[发明专利]船舶无人机舱火灾巡检用四旋翼飞行器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器及其控制方法，更具体的说，尤其涉及一种船舶无人机舱火灾巡检用四旋翼飞行器及其控制方法。

背景技术

无人飞行器自主飞行技术多年来一直是航空领域研究的热点，旋翼式飞行器与固定翼飞行器相比，其优势体现在：飞行器起飞和降落所需空间少，在障碍物密集环境下的可控性强，以及飞行器姿态保持能力高。与常规旋翼式飞行器相比，采用四只旋翼的飞行器具有可相互抵消反扭力矩的优点，而不需要专门的反扭矩桨从而使其结构更为紧凑，能够产生更大的升力。这些优点使其特别适合在近地面环境中执行监视、侦查等任务，其在军事和民用方面都有很大的应用前景。但四旋翼飞行器本身也具有非常复杂的空气动力学特征，怎样实现其自身稳定自主飞行仍是飞行器控制领域的一个难题。

船舶无人机舱利用智能化对船舶机舱内的设备进行管理和控制，无需轮机工作人员值班，无人机舱是未来船舶发展的方向之一。防止火灾发生是保证无人机舱安全稳定运行的重中之重，采用旋翼飞行器可实现无人机舱内的火灾检测。受无人机舱特殊的环境要求，无人机舱内存在大量的设备，使得地面突起不平，如果采用四旋翼飞行器进行监控，距地高度是一项重要的控制参数，需要对飞行器的距地高度进行精准控制，以便使其按设定高度飞行或停留在相应高度位置进行监控，避免飞行器与机舱内的设备发生碰撞。

虽然四旋翼飞行器上设置有测距模块，但受飞行器姿态的影响，测距模块发出的光线通常不是竖直于地面的，会使测距模块测量的高度存在较大误差。即使考虑到飞行器姿态对测距模块发出光线方向的影响，计算过程中将测距光线的出射方向考虑进去，以获取精准的高度值。但在实际的运用过程中，受地面高低不平和地面上存在物体的影响，单个测距模块发出的光线时常会落到地面高点或物体上，导致高度测量结果不准确。

当飞行器发现火灾时，需要对火灾进行准确的跟踪，以便将火灾的实时图像上传至监控室或相应移动终端，以便工作人员采取相应措施，及时对无人机舱内的火灾进行灭火作业。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种船舶无人机舱火灾巡检用四旋翼飞行器及其控制方法。

本发明的船舶无人机舱火灾巡检用四旋翼飞行器，包括机架和设置于机架上的控制电路，机架的四周设置有4个旋翼，旋翼通过电机进行驱动；其特征在于：控制电路由主处理器及与其相连接的图像处理模块、陀螺仪、飞行控制模块、无线通信模块和无线图传模块组成，主处理器通过陀螺仪获取飞行器的姿态，通过无线通信模块与地面控制设备相通信；图像处理模块的输入端连接有用于火灾图像采集的红外摄像仪，主处理器通过无线图传模块将火灾报警信息进行远距离传输；飞行控制模块的输出经电子调速器对4个电机的运行状态进行控制；所述主处理器连接有用于测量机架距离地面高度的激光测距模块，激光测距模块的输入端连接有多个朝向不同方向的测距探头。

本发明的船舶无人机舱火灾巡检用四旋翼飞行器，所述测距探头的数量为5个，当机架处于与水平面相平时，5个测距探头中，一个测距探头位于中间且测距方向垂直朝下，其余4个测距探头分别位于中间探头的正前、正后、正左和正右方，且测距方向与中间探头的测距方向成一定角度的夹角。

本发明的船舶无人机舱火灾巡检用四旋翼飞行器，所述主处理器采用型号为STM32F103ZDT6的芯片，陀螺仪采用型号为GY-80的九轴传感器。

本发明的船舶无人机舱火灾巡检用四旋翼飞行器的距地高度获取方法，通过以下步骤来实现：

a).设定角度值，设正前、正后、正左和正右方测距探头的测距方向与中间测距探头的测距方向的夹角分别为α₁、α₂、α₃、α₄；

b).获取飞行器姿态参数，主处理器通过陀螺仪获取四旋翼飞行器的俯仰角θ、横滚角φ和偏航角

c).求取各探头的测距值，设通过中间、正前、正后、正左和正右方测距探头所获取的距离地面的距离分别为h₁、h₂、h₃、h₄、h₅；

则通过公式(1)求取中间测距探头所获取的距离地面高度值H₁：

则通过公式(2)求取正前方测距探头所获取的距离地面高度值H₂：

则通过公式(3)求取正后方测距探头所获取的距离地面高度值H₃：