一種用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人，包括四軸飛行器與遠(yuǎn)程地面站，四軸飛行器的中心機(jī)體設(shè)置了波形獲取層、飛行控制層和圖像獲取層，所述波形獲取層上設(shè)置了隔板1、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、連接平臺(tái)1和激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置，所述激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置由激光發(fā)射裝置與激光接收裝置組成，其中激光發(fā)射裝置通過連接平臺(tái)1與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)連接；連接平臺(tái)2與高精度紅外攝像機(jī)組成圖像獲取層，飛行控制層與遠(yuǎn)程地面站組合負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程控制，波形獲取層與遠(yuǎn)程地面站組合負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離聲音獲取，圖像獲取層與遠(yuǎn)程地面站組合負(fù)責(zé)導(dǎo)航與輔助調(diào)整。本發(fā)明利用遠(yuǎn)程無線控制技術(shù)與激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置，配合高精度紅外攝像機(jī)與GPS定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)位置的精確定位，并且能夠?qū)⒓す膺h(yuǎn)距離聲音獲取裝置移動(dòng)至遠(yuǎn)距離捕獲目標(biāo)聲音的位置，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制下的遠(yuǎn)距離聲音獲取，并且提高了人員的安全性，保持了現(xiàn)場(chǎng)的完整。
【專利說明】 一種用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)與聲學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于四軸飛行器的用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]聲音信號(hào)是一維信號(hào)研究的重要對(duì)象，而遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取技術(shù)憑借其非接近性的特點(diǎn)，有著非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，是聲學(xué)研究中一個(gè)重要的分支。例如在自然科學(xué)研究中，野外對(duì)各種動(dòng)物的聲音錄制；生物動(dòng)態(tài)音響的研究；含有爆炸、毒氣和強(qiáng)腐蝕等各種危險(xiǎn)因素的人類不宜接近的環(huán)境中的聲音獲?。辉谟皠∨臄z、聲樂現(xiàn)場(chǎng)錄制等場(chǎng)合，要求圖像中不可出現(xiàn)錄音器，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)感。因而對(duì)遠(yuǎn)距離聲音獲取的研究很是必要。
[0003]目前遠(yuǎn)距離獲取聲音的方法極少，且存在很多限制因素。目前應(yīng)用較為廣泛的方法有以下幾種。
[0004](1)拋物線麥克風(fēng):拋物線麥克風(fēng)主要是利用拋物線聚焦的原理，將特定方向的聲音聚焦到焦點(diǎn)處，通過信號(hào)放大后還原聲音信號(hào)，接收性能較好，適合空曠地形使用，但是體積較為龐大，攜帶不方便。
[0005](2)變焦麥克風(fēng):變焦麥克風(fēng)具有變焦能力，可以隨時(shí)改變指向性，突出特定的聲音，操作靈活，但體積龐大。
[0006](3)壓差式傳聲器:壓差傳聲器通常有2個(gè)入聲口。其振膜兩面都暴露在聲場(chǎng)中，相對(duì)于點(diǎn)聲源而言因?yàn)檎衲で昂笙鄬?duì)的等效距離之故使聲波傳至振膜兩面的距離不相同，故而產(chǎn)生壓差。振膜振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)位移大小與振膜兩面的壓差有關(guān)，此類傳聲器拾取功率較低。
[0007](4)聲干涉槍式超指向性傳聲器:聲干涉槍式超指向性傳聲器指向性極強(qiáng)，對(duì)特定目標(biāo)有很好的聲音獲取效果。但是對(duì)使用環(huán)境有較高的要求，且自身尺寸相當(dāng)長，穩(wěn)定性較差。
[0008]以上四種獲取方法，由于使用傳統(tǒng)的聲音聚焦技術(shù)，所以存在遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)的高頻損失，皆無法達(dá)到足夠遠(yuǎn)的聲音獲取距離，并且隨著捕獲的距離增加，裝置的尺寸增大嚴(yán)重，攜帶不方便，嚴(yán)重制約了該方面的發(fā)展。
[0009]四軸飛行器是多旋翼飛行器中最常見的一種，依靠著四個(gè)呈十字型布局的螺旋槳，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，維護(hù)和更換的花銷小，并且運(yùn)動(dòng)性能好，抗風(fēng)能力強(qiáng)，適合在狹小的空間或城市、野外等復(fù)雜環(huán)境中使用，靈活輕巧。
[0010]綜上所述，研究快速布置的遠(yuǎn)距離聲音獲取技術(shù)，可以有效解決當(dāng)前的聲音獲取距離不足與布置不方便的問題，具有重大意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人，利用具有極其靈活并且飛行穩(wěn)定性超強(qiáng)的四軸飛行器作為基本的設(shè)備裝載載具，通過遠(yuǎn)程控制技術(shù)，將帶有高精度紅外攝像機(jī)與激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置的四軸飛行器移動(dòng)至需要進(jìn)行聲音獲取的地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)非現(xiàn)場(chǎng)式遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)捕獲。
[0012]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人，包括四軸飛行器與遠(yuǎn)程地面站，所述四軸飛行器包括軸翼系統(tǒng)、中心機(jī)體、飛行控制系統(tǒng)。所述軸翼系統(tǒng)固定安裝在中心機(jī)體的四個(gè)軸的末端，由四對(duì)螺旋槳、四對(duì)無刷同軸電機(jī)和4個(gè)支撐臂組成；所述螺旋槳包括正槳和反槳，正槳與反槳分別成對(duì)角關(guān)系。
[0013]所述中心機(jī)體由波形獲取層、飛行控制層、圖像獲取層三層組成，所述飛行控制層處于波形獲取層和圖像獲取層中間，所述飛行控制系統(tǒng)搭載在飛行控制層上，所述圖像獲取層包括高精度紅外攝像機(jī)與連接平臺(tái)2，所述連接平臺(tái)2由兩個(gè)相互垂直交錯(cuò)的直流電機(jī)、鎖緊臂、支撐薄壁組成，所述高精度紅外攝像機(jī)設(shè)置在連接平臺(tái)2上，可隨連接平臺(tái)2旋轉(zhuǎn)，用于航拍導(dǎo)航、輔助激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置對(duì)紅外激光反射點(diǎn)的定位以及記錄周圍環(huán)境，并能定位于任意角度，極大地提高了拍攝的靈活性。
[0014]所述飛行控制系統(tǒng)由微處理器控制系統(tǒng)、機(jī)載無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、姿態(tài)輸入系統(tǒng)、 定位系統(tǒng)、電源電路、電源指示裝置及緊急避障系統(tǒng)組成。
[0015]所述圖像獲取層通過隔板2與軸翼系統(tǒng)連接，其特征在于:所述波形獲取層包括激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置、連接平臺(tái)1、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和隔板1，所述激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置由激光發(fā)射裝置與激光接收裝置組成，所述激光發(fā)射裝置設(shè)置在連接平臺(tái)1上，用于發(fā)射源激光。所述激光接收裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，用于獲取反射的紅外激光上被調(diào)制的聲音信號(hào)；所述連接平臺(tái)1設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，并與連接平臺(tái)2有著相同的構(gòu)造和相同的功能，所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)設(shè)置在隔板上，并且底部設(shè)置有直流電機(jī)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可繞垂直于隔板的軸線做360°旋轉(zhuǎn),并能定位于任意角度，無最小旋轉(zhuǎn)角度限制。
[0016]所述機(jī)載無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括飛行遙控裝置、機(jī)身狀態(tài)發(fā)送裝置、圖像數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和波形數(shù)據(jù)發(fā)送裝置。
[0017]所述姿態(tài)輸入系統(tǒng)包括陀螺儀、加速度計(jì)、角度傳感器、地磁傳感器和高度傳感器。
[0018]所述緊急避障系統(tǒng)包括紅外避障模塊和急停電路，用于防止錯(cuò)誤操作導(dǎo)致機(jī)身過度損壞。
[0019]所述遠(yuǎn)程地面站由地面無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)組成。
[0020]進(jìn)一步，所述地面無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由機(jī)身狀態(tài)接收裝置、圖像數(shù)據(jù)接收裝置和波形數(shù)據(jù)接收裝置組成。
[0021]本發(fā)明的效果在于，通過使用安裝在四軸飛行器上的即3導(dǎo)航系統(tǒng)，可以使四軸飛行器精確地導(dǎo)航到需要遠(yuǎn)距離獲取聲音信號(hào)的位置；在導(dǎo)航過程中通過高精度紅外攝像機(jī)得到的圖像數(shù)據(jù)，可以使四軸飛行器定位更精確，尤其是在光線條件較差的環(huán)境下；通過遠(yuǎn)距離激光聲音獲取裝置與無線傳輸系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)高速處理性能以及高帶寬無線遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)，對(duì)圖像、聲音獲取裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)且利用高精度紅外攝像機(jī)輔助調(diào)節(jié)，并對(duì)所需圖像以及波形信號(hào)進(jìn)行獲取、傳輸、處理、存儲(chǔ)和輸出，在不需要近距離接近聲源區(qū)域并且不需要人為攜帶裝置的情況下，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快捷的聲音獲取，極大地提高了聲音獲取的效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，保持了聲音獲取現(xiàn)場(chǎng)的完整，提高了聲音獲取時(shí)的安全性，有利于對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域和對(duì)外界干擾靈敏的系統(tǒng)等的聲音信息獲取。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中。
[0023]圖1是用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取機(jī)器人的四軸飛行器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取機(jī)器人的波形獲取層布置示意圖。
[0025]圖3是用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取機(jī)器人的飛行控制層布置示意圖。
[0026]圖4是用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取機(jī)器人的圖像獲取層布置示意圖。
[0027]圖5是用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取機(jī)器人的連接平臺(tái)示意圖。
[0028]圖6為用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人的四軸飛行器控制整體示意圖。
[0029]圖7為用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人的地面站整體示意圖。
[0030]圖8為用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人的四軸飛行器程序控制流程圖。
[0031]圖9為用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人的遠(yuǎn)程地面站程序控制流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明是用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人，包括四軸飛行器，四軸飛行器包括中心機(jī)體1，四組支撐臂2，四組螺旋槳3和四對(duì)無刷同軸電機(jī)。四對(duì)無刷同軸電機(jī)4通過支撐臂2與中心機(jī)體1連接，四組螺旋槳3分別設(shè)置在四對(duì)無刷同軸電機(jī)4上，四組支撐臂2均布在中心機(jī)體1四周，且位于同一平面。
[0034]在本實(shí)施例中，中心機(jī)體按照從上至下的順序，分為3層空間，其中，上層為波形獲取層，用于獲取外界聲音；中層稱為飛行控制層，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)四軸飛行器的控制，其處于飛行器的核心地位；下層稱為圖像獲取層，用于獲取外界圖像，利于四軸飛行器的平穩(wěn)降落和對(duì)周圍環(huán)境的觀察，層與層之間有相互連通的通道，便于三者之間信息交流和數(shù)據(jù)傳輸。
[0035]如圖2所示，本實(shí)施例中，波形獲取層主要由隔板9，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)7，連接平臺(tái)8，激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置5，6構(gòu)成。其中，激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置是波形獲取層的核心，其主要由激光發(fā)射和激光接收裝置組成，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)通過一個(gè)小電機(jī)(圖中未標(biāo)出)與隔板9連接，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可隨直流電機(jī)主軸一同旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上搭載激光發(fā)射裝置6和激光接收裝置5，激光發(fā)射裝置6通過連接平臺(tái)8與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)連接，從而可實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向的360度旋轉(zhuǎn)。
[0036]如圖3所示，飛行控制層用于搭載飛行控制系統(tǒng)，飛行控制系統(tǒng)包含以下部分:微處理器控制系統(tǒng)，機(jī)載無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，姿態(tài)輸入系統(tǒng)，6？8定位系統(tǒng)，電源電路，電源指示裝置，緊急避障系統(tǒng)，緊急避障系統(tǒng)由紅外避障模塊和急停電路構(gòu)成。飛行控制層是整個(gè)四軸飛行器的核心部位，該圖示意飛行控制系統(tǒng)各單元的布局情況。
[0037]如圖4所示，在本實(shí)施例中，圖像獲取層由兩部分組成，連接平臺(tái)14，紅外高精度攝像機(jī)13。紅外高精度攝像機(jī)和連接平臺(tái)連接，由此，紅外高精度攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)在某平面內(nèi)360度旋轉(zhuǎn)并在與該平面垂直的平面內(nèi)180度旋轉(zhuǎn)，并可以在任意角度定位，便于圖像獲取。由此搭載的紅外高精度攝像頭具有高度靈活性。
[0038]如圖5所示，在本實(shí)施例中，連接平臺(tái)主要由4部分組成，電機(jī)15，電機(jī)16，鎖緊臂18，支撐薄壁17。該裝置具有高度的靈活性，電機(jī)15固結(jié)在某平面上，該電機(jī)主軸可以繞垂直于該平面的軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)16與電機(jī)15的主軸相連接，電機(jī)16可以在平行于該平面的平面內(nèi)做360度旋轉(zhuǎn)。電機(jī)16的主軸可以在相應(yīng)平面內(nèi)做360度旋轉(zhuǎn)，電機(jī)16的軸上固定著鎖緊臂，鎖緊臂18與支撐薄壁17固連在一起，因此支撐薄壁可繞電機(jī)16的軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)角度可達(dá)到-180°到+180°。支撐薄壁具有更多的自由度，更加靈活，能到達(dá)的空間范圍就越大。激光發(fā)射裝置搭載在支撐薄壁17上，激光發(fā)射裝置將具有更多的自由度，它所能到達(dá)的范圍就越廣，能夠觀察的范圍就越廣。在實(shí)際的使用過程中，激光發(fā)射裝置與激光接收裝置必須具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系才能使激光發(fā)射裝置發(fā)射出去的激光能夠被激光接收裝置所接收，激光發(fā)射越遠(yuǎn)，能夠激光接收裝置接收的可能性就相對(duì)降低，要想使激光接收裝置能夠接收到激光發(fā)生裝置發(fā)射出去的激光只能通過調(diào)節(jié)激光發(fā)射裝置與接收裝置之間的相對(duì)位置，在本發(fā)明中將激光發(fā)射裝置搭載在支撐薄壁上使激光發(fā)射裝置具有更寬的調(diào)節(jié)范圍，通過相應(yīng)的算法處理，調(diào)節(jié)激光發(fā)射裝置與激光接收裝置的角度，便能使發(fā)出去的激光被接收裝置所接收，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離聲音的獲取。
[0039]圖6為用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人的四軸飛行器控制系統(tǒng)整體示意圖。圖6中用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人的四軸飛行器控制系統(tǒng)由微處理器控制系統(tǒng)、電源電路、電源指示裝置、機(jī)載無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、波形圖像獲取系統(tǒng)、姿態(tài)輸入系統(tǒng)、緊急避障系統(tǒng)、軸翼系統(tǒng)和⑶3定位系統(tǒng)組成。其中微處理器控制系統(tǒng)包括電機(jī)控制、高精度紅外攝像機(jī)控制和激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置的控制單元，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制與調(diào)節(jié)。
[0040]電機(jī)控制對(duì)四對(duì)無刷同軸電機(jī)進(jìn)行控制，根據(jù)姿態(tài)輸入系統(tǒng)獲取四軸飛行器當(dāng)前狀態(tài)信息，利用最優(yōu)自動(dòng)控制算法進(jìn)行運(yùn)算后，得到四個(gè)電機(jī)對(duì)應(yīng)的脈沖占空比，實(shí)現(xiàn)飛行機(jī)器人的動(dòng)力控制。
[0041]激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置的控制單元對(duì)激光發(fā)射裝置所在連接平臺(tái)8的多個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制，激光發(fā)射裝置根據(jù)高精度紅外攝像頭捕獲的反射紅外激光所在的方位后，可以提供兩種控制調(diào)節(jié)方式，一是根據(jù)最優(yōu)控制理論，對(duì)捕獲點(diǎn)光源進(jìn)行跟蹤定位算出中心偏移量后進(jìn)行回歸調(diào)節(jié)，得出最優(yōu)發(fā)射旋轉(zhuǎn)角與最優(yōu)發(fā)射俯仰角以及最優(yōu)接收角，以達(dá)到正常聲音捕獲功能；二是將高精度紅外攝像機(jī)拍攝圖像傳回至遠(yuǎn)程地面站，對(duì)圖像進(jìn)行修補(bǔ)處理后，在地面顯示裝置上進(jìn)行顯示，人為觀察反射點(diǎn)后對(duì)電機(jī)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，直到能正常捕獲聲音信號(hào)。
[0042]這里需要說明的是，由于對(duì)需要捕獲的聲音信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離獲取，輕微的角度偏差即會(huì)在距離方面產(chǎn)生極大的偏差，步進(jìn)電機(jī)本質(zhì)上是倚靠脈沖通電后產(chǎn)生的定子電磁差異，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定角度，一般步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角較大，通過距離放大后產(chǎn)生極大誤差，而又由于步進(jìn)角越小，步進(jìn)電機(jī)制作越復(fù)雜，體積重量越大，成本也將大幅升高。為彌補(bǔ)這個(gè)不足，可以采用直流電機(jī)進(jìn)行最優(yōu)控制，不存在步進(jìn)角所產(chǎn)生的大區(qū)域的盲區(qū)。
[0043]高精度紅外攝像機(jī)控制的控制單元對(duì)高精度紅外攝像機(jī)所在連接平臺(tái)2的多個(gè)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的電機(jī)進(jìn)行控制，在飛行當(dāng)中，該處調(diào)節(jié)只能用于導(dǎo)航與航拍，在調(diào)節(jié)激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置時(shí)，調(diào)節(jié)該處將用于輔助定位，在能正常獲取聲音信號(hào)后，調(diào)節(jié)該處將利于觀察周圍環(huán)境。
[0044]機(jī)載無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由飛行遙控裝置、機(jī)身狀態(tài)發(fā)送裝置、圖像數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和波形數(shù)據(jù)發(fā)送裝置。
[0045]飛行遙控裝置針對(duì)于四軸飛行器飛行方向和速度，與遠(yuǎn)程地面站的遙控系統(tǒng)配合進(jìn)行控制；機(jī)身狀態(tài)發(fā)送裝置與地面無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的機(jī)身狀態(tài)接收裝置配合，將當(dāng)前飛行高度、角度、地磁信息等發(fā)送只遠(yuǎn)程地面站，利于遠(yuǎn)程地面站控制人員的控制分析；圖像數(shù)據(jù)發(fā)送裝置與圖像數(shù)據(jù)接收裝置配合，用于發(fā)送當(dāng)前圖像信息，利于遠(yuǎn)程地面站控制人員的觀察；波形數(shù)據(jù)發(fā)送裝置與波形數(shù)據(jù)接收裝置配合，用于發(fā)送當(dāng)前捕獲的波形信號(hào)，以達(dá)到地面站語音還原的效果。
[0046]緊急避障系統(tǒng)用于防止錯(cuò)誤操作導(dǎo)致機(jī)身過度損壞，初試飛行前需要先設(shè)定紅外避障模塊閾值，在飛行過程中障礙物距離低于閾值時(shí)飛行器將向遠(yuǎn)程地面站會(huì)發(fā)出警告信號(hào)，并停止往靠近障礙物方向行進(jìn)。當(dāng)四軸飛行器控制失靈時(shí)，急停電路將會(huì)啟動(dòng)，關(guān)閉四軸電機(jī)，防止旋翼在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)擊中物體，提高損傷程度；高精度紅外攝像頭與激光遠(yuǎn)距離聲音捕獲裝置將會(huì)往連接平臺(tái)收縮，防止鏡頭撞擊損壞。
[0047]圖7為用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人的地面站整體示意圖。地面無線傳輸系統(tǒng)接收四軸飛行器發(fā)送的波形信號(hào)、圖像與機(jī)身狀態(tài)，波形信號(hào)與圖像經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)操作，便于數(shù)據(jù)的管理與回放，同時(shí)進(jìn)入到數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)播放處理還原后的聲音信號(hào)與圖像，并且遠(yuǎn)程地面站的操作員可根據(jù)接收回來的信號(hào)進(jìn)行下一步操作。
[0048]這里需要說明的是，從使用激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置得到最初波形的模擬信號(hào)到最終遠(yuǎn)程地面站進(jìn)行的聲音還原，需要經(jīng)過以下步驟。
[0049]a)放大:對(duì)激光接收裝置接收的波形進(jìn)行小幅放大，穩(wěn)定信號(hào)。
[0050]b)采樣:為不產(chǎn)生失真，采樣頻率不低于聲音信號(hào)最高頻率的兩倍，語音信號(hào)的采樣頻率一般設(shè)為8kHz，如果是音樂信號(hào)則需要40kHz以上。
[0051]c)量化:把在幅度上連續(xù)取值的每個(gè)樣本轉(zhuǎn)換為離散值表示。
[0052]d)發(fā)送:將量化后的值發(fā)送至遠(yuǎn)程地面站。
[0053]e)濾波:消去無用信號(hào)。
[0054]f)放大:對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大保真。
[0055]g)編碼保存:選擇某一種或者幾種方法對(duì)它進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，以減少數(shù)據(jù)量，再按照某種規(guī)定的格式將數(shù)據(jù)組織成為文件，并保存。
[0056]h)播放:在數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)中進(jìn)行播放。
[0057]四軸飛行器程序控制流程圖如圖8所示。包括步驟。
[0058]步驟一，打開飛行器開關(guān)，遠(yuǎn)程地面站輸入密鑰獲取飛行器使用權(quán)限。
[0059]步驟二，四軸飛行器自動(dòng)檢測(cè)機(jī)身性能。
[0060]步驟三，開始傳回圖像數(shù)據(jù)，并且控制權(quán)限登錄完成，開始在線控制。
[0061 ] 步驟四，等待確定降落點(diǎn)。
[0062]步驟五，開始導(dǎo)航降落到所選擇的降落點(diǎn)。
[0063]步驟六，通過控制四對(duì)無刷同軸電機(jī)自動(dòng)調(diào)整機(jī)身至平衡狀態(tài)。
[0064]步驟七，判斷是否處于平穩(wěn)狀態(tài)，若是則繼續(xù)，若否則重復(fù)步驟六。
[0065]步驟八，開啟波形獲取系統(tǒng)。
[0066]步驟九，使用高精度紅外攝像機(jī)輔助調(diào)整旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與激光發(fā)射器角度。
[0067]步驟十，判斷波形獲取是否正常，若是則繼續(xù)，否則重復(fù)步驟九。
[0068]步驟十一，利用無線傳回獲取的波形信號(hào)，并可以調(diào)整高精度紅外攝像機(jī)觀察環(huán)境。
[0069]步驟十二，判斷波形是否獲取完成，是則繼續(xù)，否則重復(fù)步驟十一。
[0070]步驟十三，關(guān)閉波形傳輸功能。
[0071]步驟十四，控制飛行器返航。
[0072]遠(yuǎn)程地面站程序控制流程圖如圖9所示。包括步驟。
[0073]步驟一，向已開啟的四軸飛行器輸入密鑰，直到獲得控制權(quán)限。
[0074]步驟二，開始在線控制四軸飛行器。
[0075]步驟三，開始對(duì)四軸飛行器發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
[0076]步驟四，根據(jù)返回的數(shù)據(jù)與圖像，確定合適的降落點(diǎn)。
[0077]步驟五，導(dǎo)航降落到目標(biāo)點(diǎn)。
[0078]步驟六，開始調(diào)整機(jī)身到平穩(wěn)的狀態(tài)。
[0079]步驟七，發(fā)送已確定平穩(wěn)的指令，使四軸飛行器進(jìn)入下一狀態(tài)。
[0080]步驟八，調(diào)節(jié)波形獲取裝置到正常獲取的狀態(tài)。
[0081]步驟九，發(fā)送獲取正常的指令，命令四軸飛行器進(jìn)入下一狀態(tài)。
[0082]步驟十，開始對(duì)無線傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
[0083]步驟十一，判斷時(shí)候獲取完成，若是則繼續(xù)，若否則繼續(xù)獲取波形。
[0084]步驟十二，向四軸飛行器發(fā)送獲取完成指令。
[0085]步驟十三，停止波形信號(hào)的接收。
[0086]步驟十四，控制飛行器返航。
[0087]以上所述，僅為本發(fā)明比較好的【具體實(shí)施方式】，但
【發(fā)明內(nèi)容】
的保護(hù)范圍并不是僅限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的等價(jià)變化或者替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)力要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人，包括四軸飛行器與遠(yuǎn)程地面站，所述四軸飛行器包括軸翼系統(tǒng)、中心機(jī)體、飛行控制系統(tǒng)。所述軸翼系統(tǒng)固定安裝在中心機(jī)體的四個(gè)軸的末端，由4對(duì)螺旋槳、4對(duì)無刷同軸電機(jī)和4個(gè)支撐臂組成；所述螺旋槳包括正槳和反槳，正槳與反槳分別成對(duì)角關(guān)系。所述中心機(jī)體由波形獲取層、飛行控制層、圖像獲取層三層組成，所述飛行控制層處于波形獲取層和圖像獲取層中間，所述飛行控制系統(tǒng)搭載在飛行控制層上。所述飛行控制系統(tǒng)由微處理器控制系統(tǒng)、機(jī)載無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、姿態(tài)輸入系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)、電源電路、電源指示裝置及緊急避障系統(tǒng)組成。所述圖像獲取層通過隔板2與軸翼系統(tǒng)連接。所述機(jī)載無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括飛行遙控裝置、機(jī)身狀態(tài)發(fā)送裝置、圖像數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和波形數(shù)據(jù)發(fā)送裝置。所述姿態(tài)輸入系統(tǒng)包括陀螺儀、加速度計(jì)、角度傳感器、地磁傳感器和高度傳感器。所述遠(yuǎn)程地面站由地面無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)組成。所述地面無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由機(jī)身狀態(tài)接收裝置、圖像數(shù)據(jù)接收裝置和波形數(shù)據(jù)接收裝置組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人，其特征在于:所述圖像獲取層包括高精度紅外攝像機(jī)與連接平臺(tái)2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人，其特征在于:所述連接平臺(tái)2由兩個(gè)相互垂直交錯(cuò)的直流電機(jī)、鎖緊臂、支撐薄壁組成，所述高精度紅外攝像機(jī)設(shè)置在連接平臺(tái)2上，可隨連接平臺(tái)2旋轉(zhuǎn)，用于航拍導(dǎo)航、輔助紅外激光反射點(diǎn)的定位以及記錄周圍環(huán)境，并能定位于任意角度，極大地提高了拍攝的靈活性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人，其特征在于:所述波形獲取層包括激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置、連接平臺(tái)1、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和隔板I。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人，其特征在于:所述激光遠(yuǎn)距離聲音獲取裝置由激光發(fā)射裝置與激光接收裝置組成，所述激光發(fā)射裝置設(shè)置在連接平臺(tái)I上。所述激光接收裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上；所述連接平臺(tái)I設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)設(shè)置在隔板上，并且底部設(shè)置有直流電機(jī)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可繞垂直于隔板的軸線做360°旋轉(zhuǎn),并能定位于任意角度,無最小旋轉(zhuǎn)角度限制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于遠(yuǎn)距離聲音信號(hào)獲取的飛行機(jī)器人，其特征在于:所述緊急避障系統(tǒng)包括紅外避障模塊和急停電路。
【文檔編號(hào)】G05D1/10GK104460684SQ201410651413
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】曾志豪, 周詩金, 丁海靈 申請(qǐng)人:長春理工大學(xué)