯光音响等设备，通过无人机的飞行，搭载的设备能够实现多维的运动来灵活渲染所需的舞台效果，音响灯光效果好，观众融入感强，互动性好；本发明能同时运行多个工作状态下的无人机，并使用无人机下搭载的二自由度的云台来控制舞台设备的朝向，相互配合能实现多种多维舞台声光效果，适合各种类型的演出；本发明利用地面站与氦气球，把传统无人机的电池负载转移到地面上，并且可以使用发电机或者电网供电，提升了无人机的续航能力；本发明可以使用移动式或者固定式的地面站，移动式地面站能很方便地搭建各种户外的移动舞台。

附图说明

图1为本发明一种基于无人机航母的多维声光舞台系统的氦气球部分的结构示意图；

图2为本发明一种基于无人机航母的多维声光舞台系统的安全装置展开示意图；

图3为本发明一种基于无人机航母的多维声光舞台系统的地面站部分的结构示意图；

图4为本发明一种基于无人机航母的多维声光舞台系统的无人机搭载音响设备的结构示意图；

图5为本发明一种基于无人机航母的多维声光舞台系统的无人机搭载灯光设备的结构示意图；

图6为本发明一种基于无人机航母的多维声光舞台系统的无人机搭载投影仪的结构示意图；

图7为本发明一种基于无人机航母的多维声光舞台系统的无人机搭载干冰喷洒器的结构示意图；

图8为本发明一种基于无人机航母的多维声光舞台系统的三维空间声光舞台系统整体的结构示意图。

图中：1-氦气球、2-航母平台、3-绕线器、4-分配盒、5-动力系统、6-gps模块、7-安全装置、8-摄像头模块、9-氦气球控制系统、10-外部供电系统、11-气球线盘、12-蓄电池、13-控制中心、14-多旋翼无人机、15-线缆连接盒、16-云台、17-音响设备、18-灯光设备、19-投影仪、20-干冰喷洒器。

具体实施方式

为使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于了解明白，下面结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式，该实施方式如图8所示采用六个多旋翼无人机，分别搭载两台音响设备、两台灯光设备、一台投影仪和一台干冰喷洒器，能够完成最基本的舞台效果。虽然实施方式和附图显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。

根据本发明的实施方式，提出一种舞台系统，如图1和图2所示，本发明包括：地面站部分，氦气球部分、无人机部分和连接线缆，具体包括氦气球1、航母平台2、绕线器3、分配盒4、动力系统5、gps模块6、7-安全装置、8-摄像头模块、9-氦气球控制系统、10-外部供电系统、11-气球线盘、12-蓄电池、13-控制中心、14-多旋翼无人机、15-线缆连接盒、16-云台和舞台设备。

所述氦气球部分包括氦气球1、航母平台2、绕线器3、分配盒4、动力系统5、gps模块6、7-安全装置、8-摄像头模块和9-氦气球控制系统，以六个绕线器为例，如图1所示，氦气球的顶部有gps模块6用于获取氦气球的位置；氦气球的底部连接到航母平台2，由于采用六个绕线器，所以将航母平台设计成正六边形，六个绕线器3分布在六个角附近，用于连接六个多旋翼飞行器；在航母平台2的侧边固定安全装置7，当氦气球1缺气下降时，安全装置7充气，安全装置7充气后为气环或气垫，一方面防止航母平台2快速下降，对观众造成伤害，另一方面安全装置7充气后有伸出的气棒，如图2所示，气棒可以提高安全装置7的提升力，也便于在航母平台2下面的工作人员扶持航母平台2，安全装置7未充气时气棒折叠起来；在航母平台2的底部中心安转有分配盒4，用于连接来自地面站的连接线缆，并将线缆内传输的电能分成六份分别供给六个绕线器上的线缆；在航母平台2的周围安转有动力系统5，即四个对称的电机螺旋桨，四个电机可以正反转，可以实现水平方向的驱动，用以移动或者稳定氦气球；氦气球控制系统9可以获取gps模块6和摄像头模块8的信息，从而氦气球控制系统9移动或稳定氦气球，同时，可以根据摄像头模块8传回来的图像监控各无人机的飞行和作业状况。

地面站部分包括气球线盘11、蓄电池12和外部供电系统10，如图3所示；以固定式的地面站为例，如图8所示，地面站位于氦气球下方，且牵引着氦气球；其中外部供电系统10可以是发电机或者降压整流电路。可以通过蓄电池14给整个系统供电，也可以使用外部供电系统10给整个系统供电；气球线盘13上绕有与氦气球连接的线缆，可以使用步进电机驱动线盘的转动从而调节氦气球的高度。

无人机部分包括多旋翼无人机14、线缆连接盒15、云台16和舞台设备，舞台设备可以包括音响设备17、灯光设备18、投影仪19和/或干冰喷洒器20，如图4、图5、图6、图7和图8所示；多旋翼无人机14承载着飞行任务，包括姿态控制、定高定点和数据回传等；线缆连接盒15是用于连接来自氦气球1的线缆，并且把线缆内传输的电能和介质流分开，供其他部分使用；云台16可以实现两个自由度的转动，从而带动舞台设备实现朝向和角度的改变；在该实施例中，两台音响设备17提供三维声音效果，两台灯光设备18能提供追光、彩光和投射等效果。投影仪19除了可以投影地面、墙面或者幕布以外，也可以投影由干冰喷洒器20所产生的烟雾效果。图8所示的状态是安全装置7未充气。

以上所述为本发明的具体设备及工艺情况，配合各图予以说明。但是本发明并不局限于以上所述的具体设备及工艺过程，任何基于上述所说的对于相关设备修改或替换，任何基于上述所说的对于相关工艺的局部调整，只要在本发明的精神领域范围内，均属于本发明。