020]上述结构中，传感器11包括一个9自由度姿态传感器、一个GPS传感器、一个气压传感器、一个环境温湿度传感器和多个气体浓度传感器，应用中根据需要确定种类和个数。9自由度姿态传感器用于获取本发明多旋翼无人机飞行器系统在飞行过程中的三轴姿态角和加速度信息，GPS传感器用于在室外飞行时实现导航定位，气压传感器用于获取在室外飞行时的当前气压值并获取高度信息，环境温湿度传感器用于获取消防现场的当前温湿度信息，气体浓度传感器用于获取消防现场的当前可燃、有毒有害的特征气体的浓度信息，特征气体包括CO、CO2, HCUH2S, CH4及其他可燃气体。
[0021]本发明多旋翼无人机飞行器系统在室外、有GPS信号环境和室内、无GPS信号环境均可实现自主飞行，分别通过GPS卫星定位系统和室内基于SLAM算法的激光测距定位系统实现精确的位置控制。以下将从室外飞行和室内飞行分别具体说明本发明多旋翼无人机飞行器系统的工作过程。
[0022]参看图2，在室外，有GPS信号环境下，本发明多旋翼无人机飞行器系统可通过GPS传感器接收GPS信号，获取当前的地理位置信息，通过9自由度姿态传感器获取当前姿态下的三轴姿态角和加速度信息，通过气压传感器获取当前的海拔高度信息，并通过与无人机飞行控制系统9连接，将以上的信息传输给无人机飞行控制系统9。操作人员通过地面站装置向无人机飞行控制系统9输出飞行指令，飞行指令包括目标地点的地理位置信息、海拔高度信息和预先设定的速度信息，无人机飞行控制系统9将目标地点的各类参数与传感器11获取的各类数据信息运行控制算法进行计算，得出电机2所需的转速并将速度信号传输给电机2，实现本发明多旋翼无人机飞行器的室外、有GPS信号环境下的自主控制飞行。
[0023]参看图3，在室内、无GPS信号环境内飞行时，本发明多旋翼无人机飞行器系统采用基于SLAM算法的激光测距定位系统，通过水平方向的激光测距传感器一 14和向下方向的激光测距传感器二 6获取无人机的位置信息和高度信息，通过9自由度姿态传感器获取当前姿态下的三轴姿态角及加速度信息，以这两部分信息作为输入，通过小型控制计算机10运行SLAM算法获取无人机的三维位置和姿态信息，采用上述算法获得的三维位置和姿态信息作为反馈量，传输至无人机飞行控制系统9，同时，操作人员通过地面站装置向无人机飞行控制系统9输出飞行指令，无人机飞行控制系统9将飞行指令的各类参数与作为反馈的三维位置和姿态信息运行控制算法进行计算，得出电机2所需的转速并将速度信号传输给电机2，实现本发明多旋翼无人机飞行器系统在室内、无GPS信号环境下自主控制飞行。
[0024]参看图4，通过向上方向摄像头一 12、水平方向的摄像头二 13和向下方向的摄像头三7获取周围环境的视频图像信息，通过图像传输装置16对视频图像信息进行处理后，将处理过的视频图像信息传送至地面站装置。在地面站装置中可通过向上方向的摄像头一12、水平方向的摄像头二 13和向下方向的摄像头三7同时观测到本发明多旋翼无人机飞行器系统的上方、前方和下方的视频图像。
[0025]参看图5，本发明多旋翼无人机飞行器系统在消防现场内飞行时，通过环境温湿度传感器和各气体浓度传感器(CO气体浓度传感器、CO2气体浓度传感器、HCl气体浓度传感器、H2S气体浓度传感器、014气体浓度传感器、环境温湿度传感器等)获取环境内温湿度信息和各类可燃、有毒有害的特征气体的浓度信息，此类特征气体包括了 CO、CO2,HCl、H2SXH4及其他可燃气体。获取到的温湿度信息和特征气体浓度信息实时传输至小型控制计算机10，小型控制计算10根据预先设置的报警值，对环境内的温湿度和特征气体浓度进行实时监测，对特征气体浓度进行分级报警，报警信息通过无线传输至地面站装置。
[0026]上面所述的实施方法仅仅是对本发明的优选实施方法进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计方案前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
【主权项】
1.一种具有消防侦察功能的多旋翼无人机飞行器系统，其特征在于:包括机架(8)、机臂(4)、电池、螺旋桨叶(1)、驱动螺旋桨叶转动的电机(2)、电子调速器(3)、起落架(5)、控制中心外壳(15)、无人机飞行控制系统(9)、传感器(11)、激光测距传感器(6、14)、小型控制计算机(10)、高清摄像头(7、12、13)、图像传输装置(16)和地面站装置；其中，所述电机(2)和所述电子调速器(3)均安装在所述机臂(4)上，所述机臂(4)与所述机架(8)相连构成所述多旋翼无人机飞行器系统的机体框架，所述螺旋桨叶(I)安装在所述电机(2)上，同时所述电机(2)与所述电子调速器(3)连接以控制所述螺旋桨叶(I)的转速，所述起落架(5)安装在所述机架(8)的下部用于所述多旋翼无人机飞行器系统在飞行起降时的稳定着陆，所述无人机飞行控制系统(9)用于输出所述多旋翼无人机飞行器系统的参数信号来实现所述多旋翼无人机飞行器系统的姿态控制，所述传感器(11)与所述无人机飞行控制系统(9)的通讯接口对应连接，并在所述控制中心外壳(15)内组成一个封闭的箱体；所述激光测距传感器(6、14)与所述小型控制计算机(10)通讯连接，由所述小型控制计算机(10)对所述激光测距传感器(6、14)传输的信号进行处理，并将处理后的信号输入至所述无人机飞行控制系统(9)中，用于实现室内的三维位置和姿态控制，所述高清摄像头(7、12、13)与所述图像传输装置(16)相连，用于采集环境的视频图像，并将视频图像的信号传输至所述地面站装置，实现实时观测。2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机飞行器系统，其特征在于:所述激光测距传感器(6、14)包括了安装在所述控制中心外壳(15)上部的水平方向的激光测距传感器一(14)和安装在所述机架下部向下方向的激光测距传感器二(6);所述水平方向的激光测距传感器一(14)与所述向下方向的激光测距传感器二(6)均与所述小型控制计算机(10)连接。3.根据权利要求1或2所述的多旋翼无人机飞行器系统，其特征在于:所述高清摄像头(7、12、13 )包括向上方向的摄像头一(12)，水平方向的摄像头二( 13 )和向下方向的摄像头三(7);其中，所述向上方向的摄像头一(12)和所述水平方向的摄像头二(13)位于所述控制中心外壳(15)的上部，所述向下方向的摄像头三(7)位于所述机体的下部。4.根据权利要求1或2所述的多旋翼无人机飞行器系统，其特征在于:所述传感器(11)包括9自由度姿态传感器、GPS传感器、气压传感器、环境温湿度传感器、气体浓度传感器。
【专利摘要】具有消防侦察功能的多旋翼无人机飞行器系统，六支机臂与机架构成多旋翼无人机飞行器系统的机体框架，电机与电子调速器连接以控制螺旋桨叶的转速，起落架用于飞行起降时的稳定着陆，无人机飞行控制系统用于实现稳定的姿态控制，传感器与无人机飞行控制系统连接，小型控制计算机与激光测距传感器通讯连接，将处理后的信号输入至无人机飞行控制系统中，用于实现室内的三维位置和姿态控制，高清摄像头与图像传输装置相连，用于采集环境的视频图像，图像传输装置用于将视频图像的信号传输至地面站装置，实现实时观测。本发明具有复杂环境下自主飞行、自动实时侦察、自动壁障、保护人身安全、远程监控、远程实时通讯、数据可保存回放等优点。
【IPC分类】B64D47/00, B64C39/02, B64D47/08, B64C27/08
【公开号】CN105015767
【申请号】CN201510396487
【发明人】贺勇, 雷锦涛, 曹操
【申请人】湖北省机电研究设计院股份公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月9日