一种夜间搜救多旋翼无人机

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一种夜间搜救多旋翼无人机\n技术领域\n[0001] 本发明涉及无人机搜索技术领域，更具体地说，涉及一种夜间搜救多旋翼无人机。\n背景技术\n[0002] 我国地域辽阔、人口众多，是自然灾害、意外事件频发的国家。特别是近年来反恐侦察、搜索救援任务加剧，应急救援部门及公安反恐部门的夜间搜救(搜索)任务极为繁重。\n传统搜索方案采取野外地面搜索的方式，通过手持或汽车机动提供光源，但存在光源方向单一，覆盖范围小等问题，且遇到水面、山涧、山顶、沼泽等搜救、搜索重点区域时往往无法保障光源支持。由于搜救(搜索)视线不佳，不仅导致搜救(搜索)效率低下，而且搜救人员的人身安全也不能得到很好地保障。\n[0003] 随着科学的进步，无人机的应用越来越广泛。无人机不受起飞着陆场地限制，能垂直起降、空中悬停，能向任何一个方向灵活飞行等特点。但是，现有的无人机在执行夜间搜索任务时存在诸多不足，如光源照射地面范围较小且不稳定、无法提供强光柱配合地面搜救和警用战术、摄像头与探照灯等易受飞行姿态影响等，使得无人直升机出勤能力较低，在应用上受到一定限制。\n[0004] 经检索，中国专利号ZL201420102010.8，授权公告日为2014年8月6日，发明创造名称为：一种无人直升机的夜间探照及视频拍摄装置，该申请案包括机壳及其内部的摄像控制装置、探照控制装置、图传设备和电池，在机壳的前面板上设置有摄像头和探照灯头并分别与摄像控制装置、探照控制装置相连接，在机壳的上表面安装有与图传设备相连接的天线，所述的电池与摄像控制装置、探照控制装置、图传设备相连接为其供电，该摄像控制装置、探照控制装置通过通信线与无人机控制系统相连接，摄像控制装置通过通信线与机身存储设备相连接。该申请案达到了无人直升机夜间飞行作业及探照拍摄跟踪的目的，但该申请案没有考虑对夜间执行搜索作业至关重要的光源探照问题，光源覆盖范围窄、光照不足、搜索视线不佳，同时也影响了拍摄图像的效果，仍需进一步改进。\n[0005] 中国专利号ZL 201220730305.4，授权公告日2013年7月31日，发明创造名称为：一种具有惯性导航平台的电力巡线无人直升机，该申请案包括无人直升机及其相适配的地面指挥装置；在无人机头部的前置云台内设置有拍照系统和惯性导航系统；在无人机的机身内部设置有飞行控制系统和动力驱动系统。所述拍照系统包括摄像头、可见光数码相机、紫外成像仪和红外热像仪。所述动力驱动系统为涡轴发动机，所述飞行控制系统用于控制无人直升机按照预置的飞行参数及航线飞行，并实时反馈航电位置数据信息。该申请案的紫外成像仪和红外热像仪主要用于自动对电力线路的实时状况进行影像数据记录，以实现电网巡检作业，并不能推广应用到夜间搜救领域。\n[0006] 综上，亟待加强夜间应急搜救装备的创新和探索。\n发明内容\n[0007] 1.发明要解决的技术问题\n[0008] 本发明的目的在于解决现有夜间搜索方案存在的：1)需要大量人力物力进行地毯式搜索，由于可见光差导致搜索效率低；2)探照光源覆盖范围窄、光照不足，无法保障水面、山谷、山顶、沼泽等搜救、搜索重点区域夜间光源支持；3)夜间执行警用侦察、作战任务无法提供空中强光柱予以战术配合的问题；提供了一种夜间搜救多旋翼无人机。本发明提供的方案，搜救装置可快速安装在多旋翼无人机上，为地面搜救人员提供近7000平方米可见光源支持，同时对重点区域给予强光柱探照以配合地面搜索，适用于山区、森林、草原、水面夜间搜救、巡逻及应对群体事件和反恐侦察。\n[0009] 2.技术方案\n[0010] 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：\n[0011] 本发明的一种夜间搜救多旋翼无人机，包括机架、飞行提升机构、探照机构和搜救机构，其中：\n[0012] 所述的机架包括机臂、探照灯挂载杆、脚架和搜救机构挂载杆，机架沿其机体伸出六只机臂，机体下部设置有脚架，且机体底部负载有搜救机构挂载杆；所述的探照灯挂载杆位于机臂的下部，该探照灯挂载杆设置于两机臂之间；\n[0013] 所述的飞行提升机构设置于机臂的末端，该飞行提升机构包括电子调速器、电机和螺旋桨，电子调速器的输出端连接电机，螺旋桨的下部设置有一快拆件，螺旋桨通过该快拆件与电机活动连接，电机控制螺旋桨以不同转速旋转；\n[0014] 所述的探照机构包括广角探照灯和聚光探照灯，广角探照灯挂载于机臂靠近飞行提升机构的一端，聚光探照灯挂载于探照灯挂载杆的末端；\n[0015] 所述的搜救机构包括扩音器、摄像机构和热成像机构，扩音器、摄像机构和热成像机构均通过搜救机构挂载杆挂载于无人机机体底部。\n[0016] 作为本发明更进一步的改进，所述的摄像机构包括第一挂载件、第一挂载板、第一X轴无刷电机、第一云台支架、摄像支架、第一Y轴无刷电机和摄像装置，第一挂载件的上端设置有卡口，第一挂载件通过该卡口卡合于搜救机构挂载杆上，第一挂载件的下端与第一挂载板固连，该第一挂载板的底部固连有第一X轴无刷电机，第一X轴无刷电机控制第一云台支架旋转；所述的第一云台支架的一端固连有第一Y轴无刷电机，第一Y轴无刷电机控制摄像支架旋转；所述的摄像装置固连于摄像支架上。\n[0017] 作为本发明更进一步的改进，第一挂载板的底部还固连有扩音器，所述的探照灯挂载杆插装于第一挂载板内部。\n[0018] 作为本发明更进一步的改进，所述的热成像机构包括第二挂载件、第二挂载板、第二X轴无刷电机、第二云台支架、第二Y轴无刷电机、热成像机架和热成像装置，第二挂载件套合于搜救机构挂载杆上，该第二挂载件与第二挂载板固连，第二挂载板的底部固连有第二X轴无刷电机，第二X轴无刷电机控制第二云台支架旋转；第二云台支架的一端固连有第二Y轴无刷电机，第二Y轴无刷电机控制热成像机架旋转；所述的热成像机架包括底板、第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板卡合将热成像装置固定于底板上。\n[0019] 作为本发明更进一步的改进，所述的热成像装置为光谱仪或红外仪。\n[0020] 作为本发明更进一步的改进，所述的快拆件包括快拆件底座、快拆件上座和定位销，快拆件底座固定在电机上，快拆件上座与螺旋桨固定；所述的快拆件底座的中部设置有底座端头，底座端头上开设有外螺纹，快拆件底座上还开设有定位孔，所述的快拆件上座底部开设有与底座端头配合的螺纹孔，快拆件底座通过底座端头拧入螺纹孔中与快拆件上座相连；所述的定位销与定位孔相配合，确保螺旋桨旋转时快拆件上座与快拆件底座不脱离。\n[0021] 作为本发明更进一步的改进，所述的广角探照灯和聚光探照灯上均加装有插片式散热铝片。\n[0022] 3.有益效果\n[0023] 采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：\n[0024] (1)本发明的一种夜间搜救多旋翼无人机，其搜救机构挂载杆上挂载有扩音器、摄像机构和热成像机构，且无人机机架上挂载有广角探照灯和聚光探照灯，广角探照灯能够为地面提供稳定的光照支持，聚光探照灯光柱能够可靠锁定待拍摄区域，保证摄像机构可以提供稳定、清晰的画面传回地面指挥部，同时，热成像机构能够根据热源寻找生命迹象，为夜间搜救提供双重保障，通过扩音器能够实时传达信息给地面搜救或待营救人员，大大提高了夜间搜救效率；\n[0025] (2)本发明的一种夜间搜救多旋翼无人机，其扩音器、摄像机构和热成像机构均通过搜救机构挂载杆挂载于无人机机体底部，且探照灯挂载杆插装于第一挂载板内部，非使用状态下，可快速拆除扩音器、摄像机构、热成像机构以及聚光探照灯；此外，螺旋桨通过快拆件与电机活动连接，通过快拆件还可在3s内将螺旋桨快速从电机上拆下，使用时同样可以快速组装，运输、携带方便，实用性强。\n附图说明\n[0026] 图1为本发明的一种夜间搜救多旋翼无人机的结构示意图；\n[0027] 图2为本发明中搜救机构挂载杆挂载扩音器、摄像机构和热成像机构的结构示意图；\n[0028] 图3为本发明中夜间搜救多旋翼无人机控制机构的结构框图；\n[0029] 图4为本发明中快拆件与电机连接的结构示意图；\n[0030] 图5为本发明中快拆件与螺旋桨连接的结构示意图；\n[0031] 图6为本发明中摄像机构的结构示意图；\n[0032] 图7为本发明中热成像机构的结构示意图。\n[0033] 示意图中的标号说明：\n[0034] 1、电池；21、机臂；22、探照灯挂载杆；23、脚架；24、搜救机构挂载杆；31、广角探照灯；32、聚光探照灯；\n[0035] 41、电机；42、快拆件；421、快拆件底座；4211、底座端头；4212、固定孔；4213、定位孔；422、快拆件上座；423、卡簧；424、M3螺丝；425、定位销；43、螺旋桨；51、GPS导航仪；52、无线图像传输装置；6、扩音器；\n[0036] 7、摄像机构；71、第一挂载件；72、第一挂载板；73、第一X轴无刷电机；74、第一云台支架；75、摄像支架；76、第一Y轴无刷电机；77、摄像装置；\n[0037] 8、热成像机构；81、第二挂载件；82、第二挂载板；83、第二X轴无刷电机；84、第二云台支架；85、第二Y轴无刷电机；861、底板；862、第一侧板；863、第二侧板；87、热成像装置。\n具体实施方式\n[0038] 为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。\n[0039] 实施例1\n[0040] 参看图1，本实施例的一种夜间搜救多旋翼无人机，包括机架、飞行提升机构、探照机构和搜救机构，其中：\n[0041] 所述的机架包括机臂21、探照灯挂载杆22、脚架23和搜救机构挂载杆24，机架沿其机体伸出六只机臂21，六只机臂21围绕机体等间隔设置，能够保证无人机飞行的稳定性。机体下部设置有脚架23，且机体底部负载有搜救机构挂载杆24，搜救机构挂载杆24穿入无人机机体底部的安装孔中，非使用状态下，可将搜救机构挂载杆24抽出。搜救机构挂载杆24上挂载有摄像机构7，所述的探照灯挂载杆22插装于摄像机构7的第一挂载板72内部，探照灯挂载杆22也能很方便的从第一挂载板72中抽出。本实施例设置有四根探照灯挂载杆22，四根探照灯挂载杆22分别伸出于两机臂21之间。\n[0042] 所述的飞行提升机构设置于六只机臂21的末端，该飞行提升机构包括电子调速器、电机41和螺旋桨43，机臂21的末端设置电机座，电机41安装于电机座上，电子调速器的输出端连接电机41，电机41控制螺旋桨43以不同转速旋转。\n[0043] 值得说明的是，本实施例在螺旋桨43的下部设置有一快拆件42，参看图4和图5，快拆件42包括快拆件底座421、快拆件上座422和卡簧423，快拆件底座421的中部设置有底座端头4211，底座端头4211上开设有外螺纹。快拆件底座421上沿底座端头4211的四周开设有固定孔4212和定位孔4213，M3螺丝424穿过固定孔4212将快拆件底座421固定在电机41上。\n所述的快拆件上座422底部开设有与底座端头4211配合的螺纹孔，且快拆件上座422上也开设有固定孔和定位孔，M3螺丝424穿过固定孔将快拆件上座422与螺旋桨43固定，快拆件上座422和螺旋桨43之间还夹有卡簧423。定位销425穿过快拆件上座422上开设的定位孔，组装螺旋桨43时，快拆件上座422底部螺纹孔与快拆件底座421的底座端头4211配合，拧入90°之后，定位销425卡入定位孔4213中，能够保证螺旋桨43加速或减速沿同一方向旋转时，快拆件上座422和快拆件底座421始终不分离，进而保证无人机作业时螺旋桨43不脱离无人机机体造成事故。同样的，拆卸螺旋桨43时相反方向拧动快拆件上座422，定位销425脱离定位孔4213，即可快速拆卸螺旋桨43。通过该快拆件42能够在3s内将螺旋桨43安装于电机41的输出端，或从电机41上拆下。\n[0044] 所述的探照机构包括广角探照灯31和聚光探照灯32，广角探照灯31挂载于机臂21靠近飞行提升机构的一端，本实施例中广角探照灯31的灯泡采用大功率LED节能灯，型号为LM-W150，功率为150w。聚光探照灯32挂载于探照灯挂载杆22的末端，聚光探照灯32采用型号为LM-W90，功率为90w的LED灯。本实施例中广角探照灯31和聚光探照灯32上均加装有插片式散热铝片且均位于螺旋桨43的下方。在飞行过程中，螺旋桨43下方的空气急速流动，极大提高了散热效率。如此，探照灯可以长时间工作，不用担心因灯体过热导致故障，探照灯使用寿命延长。\n[0045] 所述的搜救机构包括扩音器6、摄像机构7和热成像机构8。参看图2和图6，本实施例的摄像机构7包括摄像装置增稳云台和其上负载的摄像装置77，摄像装置增稳云台包括第一挂载件71、第一挂载板72、第一X轴无刷电机73、第一云台支架74、摄像支架75和第一Y轴无刷电机76。第一挂载件71的上端设置有卡口，第一挂载件71通过该卡口卡合于无人机机体底部的搜救机构挂载杆24上，摄像机构7通过第一挂载件71卡合固定于搜救机构挂载杆24，既能保证摄像机构7与机体之间不因气流等因素发生晃动，保证拍摄图像清晰，不重影。同时，在无人机非使用状态下，还可将摄像机构7快速拆除，保证运输时摄像机构7负载的摄像装置77不受碰撞，导致损坏。\n[0046] 第一挂载件71的下端与第一挂载板72固连，所述的扩音器6固连于第一挂载板72的底部。该第一挂载板72的底部固连有第一X轴无刷电机73，第一X轴无刷电机73的输出轴与第一云台支架74相连，第一X轴无刷电机73控制第一云台支架74旋转。所述的第一云台支架74为U型结构，该第一云台支架74的一端固连有第一Y轴无刷电机76，第一云台支架74的另一端对称设置有转轴。所述的摄像支架75也为U型结构，该摄像支架75的一端与第一Y轴无刷电机76的输出轴相连，摄像支架75的另一端与转轴相连，第一Y轴无刷电机76控制摄像支架75旋转。所述的摄像装置77固连于摄像支架75上，本实施例中摄像装置77采用ccd高清晰度摄像头，该摄像装置77连接无线图像传输装置52，所述的无线图像传输装置52通过无线电传输信号至地面的无线图像接收系统再显示到屏幕上。此外，本实施例在摄像支架75上还安装了一小型的聚光探照灯，如此能够保证摄像头与聚光探照灯稳定保持一定角度，在飞行器飞行搜救(搜索)过程中，摄像头借用聚光探照灯可以提供稳定、清晰的画面传回地面指挥部，供地面工作人员决策。\n[0047] 参看图7，本实施例的热成像机构8包括热成像装置增稳云台和其上负载的热成像装置87，本实施例中机架、摄像装置增稳云台和热成像装置增稳云台均采用碳纤维材料制备，碳纤维材料是一种具有很高强度和模量的耐高温纤维，无人机的主体支架采用碳纤维材料，能够保证无人机体积小、重量轻、机架强度高，使用寿命大大延长。\n[0048] 热成像装置增稳云台包括第二挂载件81、第二挂载板82、第二X轴无刷电机83、第二云台支架84、第二Y轴无刷电机85和热成像机架。第二挂载件81套合于搜救机构挂载杆24上，如此也可达到保证热成像机构8与机体之间不因气流等因素发生晃动，在非使用状态下快速拆除的目的。第二挂载件81与第二挂载板82固连，第二挂载板82的底部固连有第二X轴无刷电机83，第二X轴无刷电机83的输出端与第二云台支架84相连，第二X轴无刷电机83控制第二云台支架84旋转。第二云台支架84为L型结构，第二云台支架84的一端固连有第二Y轴无刷电机85，第二Y轴无刷电机85控制热成像机架旋转。所述的热成像机架包括底板861、第一侧板862和第二侧板863，第一侧板862和第二侧板863卡合并通过螺栓固定，将热成像装置87固定于底板861上。本实施例中热成像装置87采用巨哥电子MAG30红外热像仪，利用红外仪能够根据热源寻找生命迹象，为夜间搜救提供双重保障。\n[0049] 本实施例中扩音器6、摄像机构7和热成像机构8均通过搜救机构挂载杆24挂载于无人机机体底部，且探照灯挂载杆22插装于第一挂载板72内部，非使用状态下，可快速拆除扩音器6、摄像机构7、热成像机构8以及聚光探照灯32。此外，螺旋桨43通过快拆件42与电机\n41活动连接，通过快拆件42还可在3s内将螺旋桨43快速从电机41上拆下，将附属部件拆除后无人机占用空间很小，便于运输和携带，使用时同样可以快速组装，实用性强。\n[0050] 参看图3，本实施例的无人机还包括设置于机体内部的控制机构，控制机构是整个无人机控制系统的核心，用于控制无人机飞行到指定高度，调节摄像装置增稳云台、热成像装置增稳云台翻转以及控制广角探照灯31、聚光探照灯32的开关和角度调整。控制机构包括电池1、遥控接收机、探照灯控制系统和广角探照灯角度控制系统。电池1为整个控制机构供电，遥控接收机接收GPS导航仪51反馈的位置信息，控制无人机飞行到指定高度。同时，遥控接收机的输出端连接摄像装置增稳云台、热成像装置增稳云台和扩音器6，遥控接收机控制摄像头和红外仪提取清晰、稳定的图像信息，摄像头、红外仪与无线图像传输装置52相连，无线图像传输装置52再将信号传输至地面无线图像接收系统，供地面工作人员决策。同时，地面工作人员还可通过扩音器6实时传达信息给地面搜救或待营救人员，以提高夜间搜救效率。所述的探照灯控制系统占用遥控接收机两个通道，探照灯控制系统的输出端分别与广角探照灯31、聚光探照灯32相连，地面控制人员可控制广角探照灯31、聚光探照灯32的开关、灯光照射方向和角度等，使得聚光探照灯32的光柱能够可靠锁定待拍摄区域，不受飞行姿态干扰。所述的广角探照灯角度控制系统控制与广角探照灯31相连的舵机，调整飞行器姿态变化时广角探照灯31始终垂直于地面照射，为地面提供稳定的光照支持，据实际测算，广角探照灯31可为7000平方米地面区域提供可见光源支持，基本满足搜救(搜索)任务需要。\n[0051] 根据测算，广角探照灯31在100米高空垂直向下照射时，光源覆盖范围为直径110米的圆，覆盖面积大约9500平方米。聚光探照灯32则可以朝向任意方向、角度照射，对重点区域给予强光柱探照以配合地面搜救和搜索。聚光探照灯32朝向任意方向、不同角度照射覆盖面积从5000平方米到7000平方米不等。此外，在某些特殊情况下，还可变换广角探照灯\n31的照射角度，使其与聚光探照灯32的照射方向一致，以在不移动飞行器的情况下，扩大周边照射范围。\n[0052] 实施例2\n[0053] 本实施例的一种夜间搜救多旋翼无人机，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例的热成像装置87采用光谱仪，光谱仪的型号为UPRtek MK350S。\n[0054] 实施例1～2所述的一种夜间搜救多旋翼无人机，当飞行器在100米高空巡航或待命时，可为地面搜救人员提供近7000平方米可见光源支持，同时对重点区域给予强光柱探照以配合地面搜救和搜索；搭载的摄像装置和热成像装置可以传输高空影像到地面，给地面工作人员提供清晰直观的地区实时影像，便于部署安排搜救计划；尤其适用于山区、森林、草原、水面夜间搜救、巡逻及应对群体事件和反恐侦察。\n[0055] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。