CN104656662A - 一种无线遥控救生设备投放飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线遥控救生设备投放飞行器，以机体为中心，按水平面均匀分布有六个旋臂，旋臂均与机体连接，该旋臂上分别设有六个旋翼；六个旋翼均设有动力装置，机体内设有驱动装置、电源模块、无线模块、自动平衡模块，动力装置、无线模块以及自动平衡模块均与驱动装置电性连接；控制终端给无线模块发送控制信号；在机体的下方设有提物架，该提物架包括底板，垂直于底板的立板，立板上通有销轴，销轴的一侧设有齿条，该提物架与齿条对应的一侧固定有电机，电机的轴上套有与齿条配合的齿轮；电源模块给驱动装置、无线模块、自动平衡模块以及电机供电。实现了可远距离投放救生圈以及其他救生物资；提高了投放精度以及抗风能力等有益效果。

Description

一种无线遥控救生设备投放飞行器

技术领域

本发明涉及海上救援设备领域，尤其涉及一种无线遥控救生设备投放飞行器。

背景技术

目前在国际或国内船只上配备的救生圈和其他救生物资，一般设置在船仓内的专门贮存柜内或挂在船舷上。当船只遇险有不幸者落水时，往往都是发生在很短时间内，落水者通常来不及使用救生圈，在海浪或水流的冲击下，很快冲离船只。在此情况下，需由船上人员或救援船只向落水者投掷救生圈和救生物资，人力只能将救生圈投至20米左右，由于船只离落水者距离远，往往投不到落水者身边而发生悲剧，另航海船舶庞大，操纵不便，不可能通过操纵靠近。

基于上述情况，在现有技术中，也研制开发出了一种新型救生抛投设备，这种抛投式救生设备的抛投范围在是30～70米左右，由于落水者在海浪或水流的冲击下，很快冲离船只，船上救生员用肉眼难于精确确定落水者的位置。抛投式的救生圈一般为充气救生圈，抛投精确度较差，且在海面上风浪大，使用充气救生圈容易受风浪干扰，使抛投角度和距离发生偏离。

发明内容

   本发明要解决的技术问题是提供一种在海上救生中，可远距离投放救生圈以及其他救生物资、投放精度高、抗风能力强、可承载专用海上救生圈、且可实时视频监控海面落水者情况的无线遥控救生设备投放飞行器。

为解决上述技术问题，本发明的一种无线遥控救生设备投放飞行器，包括机体、控制终端、以机体为中心，按水平面均匀分布有六个旋臂，旋臂均与机体连接，该旋臂上分别设有第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼、第四旋翼、第五旋翼、第六旋翼；第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼、第四旋翼、第五旋翼、第六旋翼均设有动力装置，两相邻旋翼的旋转方向相反，机体内设有驱动装置、电源模块、无线模块、自动平衡模块，动力装置、无线模块以及自动平衡模块均与驱动装置电性连接；控制终端给无线模块发送控制信号；在机体的下方设有提物架，该提物架包括底板，垂直于底板的立板，立板上通有销轴，销轴的一侧设有齿条，该提物架与齿条对应的一侧固定有电机，电机的轴上套有与齿条配合的齿轮；电源模块给驱动装置、无线模块、自动平衡模块以及电机供电。

优选的，无线模块包括ZigBee无线模块、WI-FI直通模块、蓝牙无线模块的任一种或其组合，电源模块还给ZigBee无线模块、WI-FI直通模块、蓝牙无线模块供电，且ZigBee无线模块、WI-FI直通模块、蓝牙无线模块均与驱动装置连接。

优选的，自动平衡模块由微机械传感器数据采集与滤波模块、高度测量模块、位置信息测量模块、姿态测量模块、脉冲编码控制模块以及电子调速器控制模块组成，高度测量模块、位置信息测量模块和姿态测量模块分别与脉冲编码控制模块连接，微机械传感器数据采集与滤波模块与姿态测量模块连接，脉冲编码控制模块与电子调速器控制模块连接，电子调速器控制模块与动力装置连接。

优选的，机体上还设有远程3G视频监控移动侦测仪，其内部设有CCD数据采集模块、高清视频图像处理模块、中央处理器、录像模块以及GPS定位系统，所述CCD数据采集模块，高清视频图像处理模块、中央处理器依次连接；录像模块、GPS定位系统、无线模块分别连接到中央处理器上；电源模块还给远程3G视频监控移动侦测仪供电。

采用上述结构的本发明，由于提物架和多模式选择的无线模块的设置，实现了可远距离投放救生圈以及其他救生物资；由于远程3G视频监控移动侦测仪、自动平衡模块的设置，提高了投放精度以及抗风能力；本发明还实现了实时视频监控海面落水者情况等有益效果。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为本发明的仰视结构示意图；

图3为本发明提物架的结构示意图；

图4为本发明的电气控制原理图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

参照图1，本发明提供的一种无线遥控救生设备投放飞行器，包括机体1、控制终端2、以机体1为中心，在机体1所在平面均匀分布有六个旋臂，旋臂均与机体1连接，该旋臂上分别设有第一旋翼11、第二旋翼12、第三旋翼13、第四旋翼14、第五旋翼15、第六旋翼16；所述第一旋翼11、第二旋翼12、第三旋翼13、第四旋翼14、第五旋翼15、第六旋翼16均设有动力装置4，两相邻旋翼的旋转方向相反，机体1内设有驱动装置5、电源模块6、无线模块7、自动平衡模块8，动力装置4、无线模块7以及自动平衡模块8均与驱动装置5电气连接；控制终端2给无线模块7发送控制信号；

控制终端2发射无线控制命令，无线通信方式可选择ZigBee无线通信、WI-FI直通无线通信、蓝牙无线通信中的任一种；当无线发射方式选择为ZigBee无线通信时， ZigBee无线模块71接收来自控制终端2发射的无线控制命令，并将该命令传送给驱动装置5进行信号转换；当无线发射方式选择为WI-FI直通无线通信时， WI-FI直通模块72接收来自控制终端2发射的无线控制命令，并将该命令传送给驱动装置5进行信号转换；当无线发射方式选择为蓝牙无线通信时， 蓝牙无线模块73接收来自控制终端2发射的无线控制命令，并将该命令传送给驱动装置5进行信号转换；驱动装置5将信号进行转换后控制电机94和动力装置4的转动，动力装置4带动旋翼转动，且每相邻两个旋翼的转动方向相反；驱动装置5还可以控制位置相隔两条旋臂的动力装置4绕对应的旋臂的轴线同时转动，如驱动装置5可以控制对应第一旋翼11和第四旋翼14的动力装置4绕对应的旋臂的轴线同时转动；当对应第一旋翼11的动力装置4绕与其对应旋臂的轴线向指向第六旋翼16的方向转动90度时，对应第四旋翼14的动力装置4也同时绕其对应旋臂的轴线向指向第五旋翼15的方向转动90度，此时飞行器向正前方向飞行；同理，驱动装置5也可控制其他相隔两条旋臂的动力装置4实现向飞行器的左前方、右前方、左后方、右后方、正后方，垂直起飞与降落等功能。

机体1下方设有提物架9，该提物架9包括底板96，垂直于底板96的立板91，立板91上通有销轴92，销轴92的一侧设有齿条93，该提物架9与齿条93对应的一侧固定有电机94，电机94的轴上套有与齿条93配合的齿轮95；电源模块6给驱动装置5、无线模块7、自动平衡模块8以及电机94供电。

电机94可正反方向转动，如图3所示，启动电机94往右拉动销轴92，可将用绳索捆绑的救生圈或其他救生物资套入销轴92，然后启动电机94往再往左拉动销轴92，此时捆绑救生圈或其他救生物资的绳索就被锁定在立板91、底板96与销轴92之间。当飞行器飞到落水者上空时，控制终端2发出释放救生圈或救生物资的命令，无线模块7接收到信号并传给驱动装置5，控制提物架9上电机94的运转。电机94的运转带动齿轮95转动，在齿轮95的推动作用下齿条93在立板91上左右滑动，从而使销轴92穿通或移出立板91，当销轴92移出立板91时，销轴92上所挂设的救生圈或其他救生物资在立板91的推动下从销轴92上脱落，实现救生圈或其他救生物资的投放。

无线模块7包括ZigBee无线模块71、WI-FI直通模块72、蓝牙无线模块73中的任一种或其组合，所述电源模块6还给ZigBee无线模块71、WI-FI直通模块72、蓝牙无线模块73供电，且ZigBee无线模块71、WI-FI直通模块72、蓝牙无线模块73均与驱动装置5连接。

ZigBee无线模块71有低功耗、低成本、低速率、短时延等特性在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。ZigBee工作在20～250kbps的速率，分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps(915 MHz)和20kbps(868 MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。传输范围一般介于10～100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1～3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000 个节点的大网。ZigBee是一种高可靠的无线数传网络。ZigBee无线模块71类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

WI-FI直通模块72的发射半径可达100米，其传输信号速度快、可靠性高，802.11b无线网络规范是IEEE 802.11网络规范的变种，最高带宽为11Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，带宽的自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。IEEE802.11规定的发送功率不可超过100毫瓦，实际发射功率约60-70毫瓦，安全可靠。

蓝牙无线模块73，蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙设备的最大发射功率可分为3级：100mw（20dB/m）、2.5mw（4dB/m）、lmw（0dB/m）。当蓝牙设备功率为lmw时，其传输距离一般为0.1-10m。当发射源接近或是远离而使蓝牙设备接收到的电波强度改变时，蓝牙设备会自动地调整发射功率。当发射功率提高到10mw时，其传输距离可以扩大到100m。蓝牙支持点对点和点对多点的通信方式，在非对称连接时，主设备到从设备的传输速率为721kbps，从设备到主设备的传输速率为57.6kbPs;对称连接时，主从设备之间的传输速率各为432.6kbps。蓝牙标准中规定了在连接状态下有保持模式、呼吸模式和休眠模式3种电源节能模式，再加上正常的活动模式，一个使用电源管理的蓝牙设备可以处于这4种状态并进行切换，按照电能损耗由高到低的排列顺序为：活动模式、呼吸模式、保持模式、休眠模式，其中，休眠模式节能效率最高。蓝牙技术的出现，为各种移动设备和外围设备之间的低功耗、低成本、短距离的无线连接提供了有效途径。

本发明可以按照不同的需求选择不同的无线传输方式控制飞行器的各种动作，以及采集来自飞行器反馈的信息。

自动平衡模块8由微机械传感器数据采集与滤波模块81、高度测量模块82、位置信息测量模块83、姿态测量模块84、脉冲编码控制模块85以及电子调速器控制模块86组成，高度测量模块82、位置信息测量模块83和姿态测量模块84分别与脉冲编码控制模块85连接，微机械传感器数据采集与滤波模块81与姿态测量模块84连接，脉冲编码控制模块85与电子调速器控制模块86连接，电子调速器控制模块86与动力装置4连接。

为了能够提供三维立体转动速率、加速度数值、地磁数据，本发明设计了一种微机械传感器数据采集与滤波模块81以采集相应的数据，微机械传感器数据采集与滤波模块81包括用于采集三维轴向转动速率的微机械陀螺仪传感器、用于采集在运动过程中产生的三维轴向加速度数值的加速度传感器、用于采集飞行器所处的三维轴向地磁磁场数据的磁场传感器、滤波器。三种不同类型的传感器只能提供原始信号的参考值，在信号传输和外部复杂环境的干扰下，这些传感器数据会受到外部噪声的干扰，除了真实信号外也夹带有噪声，为了剔除噪声的干扰，在该模块中设计了滑动窗自适应滤波加卡尔曼滤波结合的滤波器，滑动窗自适应滤波能够快速的跟踪时变信道的变化，在保证实时性的同时也对噪声进行了抑制；对三维轴向的转动速率和三维轴向的运动加速度数值进行递推最小二乘估计，实现实时传感器运行状态的估计和预测功能。对这些传感器信号进行一系列观测，并依据一组观测值，按递推最优估计对其进行估计，从而得到最佳的传感器数据。

高度测量模块82：为了保证飞行器能够实现悬停功能，需要高度测量模块82进行参与高度的锁定。要对飞行器进行高度锁定关键点是对高度测量的精准性和速度的及时性，决定这两个要素的核心部件包括三个部分：一、气压传感器提供的高度和速度数值；二、加速度传感器经过数据融合后得出的实时速度值；三、GPS模块所提供的高度方向上的速度参考值。

高度测量模块82采集气压传感器的数值，根据当前飞行器所处的高度采集到气压值，把气压值经过一定的线性关系变换后得到高度的数值。在对气压传感器的数据采集后，经过分析，发现气压传感器所发出的信号也夹带有噪声，该噪声是一些低频的噪声，那么在该模块中设计了二阶自适应低通滤波器对噪声进行了抑制，从而得出精准的高度数值。再由高度的变化情况计算出当前六旋翼在高度方向上的运动速度。

加速度传感器在运动过程中将产生的加速度值，对加速度值进行卡尔曼滤波处理，并将滤波后的加速度值与姿态反算后的数据进行估计和预测，再经过数学运算得到精准的相对位移和速度，利用该速度与GPS在高度上的速度进行预测并给出控制多轴飞行的控制方向和控制量的大小；

GPS所提供的高度方向上的速度参考值，比较准确，但是由于GPS接收数据受到传输时延的影响，相对于真实的速度慢，但是精准，所以在进行高度上进行卡尔曼滤波处理提供了精准的观察值，以此修正加速度传感器所计算的速度值。让多轴控制高度锁定更加及时和准确。

位置信息测量模块83：在实现多旋翼飞行器的自动返回到起飞点功能，位置信息测量模块83起关键作用，保证飞行任务结束以后，可以自动的返回到起飞点。位置信息测量主要依赖于GPS所提供的经纬度信息、根据三轴加速度传感器估算出的相对位移以及三维轴向的磁场传感器给出的三维大地坐标，根据三维轴向的磁场传感器得到与地球正北方向的夹角，为多旋翼返回提供返回的方位；GPS提供的经纬度信息以及三维轴向的加速度传感器的相对位移为返回到起飞点提供了飞行路径和飞行的距离。

姿态测量模块84：在飞行器飞行过程中，由于动力装置4的转速不完全一致，就导致该飞行器不能平稳的飞行，在姿态测量模块84的辅助下，当飞行器发生倾斜的情况下，姿态测量模块84能够正确的测量出当前飞行器所处的空间立体三维坐标，例如当发生左倾0.1度时，姿态测量模块84能够迅速并及时的测量出这个角度，并提供数据给脉冲编码控制模块85进行控制电子调速器及时的修正相应电机94的转速，以此来达到平衡飞行。

脉冲编码控制模块85：飞行器需要电子调试器控制动力装置4进行工作，电子调速器的输入是以脉冲编码方式进行输入，脉冲编码的周期为20mS，脉冲编码在一个时钟周期内高电平的时间为：900uS-2100uS之间；如果要控制动力装置4的转动速度，就要控制一个时钟周期内高电平的时间，数值越大转速就越快，因此需要多旋翼自动平衡飞行控制器根据飞行姿态的信息进行脉冲编码控制，脉冲编码控制模块85根据姿态数据以及陀螺的角速率和加速度传感器的加速度数据进行智能PID控制。根据飞行器的当前的姿态信息为当前量，所以平飞的姿态为目标控制量，根据两者之间的差值，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的脉冲编码控制系统。脉冲编码控制模块85送出对应的PWM波信号给电子调速器控制模块86，电子调速器根据PWM波信号对动力装置4进行实时控制。

海面上海风大，救生圈与其他救生物资具有一定的重量，所以飞行器必须具备一定的承重、抗风能力；如上述的自动平衡模块8的设置，自动测量三维立体转动速率、加速度数值、地磁数据，并进行自适应调节数据变化，使飞行器处于平衡状态，调节各动力装置4的转动速率；投放救生设备后，飞行器重量变轻，可能会导致飞行器失控，本发明设置自动平衡模块8，可解决飞行器在运行时重量恒定的问题，使飞行器具有一定的承重能力、和保持平衡能力。

机体1上还设有远程3G视频监控移动侦测仪，其内部设有CCD数据采集模块、高清视频图像处理模块、中央处理器、录像模块以及GPS定位系统， CCD数据采集模块，高清视频图像处理模块、中央处理器依次连接；录像模块、GPS定位系统、无线模块7分别连接到中央处理器上；电源模块6还给远程3G视频监控移动侦测仪供电。

CCD数据采集模块采集录像目标信号；高清视频图像处理模块对采集的录像目标信号进行模拟加上数字处理，该高清视频图像处理模块具有黑白视频图像增强处理能力，可以将CCD数据采集模块在大雾或阴霾天气海上实时画面采集的信号处理成清晰的图像信号；中央处理器接收到高清视频图像处理模块处理后的信号后控制录像模块进行录像，中央处理器同时通过无线模块7传输会控制终端2，控制终端2将录像的图像信号处理后，就可以看到海上实时画面，也可看到在大雾或阴霾天气下的海上实时画面。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无线遥控救生设备投放飞行器，其特征在于：包括机体、控制终端、以机体为中心，按水平面均匀分布有六个旋臂，旋臂均与机体连接，该旋臂上分别设有第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼、第四旋翼、第五旋翼、第六旋翼；所述第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼、第四旋翼、第五旋翼、第六旋翼均设有动力装置，两相邻旋翼的旋转方向相反，机体内设有驱动装置、电源模块、无线模块、自动平衡模块，动力装置、无线模块以及自动平衡模块均与驱动装置电性连接；所述控制终端给无线模块发送控制信号；在机体的下方设有提物架，该提物架包括底板，垂直于底板的立板，立板上通有销轴，销轴的一侧设有齿条，该提物架与齿条对应的一侧固定有电机，所述电机的轴上套有与齿条配合的齿轮；所述电源模块给驱动装置、无线模块、自动平衡模块以及电机供电。

2.如权利要求1所述的一种无线遥控救生设备投放飞行器，其特征在于：所述无线模块包括ZigBee无线模块、WI-FI直通模块、蓝牙无线模块的任一种或其组合，所述电源模块还给ZigBee无线模块、WI-FI直通模块、蓝牙无线模块供电，且ZigBee无线模块、WI-FI直通模块、蓝牙无线模块均与驱动装置连接。

3.如权利要求1所述的一种无线遥控救生设备投放飞行器，其特征在于：所述自动平衡模块由微机械传感器数据采集与滤波模块、高度测量模块、位置信息测量模块、姿态测量模块、脉冲编码控制模块以及电子调速器控制模块组成，高度测量模块、位置信息测量模块和姿态测量模块分别与脉冲编码控制模块连接，微机械传感器数据采集与滤波模块与姿态测量模块连接，脉冲编码控制模块与电子调速器控制模块连接，电子调速器控制模块与动力装置连接。

4.如权利要求1所述的一种无线遥控救生设备投放飞行器，其特征在于：所述机体上还设有远程3G视频监控移动侦测仪，其内部设有CCD数据采集模块、高清视频图像处理模块、中央处理器、录像模块以及GPS定位系统，所述CCD数据采集模块，高清视频图像处理模块、中央处理器依次连接；所述录像模块、GPS定位系统、无线模块分别连接到中央处理器上；所述电源模块还给远程3G视频监控移动侦测仪供电。