CN110171576A - 一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置，所述装置包括平台底板和可开合固定在底板相对两侧的第一舱盖和第二舱盖，所述平台底板上垂直于第一夹板和第二夹板开合方向的四个边角位置设置有四根短滑轨，所述两根相对的短滑轨上垂直滑动设置有一根长滑轨，所述长滑轨上分别滑动安装有滑动座，所述两个滑动座通过转轴连接，所述转轴上设置有做开合运动的用于夹住无人机的两对夹板，所述夹板上通过电缸连接有两个用于夹紧无人机的挡板，所述底板上还设置有为无人机换电池的换电池模块。本发明提供的释放与回收装置结构紧凑设计科学合理，可应用于固定和移动平台，使尾座式垂直起降无人机实现自主释放回收充电。
Description
技术领域
本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置及方法。
背景技术
近年来国内环保行业正在逐步普及无人机的应用，通过无人机搭载各类传感器实现更高效、便利的环境监测。但是传统的无人机使用方式也存在一些问题，最主要的问题是每次做监测时都需要派人员到作业现场操作无人机，这种方式流程繁琐，费时耗力，极大的限制了无人机监测的时效性和频度。遇上酷暑和严寒等天气，操作人员的作业频次也会受到限制。随着技术的发展，部分无人机企业比如以色列的Airobotics，国内的上海复亚智能科技等公司逐步推出了无人机全自动飞行系统，结合各类环境传感器形成无人机全自动环保监测系统和解决方案，可以实现无人机在作业现场的固定部署、远程控制、全自主飞行，以及环保监测数据的实时回传，极大地便利了无人机在环保监测领域的应用。此类系统尤其适合固定监测区域需要高频次作业的环保监测场景。
现有无人机自动机场大多是为多旋翼无人机设计，无法用于回收尾座式垂直起降无人机。
针对尾座式垂直起降无人机设计的自动机场只有SkyX 公司，这家公司研发中的SkyOne机场无人机是一款全自动巡线无人机，在自动机场体系支持下，希望能够在不需要人工操作的情况下自主完成长距离巡线任务。SkyOne 采用固定翼与螺旋桨相结合的设计，可使用螺旋桨从小型地面站上垂直起降，而在巡航过程中则像普通飞机那样依赖固定翼飞行，单次充电航行距离可达 65 英里（约 105 公里）。SkyOne 通过自动机场xStations进行电量补给实现更远的覆盖距离。xStations 可以部署在人烟稀少的能源管线沿线，使用外部电源或太阳能电池板供电，在自动机场的精确引导下配对的专用无人机会自动降落到沿途的机场进行充电，完成长距离的巡线任务。无人机没有飞行任务时，xStations 充当收容无人机的机库，天寒地冻的加拿大有个温暖的家令孤苦的无人机不再受恶劣天气等因素的影响，但是这种自动机场体积巨大，成本高，不适合用于移动平台。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置及方法，该装置精巧紧凑，能方便适用于移动或固定平台，增加无人机的使用效率和有效工作范围，释放与回收操作无需人工操作，自动化程度高，安全可靠。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置，其特征在于，包括矩形平台底板和可开合固定在平台底板相对两侧的第一舱盖和第二舱盖，所述第一舱盖和第二舱盖闭合后完全覆盖平台底板，所述平台底板上在四个边角位置平行设置有四根电动短滑轨，四根短滑轨中两两相对的短滑轨上分别滑动设置有第一电动长滑轨和第二电动长滑轨，第一电动长滑轨和第二电动长滑轨均与短滑轨垂直设置，所述第一电动长滑轨和第二电动长滑轨上均滑动安装有电动滑动座，两个所述滑动座通过分别独立直接接触的第一转轴和第二转轴连接，所述第一转轴上固定有两块第一夹板，所述第二转轴上固定有两块位置与第一夹板相对应的第二夹板，所述第一转轴和第二转轴均为电动转轴，由第一转轴控制第一夹板的转动，第二转轴控制第二夹板的转动，第一夹板和第二夹板配合形成一组用于夹紧无人机的夹具，两块所述第二夹板通过电缸连接，所述电缸的两端设置有第一挡板和第二挡板，所述平台底板上设置有为无人机更换电池的换电池模块和控制各电动部件的主控电脑，换电池模块处设置有自动机械臂。
优选地，所述第一舱盖和第二舱盖的侧面为不规则半圆形，能形成一定的内部空间，用于为放置各部件结构和无人机提供空间，第一舱盖和第二舱盖接触的位置进行防渗漏防潮处理，避免因为下雨影响内部结构的正常使用。
优选地，所述短滑轨平行于矩形平台底板的长边设置，所述第一电动长滑轨和第二电动长滑轨平行于矩形平台底板的短边设置。
优选地，所述第一舱盖和第二舱盖通过电动铰链连接在平台底板上。
优选地，所述第一夹板和第二夹板上均安装有压力传感器，能通过压力传感器感应无人机的升力是否足够起飞，从而判定第一夹板和第二夹板是否需要打开。
优选地，所述主控电脑与电动铰链、第一电动长滑轨、第二电动长滑轨、第一转轴、第二转轴和电缸连接。
优选地，所述压力传感器、电动铰链、第一电动长滑轨、第二电动长滑轨、第一转轴、第二转轴和电缸与主控电脑连接；主控电脑采用CAN总线设计，传感器和电动部件均通过CAN总线使用主控电脑通信，所述尾座式垂直起降无人机释放与回收装置由外部电源供电，车载船载时由车船供电，主控电脑能接收来自压力传感器、差分GPS和视觉导引的信息输入自动控制电动铰链、第一电动长滑轨、第二电动长滑轨、第一转轴、第二转轴和电缸的移动，进行无人机回收位置的微调，实现智能化控制。
优选地，所述差分GPS分为固定基站和流动站两部分，流动站安装在无人机上，固定基站安装在释放与回收装置内，固定基站进行精确定位，将RTCM信息发给流动站，流动站进行差分解算，从而达到厘米级定位，使无人机达到厘米级控制精度；所述视觉导引为双目相机引导无人机降落，双目相机安装在释放与回收装置内，通过拍摄无人机解算出无人机位置和姿态，进而无人机和释放与回收装置同时调整位置和姿态，从而完成无人机自动回收。
一种尾座式垂直起降无人机释放与回收方法，该方法包括无人机起飞释放方法和无人机降落回收方法，具体方法包括以下步骤：
步骤一、无人机起飞释放步骤：
步骤101、打开第一夹板和第二夹板，在第一转轴和第二转轴的的作用下夹具转动并垂直竖起无人机，第一挡板和第二挡板在电缸作用下打开，松开无人机；
步骤102、无人机螺旋桨启动，当第一夹板和第二夹板上安装的压力传感器监测到限定的压力值即无人机螺旋桨制造了足够的升力时，第一夹板和第二夹板通过第一转轴和第二转轴的同时反向旋转快速张开，无人机垂直起飞；
步骤二、无人机降落回收步骤：
步骤201、当无人机需要更换电源返航时，第一舱盖、第二舱盖、第一夹板、第二夹板、第一挡板和第二挡板同时打开，无人机由差分GPS导引悬停在平台底板正上方，第一夹板、第二夹板、第一挡板和第二挡板在长滑轨和短滑轨上直线运动，在视觉导引下对准无人机，对准后无人机缓慢下降；
步骤202、当无人机接近第一转轴的时候，第一夹板、第二夹板、第一挡板和第二挡板快速合紧，固定无人机，同时无人机螺旋桨停转；
步骤203、第一转轴和第二转轴同时旋转90度，放平无人机，第一舱盖和第二舱盖合上，完成降落回收动作。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明提供的装置精巧紧凑，能方便适用于移动或固定平台，增加无人机的使用效率和有效工作范围。
2、本发明提供的方法简单易行，释放与回收无人机实现自动化、智能化，释放和回收的时间短、操作简单。
3、本发明设置有自动开合的舱盖，自动开合转动的夹板和自动移动的滑轨，能根据GPS和视觉引导通过远端自动控制系统控制其自动精确调整位置，精准快捷地使无人机完成起飞和降落。
4、本发明通过机械臂自动对无人机进行换电池操作，并对换下的电池进行充电，能大大增加无人机的续航距离和工作范围，提高了无人机辅助工作的实用性。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明中释放或待回收无人机时的结构示意图。
图2是本发明中夹板夹住无人机时的结构示意图。
图3是本发明中释放或待回收无人机时的侧视图。
图4是本发明中无人机平放在释放与回收装置内的示意图。
附图标记说明：
| 1—平台底板； | 2—第一舱盖； | 3—第二舱盖； |
| 4—短滑轨； | 5—第一电动长滑轨； | 6—第二电动长滑轨； |
| 7—滑动座； | 8—第一转轴； | 9—第一夹板； |
| 10—第二夹板； | 11—无人机； | 12—第一挡板； |
| 13—第二挡板； | 14—换电池模块； | 15—电缸； |
| 16—主控电脑； | 17—第二转轴。 |
具体实施方式
如图1和图3所示，一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置包括矩形平台底板1和可开合固定在平台底板相对两侧的第一舱盖2和第二舱盖3，所述第一舱盖2和第二舱盖3闭合后完全覆盖平台底板1，所述平台底板1上在四个边角位置平行设置有四根短滑轨4，四根短滑轨4中两两相对的短滑轨4上分别滑动设置有第一电动长滑轨5和第二电动长滑轨6，第一电动长滑轨5和第二电动长滑轨6均与短滑轨4垂直设置，所述第一电动长滑轨5和第二电动长滑轨6上均滑动安装有电动滑动座7，两个所述滑动座7通过分别独立不相互接触的第一转轴8和第二转轴17连接，所述第一转轴8上固定有两块第一夹板9，所述第二转轴17上固定有两块位置与第一夹板9相对应的第二夹板10，所述第一转轴8和第二转轴均为电动转轴，第一夹板9和第二夹板10配合形成一组用于夹紧无人机11的夹具，两块所述第二夹板10通过电缸15连接，所述电缸15的两端设置有第一挡板12和第二挡板13，所述平台底板1上设置有为无人机11更换电池的换电池模块14和接收数据信号并控制各电动部件运转的主控电脑16，换电池模块14处设置有自动机械臂。
本实施例中，所述第一舱盖2和第二舱盖3的侧面为不规则半圆形，能形成一定的内部空间，用于为放置各部件结构和无人机11提供空间，第一舱盖2和第二舱盖3接触的位置进行防渗漏防潮处理，避免因为下雨影响内部结构的正常使用。
本实施例中，所述短滑轨4平行于矩形平台底板1的长边设置，所述第一电动长滑轨5和第二电动长滑轨6平行于矩形平台底板1的短边设置。
本实施例中，所述第一舱盖2和第二舱盖3通过电动铰链连接在平台底板1的侧边上。
本实施例中，所述第一夹板9和第二夹板10上均安装有压力传感器，能通过压力传感器感应无人机11的升力是否足够起飞，从而判定第一夹板9和第二夹板10是否需要打开。
本实施例中，所述主控电脑16与电动铰链、第一电动长滑轨5、第二电动长滑轨6、第一转轴8、第二转轴17和电缸15连接。
本实施例中，所述压力传感器、电动铰链、第一电动长滑轨5、第二电动长滑轨6、第一转轴8、第二转轴17和电缸15与主控电脑16连接；主控电脑16采用CAN总线设计，传感器和电动部件均通过CAN总线使用主控电脑16通信，所述尾座式垂直起降无人机释放与回收装置由外部电源供电，车载船载时由载具供电，主控电脑16通过接收来自压力传感器、差分GPS和视觉导引的信息输入来自动控制电动铰链、第一电动长滑轨5、第二电动长滑轨6、第一转轴8、第二转轴17和电缸15的移动，进行无人机11回收位置的微调，实现智能化。
本实施例中，所述差分GPS分为固定基站和流动站两部分，流动站安装在无人机11上，固定基站安装在释放与回收装置内，固定基站进行精确定位，将RTCM信息发给流动站，流动站进行差分解算，从而达到厘米级定位，使无人机11达到厘米级控制精度；所述视觉导引为双目相机引导无人机11降落，双目相机安装在释放与回收装置内，通过拍摄无人机11解算出无人机11位置和姿态，进而无人机11和释放与回收装置的回收机构同时调整位置和姿态，从而完成无人机11自动回收。
一种尾座式垂直起降无人机释放与回收方法，该方法由包括无人机起飞释放方法和无人机降落回收方法，具体方法包括以下步骤：
步骤一、无人机起飞释放步骤：
步骤101、打开第一夹板9和第二夹板10，在第一转轴8和第二转轴17的同时作用下夹具转动并竖起无人机11，第一挡板9和第二挡板10在电缸15作用下打开，松开无人机11；
步骤102、无人机11螺旋桨启动，当第一夹板9和第二夹板10上安装的压力传感器监测到限定的压力值即无人机螺旋桨制造了足够的升力时，第一夹板9和第二夹板10通过第一转轴8和第二转轴17的反向旋转快速张开，无人机11垂直起飞；
步骤二、无人机降落回收步骤：
步骤201、当无人机11需要更换电源返航时，第一舱盖2、第二舱盖3、第一夹板9、第二夹板10、第一挡板12和第二挡板13同时打开，无人机11由差分GPS导引悬停在平台底板1正上方，第一夹板9、第二夹板10、第一挡板12和第二挡板13在第一电动长滑轨5、第二电动长滑轨6和短滑轨4上直线运动，在视觉导引下对准无人机11，对准后无人机11缓慢下降；
步骤202、当无人机11接近第一转轴8的时候，第一夹板9、第二夹板10、第一挡板12和第二挡板13快速合紧，固定无人机11，同时无人机11螺旋桨停转；
步骤203、第一转轴8和第二转轴17同时旋转90度，放平无人机11，第一舱盖2和第二舱盖3合上，完成降落回收动作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置，其特征在于，包括矩形平台底板(1)和可开合固定在平台底板(1)相对两侧的第一舱盖(2)和第二舱盖(3)，所述第一舱盖(2)和第二舱盖(3)闭合后完全覆盖平台底板(1)，所述平台底板(1)上在四个边角位置平行设置有四根短滑轨(4)，四根短滑轨(4)中两两相对的短滑轨(4)上分别滑动设置有第一电动长滑轨(5)和第二电动长滑轨(6)，第一电动长滑轨(5)和第二电动长滑轨(6)均与短滑轨(4)垂直设置，所述第一电动长滑轨(5)和第二电动长滑轨(6)上均滑动安装有电动滑动座(7)，两个所述滑动座(7)通过分别独立的第一转轴(8)和第二转轴(17)连接，所述第一转轴(8)上固定有两块第一夹板(9)，所述第二转轴(17)上固定有两块位置与第一夹板(9)相对应的第二夹板(10)，所述第一转轴(8)和第二转轴(17)均为电动转轴，第一夹板(9)和第二夹板(10)配合形成一组用于夹紧尾座式垂直起降式无人机(11)的夹具，两块所述第二夹板(10)通过电缸(15)连接，所述电缸(15)的两端设置有第一挡板(12)和第二挡板(13)，所述平台底板(1)上设置有为无人机(11)更换电池的换电池模块(14)和控制装置中各电动部件的主控电脑(16)。
2.根据权利要求1所述的一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置，其特征在于，所述第一舱盖(2)和第二舱盖(3)的侧面为不规则半圆形。
3.根据权利要求1所述的一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置，其特征在于，所述短滑轨(4)平行于矩形平台底板(1)的长边设置，所述第一电动长滑轨(5)和第二电动长滑轨(6)平行于矩形平台底板(1)的短边设置。
4.根据权利要求1所述的一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置，其特征在于，所述第一舱盖(2)和第二舱盖(3)通过电动铰链连接在平台底板(1)的侧边上。
5.根据权利要求1所述的一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置，其特征在于，所述第一夹板(9)和第二夹板(10)上均安装有压力传感器。
6.根据权利要求1所述的一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置，其特征在于，所述主控电脑(16)与电动铰链、第一电动长滑轨(5)、第二电动长滑轨(6)、第一转轴(8)、第二转轴(17)和电缸(15)连接。
7.根据权利要求1所述的一种尾座式垂直起降无人机释放与回收装置，其特征在于，所述压力传感器、电动铰链、第一电动长滑轨(5)、第二电动长滑轨(6)、第一转轴(8)、第二转轴(17)和电缸(15)均与主控电脑(16)连接；所述主控电脑(16)采用CAN总线设计，所述压力传感器和电动部件均通过CAN总线使用主控电脑(16)通信，所述尾座式垂直起降无人机释放与回收装置由外部电源供电。
8.一种尾座式垂直起降无人机释放与回收方法，其特征在于，该方法包括无人机起飞释放方法和无人机降落回收方法，具体方法包括以下步骤：
步骤一、无人机起飞释放步骤：
步骤101、打开第一夹板(9)和第二夹板(10)，在第一转轴(8)和第二转轴(17)的作用下夹具转动并垂直竖起无人机(11)，第一挡板(12)和第二挡板(13)在电缸(15)作用下打开，松开无人机(11)；
步骤102、无人机(11)螺旋桨启动，当第一夹板(9)和第二夹板(10)上安装的压力传感器检测达到限定的压力值即无人机(11)螺旋桨制造了足够的升力时，第一夹板(9)和第二夹板(10)通过第一转轴(8)和第二转轴(17)的同时反向旋转快速张开，无人机(11)垂直起飞；
步骤二、无人机降落回收步骤：
步骤201、当无人机(11)需要更换电源返航时，第一舱盖(2)、第二舱盖(3)、第一夹板(9)、第二夹板(10)、第一挡板(12)和第二挡板(13)同时打开，无人机(11)由差分GPS导引悬停在平台底板(1)正上方，第一夹板(9)、第二夹板(10)、第一挡板(12)和第二挡板(13)由主控电脑(16)控制在第一电动长滑轨(5)、第二电动长滑轨(6)和短滑轨(4)上做直线运动，在视觉导引下对准无人机(11)，对准后无人机(11)缓慢下降；
步骤202、当无人机(11)接近第一转轴(8)或第二转轴(17)的时候，第一夹板(9)、第二夹板(10)、第一挡板(12)和第二挡板(13)快速合紧，固定无人机(11)，同时无人机螺旋桨停转；
步骤203、第一转轴(8)和第二转轴(17)同时旋转90度，放平无人机(11)，第一舱盖(2)和第二舱盖(3)合上，完成降落回收动作。
9.根据权利要求8所述的一种尾座式垂直起降无人机释放与回收方法，其特征在于，所述差分GPS分为固定基站和流动站两部分，流动站安装在无人机(11)上，固定基站安装在释放与回收装置内，固定基站进行精确定位，将RTCM信息发给流动站，流动站进行差分解算，从而达到厘米级定位，使无人机(11)达到厘米级控制精度；所述视觉导引为双目相机引导无人机(11)降落，双目相机安装在释放与回收装置内，通过拍摄无人机(11)来解算出无人机(11)的位置和姿态，进而无人机(11)和释放与回收装置同时调整位置和姿态，从而完成无人机(11)自动回收。
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