CN108528749B - 基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置及方法，属于无人机回收领域，包括固定基座、供电模块、激光测距模块、无线通信模块、中央控制器、电磁回收模块、继电器模块、天线模块、激光发射装置及磁性套，固定基座顶部具有无人机驻停平台，磁性套装配在无人机上，通过激光测距模块、无线通信模块、中央控制器、电磁回收模块、继电器模块、天线模块及激光发射装置相互配合使无人机降落，无人机与固定基座之间的距离满足无人机可回收的距离，磁性套与电磁回收模块产生引力，无人机吸附于固定基座的无人机停驻平台上，完成无人机的回收。本发明可以有效实现无人机的自主降落、回收过程的自动化及无人机的动态回收。

Description

基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置及方法

技术领域

本发明属于无人机回收领域，尤其是涉及一种基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置及方法。

背景技术

无人机的回收方式是无人机的重要性能之一。回收方式是否机动灵活，准确性及可靠性是否高，设备及操作是否简单等已成为评价无人机性能好坏的重要指标。无人机的回收方式多种多样，传统的回收方式大致可归纳为降落伞回收、气囊着陆回收、撞网回收、空中回收、旋翼垂直着陆回收和起落架滑轮着陆回收等。

随着科学技术的不断发展，无人机回收领域也出现了较为新型的无人机回收方式：

1、中国专利公开号为CN107416224A，公开日为2017-12-01，发明名称为“机动式无人机回收装置”，该发明创造中无人机以较高的回收速度冲向拦阻组件，推动拦阻滑车一起向前移动，实现无人机和拦阻滑车在非常短的时间内减速至停止，最后无人机落下被回收在拦阻组件的框架内。

2、中国专利公开号为CN107600446A，公开日为2018-01-19，发明名称为“一种无人机回收装置以及回收方法”，该发明创造是通过信号发射器使无人机返航降落，气压撑杆为高速降落的无人机提供缓冲，最后落入回收槽内的回收网，通过磁性涂层吸附无人机，完成回收。

3、中国专利公开号为CN107031861A，公开日为2017-08-11，发明名称为“无人机回收装置”，该发明创造实现了当主支撑网架在无人机撞击的惯性下进行转动时，通过帆布缓冲主支撑网架的转动速度，从而降低无人机从回收网上掉落的几率。

无人机属于高精度、高成本类仪器，具有很高的使用价值，如何更好地保护无人机，使其使用寿命更长已然成为目前无人机回收领域的研究热点。而上述无人机回收方案都存在着某些缺点：

1、无人机在回收的过程中不能完全保证无人机的完备性，可能会使无人机发生损伤，从而产生较多的维护成本；

2、无人机在回收的过程中需要人为地回收无人机，所需人力物力资源较多，成本较大；

3、无人机在回收的过程中回收地点相对固定，不能实现动态回收，回收精度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有无人机回收方式存在的无人机完备性差、所需人力物力资源较多及不能实现车载回收等问题，提供一种基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置及方法，可以有效实现无人机的自主降落、回收过程的自动化及无人机的动态回收。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置，其特征在于：包括固定基座、供电模块、激光测距模块、无线通信模块、中央控制器、电磁回收模块、继电器模块、天线模块、激光发射装置及磁性套，

所述固定基座固定于车辆顶部，固定基座包括固定基座本体和固定基座下盖，固定基座本体与固定基座下盖通过螺钉固定连接，固定基座本体顶部的中间位置为无人机驻停平台，无人机驻停平台为无人机停放区域，固定基座本体上开设有激光发射装置探出口和天线模块探出口，分别供激光发射装置和天线模块的发射端伸出固定基座；

所述供电模块固定于固定基座下盖上，供电模块分别与激光测距模块、无线通信模块、中央控制器、电磁回收模块及继电器模块的电压输入端相连；

所述激光测距模块固定在固定基座下盖上，激光测距模块接收无人机反射回来的激光束，用于实时测量固定基座与无人机的距离，并将测量的距离参数传送给中央控制器，激光测距模块的数据发送端口与中央控制器的数据接收端口通过电线连接，激光测距模块的数据接收端口与中央控制器的数据发送端口通过电线连接；

所述无线通信模块固定在固定基座下盖上，无线通信模块的输入端与中央控制器的通信端口通过电线连接，无线通信模块的输出端与天线模块通过电线连接；

所述中央控制器固定在固定基座下盖上；

所述电磁回收模块固定在固定基座下盖上，电磁回收模块用于与磁性套产生引力，电磁回收模块内部设置有固定铁芯及缠绕在固定铁芯上的电磁线圈，该电磁线圈的一端与继电器模块相连，电磁线圈的另一端与供电模块相连；

所述继电器模块固定在固定基座下盖上，继电器模块的输入端与中央控制器的控制端通过电线连接；

所述天线模块与无线通信模块连接，用于向无人机发送控制信号；

所述激光发射装置与激光测距模块连接，激光发射装置实时地向无人机发射激光束；

所述磁性套套接于无人机起降架的四个顶点，磁性套外层涂抹磁性材料，用于与电磁回收模块产生引力。

所述中央控制器采用STM公司生产的型号为STM32F401的微控制器芯片。

所述天线模块采用全向天线。

所述磁性套采用钕铁硼永磁材料，其是以金属间化合物Nd2Fe14B为基础的永磁材料。

为达到上述目的，本发明还提供了基于电磁吸合技术的车载无人机回收方法，其特征在于，该方法采用所述的基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置，包括如下步骤：

步骤一、由中央控制器向无线通信模块发出无人机返航降落的指令，无线通信模块通过天线模块产生控制信号并发送给无人机，由无人机搭载的信号接收器接收该信号并执行返航降落指令，向固定基座返航并降落；

步骤二、由中央控制器向激光测距模块发出测量无人机与固定基座之间的距离的指令，通过激光发射装置实时地向无人机发射激光束，激光测距模块接收无人机反射回来的激光束，激光测距模块测量无人机与固定基座之间的距离，并向中央控制器实时反馈该距离参数；

步骤三、无人机与固定基座之间达到可回收距离范围时，中央控制器向继电器模块供电，继电器模块执行闭合动作，此时电磁回收模块的电磁线圈通电，使电磁回收模块的固定铁芯产生磁性；

步骤四、带有磁性的电磁回收模块与无人机起降架四个顶点套接的磁性套产生引力，将无人机吸附在固定基座的无人机驻停平台上，完成无人机的回收。

所述可回收距离范围为1m～3m。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、本发明所述的基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置实现了无人机的低损耗回收及无人机的精准回收，克服了传统的无人机回收方式易造成无人机受损降落地点不确定的缺陷；

2、本发明所述的基于电磁吸合技术的车载无人机回收方法实现了无人机的自主回收，整个过程无需人为参与，解决了传统的无人机回收方式需要人力物力资源的问题，因此本发明大大降低了无人机回收的成本；

3、本发明所述的基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置及方法可以实现无人机的动态降落，即在车辆行进过程中就可以实现无人机的降落与回收，与传统的无人机回收方式只能定点回收相比有了大大的改进与提高。

附图说明

此处的附图说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置的结构框图；

图2为本发明基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置中的固定基座结构示意图；

图3为本发明基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置中的固定基座下盖结构示意图；

图4为本发明基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置中的电磁回收模块结构示意图；

图5为本发明基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置中的电磁线圈连接示意图；

图6为本发明基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置的局部结构示意图；

图7为本发明基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置为无人机配备的磁性套安装位置图；

图8为本发明基于电磁吸合技术的车载无人机回收方法的流程图。

图中各标记如下：1-固定基座、101-固定基座本体、102-固定基座下盖、2-无人机驻停平台、3-激光发射装置探出口、4-天线模块探出口、5-固定铁芯、6-电磁线圈、7-供电模块、8-激光测距模块、9-无线通信模块、10-中央控制器、11-电磁回收模块、12-继电器模块、13-天线模块、14-激光发射装置、15-磁性套。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明保护主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有进行详尽的说明。

参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6及图7，本发明提出的基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置，从装置结构上看，该无人机回收装置包括固定基座1、供电模块7、激光测距模块8、无线通信模块9、中央控制器10、电磁回收模块11、继电器模块12、天线模块13、激光发射装置14及磁性套15，

所述固定基座1固定于车辆顶部，固定基座1包括固定基座本体101和固定基座下盖102，固定基座本体101与固定基座下盖102通过螺钉固定连接，固定基座本体101用于停放无人机、伸出激光发射装置14和天线模块13；固定基座下盖102用于放置并固定所述供电模块7、电磁回收模块11、继电器模块12、无线通信模块9、激光测距模块8及中央控制器10，无线通信模块9连接有天线模块13，激光测距模块8连接有激光发射装置14；

所述无人机停驻平台2位于固定基座本体101顶部的中间位置，无人机驻停平台2为无人机停放区域；

所述激光发射装置探出口3和天线模块探出口4开设在固定基座本体101上，分别供激光发射装置14和天线模块13的发射端伸出固定基座1；

所述供电模块7固定于固定基座下盖102上，用于为车载无人机回收装置供电，通过设计电压转换电路，为车载无人机回收装置内的每个模块提供相应的额定工作电压，使每个模块能够正常运做。供电模块7分别与电磁回收模块11、继电器模块12、无线通信模块9、激光测距模块8及中央控制器10的电压输入端相连，为每个模块供电；

所述电磁回收模块11固定于固定基座下盖102上，用于与无人机起降架四个顶点部位套接的磁性套15产生引力，电磁回收模块11内部设置有固定铁芯5及缠绕在固定铁芯5上的电磁线圈6，该电磁线圈6的一端与继电器模块12相连，电磁线圈6的另一端与供电模块7相连；

所述继电器模块12固定于固定基座下盖102上，与所述电磁回收模块11电线连接，通过开闭动作完成对电磁回收模块11的通电与断电；

所述无线通信模块9固定在固定基座下盖102上，无线通信模块9通过控制所述天线模块13向无人机发出控制信号，该信号为返航降落指令，命令无人机向所述固定基座1返航并降落，无线通信模块9的输入端与中央控制器10的通信输出端电线连接；

所述天线模块13采用全向天线，天线模块13安装在固定基座1内部，与所述无线通信模块9的输出端电线连接，用于向无人机发送控制信号；

所述激光测距模块8固定于固定基座下盖102上，用于实时测量固定基座1与正在降落中的无人机的距离，将测量计算后的无人机与固定基座1之间的距离参数传送给中央控制器10，激光测距模块8的电源端口与供电模块7相连，激光测距模块8的数据发送端口与中央控制器10的数据接收端口通过电线连接，激光测距模块8的数据接收端口与中央控制器10的数据发送端口通过电线连接；

所述激光发射装置14与激光测距模块8连接，激光发射装置14实时地向无人机发射激光束；

所述磁性套15套接于无人机起降架的四个顶点上，磁性套15采用钕铁硼永磁材料是以金属间化合物Nd2Fe14B为基础的永磁材料。

所述中央控制器10用于控制所述继电器模块12的开闭，实现电磁回收模块11的通电与断电，中央控制器10的输出端与继电器模块12的输入端相连；

所述中央控制器10用于实现无人机与所述固定基座1之间的距离计算，并且用于与无线通信模块9的信息传输，中央控制器10的通信输出端与无线通信模块9的输入端相连；

所述中央控制器10采用STM公司生产的型号为STM32F401的微控制器芯片。

本发明还提出了一种基于电磁吸合技术的车载无人机回收方法，如图8所示，包括以下步骤：

步骤一、由中央控制器10向无线通信模块9发出无人机返航降落的指令，无线通信模块9通过天线模块13产生控制信号，由无人机搭载的信号接收器接收该信号执行返航降落指令，向固定基座1返航并降落；

步骤二、由中央控制器10向激光测距模块8发出测量无人机与固定基座1之间的距离的指令，通过激光发射装置14实时地向无人机发射激光束，通过无人机反射回来的激光束测量无人机与固定基座1之间的距离，直至该距离满足无人机可回收的距离范围；

步骤三、当无人机与固定基座1之间的距离满足无人机可回收的距离，可回收的距离范围为1m～3m，由中央控制器10向继电器模块12供电，继电器模块12执行闭合动作，使电磁回收模块11的电磁线圈6通电，并使电磁回收模块11的固定铁芯5产生磁性；

步骤四、固定基座1内部已经带有磁性的电磁回收模块11与满足无人机可回收距离范围的无人机起降架的四个顶点套接的磁性套15产生引力，将无人机吸附于固定基座1的无人机停驻平台2上，完成无人机的回收。

该基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置将各个器件或模块有机的集成、整合成一个整体，需要强调的是，上述各个器件或模块就单体而言，其实现各自应实现功能的具体结构在现有技术中已经存在，本领域人员已充分知晓，正如上述所述，本发明并不是对各个器件和/或模块的单体做何改进，而是提出一种如何将各器件和/或模块有机的集成、整合成一个整体，即提供了一种构造方案。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地解释本发明所作的举例，并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.基于电磁吸合技术的车载无人机回收方法，其特征在于，该方法采用的基于电磁吸合技术的车载无人机回收装置，包括固定基座（1）、供电模块（7）、激光测距模块（8）、无线通信模块（9）、中央控制器（10）、电磁回收模块（11）、继电器模块（12）、天线模块（13）、激光发射装置（14）及磁性套（15）；

所述固定基座（1）固定于车辆顶部，固定基座（1）包括固定基座本体（101）和固定基座下盖（102），固定基座本体（101）与固定基座下盖（102）通过螺钉固定连接，固定基座本体（101）顶部的中间位置为无人机驻停平台（2），无人机驻停平台（2）为无人机停放区域，固定基座本体（101）上开设有激光发射装置探出口（3）和天线模块探出口（4），分别供激光发射装置（14）和天线模块（13）的发射端伸出固定基座（1）；

所述供电模块（7）固定于固定基座下盖（102）上，供电模块（7）分别与激光测距模块（8）、无线通信模块（9）、中央控制器（10）、电磁回收模块（11）及继电器模块（12）的电压输入端相连；

所述激光测距模块（8）固定在固定基座下盖（102）上，激光测距模块（8）接收无人机反射回来的激光束，用于实时测量固定基座（1）与无人机的距离，并将测量的距离参数传送给中央控制器（10），激光测距模块（8）的数据发送端口与中央控制器（10）的数据接收端口通过电线连接，激光测距模块（8）的数据接收端口与中央控制器（10）的数据发送端口通过电线连接；

所述无线通信模块（9）固定在固定基座下盖（102）上，无线通信模块（9）的输入端与中央控制器（10）的通信端口通过电线连接，无线通信模块（9）的输出端与天线模块（13）通过电线连接；

所述中央控制器（10）固定在固定基座下盖（102）上；

所述电磁回收模块（11）固定于固定基座下盖（102）上，电磁回收模块（11）用于与磁性套（15）产生引力，电磁回收模块（11）内部设置有固定铁芯（5）及缠绕在固定铁芯（5）上的电磁线圈（6），该电磁线圈（6）的一端与继电器模块（12）相连，电磁线圈（6）的另一端与供电模块（7）相连；

所述继电器模块（12）固定在固定基座下盖（102）上，继电器模块（12）的输入端与中央控制器（10）的控制端通过电线连接；

所述天线模块（13）与无线通信模块（9）连接，用于向无人机发送控制信号；

所述激光发射装置（14）与激光测距模块（8）连接，激光发射装置（14）实时地向无人机发射激光束；

所述磁性套（15）套接于无人机起降架的四个顶点，磁性套（15）外层涂抹磁性材料，用于与电磁回收模块（11）产生引力；

所述方法包括如下步骤：

步骤一、由中央控制器（10）向无线通信模块（9）发出无人机返航降落的指令，无线通信模块（9）通过天线模块（13）产生控制信号并发送给无人机，由无人机搭载的信号接收器接收该信号并执行返航降落指令，向固定基座（1）返航并降落；

步骤二、由中央控制器（10）向激光测距模块（8）发出测量无人机与固定基座（1）之间的距离的指令，通过激光发射装置（14）实时地向无人机发射激光束，激光测距模块（8）接收无人机反射回来的激光束，激光测距模块（8）测量无人机与固定基座（1）之间的距离，并向中央控制器（10）实时反馈该距离参数；

步骤三、无人机与固定基座（1）之间达到可回收距离范围时，中央控制器（10）向继电器模块（12）供电，继电器模块（12）执行闭合动作，此时电磁回收模块（11）的电磁线圈（6）通电，使电磁回收模块（11）的固定铁芯（5）产生磁性；

步骤四、带有磁性的电磁回收模块（11）与无人机起降架四个顶点套接的磁性套（15）产生引力，将无人机吸附在固定基座（1）的无人机驻停平台（2）上，完成无人机的回收。

2.根据权利要求1所述的基于电磁吸合技术的车载无人机回收方法，其特征在于：所述可回收距离范围为1m～3m。