CN107291094A - 无人机机器人协同操作系统 - Google Patents

Abstract

一种无人机机器人协同操作系统，由机器人及无人机构成，机器人具有机体、导航组件及第一无线通信设备，无人机具有机身、控制组件及第二无线通信设备，机器人机体设有平台，且平台具有多个固定器；机器人利用第一无线通信设备与无人机的第二无线通信设备无线通信连接，当无人机于空中飞行，且要降落在机器人的平台时，利用无人机、机器人与平台的姿态与位置，运算后将无人机固定在机器人的平台上，藉此根据两者目前所呈现的姿态信息及位置信息，经由加总运算后得到下一时间两者该出现的位置及所呈现的姿态，故能动态及协同调整机器人与无人机的状况，深具产业利用性。

Description

无人机机器人协同操作系统

技术领域

本发明是一种协同操作系统，特别是用于无人机与机器人之间，机器人能稳定操控机器人及降落平台并使无人机能平稳降落至机器人上的系统。

背景技术

无人飞行载具，一般称之为无人机，其为不需要驾驶员登机驾驶的各式遥控飞行器。无人机因为成本较低，高机动性及其操作或控制端不须出现在指定操作及降落用户域降落的区域内，因此广受利用。无人机一般在军事侦查、作战时使用，或是对大区域的摄像或是录像用，亦可以在农业上喷洒药品中使用。无人飞行载具遥控技术已成熟发展，从单一无人机控制到多个无人机的控制，都有许多文献被提出，例如现有技术中所呈现的多个无人机的协同着陆方式。其利用多个无人机上的传感器，搜索无人机自身位置和着陆坐标，并利用自身位置和着陆坐标推算出着陆坐标吸引力及着陆地标排斥力，再利用此两者推算出单一无人机着陆时之运动轨迹；之后再运用AdHo通信网路，组合单个无人机着陆时之运动轨迹，以整合并算出多个无人机群的集体动线，以使整个无人机群能得到最佳降落位置。

再者，无人飞行载具并非真的「无人」控制，一般作法是，控制者将预先撰写的控制程序植入无人飞行载具上的芯片，无人飞行载具再依照此控制程序动作，或是控制者无法以肉眼直视无人飞行载具的状况下控制无人飞行载具。但以机器人控制无人机的飞行则是一种新兴的研究。机器人包括一切模拟人类行为、思想或其他生物的机械。机器人可有自主的行为，机器人的运用亦在多方面，举凡工厂的制造、战场上的侦查及商场接待等等，但早期的机器人仅有初步的构想，或是机械手臂等等单独一台设备被独立化制造。但近年来随技术的提升，目前机器人已经商业化，已有商品大量制造及销售，如日本软银Pepper即是一个很好的例子。

在美国亦有无人机及机器人的协同操作实例。于2017年2月，美国明尼苏达州一名业余的程序设计师，使用一台由软银机器人(Softbank Japan)公司所推出的消费型并可程序化的机器人产品Nao V5操控一架由大疆创新(China)公司所制作的Phantom 2无人机。此人将使用Nao V5机器人原厂所附的软件Dialog，将程序植入机器人后，机器人便能使用简易型的手持式遥控器，以握把简单的、任意的操控无人机的飞行方向，但是无人机不到几分钟的时间随即坠毁。

综上所述，虽然无人机的操作、起飞及降落，机器人单独式的运作，以及机器人可以简单的操作无人机的飞行，但是整合机器人与无人机的更进一步协同操作，例如可以长时间性的，机器人可以单独控制无人机，并使无人机能够平稳、并顺利的降落在机器人预设指定地点，例如平坦的空地、危险的区域，甚至如同回力镖，无人机从机器人所附设的平台上起飞执行任务后可再次降落在平台上，这些都是现有技术所缺乏的。

发明内容

为改进背景技术所提及的缺陷，本发明提供一种无人机机器人协同操作系统，由机器人及无人机构成，机器人具有机体、导航组件及第一无线通信设备，无人机具有机身、控制组件及第二无线通信设备，其特征在于：机器人机体设有平台，且平台具有多个固定器；以及机器人利用第一无线通信设备与无人机的第二无线通信设备无线通信连接，当无人机于空中飞行，且要降落在机器人的平台时，藉由机器人利用导航组件并透过第一无线通信设备提供机器人的第一姿态位置信息及平台的姿态信息至无人机，无人机的控制组件透过第二无线通信设备提供第二姿态位置信息至机器人以产生协同作业，控制组件根据机器人的第一姿态位置信息及无人机的第二姿态位置信息做为机器人及无人机之间相对位置的控制量及平台的姿态信息，使得根据相对位置的控制量及平台的姿态信息将无人机降落至机器人的平台上，并藉由在机器人的平台上的所述多个固定器，将无人机固定于机器人的平台。

优选的，机器人还配置有光伏模块。

优选的，第一无线通信设备与第二无线通信设备是采用输出功率为0.5W-2W范围的数传电台。

优选的，机器人的平台上设有与无人机对接的充电界面，机器人经由此充电接口对无人机进行充电。

优选的，固定器为锁紧卡扣。

优选的，固定器为输出力矩为50kg·cm的舵机。

优选的，平台具有六个方向的自由度。

优选的，平台可倾斜相对于水平线的30度的倾斜角度。

优选的，无人机机器人协同操作系统包含判定装置，判定装置根据无人机与机器人的相对位置的控制量及平台的姿态信息将无人机降落至机器人的平台上时，判定无人机是否可以降落。

本发明另外提出一种降落方式，其特征在于：使用第二无线通信设备将无人机的质心位置与机器人的质心位置进行比较，以比较结果判定是否执行降落方式。

使用本发明所提供的无人机机器人协同操作系统，可以协同性的操作机器人与无人机，机器人与无人机根据两者目前所呈现的姿态信息及位置信息，经由加总运算后得到下一时间两者该出现的位置及所呈现的姿态，故能动态及协同调整机器人与无人机的状况，深具产业利用性。

附图说明

图1是根据本发明所揭露的技术，表示无人机机器人协同操作系统的架构图；

图2是根据本发明所揭露的技术，表示机器人与无人机的细部构件的示意图；

图3是根据本发明所揭露的技术，表示平台内部构件的示意图；

图4为平台架设在机器人的机体上时，无人机停靠在平台上的示意图；

图5是根据本发明所揭露的技术，表示执行降落程序时，运算过程之示意图；

图6是根据本发明所揭露的技术，表示具有六个自由度的平台的示意图；

图7是根据本发明所揭露的技术，表示停靠区于坐标系{B}及{P}中，可旋转的欧拉角的角度示意图；以及

图8是根据本发明所揭露的技术，表示本系统执行降落时具体实施方式的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本发明，在此配合所附的图式、具体阐明本发明的技术特征与实施方式，并列举较佳具体实施方式进一步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本发明特征有关的示意，并未亦不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以陈述。

请参照图1，图1为本发明之具体实施方式，表示无人机机器人协同操作系统的架构图。图1揭露一种无人机机器人协同操作系统，其为本发明之具体实施方式。本系统包含了具有连接关系的机器人1和无人机2，其连接关系可以是建立在无线通信协议的架构上，例如根据由标准机构开发的一个或多个不同无线通信协议的通讯的支持，包括3GPP之全球行动通讯系统(GSM)、通用行动通讯系统(UMTS)、LTE及LTE-A标准或3GPP2之CDMA2000(1xRTT、2xEV-DO、HRPD、eHRPD标准)，亦可支持使用无线局域网络链接协议，如IEEE 802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)，或是个人局域网络链接协议(例如，)的通讯等等。连接关系一般是建立在双向式的关系上，并非是主从式的关系，亦即使用机器人1控制无人机2的飞行方向，但无人机2降落时，是机器人1与无人机2动态调整降落的位置以达成降落目的，故此称为协同操作系统。因为现有技术中，通过机器人控制无人机，通常要排除空气中的视觉干扰，无人机需要在出现在机器人的视野中，且是可辨识的，故无人机一般出现在以机器人为球心，半径约200公尺内的球体范围中；且机器人通常被自然人植入多个程序后，机器人会依据程序内容控制无人机的飞行方向，或许是机器人持有遥控器用以控制飞机，或由操作者指挥无人机飞行并降落于机器人。本发明并非是让机器人1乘坐于飞机中操控飞机，亦即机器人1并非是坐在或是固设在无人机2的外壳上，或是在机舱中成为驾驶。机器人1与无人机2的种类并不限定，仅要其两者能相互通讯并相互控制既可。一般机器人1与无人机2两者皆身处在同一环境中，例如皆身处在不平坦的沙漠中，或是户外庭园等等。

图2为机器人1与无人机2的方块示意图，并揭露了其各个构件之间的连接关系及在各个构件之间所传送的信号。机器人1包含了机体11、导航组件12、第一无线通信设备13及平台14。在本发明的实施例中，机器人1的机体11包括了外壳及各种的感控器111，但此并非为本发明主要的技术特征因此不在此多加陈述。同样的，机器人1的机身21的各部件也不在本发明的讨论范围中，也不再多加陈述。导航组件12一般是设置在机体11的头部(未在图中表示)中，因为其功能与机体11的功能并不相同，因此可以是单独一个组件。导航组件12的功能是引导机器人1在下一个时间点的位置，机体11中的感控器111一般用以引导机体11的活动及控制机器人1的行为。第一无线通信设备13用来与无人机2进行信息交换，包括使用上述之各种无线通信协议进行信息交换。要说明的是，与第一无线通信设备13进行信息交换的通讯设备亦须与第一无线通信设备13建构在同一通讯架构上。第一无线通信设备13可以使用小功率数传电台，在此，小功率指的是功率值在0.5W～2W范围内的数传电台。使用小功率数传电台的目的在于，体积小容易安装，且抗电磁干扰能力佳。本发明中，对于所述小功率数传电台的位置不做限定，此数传电台可额外的固设在机体11上，或是以集成电路的形式形成模块附加在机体11中皆可。另外，使用小功率数传电台的目的在于，由于机器人1与无人机2所在的环境相同且距离较近，可避免机器人1的电力耗损，不浪费机器人1的电力，达到省电的功效。

平台14是架设在机器人1的机体11上，平台14是用于使无人机2飞行一段时间后，降落在其上方，停靠并补充电力，或是当环境不适于飞行时，供无人机2停靠，以待下次的起飞。平台14可以维持无人机2的机身21的稳定性，使其不会被自然环境的影响而受损，例如被风吹走，或是停靠在崎岖不平的地面时受到撞击或是停靠后不稳定而损毁。在本发明中，机体11的组成并不在本发明所限定的范围内，仅要能使机器人1稳固，保护机器人1内部的电机装置皆可。无人机2包括了机身21、控制组件22及第二无线通信设备23。机身21泛指无人机2的外壳，无人机2的机身21的组件及功能不在本案的讨论范围内，因此不详加陈述。控制组件22用以控制无人机2的运动方向及起降位置，控制组件22更包括了处理器221及计算器222，处理器221及计算器222用以处理并运算来自第二无线通信设备23的数据，以生成可以控制无人机2的运动方向及起降位置的姿态控制和位置控制的信号，机身21上的部件动作或是环境数据的接收等等。第二无线通信设备23的功能亦是接收机器人1所传送而来的调变讯号，将所述的调变讯号解调并处理后供无人机2的控制组件22判读及进行后续动作用。第二无线通信设备23更包括了第一加法器231与第二加法器232，用以运算处理并生成姿态加总讯号与位置相差讯号。为了使无人机2的第二无线通信设备23顺利的与机器人1的第一无线通信设备13进行通讯，第二无线通信设备23适用之通讯协议必须与第一无线通信设备13所适用的通讯协议相同，且因第二无线通信设备23是设置在无人机2上，必须更精细与更轻巧以符合飞行所需。

图3为平台14内部构件的示意图，图3更进一步的揭示了平台14的组成。平台14除了包含了停靠区141、并可包括固定器142、光伏模块143、充电接口144及推杆145等部件。停靠区141藉由推杆145与机器人1相接合，并可与机器人1电性连接。固定器142的功能为提供无人机2降落之后与平台14的稳固接合，避免无人机2未停牢而与停靠区141分离，或是因为环境因素歪斜停靠。

停靠区141可以由一个或多个板材组合而成。当使用板材时，板材的面积大小一般为20*20平方公分，仅不要妨碍机器人1的运行及使无人机2能适当的停靠即可，板材的材料可由塑料或是金属所构成，但材料不为此限。固定器142可以是锁紧卡扣组所组成，于锁紧卡扣组中，固定端固设于停靠区141上，并附有扣孔，当无人机2降落时，机身21中起落架(未在图中表示)会对准扣孔并停靠在扣孔上，扣孔会自动延伸捆绑装置将起落架与停靠区141绑定。固定器142亦可由磁性组件构成，或是电磁铁装置，将起落架以磁力固定在停靠区141上，抑或是一种舵机，因为平台14需要支撑整个无人机2的机身21，故需要一个输出力矩非常大的舵机以控制及平台14及的运动，所述舵机的输出力矩为50kg.cm。在另一具体实施方式中，停靠区141不经由一个或多个板材组合而成。当无人机2的起落架直接降落在每一个推杆145顶部，然后由固定器142(锁紧卡扣)完成固定的动作后，此时的停靠区141即是由完成固定动作的固定器142所形成。此外，光伏模块143为机器人1的电能存储装置，藉由外界的太阳光，将光能转变成电能，并将电能储存储在光伏模块143中的储能装置(未在图3中标示)。光伏模块143内部亦包含多个光伏芯片，光伏芯片的构成种类并不在本发明所限制范围内。光伏模块143的设置面积大小，与电力输出功率有关，以充分满足机器人1运动、无人机2飞行及平台14的运作为最佳。在一个具体实施例中，光伏模块143的电力输出功率不小于60瓦特。光伏模块143可以额外的增加追日系统，以全面性的、毫不遗漏的捕捉太阳的能量。

充电接口144是机器人1用来对无人机2进行充电时所经过的接口，其可为无线充电接头、USB装置或是家用无线插座所构成的标准，以孔设或螺设在平台14的停靠区141上，无人机2中的电源装置与充电接口144所使用的标准亦须吻合。充电接口144亦可根据光伏模块143的电力输出功率进行选择，亦可为上述标准的群组。

推杆145为一种伸缩装置，其固设在停靠区141下方，用以连接机器人1的机体11与停靠区141，推杆145可以根据无人机2在降落过程中与平台14的距离和角度，动态的调整停靠区141的高度，方便无人机2的起降。推杆145是多个连杆所构成的设备，多个连杆间以枢接或是滑轨方式构成一推杆145，推杆145本身具有推杆145电机(图3未揭示)，用以驱动推杆145。在本具体实施方式中，为支撑住平台面上的6个支撑点，推杆145数量至少为6个；亦可为一个支撑点2个，故有12个，推杆145是由多个本身所附有的推杆145电机所驱动。每个推杆145至少由一个推杆145电机控制，因此在本具体实施方式中，推杆145电机数量为6个；或有12个推杆145时，就会相对应的需要12个推杆145电机以控制推杆145。推杆145电机可控制推杆145中所包含的滑轨线行移动，可控制枢接轴将停靠区141进行转动，或是折迭推杆145以控制停靠区141的高度。在本具体实施方式中，推杆145电机及舵机可推动停靠区141的旋转角度及旋转半径，在球体坐标中，若以垂直水平面的方向为+Z轴方向，机器人1的机体11与推杆145的枢接点为原点，则停靠区141质心运动轨迹点的立体旋转角度θ范围是0至π/3，旋转半径r为0至最大接杆长度，相对于水平面的的旋转角度Ψ则为任意角度皆可。在本发明的实施例中，推杆145一般使用金属所制成，且为使稳固会以个枢接轴之具体实施方式呈现。

图4为平台14架设在机器1人的机体11上时，无人机2停靠在平台14上的示意图。无人机2降落后，停靠在平台14上方，并经由机体11顶端的固定器142所连接的推杆145的支撑，将无人机2稳固在平台14上。再加上平台14上所附有的固定器142可以固定住无人机2，使得无人机2能够紧贴于平台14上，避免受到风或是外力造成无人机2的机身21歪斜或是倾倒，造成无人机2与平台14分离。

使用无人机机器人协同操作系统，可让机器人1与无人机2之间的控制协调性更佳，不会如现有技术所呈现机器人1仅操作几秒即坠毁，本系统可使机器人1能稳定操作无人机2，并且让无人机2适应、适地性的飞行，且达到使用者预设在机器人1中的目标，本系统亦具有随时行的补给功能，机器人1提供一平台14供无人机2停靠及充电，故可延长任务运行时间，且更具有无「自然人」操作无人机2的效果，故本发明更适用于需要适地性佳机器人1的军事及农业用途。

后续揭示了本系统的运算方法。图5为本系统执行降落程序时运算过程之示意图，或称之为进行降落策略的示意图，为使阅读时清晰了解，请一并参照图2所揭露的机器人1与无人机2的细部构件的示意图。首先，机器人1中，机体11发出信息给予导航组件12后，导航组件12根据此信息回馈一讯号，该讯号则做为机器人1及无人机2启动的降落策略。之后，机器人1会根据当前的位置与状态发出当前的第一姿态信息θ₁、第一位置信息λ₁及平台姿态信息θ₃。第一姿态信息θ₁通常包括了机器人1的机身21的弯曲角度，是以球状坐标系在地理坐标系下计数。第一姿态信息θ₁包含三个数值(θ₁,Ф₁,Ψ₁)，分别为以机身21的质心来考虑的机身21的俯仰、横滚或是偏航夹角。第一位置信息λ₁亦是以机身21的质心做为考虑，定义出某个特定时间点下，机器人1的位置。第一位置信息λ₁是以数字集合的方式呈现，即以(X₁,Y₁,Z₁,t₁)表示，其中X₁、Y₁、Z₁为机身21的质心坐标，t₁为某一特定的时间点，且在本具体实施方式中，第一位置信息λ₁是以卡氏坐标来考虑。平台姿态信息θ₃亦将平台14考虑为一个质点，平台姿态信息是显示了平台14的当前姿态，平台姿态信息θ₃是以数字集合的方式呈现，即以(θ₃,Ф₃,Ψ₃,t₃)，其中(θ₃,Ф₃,Ψ₃)为平台14的质心坐标，t₃为某一特定的时间点，且本实施例中，平台姿态信息θ₃是以球体坐标进行考虑。为方便起见，后续将第一姿态信息θ₁、第一位置信息λ₁合称为第一姿态位置信息。无人机2根据当前的位置与状态发出第二姿态信息θ₂、第二位置信息λ₂，第一姿态信息θ₁、第一位置信息λ₁与第二姿态信息θ₂及第二位置信息λ₂的数据型态与数据表示方式、坐标系的使用种类皆相同。唯一不同的是第二姿态信息的主体为「无人机2」，信息内容皆显示无人机2的位置与倾斜角度。无人机2中的机身21、控制组件22及第二无线设备23皆可以选择性的收发所述的位置信息与姿态信息。降落策略分为姿态信息处理步骤与位置信息处理步骤，此两步骤详见后续说明。

在姿态信息处理步骤中，机器人1或是无人机2会将第一姿态信息θ₁、第二姿态信息θ₂及平台姿态信息θ₃三者统一输入至第二无线通信设备23中的第一加法器231中进行姿态加总运算，姿态加总运算包含了四则运算中的加法与减法。本具体实施方式的加总运算为θ₁-θ₂-θ₃，在本发明的具体实施方式中，进行姿态加总运算前，可将此类姿态信息选择性的进行姿态信息预处理，譬如经过反向器，将第二姿态信息θ₂及平台姿态信息θ₃由正变成负，或是将不同时间的讯号利用微分或是积分处理等，仅要使欲处理后的讯号可以进行加总运算的数学型态皆可。进行姿态加总运算后，第一加法器231会输出姿态加总讯号(Σθ)给与控制组件22，控制组件22将姿态加总讯号经由处理器221及计算器222动作后，生成一姿态控制给予平台14，控制组件22运用姿态控制的内容以控制平台14的转向角度。平台14的根据姿态控制的内容调整其转向角度后，会在将不同时间，调整后的另一个平台姿态信息θ₃输入第一加法器231进行运算，在此时，机器人1与无人机2在另一时间的姿态信息亦会输入第一加法器231中进行加总运算，姿态信息处理步骤会一直重复，直到降落程序终止时。此姿态信息处理步骤重复的效果是，平台姿态信息可根据机器人1、无人机2及平台14当时的角度，动态的调整平台14下一时间的旋转角度，以让平台14顺利的迎接无人机2降落。

在此，进行动态的调整步骤时，选择处理姿态信息的时间并不一定要相同，也并不一定要相同的间隔时间，举例来说，第一次姿态加总运算皆取t＝1s的三个姿态信息，但在动态的调整步骤时，某一次的姿态加总运算可以取t＝3s的第一姿态信息，t＝1s的第二姿态信息及t＝2s的平台姿态信息。另外，进行姿态信息处理步骤所使用的第一加法器231、反向器以及控制组件22可单独的、遍布性的设置在导航组件12、第一无线通信设备13或是平台14上，设置的方式及范围并不在本实施例限制的范围中。

另一方面，在位置信息处理步骤中，机器人1与无人机2亦输出第一位置信息λ₁与第二位置信息λ₂，并输入第二加法器232中进行位置相差运算。此位置相差运算与姿态加总运算不同的地方是，位置相差运算的算式仅有相减，且只有两个代数进行运算，亦即有λ₁、λ₂两个代数。但是姿态加总运算有三个代数参与运算，亦即有θ₁、θ₂和θ₃。但位置相差运算与姿态加总运算类似的是，可在进行位置相差运算前，进行一个预处理程序，且两运算的目的皆为根据机器人1、无人机2目前的位置以决定下一时间的位置。进行位置相差运算后，与姿态信息处理方式相似的，第二加法器232会输出位置相差讯号(Δλ)给与控制组件22，控制组件22将位置相差讯号处理并转换成机器人1与无人机2的位置控制，并输出位置控制给机器人1与无人机2的机身21，以分别控制此两者的移动坐标，控制组件22会自动发出机器人控制信号给机器人1，及发出无人机控制信号给无人机2，待机器人1与无人机2达到所预定地移动目标时，下一时间的机器人1与无人机2的第一位置信息λ₁与第二位置信息λ₂会自动的生成，并进行位置相差运算，以重复地进行此位置信息处理步骤。此重复地进行此位置信息处理步骤目的为机器人1与无人机2之间可以动态的调整两者的相对坐标位置。时间的取法亦仿照姿态信息的取法。第一加法器231、第二加法器232、控制组件22，或是进行预处理时经过的反向器可散布式、或是集成式(integrated)的设置在于机器人1或是无人机2上，设置方式并不在本具体实施方式所限制的范围中。姿态或是位置处理时所用到的第一加法器231与第二加法器232可以是相同的种类的，例如都是64bits的加法器；另外，控制组件22可以是不同种类的，例如使用在姿态转换中的控制组件22为3对1多任务器，但在位置转换中使用的控制组件22是2对1多任务器。

图6更揭示了具有六个自由度的平台14的示意图，图6左方的图为从Z方向的俯视图，图6的右方图面为X方向的侧视图，请一并参照图2。因为平台14经由推杆145的控制，在旋转上具有三个自由度(即前后、上下及左右)，在移动上具有三个自由度(即前后、上下及左右)，故合计此平台14具有六个自由度。图6表示为无人机2进行降落程序时，机器人1平台14各部件的坐标示意图。在图6中，以O_b为圆心，半径为r的圆(图6中较小的圆)，在此半径r的范围则表示为平台14的范围。因为计算的需要，在图6中，于XY平面上，平台14假设为圆形。此假设的圆形由控制组件22生成，控制组件22根据此圆形进行运算。A₁～A₆为停靠区上的6个固定器所在的位置，6个固定器分别视为坐标中的6个质点，此6个质点与圆心Ob的距离相等，皆为r，平台14所在的坐标系{P}:O_p-X_pY_pZ_p定义为平台14坐标系。另外，在图6中另有一个以O_b为圆心，半径为R的圆(图6中较大的圆)，在此圆上有六个点，表示为B₁～B6，此六个点是六个推杆145固定在机器人1机体11上的固定点。推杆145是经由固定点与机体11枢接。因有六个推杆145，故有六个固定点。此六个固定点B₁～B₆与圆心Ob距离相等，皆为R。机器人1的机体11所在的坐标系{B}:O_b-X_bY_bZ_b定义为机器人1的机体坐标系。α为与两联机所构成的夹角。l为每个推杆145的原始长度，h为的机器人1机体11与平台14之间的直线距离。质点A1连接的推杆145是顶触到质点B1(图6中以示意推杆145)，质点A2连接的推杆145是顶触到质点B2(图6中以示意另一推杆145)。因坐标系{P}的原点O_p仅是将坐标系{B}原点O_b在Z_b方向平移h单位，如图6中右侧图面所示，故由Z方向的俯视时，如图6左侧图面所示，O_p与O_b为共点。以此类推。我们可根据勾股定理，将(式1)输入感控器111内，并且将机体11上感控器111所测得的l,h,r,α值的套入式1中，以求得R，即固定点B₁～B₆与圆心O_b距离：

求得R值后，可进一步直接推得B₁～B₆的x,y,z坐标位置。

再者，停靠区的任何运动状态，都可以通过三次欧拉角变化以获得，变化方式如下所述。请参考图7，图7为停靠区于坐标系{B}及{P}中，可旋转的欧拉角的角度示意图。停靠区的新姿态可通过绕{P}坐标系的Z_p旋转角度ψ，在{P}坐标系的Y_p旋转角度θ，在绕{P}坐标系的X_p旋转角度φ获得。假设停靠区坐标系的某点沿在机器人1的机体11所在的坐标系{B}:O_b-X_bY_bZ_b的三个轴向移动量为x_p,y_p,z_p，三个欧拉角分别为ψ,θ,φ，则停靠区坐标系的坐标点与机器人1的机体坐标系的坐标点有如下关系：

式2中，为A₁～A₆在停靠区的坐标系{B}:O_b-X_bY_bZ_b下，某一特定坐标点所构成的矢量；为A₁～A₆在机器人1的机体所在{P}:O_p-X_pY_pZ_p的坐标系下，某一特定坐标点所构成的矢量[0 0 h]^T为推杆145在Z坐标的高度，i为6根推杆145的编号，编号不限顺序，T为旋转变换矩阵，其经由三个欧拉角的运算后所得，如式3所式：

根据机器人1机体11上的感控器111可侦测得到质点A₁～A₆在停靠区坐标系中的分布根据(式1)可以求出质点B₁～B₆在平台14坐标系下的坐标根据(式2)可以求出A₁～A₆在机器人1的机体11所在的坐标系下的则各个推杆145的长度l'_i可根据(式1)与(式2)求得的值，再根据以下(式4)可以推得l：

和原始推杆145长度相比，推杆145所要伸长的增量Δl_i由以下(式5)所推得：

Δl_i＝l'_i-l (式5)，

上述即为停靠区141的控制量信号的推算步骤。

使用前述的运算方法，可同步的，并且协同性的操作机器人1与无人机2，根据机器人1与无人机2目前所呈现的姿态信息及位置信息，经由加总运算后得到下一个时间，机器人1与无人机2该出现的位置及所呈现的姿态，故能动态及协同调整机器人1与无人机2的状况，深具产业利用性。

请继续参考图8，图8揭露本系统执行降落时具体实施方式的流程图，请搭配图2机器人1与无人机2的示意图。

步骤S1：机器人1的机体11发出降落信息给无人机2，并同时发出降落信息及第一坐标信息给导航组件12。在此步骤S1中，当操控机器人1欲使无人机2降落时，机器人1的机体11会发出降落信息给无人机2，当于空中飞行的无人机2接受到降落信息时，会根据机器人1的指示执行降落程序。同时，机器人1的亦将此降落信息发给导航组件12以唤醒导航组件12，机体11同时一并发出第一坐标信息给导航组件12。此第一坐标信息为当前目前机器人1的质心坐标。后续进行步骤S2。

步骤S2：导航组件12发出第一姿态位置信息、平台14发出平台姿态信息给第一无线通信设备13，无人机2于空中时维持其状态。在此步骤S2中，导航组件12将目前的第一坐标信息转换成目前的第一姿态位置信息后，将第一姿态位置信息发出给第一无线通信设备13，由第一无线通信设备13暂存此第一姿态位置信息，此时，无人机2暂时维持在空中的当前位置，接着，由平台14根据其质心位置的倾斜角度所计算出的目前的平台姿态信息，并传输给第一无线通信设备13予以暂存。后续进行步骤S3。

步骤S3：第一无线通信设备13调变第一姿态位置信息与平台姿态信息及并将调变后的两信息传送给第二无线通信设备23。在此步骤S3中，第一无线通信设备13将暂存的第一姿态位置信息及平台姿态信息分成多数个封包的形式，以无线方式传送给第二无线通信设备23。在此要说明的是，第一姿态位置信息及平台姿态信息分成多个封包的方式亦称之为调变。后续进行步骤S4。

步骤S4：机身21将无人机2的第二姿态位置信息传给第二无线通信设备23。后续进行步骤S5。

步骤S5：第二无线通信设备23将所接收的的第一姿态位置信息、平台姿态信息及第二姿态位置信息处理运算，并输出姿态加总讯号及位置相差讯号给控制组件22。在本发明中，处理及运算是利用第二无线通信设备23所附属的第一加法器231与第二加法器232。处理及运算程序包括上至的进行加总或是预处理等程序。后续进行步骤S6。

步骤S6：控制组件22发出一平台姿态讯号给平台14，发出位置控制及姿态控制给机器人1与无人机2。在此步骤S6中，控制组件22将下一时间的姿态控制传递给平台14，平台14就会依照此姿态控制运作；同时控制组件22将下一时间的位置控制传送机器人1与给无人机2的机身21，机器人1及无人机2的机身21亦会依照指定的位置控制，利用机身21所附属的移动设备，控制无人机2挪移至位置控制所指定的位置；后续进行步骤J1。

步骤J1：无人机2判定是否可以降落：在此步骤J1，无人机2及平台14挪移至位置控制所指定的位置，无人机2及平台14本身的判断装置(未在图中表示)判断无人机2是否可以降落，判断装置也会依照无人机2的机身21的下一时间的质心位置与机器人1的机体11的下一时间的质心位置来判断，如果是同一时间，这两个质心位置的x坐标和y坐标相等，则判断装置可以判定已达降落标准，若是在同一时间内这两个质心位置x坐标或是y坐标不相等，则判定未达降落标准。若其中一方判定未达降落标准，则返回执行步骤S2；若已达降落标准，会执行步骤S7；

步骤S7：机身21执行降落程序：在此步骤S7，无人机2直接降落在机器人1的平台14上执行，并结束此流程。

使用本系统达成无人机2降落至机器人1上平台14的目的时，不仅无人机2能准确降落至机器人1的平台14上，能顺应地形、无人机2及机器人1当前的状况，更能快速的降落至机器人1的平台14上。故深具利用价值。

本发明中平台14的应用一方面满足无人机降落时协同机器人进行姿态调整，方便无人机降落；另一方面，当用于无人机和机器人的定位的准确度较低的场合，平台14还可利用其具有调整水平位移的功能，实现对无人机的回收。在应用于无人机和机器人定位精度较高的场合，平台14可简化为可调整升降姿态的无人机回收架，无需平面支撑的结构。该种情况也在本专利保护范围之内。

以上所述仅为本发明之各种实施例，并非用以限定本发明之权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域之专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (10)

1.一种无人机机器人协同操作系统，由机器人及无人机构成，所述机器人具有机体、导航组件及第一无线通信设备，所述无人机具有机身、控制组件及第二无线通信设备，其特征在于：

所述机器人的所述机体设有平台，且所述平台具有多个固定器；以及

所述机器人利用所述第一无线通信设备与所述无人机的所述第二无线通信设备无线通信连接。

当所述无人机于空中飞行，且要降落在所述机器人的所述平台时，藉由所述机器人利用所述导航组件并透过所述第一无线通信设备提供所述机器人的第一姿态位置信息及所述平台的姿态信息至所述无人机，所述无人机的所述控制组件透过所述第二无线通信设备提供第二姿态位置信息至所述机器人以产生协同作业，所述控制组件根据所述机器人的所述第一姿态位置信息及所述无人机的所述第二姿态位置信息做为所述机器人及所述无人机之间相对位置的控制量及所述平台的所述姿态信息，使得根据所述相对位置的所述控制量及所述平台的所述姿态信息将所述无人机降落至所述机器人的所述平台上，并藉由在所述机器人的所述平台上的该些固定器，将所述无人机固定在所述机器人的所述平台上。

2.如权利要求1所述的无人机机器人协同操作系统，其特征在于，所述机器人配置有光伏模块。

3.如权利要求1所述的无人机机器人协同操作系统，其特征在于，所述第一无线通信设备与所述第二无线通信设备是采用输出功率为0.5W-2W范围数传电台。

4.如权利要求1所述的无人机机器人协同操作系统，其特征在于，所述机器人的所述平台上设有与所述无人机对接的充电接口，所述机器人利用所述充电接口对所述无人机充电。

5.如权利要求1所述的无人机机器人协同操作系统，其特征在于，所述固定器为锁紧卡扣。

6.如权利要求1或5所述的无人机机器人协同操作系统，其特征在于所述固定器为输出力矩为50kg·cm的舵机。

7.如权利要求1所述的无人机机器人协同操作系统，其特征在于，所述平台具有六个方向的自由度。

8.如权利要求1或7所述的无人机机器人协同操作系统，其特征在于，所述平台可倾斜相对于水平线的30度的倾斜角度。

9.如权利要求1所述的无人机机器人协同操作系统，其特征在于，更包含判定装置，所述判定装置根据所述无人机与所述机器人的所述相对位置的所述控制量及所述平台的所述姿态信息将所述无人机降落至所述机器人的所述平台上时，判定所述无人机是否可以降落。

10.如权利要求9所述的无人机机器人协同操作系统，其特征在于：更包含运用所述第二无线通信设备，用以比较所述无人机的质心位置与所述机器人的质心位置，并根据比较结果判定是否执行所述降落。