基于多无人机的多维空中演示系统技术方案

本实用新型专利技术属于无人机领域，具体提供了一种基于多无人机的多维空中演示系统。本实用新型专利技术旨在解决现有基于多无人机的空中演示系统成本昂贵、维护复杂、可扩展能力差、主要面向军用市场的问题。本实用新型专利技术的基于多无人机的多维空中演示系统包括多功能地面工作站、集群通信子系统、智能机场和无人机群。单个多旋翼无人机能在三维空间中的一定范围内变化位置且具有防撞功能，能携带灯光、拉烟等演示用载荷。无人机群可根据演出需要组成各种形状并随时间变换，配合协调运动能力和地面音乐，形成多维表达能力，满足空中表演需求。本实用新型专利技术的技术方案采用的部件均为市场大量生产和使用的电子、机械设备，可靠性高，成本低，且机械结构简单，容易维护。

【技术实现步骤摘要】
基于多无人机的多维空中演示系统
本技术属于无人机领域，具体提供一种基于多无人机的多维空中演示系统。
技术介绍
基于多无人机的空中演示系统具有多维表达能力，无人机群中的每一个无人机能够在三维空间中的一定范围内变化位置，若以时间作为一个维度，兼以无人机群的协调运动能力和地面音乐的配合，基于多无人机的空中演示系统具有大于四维的多维表达能力。这种革命性的表现方式具有大空间范围、强表现力，加上其本身的高科技背景，毋庸置疑，基于多无人机的多维空中演示系统具有无与伦比的“吸睛”能力，是一种给人无穷想象的新形式，将对传统的二维平面宣传方式产生巨大的冲击。近年来，随着电子技术、计算机技术、传感器技术、电机技术、多机协同编队技术及控制理论的迅猛发展，为基于多无人机的空中演示系统的实现扫除了障碍。2016年在全世界范围已经出现了多无人机表演。然而，已有的多无人机表演的例子多侧重于无人机本身，更多的是用以表现无人机的技术水平，面向目标多是军用市场，成本昂贵、维护复杂、可扩展能力比较差。相应地，本领域需要一种新的基于多无人机的多维空中演示系统来解决上述问题。
技术实现思路
为了解决现有的基于多无人机的空中演示系统成本昂贵、维护复杂、可扩展能力差、主要面向军用市场的问题，本技术提供了一种基于多无人机的多维空中演示系统，所述多维空中演示系统包括无人机群，所述多维空中演示系统还包括设置在地面的多功能地面工作站、集群通信子系统和智能机场，所述多功能地面工作站通过所述集群通信子系统与所述无人机群通信并控制所述无人机群在空中的演示操作，所述智能机场用于所述无人机群的起飞、降落、自动充电管理和故障诊断，所述多功能地面工作站与所述智能机场通信并管理所述智能机场。在上述基于多无人机的多维空中演示系统中，所述多功能地面工作站包括遥控器，所述遥控器用于手动控制所述无人机群；所述多功能地面工作站还包括地面工作站电源，所述地面工作站电源用于给所述多功能地面工作站供电；所述多功能地面工作站还包括图传电台，所述图传电台用于接收所述无人机群发送过来的图像和视频信息。在上述基于多无人机的多维空中演示系统中，所述多功能地面工作站还包括智能机场管理模块，所述智能机场管理模块与所述智能机场通信并管理所述智能机场；所述多功能地面工作站还包括地面计算机，所述地面计算机连接并控制所述遥控器、所述图传电台、所述智能机场管理模块和所述集群通信子系统。在上述基于多无人机的多维空中演示系统中，所述无人机群包括至少一架多旋翼无人机，所述多旋翼无人机包括下列部件：GPS天线、螺旋桨、电机、电机支架、起落架横杆、起落架、飞控子系统、全彩灯和摄像头；所述GPS天线安装在所述多旋翼无人机的顶部，用于接收GPS信号，以完成所述多旋翼无人机的实时定位；所述电机支架固定在所述多旋翼无人机的机身上，用于安装所述电机；所述螺旋桨安装在所述电机上，并由所述电机驱动旋转，产生升力；所述起落架安装在所述多旋翼无人机的底部，用于起飞、降落时产生缓冲和保护作用；所述起落架横杆安装在所述起落架上，用于保持所述多旋翼无人机降落到地面时的稳定；所述飞控子系统安装在所述多旋翼无人机的机身内，用于控制所述多旋翼无人机的飞行和安装在所述多旋翼无人机的机身底部的所述全彩灯的颜色，并且能够控制所述摄像头的操作；所述摄像头安装在所述多旋翼无人机的机身底部，用于采集图像和视频信息。在上述基于多无人机的多维空中演示系统中，所述飞控子系统包括飞控中央处理器和与所述飞控中央处理器相连并受所述飞控中央处理器控制的飞控图传电台、飞控数传电台、GPS模块、遥控接收机、灯光控制器、多路电调、气压高度计、三轴加速度计及三轴陀螺仪、三轴地磁计、飞控电源和所述摄像头；所述飞控图传电台将所述飞控中央处理器接收到的所述摄像头采集的图像和视频信息发送给所述图传电台；所述飞控数传电台将所述多旋翼无人机的状态信息通过所述集群通信子系统发送给所述多功能地面工作站，并将接收到的所述多功能地面工作站发送的控制指令发送给所述飞控中央处理器；所述GPS模块接收所述GPS天线发送的GPS信号并计算出所述多旋翼无人机的位置信息；所述遥控接收机接收所述遥控器的手动遥控信号，从而能够手动控制所述多旋翼无人机；所述灯光控制器接收所述飞控中央处理器的指令来控制所述全彩灯发出相应颜色的光；所述多路电调根据所述飞控中央处理器发送的指令来控制所述电机的工作状态和转速；所述气压高度计用于测量大气压力和环境温度，从而计算出所述多旋翼无人机的海拔高度并发送给所述飞控中央处理器；所述三轴加速度计及三轴陀螺仪用于测量所述多旋翼无人机的三轴加速度和三轴旋转速率并发送给所述飞控中央处理器；所述三轴地磁计用于测量所述多旋翼无人机的三轴分量并传送给所述飞控中央处理器，所述飞控中央处理器通过卡尔曼滤波法计算出所述多旋翼无人机的姿态；所述飞控电源用于给所述飞控子系统供电。本领域技术人员能够理解的是，在本技术的技术方案中，所述多维空中演示系统包括布置在地面的多功能地面工作站、集群通信子系统和智能机场以及飞行在空中的无人机群。其中，多功能地面工作站通过集群通信子系统与无人机群通信，并且管理智能机场。智能机场可根据无人机群的多旋翼无人机的数量选择相应数量的单元布置在地面上，用于无人机群的起飞和降落，具有起飞/降落引导、自动充电管理和故障诊断等功能。每一个多旋翼无人机能够在三维空间中的一定范围内变化位置且具有防撞功能，能够携带灯光、拉烟等演示用载荷。无人机群可以根据演出需要组合成各种形状并随时间变换，配合协调运动能力和地面音乐，形成多维表达能力，从而满足空中表演需求，其应用市场除军用外，也适用于广告业、晚会灯光演示等民用场合。本技术的技术方案采用的部件均为市场大量生产和使用的电子、机械设备，可靠性高，成本低，且机械结构简单，容易维护。附图说明图1是本技术的基于多无人机的多维空中演示系统的示意图。图2是本技术的多功能地面工作站的结构框图。图3是本技术的无人机群的多旋翼无人机的结构示意图。图4是本技术的多旋翼无人机的飞控子系统的机构框图。具体实施方式下面参照附图来描述本技术的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本技术的技术原理，并非旨在限制本技术的保护范围。例如，尽管说明书中是结合全彩灯来描述的，但是，本技术显然可以根据需要采用其它各种形式的空中演示载荷，例如拉烟。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。需要说明的是，在本技术的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，还需要说明的是，在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多无人机的多维空中演示系统，所述多维空中演示系统包括无人机群，其特征在于，所述多维空中演示系统还包括设置在地面的多功能地面工作站、集群通信子系统和智能机场，所述多功能地面工作站通过所述集群通信子系统与所述无人机群通信并控制所述无人机群在空中的演示操作，所述智能机场用于所述无人机群的起飞、降落、自动充电管理和故障诊断，所述多功能地面工作站与所述智能机场通信并管理所述智能机场。

【技术特征摘要】
1.一种基于多无人机的多维空中演示系统，所述多维空中演示系统包括无人机群，其特征在于，所述多维空中演示系统还包括设置在地面的多功能地面工作站、集群通信子系统和智能机场，所述多功能地面工作站通过所述集群通信子系统与所述无人机群通信并控制所述无人机群在空中的演示操作，所述智能机场用于所述无人机群的起飞、降落、自动充电管理和故障诊断，所述多功能地面工作站与所述智能机场通信并管理所述智能机场。2.根据权利要求1所述的基于多无人机的多维空中演示系统，其特征在于，所述多功能地面工作站包括遥控器，所述遥控器用于手动控制所述无人机群；所述多功能地面工作站还包括地面工作站电源，所述地面工作站电源用于给所述多功能地面工作站供电；所述多功能地面工作站还包括图传电台，所述图传电台用于接收所述无人机群发送过来的图像和视频信息。3.根据权利要求2所述的基于多无人机的多维空中演示系统，其特征在于，所述多功能地面工作站还包括智能机场管理模块，所述智能机场管理模块与所述智能机场通信并管理所述智能机场；所述多功能地面工作站还包括地面计算机，所述地面计算机连接并控制所述遥控器、所述图传电台、所述智能机场管理模块和所述集群通信子系统。4.根据权利要求3所述的基于多无人机的多维空中演示系统，其特征在于，所述无人机群包括至少一架多旋翼无人机，所述多旋翼无人机包括下列部件：GPS天线、螺旋桨、电机、电机支架、起落架横杆、起落架、飞控子系统、全彩灯和摄像头；所述GPS天线安装在所述多旋翼无人机的顶部，用于接收GPS信号，以完成所述多旋翼无人机的实时定位；所述电机支架固定在所述多旋翼无人机的机身上，用于安装所述电机；所述螺旋桨安装在所述电机上，并由所述电机驱动旋转，产生升力；所述起落架安装在所述多旋翼无人机的底部，用于起飞、降落时产生缓冲和保护作用；所述起落架横杆安装在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭湘敏，蒲志强，李书晓，朱承飞，易建强，常红星，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11