CN110032121A - 一种无人机机场系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无人机机场系统，包括无人机机场设备、总控服务器、地面站装置、网络通信装置、供电保障装置以及电池管理装置；总控服务器，用于接收储存云服务器分配的无人机任务信息，并发送至地面站装置，以及从无人机接收无人机任务执行数据进行存储和/或发送至云服务器。本发明无人机机场系统，从任务远程下发、无人机自主作业、任务数据自动回传、无人机存储等一系列无人机应用环节均可自主实现。无人机的自动化应用可降低无人机的使用难度，降低人力成本，排除因人为操作带来的任务数据差异性与不稳定性，检测判断当前环境是否适宜无人机飞行，以在无人值守的情况下，保障无人机设备的安全。

Description

一种无人机机场系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机机场系统。
背景技术
使用无人机对光伏面板、水库、围墙、输电线路等场景进行作业，是当今无人机行业应用重点，无人机的应用也是对传统地面机器人作业的一种补充。随着无人机技术的不断发展，无人机的灵活性、机动性渐渐的不可替代，使得无人机应用越来越广泛，但传统的无人机任务方式对操作人员的技能要求较高，且任务数据差异性与不稳定性高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种无人机机场系统，实现无人机的全自动应用。整个无人机应用流程全自动运行，提高作业效率及任务数据的一致性与稳定性，降低人力成本与人工干预的不稳定性，实现无人机全自动化作业。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种无人机机场系统，包括无人机机场设备、总控服务器、地面站装置、网络通信装置、供电保障装置以及电池管理装置；
所述总控服务器，通过网络通信装置与远程的云服务器、地面站装置、供电保障装置以及电池管理装置通信连接，用于接收储存云服务器分配的无人机任务信息，并发送至地面站装置，以及从无人机接收无人机任务执行数据进行存储和/或发送至云服务器；
所述地面站装置，用于接收总控服务器分配的无人机任务信息，与无人机进行无线通信连接，根据无人机任务信息控制无人机进行自动化作业以及实时获取无人机状态信息和无人机任务执行数据；
所述无人机机场设备，用于供无人机的起飞、降落、存储以及充电；供电保障装置，用于给无人机机场系统进行安全供电；电池管理装置，用于对无人机的无人机电池进行更换及充电。
优选的，还包括控制设备，控制设备与无人机机场设备分离设置；
所述供电保障装置包括外部供电模块、控制设备供电模块和机场设备供电模块；
所述总控服务器、控制设备供电模块、地面站装置、网络通信装置均设置在控制设备内；
所述供电保障装置以及电池管理装置设置于无人机机场设备内。
优选的，所述控制设备供电模块和机场设备供电模块均包括供电备用电池和逆变器，供电备用电池通过所述逆变器为控制设备和/或无人机机场设备供电；
所述控制设备供电模块或机场设备供电模块通过网络通信装置将供电备用电池的电池状态信息发送至总控服务器，总控服务器根据电池状态信息对无人机机场系统的供电方式进行管控。
优选的，所述控制设备内还设有用于防雷保护的防雷保护装置。
优选的，所述地面站装置包括地面站控制器，与地面站控制器连接的无人机遥控器以及无人机天线；
所述地面站控制器通过网络通信装置与总控服务器连接。
优选的，还包括与总控服务器连接用于实时监测采集环境状态信息的环境监测调节装置；
所述环境监测调节装置包括设置在所述控制设备外部的外部环境监测模块、设置在无人机机场设备内部的第一内部环境调节模块以及设置在控制设备内部的第二内部环境调节模块；
所述外部环境监测模块，用于监测无人机机场系统的周围环境并将外部环境监测结果发送至总控服务器，由总控服务器判断当前环境是否适宜无人机起飞执行任务；
所述第一内部环境调节模块，用于监测无人机机场设备的内部环境并根据第一内部环境监测结果对无人机机场设备的内部环境进行调节控制；
所述第二内部环境调节模块，用于监测控制设备的内部环境并根据第二内部环境监测结果对控制设备的内部环境进行调节控制。
优选的，所述第一内部环境调节模块和第二内部环境调节模块均包括温湿度调节单元和第一监控摄像单元；
所述外部环境监测模块包括气象站和第二监控摄像单元；所述气象站包括环境数据采集仪、百叶箱、风向风速传感器。
优选的，所述无人机机场设备包括机舱、舱门、起降平台以及定位组件；
所述总控服务器包括机场状态机，机场状态机通过网络通信装置控制所述舱门的开关、起降平台的升降、以及定位组件的开关。
优选的，所述起降平台上设有视觉识别标志，所述视觉识别标志用于引导所述无人机进行精准降落。
优选的，所述电池管理装置包括至少一个电池充电仓以及电池更换组件，所述电池充电仓以及电池更换组件均设置在无人机机场设备内；
所述电池充电仓通过网络通信装置将无人机电池的电池状态信息发送至总控服务器；
所述总控服务器通过网络通信装置连接控制电池更换组件装载或抓取无人机的无人机电池。
实施本发明无人机机场系统的技术方案，具有以下优点或有益效果：本发明无人机机场系统，从任务远程下发、无人机自主作业、任务数据自动回传、无人机存储等一系列无人机应用环节均可自主实现。无人机的自动化应用可降低无人机的使用难度，降低人力成本，排除因人为操作带来的任务数据差异性与不稳定性，检测判断当前环境是否适宜无人机飞行，以在无人值守的情况下，保障无人机设备的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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，附图中：
图1为本发明无人机机场系统实施例的模块示意图；
图2为本发明无人机机场系统实施例的无人机机场设备立体结构示意图；
图3为本发明无人机机场系统实施例的无人机机场设备立体开舱示意图；
图4为本发明无人机机场系统实施例的无人机机场设备侧面示意图；
图5为本发明无人机机场系统实施例的控制设备立体结构示意图；
图6为本发明无人机机场系统实施例的控制设备侧面示意图；
图7为本发明无人机机场系统实施例的无人机机场系统自动化流程图；
图8为本发明无人机机场系统实施例的供电保障装置运行逻辑示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的装置和方法的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“厚度”、“上下前后左右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”指示的方位或位置关系为基于附图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元件必须具有的特定的方位、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。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，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介简介相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1-8所示，本发明提供了一种无人机机场系统实施例，实施例仅是一个特例，并不表明本发明就这样一种实现方式。本实施例无人机机场系统，包括无人机机场设备21、总控服务器15、地面站装置18、网络通信装置23、供电保障装置22以及电池管理装置20；其中，总控服务器15，通过网络通信装置23与远程的云服务器、地面站装置18、供电保障装置22以及电池管理装置20通信连接，用于接收储存云服务器分配的无人机任务信息，并发送至地面站装置18，以及从无人机8接收无人机任务执行数据进行存储和/或发送至云服务器；地面站装置18，用于接收总控服务器15分配的无人机任务信息，与无人机8进行无线通信连接，根据任务信息控制无人机8自动化作业以及实时获取无人机状态信息和无人机任务执行数据；无人机机场设备21用于对无人机8的释放或回收；无人机机场设备21，用于供无人机8的起飞、降落、存储以及充电；供电保障装置22，用于给无人机机场系统进行安全供电；电池管理装置20，用于对无人机的无人机电池进行更换及充电。
在本实施例中，无人机机场系统通过网络通信装置23连接远程的云服务器，操作人员可通过云服务器对无人机机场系统进行远程任务分配、控制以及监控操作等，总控服务器15接收到任务后，控制无人机机场设备21释放无人机，并将任务解析至地面站装置18，由地面站装置18控制无人机完成任务，完成任务后无人机回收进入无人机机场设备21，并将执行任务数据由地面站装置18发送至总控服务器15，进行存储和/或发送至云服务器，等待下一次任务。更为具体的，网络通信装置23采用网口TCP协议进行互联互通。
在本实施例中，无人机机场系统还包括与总控服务器15连接用于实时监测采集环境状态信息的环境监测调节装置19，环境监测调节装置19与网络通信装置23连接；用于监测环境状态，并通过网络通信装置23将环境状态发送至总控服务器15。优选的，总控服务器15可以为Intel Core系列的服务器，当然也可以是其他公司其他系列的服务器。
在本实施例中，环境监测调节装置19包括设置在控制设备24外部的外部环境监测模块9、设置在无人机机场设备21内部的第一内部环境监测装置7、以及设置在控制设备24内部的第二内部环境调节模块(图未标号)。其中，外部环境监测模块9、第一内部环境监测装置7、第二内部环境调节模块均与网络通信装置23连接；外部环境监测模块9，用于监测无人机机场系统的周围环境并将外部环境监测结果发送至总控服务器15，由总控服务器15判断当前环境是否适宜无人机8起飞执行任务，以在无人值守的情况下，保障无人机设备的安全。
在本实施例中，第一内部环境调节模块7，用于监测无人机机场设备21的内部环境并根据第一内部环境监测结果对无人机机场设备21的内部环境进行调节控制；可根据检测到的温湿度进行相应的环境调整，以保障无人机机场设备21内无人机与其它电子设备在无人机机场设备21内正常存储、运行。第二内部环境调节模块，用于监测控制设备24的内部环境并根据第二内部环境监测结果对控制设备24的内部环境进行调节控制。优选的，所述第一内部环境调节模块7和第二内部环境调节模块均包括温湿度传感器、环境调节单元和第一监控摄像单元。优选的，温湿度调节单元检测舱内温度和湿度，如欧姆龙的传感器，第一监控摄像单元检测舱内设备运行情况，如海康威视高清网络摄像头，环境调节单元可以为工业空调等。通过工业空调调节舱内温度，保持在适宜的温湿度环境。
具体的，所述外部环境监测模块9包括气象站和第二监控摄像单元；气象站包括环境数据采集仪(如型号为HQSC)、百叶箱(如型号为HQWSBSV120W)、风向风速传感器(如型号为HQFXSV5OV、HQFSSV5OP)，第二监控摄像单元检测舱内设备运行情况，如海康威视高清网络摄像头。
在本实施例中，无人机机场系统还包括供电保障装置22，供电保障装置22包括供电备用电池5，供电备用电池5与无人机机场设备21以及网络通信装置23均连接；用于为无人机机场设备21供电，并通过网络通信装置23将供电信息发送至总控服务器15，总控服务器15根据供电信息对无人机机场设备21运行方式进行管理。具体的，当无人机机场系统使用外部电源供电如市电时，如外部供电出现过压、欠压、断电等异常时，供电保障装置22可通过逆变自身配有的供电备用电池5，为无人机机场设备21系统供电。供电保障装置22会监测供电备用电池5的电量，并将电池信息提供网络通信装置23实时反馈至总控服务器15系统，以协助总控服务器15系统选择无人机机场设备21运行方式；
如图8所示，展示了无人机机场系统中供电保障装置22的运行逻辑。当外部供电正常时，无人机机场设备21系统使用外部电源进行供电。当外部供电出现过压、欠压、断电等异常时，供电保障装置22使用供电备用电池5进行供电，同时向总控服务器15系统发送“外部供电异常”警告，之后设备会继续正常运行。供电保障装置22内部对后备电池电量设有两级阀值，当后备电池电量低于一级阀值时，无人机机场设备21系统会回收正在执行作业任务的无人机，并拒绝执行云服务器分配的任何作业任务，等待外部供电回复正常。当电量低于二级阀值时，总控服务器15系统会向无人机机场设备21系统内各个模块发送关闭指令，关闭无人机机场设备21系统内的全部设备，以防后备电池过放。整套无人机机场设备21系统会在下一次外部市电恢复正常时上电自启，并为后备电池充电。
在本实施例中，无人机机场系统还包括电池管理装置20，电池管理装置20包括至少一个电池充电仓4以及电池更换组件(图未标号)，电池充电仓4以及电池更换组件均设置在无人机机场设备21内；电池充电仓4通过网络通信装置23将无人机电池状态信息发送至总控服务器15；总控服务器15通过网络通信装置23连接控制电池更换组件3装载或抓取无人机的无人机电池，进行无人机电池的更换及充电。
在本实施例中，当无人机进行电池更换时，无人机固定装置6将无人机机场设备21上的无人机固定，再由换电池机械手3将无人机电池取下，取下的无人机电池被换电池机械手3放置入电池充电仓4并连接无人机电池充电槽以对其充电及电池状态管理，总控服务器15根据电池状态控制换电池机械手3在电池充电仓4选取满电电池安装至无人机，以完成对无人机电池的管理。电池充电仓4实时检测仓内电池的电压、电量、充电电流、电池寿命等信息状态，并对电池进行电池管理，以支持无人机多次作业。
在本实施例中，无人机机场系统还包括控制设备24，控制设备24与无人机机场设备21分离设置，可进行分离式灵活部署，保证地面站系统与无人机的通讯。所述供电保障装置22包括外部供电模块、控制设备供电模块13和机场设备供电模块；其中，总控服务器15、控制设备供电模块13、地面站装置18、网络通信装置23均设置在控制设备24内；供电保障装置22以及电池管理装置20设置于无人机机场设备21内。
所述控制设备供电模块13和机场设备供电模块(图未标号)均包括供电备用电池5和逆变器，供电备用电池5通过逆变器为控制设备24和/或无人机机场设备21供电；所述控制设备供电模块13或机场设备供电模块通过网络通信装置23将供电备用电池5的电池状态信息发送至总控服务器15，总控服务器15根据电池状态信息对无人机机场系统的供电方式进行管控。优选的，控制设备24内还设有防雷保护装置14。
在本实施例中，地面站装置18包括地面站控制器11、无人机遥控器10以及无人机天线16；地面站控制器11与网络通信装置23、无人机遥控器10以及无人机天线16均连接。具体的，所述地面站控制器11通过网络通信装置23与总控服务器15连接，地面站控制器11通过网络通信装置23接收总控服务器15分配的无人机任务信息，控制无人机遥控器10，通过无人机天线16连接控制无人机执行任务。优选的，地面站控制器11可以为智能安卓一体机等。在作业过程中，地面站装置会实时获取无人机的状态与作业画面，实现对无人机状态的实时监控。最后，地面站装置可控制完成任务的无人机返回，并精准降落在起降平台上。
在本实施例中，无人机机场设备21包括机舱25、舱门1、起降平台2以及定位组件(图未标号)，总控服务器15包括机场状态机，机场状态机通过网络通信装置23控制舱门1的开关、起降平台2的升降、以及定位组件的开关，以保证整个机场系统按预定逻辑稳定运行。具体的，总控服务器15通过网络通信装置23控制舱门1的开关，无人机机场设备21的舱门可自动开合，关闭时对停留在机舱25内的无人机进行保护，开启时，总控服务器15通过网络通信装置23控制起降平台2上升/下降，释放无人机执行任务，定位组件以对起降平台2上的无人机进行对中定位固定，以保证无人机在随起降平台2升/降过程中，不会与无人机机场设备21其他结构发生碰撞等，避免安全事故的发生。同时也对无人机进行了初步定位，便于电池管理系统对无人机上的电池进行管理。优选的，起降平台2上设有视觉识别标志，视觉识别标志用于无人机精准降落；完成任务的无人机会自主识别起降平台2上的视觉识别标志，并精准降落在起降平台上实现无人机的精准回收。
本发明所描述的无人机机场系统，可应用于一切需要无人机自动化作业的场景。首先将整套机场系统通过网络通信装置与云服务器(外部系统)进行数据通道连接，操作人员可通过外部系统对无人机机场系统进行远程任务分配。分配的任务信息存储在主控服务器15中。此时，主控服务器将通过舱外环境监控系统的监测数据，判断当前外部环境是否适合无人机任务；若外部环境适宜无人机任务，主控服务器将控制无人机机场设备，依次运行舱门1、起降平台2释放无人机，并将任务信息解析至地面站装置中的地面站控制器，地面站控制器控制无人机遥控器，通过无人机天线控制无人机执行任务。
完成任务的无人机会返航至无人机机场设备上方，并通过视觉识别实现无人机精准回收。机场系统回收无人机后，无人机会自动向地面站装置传输采集到的执行任务数据，地面站装置会将执行任务数据发送至主控服务器中，进行存储和/或发送至外部系统。
本发明无人机机场系统，从任务远程下发、无人机自主作业、任务数据自动回传、无人机存储等一系列无人机应用环节均可自主实现。无人机的自动化应用可降低无人机的使用难度，降低人力成本，排除因人为操作带来的任务数据差异性与不稳定性，检测判断当前环境是否适宜无人机飞行，以在无人值守的情况下，保障无人机设备的安全，检测调节机场内部环境调整，以保障机场内无人机与其它电子设备在机场内正常存储、运行，对完成任务的无人机进行电池更换管理，以支持无人机多次作业，控制设备与无人机机场设备分离放置，可进行分离式部署，可使得无人机天线可安装在更好的位置，保证地面站装置与无人机的通信。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机机场系统，其特征在于，包括无人机机场设备(21)、总控服务器(15)、地面站装置(18)、网络通信装置(23)、供电保障装置(22)以及电池管理装置(20)；
所述总控服务器(15)，通过所述网络通信装置(23)与远程的云服务器、所述地面站装置(18)、所述供电保障装置(22)以及所述电池管理装置(20)通信连接，用于接收储存所述云服务器分配的无人机任务信息，并发送至所述地面站装置(18)，以及从所述无人机(8)接收无人机任务执行数据进行存储和/或发送至所述云服务器；
所述地面站装置(18)，用于接收所述总控服务器(15)分配的无人机任务信息，与所述无人机(8)进行无线通信连接，根据所述无人机任务信息控制所述无人机(8)进行自动化作业以及实时获取无人机状态信息和所述无人机任务执行数据；
所述无人机机场设备(21)，用于供所述无人机(8)的起飞、降落、存储以及充电；所述供电保障装置(22)，用于给所述无人机机场系统进行安全供电；所述电池管理装置(20)，用于对所述无人机的无人机电池进行更换及充电。
2.根据权利要求1所述的无人机机场系统，其特征在于，还包括控制设备(24)，所述控制设备(24)与所述无人机机场设备(21)分离设置；
所述供电保障装置(22)包括外部供电模块、控制设备供电模块(13)和机场设备供电模块；
所述总控服务器(15)、所述控制设备供电模块(13)、所述地面站装置(18)、所述网络通信装置(23)均设置在所述控制设备(24)内；
所述供电保障装置(22)以及所述电池管理装置(20)设置于所述无人机机场设备(21)内。
3.根据权利要求2所述的无人机机场系统，其特征在于，所述控制设备供电模块(13)和所述机场设备供电模块均包括供电备用电池(5)和逆变器，所述供电备用电池(5)通过所述逆变器为所述控制设备(24)和/或所述无人机机场设备(21)供电；
所述控制设备供电模块(13)或所述机场设备供电模块通过所述网络通信装置(23)将所述供电备用电池(5)的电池状态信息发送至所述总控服务器(15)，所述总控服务器(15)根据所述电池状态信息对所述无人机机场系统的供电方式进行管控。
4.根据权利要求2所述的无人机机场系统，其特征在于，所述控制设备(24)内还设有用于防雷保护的防雷保护装置(14)。
5.根据权利要求2所述的无人机机场系统，其特征在于，所述地面站装置(18)包括地面站控制器(11)，与所述地面站控制器(11)连接的无人机遥控器(10)以及无人机天线(16)；
所述地面站控制器(11)通过所述网络通信装置(23)与所述总控服务器(15)连接。
6.根据权利要求2所述的无人机机场系统，其特征在于，还包括与所述总控服务器(15)连接用于实时监测采集环境状态信息的环境监测调节装置(19)；
所述环境监测调节装置(19)包括设置在所述控制设备(24)外部的外部环境监测模块(9)、设置在所述无人机机场设备(21)内部的第一内部环境调节模块(7)以及设置在所述控制设备(24)内部的第二内部环境调节模块；
所述外部环境监测模块(9)，用于监测所述无人机机场系统的周围环境并将外部环境监测结果发送至所述总控服务器(15)，由所述总控服务器(15)判断当前环境是否适宜所述无人机(8)起飞执行任务；
所述第一内部环境调节模块(7)，用于监测所述无人机机场设备(21)的内部环境并根据第一内部环境监测结果对所述无人机机场设备(21)的内部环境进行调节控制；
所述第二内部环境调节模块，用于监测所述控制设备(24)的内部环境并根据第二内部环境监测结果对所述控制设备(24)的内部环境进行调节控制。
7.根据权利要求6所述的无人机机场系统，其特征在于，所述第一内部环境调节模块(7)和所述第二内部环境调节模块均包括温湿度传感器、环境调节单元和第一监控摄像单元；
所述外部环境监测模块(9)包括气象站和第二监控摄像单元；所述气象站包括环境数据采集仪、百叶箱、风向风速传感器。
8.根据权利要求1所述的无人机机场系统，其特征在于，所述无人机机场设备(21)包括机舱(25)、舱门(1)、起降平台(2)以及定位组件；
所述总控服务器(15)包括机场状态机，所述机场状态机通过所述网络通信装置(23)控制所述舱门(1)的开关、起降平台(2)的升降、以及定位组件的开关。
9.根据权利要求8所述的无人机机场系统，其特征在于，所述起降平台(2)上设有视觉识别标志，所述视觉识别标志用于引导所述无人机进行精准降落。
10.根据权利要求8所述的无人机机场系统，其特征在于，所述电池管理装置(20)包括至少一个电池充电仓(4)以及电池更换组件，所述电池充电仓(4)以及所述电池更换组件均设置在所述无人机机场设备(21)内；
所述电池充电仓(4)通过所述网络通信装置(23)将所述无人机电池的电池状态信息发送至所述总控服务器(15)；
所述总控服务器(15)通过所述网络通信装置(23)连接控制所述电池更换组件(3)装载或抓取所述无人机的无人机电池。
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