CN110155266A - 一种用于无人艇平台的多无人机降落系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于无人艇平台的多无人机降落系统，设置在无人艇平台上，包括舰载机械臂系统、多层旋转平台和无人机固定装置，其中，舰载机械臂系统安装在无人艇的中部，多层旋转平台设置在无人艇甲板上，无人机固定装置均匀设置在多层旋转平台上，所述舰载机械臂系统包括工业六自由度机械臂，其工作端安装有末端钳夹式执行器，用于夹持无人机的起落架；所述多层旋转平台包括平台支撑杆，平台支撑杆上设置有至少一层安装板，安装板上均匀设置有无人机固定装置。本发明结构新颖，构思巧妙，为无人艇与多个无人机的配合提供了基础，极大提高了无人艇平台上无人机的工作效果，还能有效的对无人机进行保护和续航，效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及无人设备应用技术领域，具体是一种应用在无人艇平台上利用机械臂辅助多台无人机降落的装置。
背景技术
21世纪是“海洋的世纪”。当今国际海洋形势正在发生重要变革，这对中国的海洋战略的构建与发展既是机遇同时又是异常严峻的挑战。
无人艇是一种无人操作的水面舰艇，主要用于执行危险或者不适于有人船只执行的任务。无人艇上配备先进的控制系统、传感器系统、通信系统和武器系统后，更是能够执行多种战争或非战争的军事或民事任务。随着无人艇的快速发展，多款性能良好的无人艇已经投入使用，并在我国沿海的相关业务中发挥着越来越重要的作用。同时，现在科技的发展，无人机技术已经相当成熟，在各行各业中发挥着重要的作用，人们可以利用无人机执行各种高风险，不适合人类执行的任务，最大程度保障人类的生命安全。如果能够将无人机与无人艇相融合，可以大大拓展无人艇的功能。如无人机可从无人艇上起飞，携带不同的传感器对前方目标进行探索，而无人机往往续航能力不足，当无人机电量较低时，可以飞回无人艇上进行充电，且可以多架无人机同时或者交替执行任务。
但是，无人艇与无人机协同完成任务的一个难点在于如何在无人艇上携带大量的无人机，同时无人机如何快速稳定地降落在无人艇上，需要起飞时可以快速启动，飞离无人艇执行任务。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出一种用于无人艇平台的多无人机降落系统，应用在无人艇平台上，对无人艇平台上停栖的多个无人机进行引导降落、固定和放飞。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种用于无人艇平台的多无人机降落系统，设置在无人艇平台上，在本发明中，包括舰载机械臂系统、多层旋转平台和无人机固定装置，其中，舰载机械臂系统安装在无人艇的中部，多层旋转平台设置在无人艇甲板上，无人机固定装置均匀设置在多层旋转平台上，所述舰载机械臂系统包括工业六自由度机械臂，其工作端安装有末端钳夹式执行器，用于夹持无人机的起落架；所述多层旋转平台包括平台支撑杆，平台支撑杆上设置有至少一层安装板，安装板上均匀设置有无人机固定装置，所述平台支撑杆与安装板的连接处设置有动齿轮和定齿轮啮合的转动机构，定齿轮固定套接在平台支撑杆上，与之啮合的动齿轮固定在安装板上，动齿轮由步进电机带动，安装板的步进电机相互独立驱动。
在本发明中，所述无人机固定装置安装在多层旋转平台的安装板上，包括承载平台和设置在承载平台下方的两个钩爪安装平台，钩爪安装平台嵌合在滑轨上，两个钩爪安装平台在滑轨上的移动方向相反，钩爪安装平台上设置有钩爪，承载平台上开设有与钩爪移动轨迹相对应的槽，所述钩爪穿过承载平台的槽伸出到承载平台上。
进一步的，所述两条滑轨之间设置有丝杠，丝杠一端与承载平台螺纹连接，另一端通过动力源传递入口连接步进电机，由步进电机带动丝杠的转动。
进一步的，所述无人机固定装置包括接触式充电装置，接触式充电装置包括充电头和充电推送装置，所述充电头包括设置在承载平台下方的充电头安装平台，充电头安装平台嵌合在充电滑轨上，充电滑轨与钩爪安装平台下的滑轨相垂直布置，充电滑轨旁设置有充电丝杠，充电丝杠的一端与充电头安装平台螺接，另一端由步进电机驱动；所述承载平台的承载无人机系统的起落架位置开设有孔，所述充电头安装在充电头安装平台上，并穿过承载平台上的孔伸出到承载平台上，搭接在停放在承载平台的无人机的两个起落架端头处，相对应的，所述无人机系统的两条起落架与其内置蓄电池电连接。
在本发明中，所述舰载机械臂系统的末端钳夹式执行器上设置有双目摄像机，末端钳夹式执行器的钳夹式结构内侧设置有力传感器，力传感器与无人艇的控制系统构成PID控制系统，内置的PID调节算法，可以达到滤波、稳定的效果，可以使机械臂抓握的无人机起落架受力均匀。
在本发明中，所述无人机系统的起落架由导磁性金属制成，外层包裹吸振材料，用于无人机的防震缓冲。
在本发明中，所述承载平台的上表面设置有用于无人机系统定位的“H”形标志，“H”形标志的两条长边用于停放无人机系统的起落架。
在本发明中，所述用于无人艇平台的多无人机降落系统的操作方法包括以下步骤：
（1）准备：无人艇或母船向无人机发送降落信号，或者无人机因为电量等原因需要降落时，无人艇将可降落平台编号发给无人机，无人机飞至无人艇平台上空，通过计算得到舰载机械臂系统和可降落位置之间最好的悬空位置，无人机移动、下降并悬停到该位置；
（2）夹持：舰载机械臂系统上的双目摄像机捕获无人机，控制末端钳夹式执行器抓住无人机的一侧起落架，此时可降落位置所在的安装板旋转出来，到达舰载机械臂系统的工作范围；
（3）降落：舰载机械臂系统抓住无人机并通过双目摄像机获取的图像信息，结合分配给无人机的位置，将无人机放置在无人机固定平台上，并使得无人机的两根起落架的朝向与承载平台上的“H”形标记的两竖的朝向一致，且使无人机处于承载平台的正中心；
（4）固定：无人机到达指定位置后，将无人机就位信息发送至固定平台控制系统，无人机系统相对于舰载机械臂系统抓取的另一个起落架先挂在钩爪上，启动丝杠，带动钩爪往外运动，钩爪将无人机一侧起落架锁止，随后舰载机械臂系统将无人机另一侧放下，发送信息给无人机固定装置，启动丝杠，带动钩爪往外运动，钩爪将无人机两侧起落架锁止；
（5）复位：无人机固定后，旋转安装板使得多层旋转平台复位和舰载机械臂系统复位；
（6）充电：无人机判断自身状态，如果需要充电，传输信号给无人艇，无人艇启动接触式充电装置，将充电头安装平台往里运动，充电头接触到无人机的两根起落架后开始充电，两边各为正负极，充电结束后，启动接触式充电装置，使充电头脱离接触，脱离充电状态；
（7）放飞：当无人机需要起飞时，如果反馈信息显示无人艇不颠簸，将待起飞无人机的那层安装板旋转出来，保障要起飞无人机上方没有障碍物，随后松开钩爪，无人机起飞。
与现有技术相比，本发明结构新颖，构思巧妙，通过多轴机械臂实现无人艇上对无人机的抓取，特定的固定机构能够将无人机牢牢固定在无人艇上，多层旋转平台更是方便无人艇上多个无人机的分配、停放和充电续航，为无人艇与多个无人机的配合提供了基础，极大提高了无人艇平台上无人机的工作效果，还能有效的对无人机进行保护和续航，效果显著。
附图说明
图1 为本发明的整体结构示意图；
图2 为本发明的舰载机械臂系统示意图；
图3 为本发明的舰载机械臂系统抓取无人机状态示意图；
图4 为本发明的无人机固定装置示意图；
图5 为本发明的无人机固定装置部分结构示意图；
图6 为本发明的无人机接触式充电装置安装位置图；
图7 为本发明的多层旋转平台整体结构示意图；
图8 为本发明的多层旋转平台的安装结构示意图。
图中：无人艇100、舰载机械臂系统200、工业六自由度机械臂201、末端钳夹式执行器202、双目摄像机203、力传感器204、无人机系统300、无人机301、起落架302、无人机固定装置400、承载平台401、钩爪402、钩爪安装平台403、滑轨404、丝杠405、动力源传递入口406、接触式充电装置407、多层旋转平台500、步进电机501、动齿轮502、平台支撑杆503、定齿轮504、安装板505。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
参见图1-8所示的用于无人艇平台的多无人机降落系统，设置在无人艇100上，包括舰载机械臂系统200、多层旋转平台500和无人机固定装置400，其中，舰载机械臂系统200安装在无人艇100的中部，多层旋转平台500设置在无人艇100甲板上，无人机固定装置400均匀设置在多层旋转平台500上；所述舰载机械臂系统200包括工业六自由度机械臂201，其工作端安装有末端钳夹式执行器202，末端钳夹式执行器202上设置有双目摄像机203，末端钳夹式执行器202的钳夹式结构内侧设置有力传感器204。
所述多层旋转平台500包括平台支撑杆503，平台支撑杆503上设置有相互平行的两层安装板505，安装板505上均匀设置有无人机固定装置400，所述平台支撑杆503与安装板505的连接处设置有动齿轮502和定齿轮504啮合的转动机构，定齿轮504固定套接在平台支撑杆503上，与之啮合的动齿轮502固定在安装板505上，动齿轮502由步进电机501带动，两层安装板505的步进电机501相互独立驱动。
所述无人机固定装置400包括承载平台401和设置在承载平台401下方的两个钩爪安装平台403，钩爪安装平台403嵌合在滑轨404上，两个钩爪安装平台403在滑轨404上的移动方向相反，钩爪安装平台403上设置有钩爪402，承载平台401上开设有与钩爪402移动轨迹相对应的槽，所述钩爪402穿过承载平台的槽伸出到承载平台401上；两条滑轨404之间设置有丝杠405，丝杠405一端与承载平台401螺纹连接，另一端通过动力源传递入口406连接步进电机，由步进电机带动丝杠405的转动；所述承载平台401的上表面设置有用于无人机系统300定位的“H”形标志，“H”形标志的两条长边用于停放无人机系统300的起落架302。
所述无人机固定装置400还包括接触式充电装置407，接触式充电装置407包括充电头和充电推送装置，所述充电头包括设置在承载平台401下方的充电头安装平台，充电头安装平台嵌合在充电滑轨上，充电滑轨与钩爪安装平台403下的滑轨相垂直布置，充电滑轨旁设置有充电丝杠，充电丝杠的一端与充电头安装平台螺接，另一端由步进电机驱动；所述承载平台401的承载无人机系统300的起落架302位置开设有孔，所述充电头安装在充电头安装平台上，并穿过承载平台401上的孔伸出到承载平台401上，搭接在停放在承载平台401的无人机301的两个起落架302端头处，相对应的，所述无人机系统300的两条起落架302与其内置蓄电池电连接；所述无人机系统300的起落架302由导磁性金属制成，外层包裹吸振材料，用于无人机301的防震缓冲。
基于上述构造的用于无人艇平台的多无人机降落系统，其操作方法包括以下步骤：
（1）准备：无人艇或母船向无人机发送降落信号，或者无人机因为电量等原因需要降落时，无人艇将可降落平台编号发给无人机，无人机飞至无人艇平台上空，通过计算得到舰载机械臂系统和可降落位置之间最好的悬空位置，无人机移动、下降并悬停到该位置；
（2）夹持：舰载机械臂系统上的双目摄像机捕获无人机，控制末端钳夹式执行器抓住无人机的一侧起落架，此时可降落位置所在的安装板旋转出来，到达舰载机械臂系统的工作范围；
（3）降落：舰载机械臂系统抓住无人机并通过双目摄像机获取的图像信息，结合分配给无人机的位置，将无人机放置在无人机固定平台上，并使得无人机的两根起落架的朝向与承载平台上的“H”形标记的两竖的朝向一致，且使无人机处于承载平台的正中心；
（4）固定：无人机到达指定位置后，将无人机就位信息发送至固定平台控制系统，无人机系统相对于舰载机械臂系统抓取的另一个起落架先挂在钩爪上，启动丝杠，带动钩爪往外运动，钩爪将无人机一侧起落架锁止，随后舰载机械臂系统将无人机另一侧放下，发送信息给无人机固定装置，启动丝杠，带动钩爪往外运动，钩爪将无人机两侧起落架锁止；
（5）复位：无人机固定后，旋转安装板使得多层旋转平台复位和舰载机械臂系统复位；
（6）充电：无人机判断自身状态，如果需要充电，传输信号给无人艇，无人艇启动接触式充电装置，将充电头安装平台往里运动，充电头接触到无人机的两根起落架后开始充电，两边各为正负极，充电结束后，启动接触式充电装置，使充电头脱离接触，脱离充电状态；
（7）放飞：当无人机需要起飞时，如果反馈信息显示无人艇不颠簸，将待起飞无人机的那层安装板旋转出来，保障要起飞无人机上方没有障碍物，随后松开钩爪，无人机起飞。
在本发明中，所述无人艇可替换为母船和岸基，在母船和岸基上设置相应的机械臂系统、多层旋转平台和无人机固定平台均可以实现无人机的自动回收、放飞和充电。
因此，结合上述构造和使用方法可以发现，本发明结构新颖，构思巧妙，实现了无人艇对无人机快速精准的自动回收、放飞和充电，为无人艇与多个无人机的配合提供了基础，极大提高了无人艇平台上无人机的工作效果，还能有效的对无人机进行保护和续航，效果显著。
Claims (7)
1.一种用于无人艇平台的多无人机降落系统，设置在无人艇平台上，其特征在于：包括舰载机械臂系统、多层旋转平台和无人机固定装置，其中，舰载机械臂系统安装在无人艇的中部，多层旋转平台设置在无人艇甲板上，无人机固定装置均匀设置在多层旋转平台上，所述舰载机械臂系统包括工业六自由度机械臂，其工作端安装有末端钳夹式执行器，用于夹持无人机的起落架；所述多层旋转平台包括平台支撑杆，平台支撑杆上设置有至少一层安装板，安装板上均匀设置有无人机固定装置，所述平台支撑杆与安装板的连接处设置有动齿轮和定齿轮啮合的转动机构，定齿轮固定套接在平台支撑杆上，与之啮合的动齿轮固定在安装板上，动齿轮由步进电机带动，安装板的步进电机相互独立驱动。
2.根据权利要求1所述的用于无人艇平台的多无人机降落系统，其特征在于：所述无人机固定装置安装在多层旋转平台的安装板上，包括承载平台和设置在承载平台下方的两个钩爪安装平台，钩爪安装平台嵌合在滑轨上，两个钩爪安装平台在滑轨上的移动方向相反，钩爪安装平台上设置有钩爪，承载平台上开设有与钩爪移动轨迹相对应的槽，所述钩爪穿过承载平台的槽伸出到承载平台上。
3.根据权利要求2所述的用于无人艇平台的多无人机降落系统，其特征在于：所述两条滑轨之间设置有丝杠，丝杠一端与承载平台螺纹连接，另一端通过动力源传递入口连接步进电机，由步进电机带动丝杠的转动。
4.根据权利要求2所述的用于无人艇平台的多无人机降落系统，其特征在于：所述无人机固定装置包括接触式充电装置，接触式充电装置包括充电头和充电推送装置，所述充电头包括设置在承载平台下方的充电头安装平台，充电头安装平台嵌合在充电滑轨上，充电滑轨与钩爪安装平台下的滑轨相垂直布置，充电滑轨旁设置有充电丝杠，充电丝杠的一端与充电头安装平台螺接，另一端由步进电机驱动；所述承载平台的承载无人机系统的起落架位置开设有孔，所述充电头安装在充电头安装平台上，并穿过承载平台上的孔伸出到承载平台上，搭接在停放在承载平台的无人机的两个起落架端头处，相对应的，所述无人机系统的两条起落架与其内置蓄电池电连接。
5.根据权利要求1所述的用于无人艇平台的多无人机降落系统，其特征在于：所述舰载机械臂系统的末端钳夹式执行器上设置有双目摄像机，末端钳夹式执行器的钳夹式结构内侧设置有力传感器。
6.根据权利要求1所述的用于无人艇平台的多无人机降落系统，其特征在于：所述无人机系统的起落架由导磁性金属制成，外层包裹吸振材料。
7.根据权利要求1所述的用于无人艇平台的多无人机降落系统，其特征在于：所述承载平台的上表面设置有用于无人机系统定位的“H”形标志，“H”形标志的两条长边用于停放无人机系统的起落架。
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