CN107521692A - 一种具有自我保护功能的智能型无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有自我保护功能的智能型无人机，包括主体、设置在主体下方的若干支撑单元、设置在主体上的若干信号采集单元、若干飞行单元、设置在主体上方的调向机构和保护机构，所述信号采集单元周向均匀分布在主体上，所述信号采集单元包括摄像头和风向测量单元，所述飞行单元周向均匀分布在主体的外侧，该具有自我保护功能的智能型无人机通过风向测量单元检测风向，根据飞行需求，利用调向机构调节平板至合适位置，配合风力方向，减小了飞行消耗的能源，提高了设备的实用性，不仅如此，通过摄像头检测是否有鸟类靠近侵袭，并通过保护单元转动闪光灯对准鸟类进行连续闪光，从而吓退鸟类，保证无人机的正常飞行。

Description

一种具有自我保护功能的智能型无人机

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别涉及一种具有自我保护功能的智能型无人机。

背景技术

无人驾驶飞机，简称无人机（UAV），是一种处在迅速发展中的新概念武器装备，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低的优点。无人机通过搭载多类传感器，可以实现影像实时传输、高危地区探测功能，是卫星遥感与传统航空遥感的有力补充。目前，无人机的使用范围已经扩宽到军事、科研、民用三大领域，具体在电力、通信、气象、农业、海洋、勘探、摄影、防灾减灾、农作物估产、缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐等领域应用甚广。

现有的无人机在飞行过程中，容易被各种鸟类飞禽当作入侵者，因此，无人机飞行时常遭受到各类飞鸟的侵袭困扰，当遭遇老鹰这样的猛禽时，无人机更容易受到破坏，导致无法继续航行，不仅如此，由于无人机自身结构的单一固定，导致无人机飞行时无法根据空气中的气流方向和自身飞行方向有效地利用风力，从而使无人机飞行需要消耗大量的能源，因而降低了设备的实用性，同时，在音频信号分析控制的过程中，由于缺少信号增强、去噪等功能，从而大大降低了音频处理的可靠性，进一步降低了***的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种具有自我保护功能的智能型无人机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有自我保护功能的智能型无人机，包括主体、设置在主体下方的若干支撑单元、设置在主体上的若干信号采集单元、若干飞行单元、设置在主体上方的调向机构和保护机构，所述信号采集单元周向均匀分布在主体上，所述信号采集单元包括摄像头和风向测量单元，所述飞行单元周向均匀分布在主体的外侧；

所述保护机构包括若干保护单元，所述保护单元的数量与摄像头的数量相等且一一对应，所述保护单元周向均匀分布在主体上，所述保护单元包括第二驱动电机、驱动轮、框架、固定块、连接块和闪光灯，所述第二驱动电机固定在主体上且与驱动轮传动连接，所述固定块固定在驱动轮上且设置在框架内，所述框架通过连接块与闪光灯固定连接，所述连接块与主体铰接；

所述调向机构包括驱动单元、从动齿轮和平板，所述驱动单元与从动齿轮传动连接，所述平板固定在从动齿轮上，所述驱动单元包括气泵、气管、气缸和活塞，所述气缸和气泵均固定在主体上，所述气泵通过气管与气缸连通，所述活塞的一端设置在气缸内，所述活塞的另一端靠***板的一侧设有条形齿，所述活塞上的条形齿与从动齿轮啮合，所述气缸内设有限位机构，所述限位机构包括套环和设置在套环两侧的限位杆，所述套环套设在活塞上，所述套环通过限位杆与气缸的内壁固定连接；

所述主体的下方设有警报器，所述警报器内设有信号放大模块，所述音频信号放大模块包括音频信号放大电路，所述音频信号放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、电感和蜂鸣器，所述第一运算放大器的型号为OPA27，所述第二运算放大器的型号为OPA502，所述第一运算放大器的同相输入端通过第一电阻接地，所述第一运算放大器的反相输入端通过第一电容与第一运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的输出端与第二运算放大器的同相输入端连接，所述第一运算放大器的反相输入端通过第三电阻与第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的反相输入端分别通过第五电阻和第二电容与第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的反相输入端通过第四电阻接地，所述第二运算放大器的第一补偿端通过第六电阻和第七电阻组成的串联电路与第二运算放大器的第二补偿端连接，所述第二运算放大器的输出端分别与第六电阻和第七电阻连接，所述第二运算放大器的输出端分别通过第八电阻和电感与蜂鸣器的一端连接，所述蜂鸣器的另一端接地。

作为优选，为了检测各个方向的风力大小，从而确定整体风向，所述风向测量单元包括第一套管、压力传感器、第一弹簧和挡风板，所述第一套管固定在主体上，所述压力传感器固定在第一套管内的底部，所述第一弹簧的一端与压力传感器固定连接，所述第一弹簧的另一端与挡风板固定连接。

作为优选，为了能够增加风力接收面积，所述挡风板的竖向截面的形状为圆弧形，所述圆弧形截面的圆心位于第一套管内。

作为优选，为了实现无人机的飞行能力，所述飞行单元包括连接支架、第一驱动电机、第一驱动轴和若干桨叶，所述连接支架的一端固定在主体上，所述第一驱动电机与连接支架的另一端固定连接，所述桨叶周向均匀分布在第一驱动轴的外侧，所述第一驱动电机通过第一驱动轴与桨叶传动连接。

作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，为了保证飞行单元的飞行能力，所述第一驱动电机为直流伺服电机。

作为优选，为了提高无人机的智能化程度，所述主体内设有中央控制装置，所述中央控制装置包括中央控制模块、与中央控制模块连接的保护控制模块、气泵控制模块、电机控制模块和信号采集模块，所述闪光灯与保护控制模块电连接，所述气泵与气泵控制模块电连接，所述第一驱动电机和第二驱动电机均与电机控制模块电连接，所述压力传感器和摄像头均与信号采集模块电连接。

作为优选，为了保证无人机下降时支撑单元起到缓冲作用，所述支撑单元包括第二套管、第二弹簧和缓冲块，所述第二套管固定在主体的下方且开口向下，所述第二弹簧的底端固定在第二套管内的顶部，所述第二弹簧的底端与缓冲块固定连接。

作为优选，利用海绵弹性优良的特性，为了进一步增加支撑单元的缓冲能力，所述缓冲块为海绵。

作为优选，为了保证摄像头的拍摄范围，所述摄像头的焦距为15mm。

本发明的有益效果是，该具有自我保护功能的智能型无人机通过风向测量单元检测风向，根据飞行需求，利用调向机构调节平板至合适位置，配合风力方向，减小了飞行消耗的能源，提高了设备的实用性，不仅如此，通过摄像头检测是否有鸟类靠近侵袭，并通过保护单元转动闪光灯对准鸟类进行连续闪光，从而吓退鸟类，保证无人机的正常飞行，音频信号放大电路中，通过第一集成电路的超低噪声和高精密的特性，不仅保证了音频信号的可靠放大，还提高了音频输出的可靠性，从而提高了***的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的具有自我保护功能的智能型无人机的结构示意图；

图2是本发明的具有自我保护功能的智能型无人机的保护单元的结构示意图；

图3是本发明的具有自我保护功能的智能型无人机的调向机构的结构示意图；

图4是本发明的具有自我保护功能的智能型无人机的风向测量单元的结构示意图；

图5是本发明的具有自我保护功能的智能型无人机的支撑单元的结构示意图；

图6是本发明的具有自我保护功能的智能型无人机的***原理图；

图7是本发明的具有自我保护功能的智能型无人机的的音频信号放大电路的电路原理图；

图中：1.主体，2.调向机构，3.警报器，4.支撑单元，5.保护单元，6.摄像头，7.风向测量单元，8.连接支架，9.第一驱动电机，10.第一驱动轴，11.桨叶，12.第二驱动电机，13.驱动轮，14.框架，15.固定块，16.连接块，17.闪光灯，18.从动齿轮，19.平板，20.条形齿，21.活塞，23.限位杆，24.套环，25.气缸，26.气泵，27.气管，28.第一套管，29.压力传感器，30.第一弹簧，31.挡风板，32.第二套管，33.第二弹簧，34.缓冲块，35.中央控制模块，36.保护控制模块，37.气泵控制模块，38.电机控制模块，39.信号采集模块。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-图7所示，一种具有自我保护功能的智能型无人机，包括主体1、设置在主体1下方的若干支撑单元4、设置在主体1上的若干信号采集单元、若干飞行单元、设置在主体1上方的调向机构2和保护机构，所述信号采集单元周向均匀分布在主体1上，所述信号采集单元包括摄像头6和风向测量单元7，所述飞行单元周向均匀分布在主体1的外侧；

所述保护机构包括若干保护单元5，所述保护单元5的数量与摄像头6的数量相等且一一对应，所述保护单元5周向均匀分布在主体1上，所述保护单元5包括第二驱动电机12、驱动轮13、框架14、固定块15、连接块16和闪光灯17，所述第二驱动电机12固定在主体1上且与驱动轮13传动连接，所述固定块15固定在驱动轮13上且设置在框架14内，所述框架14通过连接块16与闪光灯17固定连接，所述连接块16与主体1铰接；

所述调向机构2包括驱动单元、从动齿轮18和平板19，所述驱动单元与从动齿轮18传动连接，所述平板19固定在从动齿轮18上，所述驱动单元包括气泵26、气管27、气缸25和活塞21，所述气缸25和气泵26均固定在主体1上，所述气泵26通过气管27与气缸25连通，所述活塞21的一端设置在气缸25内，所述活塞21的另一端靠***板19的一侧设有条形齿20，所述活塞21上的条形齿20与从动齿轮18啮合，所述气缸25内设有限位机构，所述限位机构包括套环24和设置在套环24两侧的限位杆23，所述套环24套设在活塞21上，所述套环24通过限位杆23与气缸25的内壁固定连接；

所述主体1的下方设有警报器3，所述警报器3内设有音频信号放大模块，所述音频信号放大模块包括音频信号放大电路，所述音频信号放大电路包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第二电容C2、电感L1和蜂鸣器BL，所述第一运算放大器U1的型号为OPA27，所述第二运算放大器U2的型号为OPA502，所述第一运算放大器U1的同相输入端通过第一电阻R1接地，所述第一运算放大器U1的反相输入端通过第一电容C1与第一运算放大器U1的输出端连接，所述第一运算放大器U1的输出端与第二运算放大器U2的同相输入端连接，所述第一运算放大器U1的反相输入端通过第三电阻R3与第二运算放大器U2的输出端连接，所述第二运算放大器U2的反相输入端分别通过第五电阻R5和第二电容C2与第二运算放大器U2的输出端连接，所述第二运算放大器U2的反相输入端通过第四电阻R4接地，所述第二运算放大器U2的第一补偿端通过第六电阻R6和第七电阻R7组成的串联电路与第二运算放大器U2的第二补偿端连接，所述第二运算放大器U2的输出端分别与第六电阻R6和第七电阻R7连接，所述第二运算放大器U2的输出端分别通过第八电阻R8和电感L1与蜂鸣器BL的一端连接，所述蜂鸣器BL的另一端接地。

作为优选，为了检测各个方向的风力大小，从而确定整体风向，所述风向测量单元7包括第一套管28、压力传感器29、第一弹簧30和挡风板31，所述第一套管28固定在主体1上，所述压力传感器29固定在第一套管28内的底部，所述第一弹簧30的一端与压力传感器29固定连接，所述第一弹簧30的另一端与挡风板31固定连接。

作为优选，为了能够增加风力接收面积，所述挡风板31的竖向截面的形状为圆弧形，所述圆弧形截面的圆心位于第一套管28内。

作为优选，为了实现无人机的飞行能力，所述飞行单元包括连接支架8、第一驱动电机9、第一驱动轴10和若干桨叶11，所述连接支架8的一端固定在主体1上，所述第一驱动电机9与连接支架8的另一端固定连接，所述桨叶11周向均匀分布在第一驱动轴10的外侧，所述第一驱动电机9通过第一驱动轴10与桨叶11传动连接。

作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，为了保证飞行单元的飞行能力，所述第一驱动电机9为直流伺服电机。

作为优选，为了提高无人机的智能化程度，所述主体1内设有中央控制装置，所述中央控制装置包括中央控制模块35、与中央控制模块35连接的保护控制模块36、气泵控制模块37、电机控制模块38和信号采集模块39，所述闪光灯17与保护控制模块36电连接，所述气泵26与气泵37控制模块37电连接，所述第一驱动电机9和第二驱动电机12均与电机控制模块38电连接，所述压力传感器29和摄像头6均与信号采集模块39电连接。其中，中央控制模块35，用来控制***内的各个模块智能化运行的模块，在这里，中央控制模块35不仅是PLC，还可以是单片机，从而提高了无人机运行的智能化程度；保护控制模块36，用以控制闪光灯17运行，当发现无人机受鸟类侵袭，利用闪光灯17连续闪光吓退鸟类，起到保护作用；气泵控制模块37，控制气泵26从而改变气缸25内气压，使活塞21移动带动从动齿轮18转动，从而调节平板19的角度；电机控制模块38主要控制第一驱动电机9和第二驱动电机12的运行，第一驱动电机9运行，能够带动无人机飞行，第二驱动电机12带动驱动轮13转动，能够改变闪光灯17的角度，方便闪光灯17对准侵袭的鸟类；信号采集模块39，负责接收摄像头6拍摄的图像和压力传感器29接收到的压力数据，通过采集的图像确定是否有鸟类侵袭，利用压力传感器29的压力数据确定风力在各个方向上的分力，从而确定风向。

作为优选，为了保证无人机下降时支撑单元4起到缓冲作用，所述支撑单元4包括第二套管32、第二弹簧33和缓冲块34，所述第二套管32固定在主体1的下方且开口向下，所述第二弹簧33的底端固定在第二套管32内的顶部，所述第二弹簧33的底端与缓冲块34固定连接。

作为优选，利用海绵弹性优良的特性，为了进一步增加支撑单元4的缓冲能力，所述缓冲块34为海绵。

作为优选，为了保证摄像头6的拍摄范围，所述摄像头6的焦距为15mm。

该无人机飞行时，为了减小飞行消耗的能源，通过主体1上的各风向测量单元7中检测各个方向上风力对挡风板31的风压，由压力传感器29检测风力数据，从而确定各个方向上的风力大小，从而确定风力方向，当无人机顺风飞行时，通过平板转动单元2将平板19转动至与风向垂直方向，由风力吹动无人机的平板19从而减小无人机前行所需动力；当逆风飞行时，将平板19转动至与风向平行方向，从而减小风的阻力，从而减小了飞行所需消耗的能源，在平板2转动单元运行时，由气泵26通过气管27改变气缸25内的气压，使活塞21发生移动，在活塞21移动过程中，活塞21上的条形齿20与从动齿轮18啮合，从而使条形齿轮18转动，带动平板19角度发生变化，从而根据无人机飞行调节了平板19的角度。该具有自我保护功能的智能型无人机通过风向测量单元7检测风向，根据飞行需求，利用调向机构2调节平板19至合适位置，配合风力方向，减小了飞行消耗的能源，提高了设备的实用性。

为了保证无人机安全飞行，避免受到各中鸟类的侵袭，在主体1上的各个摄像头6检测四周的飞行环境，当某个摄像头6检测到由鸟类靠近时，主体1上与之对的保护单元5运行，用过第二驱动电机12转动，带动固定块15沿驱动轮13的中心轴线转动，使框架14发生角度转动，带动闪光灯17发生转动，对准靠近的鸟类，利用闪光灯17连续闪光17，使靠近的鸟类暂时失去观察能力，防止无人机被跟踪侵袭，当遇到大型鸟类如老鹰时，还可以通过主体1下方的警报器3发出声响，从而惊吓鸟类，增加威慑能力，使鸟类远离无人机，进一步防止无人机被侵扰，保证了无人机的正常飞行。该具有自我保护功能的智能型无人机通过摄像头6检测是否有鸟类靠近侵袭，并通过保护单元5转动闪光灯17对准鸟类进行连续闪光，从而吓退鸟类，保证无人机的正常飞行。

音频信号放大电路中第一集成电路U1使用了超低噪声精密运放OPA27作为前置放大。当输出功率为50W时，在频率为20kHz的条件下，其总谐波失真为0.02%，在1kHz条件下，其总谐波失真为0.002%，从而通过第一集成电路U1的超低噪声和高精密的特性，不仅保证了音频信号的可靠放大，还提高了音频输出的可靠性，从而提高了***的可靠性。

与现有技术相比，该具有自我保护功能的智能型无人机通过风向测量单元7检测风向，根据飞行需求，利用调向机构2调节平板19至合适位置，配合风力方向，减小了飞行消耗的能源，提高了设备的实用性，不仅如此，通过摄像头6检测是否有鸟类靠近侵袭，并通过保护单元5转动闪光灯17对准鸟类进行连续闪光，从而吓退鸟类，保证无人机的正常飞行，音频信号放大电路中，通过第一集成电路的超低噪声和高精密的特性，不仅保证了音频信号的可靠放大，还提高了音频输出的可靠性，从而提高了***的可靠性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种具有自我保护功能的智能型无人机，其特征在于，包括主体（1）、设置在主体（1）下方的若干支撑单元（4）、设置在主体（1）上的若干信号采集单元、若干飞行单元、设置在主体（1）上方的调向机构（2）和保护机构，所述信号采集单元周向均匀分布在主体（1）上，所述信号采集单元包括摄像头（6）和风向测量单元（7），所述飞行单元周向均匀分布在主体（1）的外侧；

所述保护机构包括若干保护单元（5），所述保护单元（5）的数量与摄像头（6）的数量相等且一一对应，所述保护单元（5）周向均匀分布在主体（1）上，所述保护单元（5）包括第二驱动电机（12）、驱动轮（13）、框架（14）、固定块（15）、连接块（16）和闪光灯（17），所述第二驱动电机（12）固定在主体（1）上且与驱动轮（13）传动连接，所述固定块（15）固定在驱动轮（13）上且设置在框架（14）内，所述框架（14）通过连接块（16）与闪光灯（17）固定连接，所述连接块（16）与主体（1）铰接；

所述调向机构（2）包括驱动单元、从动齿轮（18）和平板（19），所述驱动单元与从动齿轮（18）传动连接，所述平板（19）固定在从动齿轮（18）上，所述驱动单元包括气泵（26）、气管（27）、气缸（25）和活塞（21），所述气缸（25）和气泵（26）均固定在主体（1）上，所述气泵（26）通过气管（27）与气缸（25）连通，所述活塞（21）的一端设置在气缸（25）内，所述活塞（21）的另一端靠***板（19）的一侧设有条形齿（20），所述活塞（21）上的条形齿（20）与从动齿轮（18）啮合，所述气缸（25）内设有限位机构，所述限位机构包括套环（24）和设置在套环（24）两侧的限位杆（23），所述套环（24）套设在活塞（21）上，所述套环（24）通过限位杆（23）与气缸（25）的内壁固定连接；

所述主体（1）的下方设有警报器（3），所述警报器（3）内设有音频信号放大模块，所述音频信号放大模块包括音频信号放大电路，所述音频信号放大电路包括第一运算放大器（U1）、第二运算放大器（U2）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、第八电阻（R8）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、电感（L1）和蜂鸣器（BL），所述第一运算放大器（U1）的型号为OPA27，所述第二运算放大器（U2）的型号为OPA502，所述第一运算放大器（U1）的同相输入端通过第一电阻（R1）接地，所述第一运算放大器（U1）的反相输入端通过第一电容（C1）与第一运算放大器（U1）的输出端连接，所述第一运算放大器（U1）的输出端与第二运算放大器（U2）的同相输入端连接，所述第一运算放大器（U1）的反相输入端通过第三电阻（R3）与第二运算放大器（U2）的输出端连接，所述第二运算放大器（U2）的反相输入端分别通过第五电阻（R5）和第二电容（C2）与第二运算放大器（U2）的输出端连接，所述第二运算放大器（U2）的反相输入端通过第四电阻（R4）接地，所述第二运算放大器（U2）的第一补偿端通过第六电阻（R6）和第七电阻（R7）组成的串联电路与第二运算放大器（U2）的第二补偿端连接，所述第二运算放大器（U2）的输出端分别与第六电阻（R6）和第七电阻（R7）连接，所述第二运算放大器（U2）的输出端分别通过第八电阻（R8）和电感（L1）与蜂鸣器（BL）的一端连接，所述蜂鸣器（BL）的另一端接地。

2.如权利要求1所述的具有自我保护功能的智能型无人机，其特征在于，所述风向测量单元（7）包括第一套管（28）、压力传感器（29）、第一弹簧（30）和挡风板（31），所述第一套管（28）固定在主体（1）上，所述压力传感器（29）固定在第一套管（28）内的底部，所述第一弹簧（30）的一端与压力传感器（29）固定连接，所述第一弹簧（30）的另一端与挡风板（31）固定连接。

3.如权利要求2所述的具有自我保护功能的智能型无人机，其特征在于，所述挡风板（31）的竖向截面的形状为圆弧形，所述圆弧形截面的圆心位于第一套管（28）内。

4.如权利要求1所述的具有自我保护功能的智能型无人机，其特征在于，所述飞行单元包括连接支架（8）、第一驱动电机（9）、第一驱动轴（10）和若干桨叶（11），所述连接支架（8）的一端固定在主体（1）上，所述第一驱动电机（9）与连接支架（8）的另一端固定连接，所述桨叶（11）周向均匀分布在第一驱动轴（10）的外侧，所述第一驱动电机（9）通过第一驱动轴（10）与桨叶（11）传动连接。

5.如权利要求1所述的具有自我保护功能的智能型无人机，其特征在于，所述第一驱动电机（9）为直流伺服电机。

6.如权利要求1所述的具有自我保护功能的智能型无人机，其特征在于，所述主体（1）内设有中央控制装置，所述中央控制装置包括中央控制模块（35）、与中央控制模块（35）连接的保护控制模块（36）、气泵控制模块（37）、电机控制模块（38）和信号采集模块（39），所述闪光灯（17）与保护控制模块（36）电连接，所述气泵（26）与气泵（37）控制模块（37）电连接，所述第一驱动电机（9）和第二驱动电机（12）均与电机控制模块（38）电连接，所述压力传感器（29）和摄像头（6）均与信号采集模块（39）电连接。

7.如权利要求1所述的具有自我保护功能的智能型无人机，其特征在于，所述支撑单元（4）包括第二套管（32）、第二弹簧（33）和缓冲块（34），所述第二套管（32）固定在主体（1）的下方且开口向下，所述第二弹簧（33）的底端固定在第二套管（32）内的顶部，所述第二弹簧（33）的底端与缓冲块（34）固定连接。

8.如权利要求1所述的具有自我保护功能的智能型无人机，其特征在于，所述缓冲块（34）为海绵。

9.如权利要求1所述的具有自我保护功能的智能型无人机，其特征在于，所述摄像头（6）的焦距为15mm。