一种可在火场中智能返航的无人机及控制方法与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种可在火场中智能返航的无人机及控制方法。


背景技术：

2.随着无人机行业的快速发展，各种功能的无人机不断面世，其应用的场合逐渐增多，从而无人机的自身飞行安全问题日益凸显。无人机工作环境复杂多变，多应用于人类难以抵达的环境中，极端的环境就已经让无人机的飞行安全得不到很好保障，再加上无人机自身的功耗大，工作后发热量大，长时间持续工作，温度逐渐升高，很可能会导致无人机坠毁，如果再遇上火场高温环境，无人机坠毁风险更大。目前大多数无人机没有对于火场高温环境下基于无人机自身飞行安全的普遍实用的解决方案。
3.综上，针对现有无人机在火场高温条件下坠机风险高的问题，有必要研制一种在火场高温环境下智能返航的无人机系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种可在火场中智能返航的无人机及控制方法，以解决现有技术中存在的无人机在高温条件下坠机风险高的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
6.第一方面，所述可在火场中智能返航的无人机，包括：
7.机架，用于承载动力舱和控制舱；
8.动力舱，设置在所述机架四角处，内部布置有第一温度传感器和无刷电机，分别用以提供温度检测和飞行动力；
9.螺旋桨，安装在所述机架的四角处，并与所述无刷电机传动连接，以在所述动力舱控制下旋转；
10.控制舱，安装在所述机架中心处，内部设置有电子调速器、飞控模块、遥控接收机、无线数传模块、第二温度传感器、温度采集模块、电源转换电路和电池；所述电子调速器与所述无刷电机连接，用以控制所述无刷电机的旋转带动螺旋桨为无人机的飞行提供动力；所述飞控模块分别与所述电子调速器、所述遥控接收机、所述无线数传模块、所述温度采集模块和所述电源转换电路电性连接；所述第一温度传感器和所述第二温度传感器与所述温度采集模块电性连接；所述电池分别与所述电子调速器、所述电源转换电路电性连接。
11.在一些实施例中，所述飞控模块包括控制信号输出接口、遥控信号输入接口、数传接口、温度传感器接口和飞控电源输入接口，所述控制信号输出接口与所述电子调速器输入控制端相连，所述遥控信号输入接口与所述遥控接收机的遥控信号输出接口相连，所述数传接口与所述无线数传模块的数传串口相连，所述温度传感器接口与所述温度采集模块的温度信号输出接口相连，所述飞控电源输入接口与所述电源转换电路的电源输出端相连。
12.在一些实施例中，所述飞控模块采用归一化加权平均值融合算法进行数据比对，以在解析遥控信号、解析温度采集模块输入的温度值后输出控制信号用以控制电子调速器、输出提示指令给无线数传模块传送至地面站显示。
13.在一些实施例中，所述电源转换电路包括电源输出端和电源输入端，所述电源输出端为整个无人机系统提供持续稳定的电源，所述电源输出端分别与所述飞控模块的飞控电源输入接口、所述遥控接收机的遥控电源输入端、所述温度采集模块的温度电源输入端和所述无线数传模块的无线电源输入端相连，所述电源输入端与所述电池相连。
14.在一些实施例中，所述温度采集模块包括温度传感器接口、温度电源输入端和温度信号输出接口，所述温度传感器接口与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器相连，所述温度电源输入端与所述电源转换电路的电源输出端相连，所述温度信号输出接口与所述飞控模块的温度传感器接口相连。
15.在一些实施例中，所述遥控接收机包括遥控信号输出接口和遥控电源输入端，所述遥控信号输出接口与所述飞控模块的遥控信号输入接口相连，所述遥控电源输入端与所述电源转换电路的电源输出端相连。
16.在一些实施例中，所述无线数传模块包括数传串口和无线电源输入端，所述数传串口与所述飞控模块的数传接口相连，所述无线电源输入端与所述电源转换电路的电源输出端相连。
17.在一些实施例中，所述电池与所述电源转换电路的电源输入端和所述电子调速器的调速电源输入端相连。
18.在一些实施例中，所述机架包括呈十字形布置的撑架、设置在所述撑架末端的固定座、连接在相邻两个所述固定座之间的筋杆。
19.第二方面，本发明提供的一种无人机控制方法，利用所述可在火场中智能返航的无人机进行火场飞行的方法，包括如下步骤：
20.步骤s1、在火场附近将无人机平放置于空地上并打开无人机电源；
21.步骤s2、通过地面站观察无人机与地面站数据链是否已链接；
22.步骤s3、无人机在起飞前，无人机对四个动力舱和控制舱进行温度检测对比，并通过归一化加权平均值融合算法对四个动力舱和控制舱温度数据进行处理，得到准确的估计值；若温度估计值高于预设阈值则禁止飞机起飞，并且将预警通过无线数传模块发送至地面站；
23.步骤s4、当温度估计值满足预定起飞温度阈值，通过遥控器控制无人机起飞；
24.步骤s5、无人机一切正常，控制无人机飞进入火场，温度传感器实时监测动力舱与控制舱温度；
25.步骤s6、无人机在火场中飞行一段时间后，检测的温度估计值超过预设可稳定工作温度阈值后，无人机不执行遥控指令，执行自动返航。
26.有益效果：
27.本发明提出的一种可在火场中智能返航的无人机及控制方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：
28.1.所述可在火场中智能返航的无人机，采用多点测温方式，分别实时测量动力舱与控制仓温度，飞控通过归一化加权算法对四个动力舱和控制舱温度数据进行处理，得到
温度数据的准确估计值，可有效对动力舱和控制舱的温度进行判断；
29.2.所述可在火场中智能返航的无人机，在无人机未起飞时，当动力舱和控制舱温度估计值超过预设温度阈值后禁止无人机起飞，并发送警告信息到地面站提示工作人员，工作人员可提前对无人机进行降温处理，可有效降低无人机坠毁风险；
30.3.所述可在火场中智能返航的无人机，在无人机飞行过程中，动力舱和控制舱温度估计值超过预设温度阈值后，无人机自动返航，发送警告信息到地面站提示工作人员，进一步降低无人机坠毁的风险。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
32.图1为本发明可在火场中智能返航的无人机的结构示意图；
33.图2为本发明可在火场中智能返航的无人机的工作流程示意图；
34.图3为本发明可在火场中智能返航的无人机的电路连接示意图；
35.图示说明：1、动力舱；2、控制舱；3、机架；4、螺旋桨；5、第一温度传感器；6、无刷电机；7、电子调速器；8、遥控接收机；9、飞控模块；10、无线数传模块；11、第二温度传感器；12、电源转换电路；13、温度采集模块；14、锂电池。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
37.实施例1
38.如图1和图3所示，本发明实施例提供的一种可在火场中智能返航的无人机，无人机采用四旋翼方案，包括：
39.四旋翼机架3，用于承载动力舱1和控制舱2；
40.四个动力舱1，设置在机架3四角处，内部布置有第一温度传感器5和无刷电机6，分别用以提供动力舱的温度检测和无人机螺旋桨的飞行动力；进一步的，四个动力舱1中分别装有第一温度传感器5和无刷电机6。
41.四个螺旋桨4，安装在机架3的四角处，并与无刷电机6传动连接，以在动力舱1控制下旋转；
42.控制舱2，安装在机架3中心处，内部设置有电子调速器7、飞控模块9、遥控接收机8、无线数传模块10、第二温度传感器11、温度采集模块13、电源转换电路12和电池；具体的，电池为锂电池14；电子调速器7与无刷电机6连接，用以控制无刷电机6的旋转带动螺旋桨4为无人机的飞行提供动力；飞控模块9分别与电子调速器7、遥控接收机8、无线数传模块10、温度采集模块13和电源转换电路12电性连接；第一温度传感器5和第二温度传感器11与温
度采集模块13电性连接；电池分别与电子调速器7、电源转换电路12电性连接。
43.具体的，四个动力舱1分别通过四旋翼支架3与控制舱2相连，螺旋桨4通过螺丝固定在无刷电机6顶部安装轴上。
44.第一温度传感器5和第二温度传感器11通过i2c总线与温度采集模块13相连，温度采集模块13的温度信号输出接口与飞控模块9通过串口相连，温度采集模块13的温度电源输入端与电源转换电路12的电源输出端相连；飞控模块9的飞控电源输入接口与电源转换模块12的电源输出端相连，飞控模块9的数传接口与无线数传模块10的数传串口相连，飞控模块9的遥控信号输入接口与遥控接收机8的遥控信号输出接口相连，飞控模块9的pwm输出io与电子调速器7的pwm输入口相连；电子调速器7的pwm输入口与飞控模块9的pwm输出io口相连，电子调速器7的电源输出接口与无刷电机6的电源输入口相连。第一温度传感器5和第二温度传感器11可以精确测量动力舱1及控制舱2内空气温度，通过温度采集模块13将实时温度反馈给飞控模块9，保证温度实时传送给飞控进行算法和控制处理。
45.进一步的，飞控模块9包括控制信号输出接口、遥控信号输入接口、数传接口、温度传感器接口和飞控电源输入接口，控制信号输出接口与电子调速器7输入控制端相连，遥控信号输入接口与遥控接收机8的遥控信号输出接口相连，数传接口与无线数传模块10的数传串口相连，温度传感器接口与温度采集模块13的温度信号输出接口相连，飞控电源输入接口与电源转换电路12的电源输出端相连。
46.具体的，飞控模块9采用归一化加权平均值融合算法进行数据比对，以在解析遥控信号、解析温度采集模块输入的温度值后输出控制信号用以控制电子调速器、输出提示指令给无线数传模块传送至地面站显示。
47.在本实施例中，电源转换电路12包括电源输出端和电源输入端，电源输出端为整个无人机系统提供持续稳定的电源，电源输出端分别与飞控模块9的飞控电源输入接口、遥控接收机8的遥控电源输入端、温度采集模块13的温度电源输入端和无线数传模块10的无线电源输入端相连，电源输入端与电池相连。
48.进一步的，温度采集模块13分别检测四个动力舱的温度和控制舱的温度值，并且输出给飞控模块，具体的，温度采集模块13包括温度传感器接口、温度电源输入端和温度信号输出接口，温度传感器接口与第一温度传感器5和第二温度传感器11相连，温度电源输入端与电源转换电路12的电源输出端相连，温度信号输出接口与飞控模块9的温度传感器接口相连。
49.在一些实施例中，遥控接收机8包括遥控信号输出接口和遥控电源输入端，遥控信号输出接口与飞控模块9的遥控信号输入接口相连，遥控电源输入端与电源转换电路12的电源输出端相连。遥控接收机通过无线接收遥控器信号，并将其传输到飞控模块。
50.在一些实施例中，无线数传模块10为飞控模块9和地面站模块建起无线通信链路来交互信息遥控接收机通过无线接收遥控器信号，并将其传输到飞控模块9，具体包括数传串口和无线电源输入端，数传串口与飞控模块9的数传接口相连，无线电源输入端与电源转换电路12的电源输出端相连。
51.在一些实施例中，电池与电源转换电路12的电源输入端和电子调速器7的调速电源输入端相连。电池为整个系统提供电力。
52.在一些实施例中，机架3包括呈十字形布置的撑架、设置在撑架末端的固定座、连
接在相邻两个固定座之间的筋杆。
53.如图2所示，本发明提供的一种无人机控制方法，利用可在火场中智能返航的无人机进行火场飞行的方法，包括如下步骤：
54.步骤s1、开始，初始化无人机，在火场附近将无人机平放置于空地上并打开无人机电源；
55.步骤s2、通过地面站观察无人机与地面站数据链是否已链接，判断无人机是否起飞；
56.步骤s3、无人机在起飞前，无人机对四个动力舱和控制舱进行温度检测对比，并通过归一化加权平均值融合算法对四个动力舱和控制舱温度数据进行处理，得到准确的估计值；具体为，控制温度采集模块读取动力舱和控制舱的温度，然后根据读取的动力舱和控制舱温度，利用归一化加权平均值融合算法对动力舱和控制舱温度进行算法处理，得到温度估计值，然后判断温度估计值是否超过预设阈值；若温度估计值高于预设阈值则禁止飞机起飞，并且将预警通过无线数传模块发送至地面站；
57.步骤s4、当温度估计值满足预定起飞温度阈值，通过遥控器控制无人机起飞；正常执行其他飞行操作；
58.步骤s5、无人机一切正常，控制无人机飞进入火场，温度传感器实时监测动力舱与控制舱温度；
59.步骤s6、无人机在火场中飞行一段时间后，检测的温度估计值超过预设可稳定工作温度阈值后，无人机不执行遥控指令，执行自动返航。
60.本发明提供的可在火场中智能返航的无人机，采用多点测温方式，分别实时测量动力舱与控制仓温度，飞控通过归一化加权算法对四个动力舱和控制舱温度数据进行处理，得到温度数据的准确估计值，可有效对动力舱和控制舱的温度进行判断；
61.本发明提供的可在火场中智能返航的无人机，在无人机未起飞时，当动力舱和控制舱温度估计值超过预设温度阈值后禁止无人机起飞，并发送警告信息到地面站提示工作人员，工作人员可提前对无人机进行降温处理，可有效降低无人机坠毁风险；
62.本发明提供的可在火场中智能返航的无人机，在无人机飞行过程中，动力舱和控制舱温度估计值超过预设温度阈值后，无人机自动返航，发送警告信息到地面站提示工作人员，进一步降低无人机坠毁的风险。
63.本实施例的整体工作过程如下：
64.如图2所示，操作人员在开启无人机后，首先对图3飞控模块9和温度采集模块13进行第一温度传感器5和第二温度传感器11的初始化，然后飞控模块9判断无人机当前状态是否在飞行中，如果是则发送指令控制温度采集模块13采集的第一温度传感器5和第二温度传感器11的温度值，采集完成飞控模块9读取温度采集模块13采集的动力舱1及控制舱2内空气温度值，对温度值进行归一化加权平均值融合算法处理得到温度估计值，如果温度估计值值大于预设温度阈值则飞控模块9通过io输出pwm控制电子调速器7，进而控制无刷电机6输出动力执行返航操作，同时，飞控模块9通过串口与无线数传模块10进行通信，将警告通过无线数传模块10发送至地面站，告知操作人员温度过高，无人机正在返航；如果小于温度阈值，则操作人员通过遥控器向遥控接收机8发送控制指令，遥控接收机8与飞控模块9通过有线通信传递遥控指令，飞控模块9在解析遥控指令后通过io输出pwm控制电子调速器7，
进而控制无刷电机6输出动力执行其他飞行操作。如果还未起飞，则发送控制指令到温度采集模块13采集的第一温度传感器5和第二温度传感器11的温度值，采集完成飞控模块9读取温度采集模块13采集的动力舱1及控制舱2内空气温度值，对温度值进行归一化加权平均值融合算法处理得到温度估计值，如果温度估计值大于预设温度阈值则飞控模块9通过io输出pwm控制电子调速器7，进而控制无刷电机6不输出动力，从而实现禁止起飞操作，同时，飞控模块9通过串口与无线数传模块10进行通信，将警告通过无线数传模块10发送至地面站，告知操作人员温度值高于阈值，不适合飞行。如果温度估计值小于预设温度阈值，则操作人员通过遥控器向遥控接收机8发送操作指令，遥控接收机8与飞控模块9通过有线通信传递遥控指令，飞控模块9在解析遥控指令后通过io输出pwm控制电子调速器7，进而控制无刷电机6输出动力执行其他飞行操作。
65.这里首先需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。
66.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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发明的限制。
67.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
68.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
69.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
70.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
71.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种可在火场中智能返航的无人机，其特征在于，包括：机架，用于承载动力舱和控制舱；动力舱，设置在所述机架四角处，内部布置有第一温度传感器和无刷电机，分别用以提供温度检测和飞行动力；螺旋桨，安装在所述机架的四角处，并与所述无刷电机传动连接，以在所述动力舱控制下旋转；控制舱，安装在所述机架中心处，内部设置有电子调速器、飞控模块、遥控接收机、无线数传模块、第二温度传感器、温度采集模块、电源转换电路和电池；所述电子调速器与所述无刷电机连接，用以控制所述无刷电机的旋转带动螺旋桨为无人机的飞行提供动力；所述飞控模块分别与所述电子调速器、所述遥控接收机、所述无线数传模块、所述温度采集模块和所述电源转换电路电性连接；所述第一温度传感器和所述第二温度传感器与所述温度采集模块电性连接；所述电池分别与所述电子调速器、所述电源转换电路电性连接。2.根据权利要求1所述的可在火场中智能返航的无人机，其特征在于，所述飞控模块包括控制信号输出接口、遥控信号输入接口、数传接口、温度传感器接口和飞控电源输入接口，所述控制信号输出接口与所述电子调速器输入控制端相连，所述遥控信号输入接口与所述遥控接收机的遥控信号输出接口相连，所述数传接口与所述无线数传模块的数传串口相连，所述温度传感器接口与所述温度采集模块的温度信号输出接口相连，所述飞控电源输入接口与所述电源转换电路的电源输出端相连。3.根据权利要求2所述的可在火场中智能返航的无人机，其特征在于，所述飞控模块采用归一化加权平均值融合算法进行数据比对，以在解析遥控信号、解析温度采集模块输入的温度值后输出控制信号用以控制电子调速器、输出提示指令给无线数传模块传送至地面站显示。4.根据权利要求1所述的可在火场中智能返航的无人机，其特征在于，所述电源转换电路包括电源输出端和电源输入端，所述电源输出端为整个无人机系统提供持续稳定的电源，所述电源输出端分别与所述飞控模块的飞控电源输入接口、所述遥控接收机的遥控电源输入端、所述温度采集模块的温度电源输入端和所述无线数传模块的无线电源输入端相连，所述电源输入端与所述电池相连。5.根据权利要求1所述的可在火场中智能返航的无人机，其特征在于，所述温度采集模块包括温度传感器接口、温度电源输入端和温度信号输出接口，所述温度传感器接口与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器相连，所述温度电源输入端与所述电源转换电路的电源输出端相连，所述温度信号输出接口与所述飞控模块的温度传感器接口相连。6.根据权利要求1所述的可在火场中智能返航的无人机，其特征在于，所述遥控接收机包括遥控信号输出接口和遥控电源输入端，所述遥控信号输出接口与所述飞控模块的遥控信号输入接口相连，所述遥控电源输入端与所述电源转换电路的电源输出端相连。7.根据权利要求1所述的可在火场中智能返航的无人机，其特征在于，所述无线数传模块包括数传串口和无线电源输入端，所述数传串口与所述飞控模块的数传接口相连，所述无线电源输入端与所述电源转换电路的电源输出端相连。8.根据权利要求1所述的可在火场中智能返航的无人机，其特征在于，所述电池与所述电源转换电路的电源输入端和所述电子调速器的调速电源输入端相连。
9.根据权利要求1所述的可在火场中智能返航的无人机，其特征在于，所述机架包括呈十字形布置的撑架、设置在所述撑架末端的固定座、连接在相邻两个所述固定座之间的筋杆。10.一种无人机控制方法，其特征在于，利用如权利要求1-9中任一所述的可在火场中智能返航的无人机进行火场飞行的方法，包括如下步骤：步骤s1、在火场附近将无人机平放置于空地上并打开无人机电源；步骤s2、通过地面站观察无人机与地面站数据链是否已链接；步骤s3、无人机在起飞前，无人机对四个动力舱和控制舱进行温度检测对比，并通过归一化加权平均值融合算法对四个动力舱和控制舱温度数据进行处理，得到准确的估计值；若温度估计值高于预设阈值则禁止飞机起飞，并且将预警通过无线数传模块发送至地面站；步骤s4、当温度估计值满足预定起飞温度阈值，通过遥控器控制无人机起飞；步骤s5、无人机一切正常，控制无人机飞进入火场，温度传感器实时监测动力舱与控制舱温度；步骤s6、无人机在火场中飞行一段时间后，检测的温度估计值超过预设可稳定工作温度阈值后，无人机不执行遥控指令，执行自动返航。

技术总结
本发明提供了一种可在火场中智能返航的无人机及控制方法，涉及无人机技术领域，解决了无人机在高温条件下坠机风险高的技术问题。该可在火场中智能返航的无人机包括机架、动力舱，内部布置有第一温度传感器和无刷电机、控制舱，内部设置有电子调速器、飞控模块、遥控接收机、无线数传模块、第二温度传感器、温度采集模块、电源转换电路和电池。本发明可有效对动力舱和控制舱的温度进行判断，工作人员可提前对无人机进行降温处理，可有效降低无人机坠毁风险；在无人机飞行过程中，动力舱和控制舱温度估计值超过预设温度阈值后，无人机自动返航，进一步降低无人机坠毁的风险。进一步降低无人机坠毁的风险。进一步降低无人机坠毁的风险。


技术研发人员：吉茂智 权恒文 王宏斌
受保护的技术使用者：西安恒星箭翔科技有限公司
技术研发日：2023.02.03
技术公布日：2023/4/18