一种可实现人脸检测和光伏发电的陆空两用搜救装置制造方法
【专利摘要】本发明主要设计出一种既能陆地行走又能低空飞行的采用光伏自主供电可实现人脸检测的搜救装置。该装置可实现自主供电采集搜救场所周围的场景并智能识别人脸所在位置等功能，适用于陆地及低空搜救，以达到智能、快速及灵活的目的。本发明主要结构包括有：四旋翼飞行机构、光伏供电模块与图像采集模块、陆地行走机构。飞行机构提供飞行动力，能够进入大部分现场进行搜救，拓宽了搜救范围。光伏供电模块采用了光伏发电最大功率跟踪技术，使太阳能板的输出功率始终保持在最大。同时，通过图像采集并无线传输，在终端实现人脸检测，能在传输回的图像上快速定位人脸所在位置、提高救援速度。陆地行走机构则是在搜救环境允许的情况下进行陆地的搜索。
【专利说明】—种可实现人脸检测和光伏发电的陆空两用搜救装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及了四旋翼飞行器技术、MPPT最大光伏发电跟踪技术、人脸检测技术，综合运用设计出了一种能陆地行走和低空飞行的可实现人脸检测和光伏发电的智能搜救装置。
【背景技术】
[0002]进入20世纪以来，在科学探测活动中，由于自然条件、现场环境等原因，使工作人员无法深入现场去收集环境信息。现有的搜救装置仍只能在陆地前进。而微小型四旋翼飞行器是一种电动的、能够垂直起降(VTOL)的、多旋翼式遥控/自主飞行器。它在总体布局形式上属于非共轴式蝶形飞行器，与常规旋翼式飞行器先比，其结构更为紧凑，能够产生更大的升力，并且四只旋翼可相互抵消反扭力矩，不需要专门的反扭矩桨。因此，该飞行器应当具有更广阔的应用，比如在近地面环境中执行多角度多方向的搜救工作。
[0003]太阳能特别是利用太阳能光伏发电，如今已得到了许多国家高度的重视。为提高太阳能电池的转换效率，最大功率点跟踪技术(简称MPPT)是关键所在。它是指在光照强度、环境温度等外界条件发生变化时，系统通过控制改变太阳能光伏电池阵列的输出电压或电流的方法使光伏电池始终工作再最大功率点附近，从而保证光伏电池始终保持最大功率的输出。
[0004]随着计算机技术与信息技术的发展，图像识别技术获得了越来越广泛的应用。它主要指通过计算机，采用数学技术方法，对一个系统前端获取的图像按照特定目的进行相应的处理。图像识别包括诸如条码识别、生物特征识别(人脸识别、指纹识别等)技术、智能交通中的动态对象识别、手写识别等。
【发明内容】
[0005]结合上述技术，本发明主要设计出一种能既能陆地行走又能低空飞行的可实现人脸检测及光伏发电的智能搜救装置。该装置可实现自主供电、采集搜救场所周围的场景并准确定位人脸所在位置及寻找现场火源位置，可适用于陆地搜救及近地搜救，以达到智能、快速、搜救方式灵活的目的。
[0006]本发明通过以下技术方案实现。
[0007]—种适用于陆地及低空搜救的四旋翼飞行器和陆地行走结构，其特征在于:该结构主要包括:四旋翼飞行机构、陆地行走机构、光伏供电模块与图像采集模块。
[0008]所述四旋翼飞行机构包括:飞行控制机构、飞行执行机构、固定机构。
[0009]飞行控制机构主体为飞行控制板，采用C语言编程，位于四旋翼顶部中心位置，控制整个飞行器四个旋翼的动作，实现上升、下降飞行动作的完成；飞行执行机构包括有:螺旋桨机构、驱动电机机构。四个螺旋桨分别安装在四个驱动电机转轴上，由飞行控制板连接电机控制电机转动进而实现螺旋桨转动产生升力。固定机构由四根互相垂直的固定铝制支架构成，在各自顶端垂直安装带有螺旋桨的电机，飞行控制板位于连接处中央。[0010]所述陆地行走机构包括:底盘、车轮、马达、控制板、供电装置。
[0011]底盘结构采用双层设计，两层之间用螺钉铆合。马达轴连接车轮，对称固定于下底盘。控制板采用C编程，连接传感器模块，控制陆地行走部分的方向及速度。供电装置采用直流电源，电压在6V-12V之间。
[0012]所述光伏供电机构包括:MPPT集成电路板、太阳能电池板。
[0013]MPPT集成电路板与太阳能板相连,使太阳能电池板输出功率保持在最大值附近。太阳能电池板与飞行控制板直接相连，安装于顶部四轴其中之一的位置，以此能源为飞行控制板供电。
[0014]所述图像采集模块包括:图像采集摄像头、无线图像传输主模块、图像接受从模块、USB视频采集卡。
[0015]通过摄像头采集出当前搜救现场图像，由无线图像传输主模块通过天线传出图像及声音信号，再由位于控制端的图像接受从模块接受到信号。通过USB视频采集卡转换于电脑上实时播出。内置的人脸识别程序则可在图像上快速定位人脸位置，并能根据识别的精确度以不同颜色区分当前识别状况。
[0016]对于现有技术，本发明的优点有:
[0017](I)微型化。整体装置的尺寸及重量严格控制，保证充分利用四个螺旋桨的升力，相比于目前复杂的搜救装置，达到整体结构的微型化。
[0018](2灵活化。为了适应复杂的搜救场所，该装置具有陆地行走和低空飞行两种工作方式，拓宽了工作范围，大大提高了搜救能力；
[0019](3)节能化。利用MPPT技术配合太阳能电池板，达到为飞行机构供能的目的，节省能源。
[0020](4)模块化可组装。飞行机构与陆地行走部分采用机械连接，可根据搜救场所具体环境要求组装另有功能的下端结构。
[0021]本发明融合了机械设计技术、四旋翼飞行器技术、MPPT最大功率点跟踪技术、图像传输技术，实现了搜救装置的微型化、灵活化、节能化和可组装化。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]附图1、2是本发明的整体视图
[0023]附图3是本发明四旋翼飞行器模块结构图
[0024]附图4是本发明四旋翼飞行器模块爆炸图
[0025]附图5是本发明陆地行走模块结构图
[0026]附图6是本发明陆地行走模块爆炸图
[0027]附图7是本发明图像采集和光伏发电的模块图
[0028]附图8是本发明图像采集和光伏发电模块爆炸图
[0029]图中:I飞行模块IOlA?D.螺旋桨102A?D.固定螺母103A?D.电机 104A?D.固定支架105A?D.固定螺钉106.飞行控制板107.装配固定板108.飞行控制板载板109.装配连接板IlOA?G.连接螺母
[0030]2陆地行走模块201A?D.上下底盘连接螺钉202.上底盘203.控制单片机204A?D.单片机固定螺钉205A?D.电机固定木块206A?B.电机固定螺钉207A?B.直流减速电机208A?B.行走轮209.万向轮固定座210A?D.万向轮固定螺钉211A?D.万向轮固定螺母212.万向轮213.万向轮轮轴214.下底盘
[0031]3光伏发电及图像采集模块301无线图像传输主模块302天线303A?D图像传输模块固定螺钉304A?D图像传输模块固定螺母305光伏发电集成电路板306A?D光伏发电电路板固定螺钉307A?D光伏发电电路板固定螺母308摄像头固定底座309摄像头310A?B 310A?D摄像头固定螺钉311A?B摄像头固定螺母312 A?B太阳能板
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明:
[0033]参见图1、3所示，本发明涉及一种可人脸检测与光伏发电的陆空两用搜救装置，该搜救装置主要包括:飞行模块1、陆地行走模块2、图像采集与光伏发电模块3。飞行模块I与陆地行走模块2相连接固定，图像采集与光伏发电模块3安装于飞行模块上。
[0034]参见图3、4所示，飞行机构模块I包括:飞行螺旋桨IOlA?D、固定螺母102A?D、电机103A?D、固定支架104A?D、固定螺钉105A?D、飞行控制板106、装配固定板107、飞行控制板载板108、装配连接板109、连接螺钉IlOA?G。
[0035]四个螺旋桨IOlA?D对称安装在四个电机103A?D的轴上，通过固定螺母102A?D起到固定作用。电机103A?D也对称安装于固定支架104A?D上。通过电机的转动带动螺旋桨的转动，产生升力。飞行控制板106安装在飞行控制板载板108上，通过飞行板引引脚输出的电平不同，可以控制四个电机的转速及方向，从而达到控制整个飞行机构完成各种飞行动作的目的。飞行控制板载板108再与装配连接板109通过固定螺钉105A?D连接。同时，装配连接板109与固定支架104A?D通过螺钉相连，起到固定飞行控制板载板108与固定支架104A?D的作用。连接螺钉IlOA?G起到连接飞行机构与下面陆地行走机构的作用。
[0036]在飞行机构模块中，电机采用BE2212-11型直流无刷电机。
[0037]参见图5、6所示，陆地行走模块2包括:上下底盘连接螺钉20IA?D、上底盘202、控制单片机203、单片机固定螺钉204A?D、电机固定木块205A?D、电机固定螺钉206A?
B、直流减速电机207A?B、行走轮208A?B、万向轮固定座209、万向轮固定螺钉2IOA?D、万向轮固定螺母211A?D、万向轮212、万向轮轮轴213、下底盘214。
[0038]上底盘202与下底盘214通过上下底盘连接螺钉201A?D相连接且固定，单片机203由单片机固定螺钉204A?D固定于下底盘214。直流减速电机207A?B由电机固定木块205A?D夹紧，再由电机固定螺钉206A?B固定。行走轮208A?B分别固定于直流减速电机207A?B的轴上，对称位于下底盘的两边。万向轮固定底座209由万向轮固定螺钉210A?D和万向轮固定螺母211A?D固定，万向轮212安装与万向轮固定底座209上，同时由213万向轮轮轴固定。万向轮212使小车变更方向时更为灵活。
[0039]参见图7、8所示，光伏发电机构与图像采集机构包括:无线图像传输主模块301、天线302、图像传输模块固定螺钉303A?D、图像传输模块固定螺母304A?D、光伏发电集成电路板305、摄像头固定底座308、摄像头309、摄像头固定螺钉310A?B、摄像头固定螺母311A?B、太阳能板312A?B。
[0040]无线图像传输主模块301由图像传输模块固定螺钉303A?D、图像传输模块固定螺母304A?D固定于装配固定板107上。同样,光伏发电集成电路板305也由光伏发电电路板固定螺钉306A?D、光伏发电电路板固定螺母307A?D固定于装配固定板107上。无线信号通过天线302发出，由位于控制端的无线传输从模块接收。摄像头309安装于摄像头固定座308上，摄像头固定座308由摄像头固定螺钉310A?D、摄像头固定螺母311A?B同样安装与装配固定板107上。312A?B为太阳能板，接收太阳能并通过MPPT光伏发电集成电路板使输出功率始终保持在最大值附近。
【权利要求】
1.一种安装有四旋翼飞行器且具有人脸检测的陆空智能搜救装置，其特征在于该装置包括:四旋翼飞行机构(I)、陆地行走机构(2)、光伏发电与图像采集模块(3)。 根据权利要求1所述的陆空搜救装置，其特征在于所述四旋翼飞行机构(I)包括:螺旋桨(101A~D)、固定螺母(102A~D)、电机(103A~D)、固定支架(104A~D)、固定螺钉(105A~D)、飞行控制板(106)、装配固定板(107)、飞行控制板载板(108)、装配连接板(109)、连接螺钉(IlOA~G)。 四个螺旋桨IOlA~D对称安装在四个电机(103A~D)的轴上，通过固定螺母(102A~D)起到固定作用。电机(103A~D)也对称安装于固定支架(104A~D)上。通过电机的转动带动螺旋桨的转动，产生升力。飞行控制板(106)安装在飞行控制板载板(108)上，通过飞行板引引脚输出的电平不同，可以控制四个电机的转速及方向，从而达到控制整个飞行机构完成各种飞行动作的目的。飞行控制板载板(108)再与装配连接板(109)通过固定螺钉(105A~D)连接。同时，装配连接板(109)与固定支架(104A~D)通过螺钉相连，起到固定飞行控制板载板(108)与固定支架(104A~D)的作用。连接螺钉(IlOA~G)起到连接飞行机构与下面陆地行走机构的作用。 根据权利I要求所述的陆空搜救装置，其陆地行走模块(2)包括:上下底盘连接螺钉(20IA~D)、上底盘(202)、控制单片机(203)、单片机固定螺钉(204A~D)、电机固定木块(205A~D)、电机固定螺钉(206A~B)、直流减速电机(207A~B)、行走轮(208A~B)、万向轮固定座(209)、万向轮固定螺钉(210A~D)、万向轮固定螺母(211A~D)、万向轮(212)、万向轮轮轴(213)、下底盘(214)。 上底盘(202)与下底盘(214)通过上下底盘连接螺钉(201A~D)相连接且固定，单片机(203)由单片机固定 螺钉(204A~D)固定于下底盘(214)。直流减速电机(207A~B)由电机固定木块(205A~D)夹紧，再由电机固定螺钉(206A~B)固定。行走轮(208A~B)分别固定于直流减速电机(207A~B)的轴上，对称位于下底盘的两边。万向轮固定底座(209)由万向轮固定螺钉(210A~D)和万向轮固定螺母(211A~D)固定，万向轮(212)安装与万向轮固定底座(209)上，同时由(213)万向轮轮轴固定。万向轮(212)使小车变更方向时更为灵活。 根据权利I要求所述的陆空搜救装置，其光伏发电机构与图像采集机构(3)包括:无线图像传输主模块(301)、天线(302)、图像传输模块固定螺钉(303A~D)、图像传输模块固定螺母(304A~D)、光伏发电集成电路板(305)、摄像头固定底座(308)、摄像头(309)、摄像头固定螺钉(310A~B)、摄像头固定螺母(311A~B)、太阳能板(312A~B)。 无线图像传输主模块(301)由图像传输模块固定螺钉303A~D、图像传输模块固定螺母(304A~D)固定于装配固定板(107)上。同样,光伏发电集成电路板(305)也由光伏发电电路板固定螺钉(306A~D)、光伏发电电路板固定螺母(307A~D)固定于装配固定板(107)上。。(312A~B)为太阳能板，接收太阳能并通过MPPT光伏发电集成电路板使输出功率始终保持在最大值附近。摄像头(309)安装于摄像头固定座(308)上，摄像头固定座(308)由摄像头固定螺钉(310A~D)、摄像头固定螺母(311A~B)同样安装与装配固定板(107)上，无线信号通过天线(302)发出，由位于控制端的无线传输从模块接收。终端接收后通过人脸检测识别程序对传输回的图像进行检测，并实时显示图像中人脸所在位置。同时，可按识别的准确度进行不同颜色的区分，用来进行搜救或是寻找人类的工作。
【文档编号】B60F5/02GK103895462SQ201410150308
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】袁培江, 罗超, 李媛媛, 万艺君, 孙韵迪 申请人:北京航空航天大学