CN110239686B - 一种用于无人艇平台的基于机械臂辅助和平行四连杆机构的多无人机降落装置 - Google Patents

一种用于无人艇平台的基于机械臂辅助和平行四连杆机构的多无人机降落装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于无人机辅助设备技术领域，具体公开了一种用于无人艇平台的基于机械臂辅助和平行四连杆机构的多无人机降落装置，包括无人艇，无人艇上设有多层旋转平台，多层旋转平台上的任一层平台上均设有无人机固定装置，无人机固定装置上设有无人机，无人艇上还设有与多层旋转平台相配合的舰载机械臂系统，无人艇上设有控制系统。通过无人艇上的多层旋转平台，可以起降多架无人机，无人机固定装置可以稳定的固定停留在多层旋转平台上的无人机,而且能够在无人机电量不足的情况下对无人机进行充电，无人机和无人机固定装置配合,起到无人机快速平稳地在无人艇上起降的效果，舰载机械臂系统与无人机相配合，起到辅助无人机降落和起飞的作用。

Description

一种用于无人艇平台的基于机械臂辅助和平行四连杆机构的 多无人机降落装置
技术领域
本发明属于无人机辅助设备技术领域，具体涉及一种用于无人艇平台的基于机械臂辅助和平行四连杆机构的多无人机降落装置。
背景技术
随着无人艇技术和无人机技术的快速发展，它们各自在不同的领域发挥着重要的作用，且它们都可以帮们完成高风险、高强度的任务，最大程度上保障人类的生命安全。目前，一大研究方向是将无人艇技术与无人机技术相结合，这样可以大大拓展两者的功能性，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，当有起飞需求时可以快速启动，飞离无人艇执行任务。
发明内容
为了解决无人机不能快速稳定地在无人艇上起降且无人艇不能携带多架无人机的问题，本发明提供了一种可以在无人艇快速稳定地起降且能够装载更多无人机的用于无人艇平台的基于机械臂辅助和平行四连杆机构的多无人机降落装置。
基于上述目的，本发明通过如下技术方案实现：
一种用于无人艇平台的基于机械臂辅助和平行四连杆机构的多无人机降落装置，包括无人艇，无人艇上设有多层旋转平台，多层旋转平台上的任一层平台上均设有无人机固定装置，无人机固定装置上均设有无人机，无人艇上还设有与多层旋转平台相配合的舰载机械臂系统，无人艇上设有控制系统。
优选地，多层旋转平台包括设置在无人艇上的支架，支架上设有与支架活动连接的旋转轴，旋转轴上设有外偏心转动星轮，旋转轴上还设有内转动星轮，外偏心转动星轮和内转动星轮之间通过连杆连接；内转动星轮上均设有通过活动轴与内转动星轮连接的固定板。
优选地，无人机上设有无人机起落架，无人机起落架上设有防滑材料；控制系统包括PLC控制器，PLC控制器连接有PID控制器。
优选地，舰载机械臂系统包括工业六自由度机械臂，工业六自由度机械臂端部设有钳夹式执行器，钳夹式执行器与无人机起落架相配合；钳夹式执行器上设有双目摄像机。
优选地，钳夹式执行器内侧均设有防滑材料，钳夹式执行器上还设有力传感器。
优选地，无人机固定装置包括设置在固定板上T型轨道，T型轨道三个端部均设有动力装置，其中相对两端的动力装置均通过丝杠连接有钩爪平台，钩爪平台与T型轨道滑动连接，其余一端的动力装置通过丝杠连接有充电平台，充电平台与T型轨道滑动连接；钩爪平台、充电平台上设有与无人机相配合的承载平台。
优选地，钩爪平台上均设有一对钩爪；充电平台上设有一对接触式充电座；承载平台上开设有与钩爪相配合的钩爪活动孔，承载平台上还开设有与接触式充电座相配合的充电活动孔。
优选地，承载平台顶面上涂设有H型标志。
优选地，钩爪上设有力传感器；承载平台上均设有检测无人机传感器；力传感器和检测无人机传感器均通过数据线与PLC控制器相连接。
优选地，旋转轴上设有旋转电机，旋转电机通过数据线与PLC控制器相连接；动力装置均与PLC控制器相连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）该装置通过无人艇上的多层旋转平台上能够起降多架无人机，无人机固定装置可以很好的固定停留在多层旋转平台上的任一层平台上的无人机,无人机和无人机固定装置配合,起到无人机快速平稳地在无人艇上起降的效果，舰载机械臂系统与多层旋转平台相配合，起到辅助无人机平稳降落和起飞的作用；使得该装置在不同天气情况下均能快速安全的起降无人机。
（2）支架起到固定旋转轴的作用，旋转轴与固定架通过轴承连接，外偏心转动星轮和内转动星轮通过连杆连接后，与星轮的外延部分形成平行四连杆机构，使得通过活动轴与内转动星轮连接的固定板始终保持水平状态，固定板起到固定无人机固定装置的作用。
（3）无人机起落架在无人机停留时起到固定无人机的作用，防滑材料增加无人机降落和升起时的摩擦力，使得无人机起飞和降落时更容易；控制系统上的PLC控制器和PID控制器相配合，起到收集装置信号，进行分析，通过控制系统进行运算，反馈给执行机构进行运作的作用。
（4）选用工业六自由度机械臂可以保证机械臂能够在较大范围内活动，钳夹式执行器能够较好地对无人机起落架进行夹持，在无人艇颠簸状态下对无人机进行起飞和降落辅助，双目摄像机起到识别无人机起落架位置的作用，保证钳夹式执行器能够准确夹持无人机起落架。
（5）防滑材料的设计是为了增大钳夹式执行器夹持无人机起落架时的摩擦力，防止夹持时出现打滑等情况，钳夹式执行器上的力传感器，是为了钳夹式执行器夹持无人机起落架时能准确的用力，防止用力过度造成无人机起落架的损坏。
（6）T型轨道方便钩爪平台和充电平台滑动，承载平台是为了停放无人机，承载平台与钩爪和接触式充电座相配合，起到对无人机的固定和充电作用，动力装置配合丝杠可以对钩爪平台和充电平台进行伸缩作用，达到智能控制无人机固定和无人机充电的作用。
（7）钩爪活动孔方便钩爪活动，进而对无人机进行固定作用，充电活动孔方便接触式充电座活动，方便对无人机充电以及充电完成后，断开对无人机进行的供电，防止充电过度。
（8）H型定位标志与工业六自由度机械臂上的双目摄像机相配合，使得工业六自由度机械臂能够识别定位，保证无人机安全的降落。
（9）力传感器防止钩爪施加的力过大，破坏无人机的起落架；检测无人机传感器能够检测承载平台上是否停留无人机，力传感器和检测无人机传感器均通过PLC控制器进行控制和传导命令。
（10）旋转电机起到驱动旋转轴旋转的作用，用以驱使多层旋转平台的旋转，PLC控制器用以控制旋转电机的启停；通过PLC控制器来对动力装置进行分别控制，保证动力的需求。
综上，本发明通过无人艇上的多层旋转平台，可以起降多架无人机，无人机固定装置可以很好的固定停留在多层旋转平台任一层平台上的无人机,而且能够在无人机电量不足的情况下对无人机进行充电，无人机和无人机固定装置配合,起到无人机快速平稳地在无人艇上起降的效果，舰载机械臂系统与多层旋转平台相配合，起到辅助无人机降落和起飞的作用；使得该装置在不同天气情况下均能快速安全的起降无人机。
附图说明
图1是实施例1的整体示意图；
图2是实施例1的舰载机械臂系统结构示意图；
图3是实施例1的工业六自由度机械臂抓取无人机示意图；
图4是实施例1无人机固定装置结构示意图；
图5是实施例1无人机固定装置部分结构示意图；
图6是实施例1无人机固定装置上接触式充电座示意图；
图7是实施例1多层旋转平台结构示意图1；
图8是实施例1多层旋转平台结构示意图2；
图9是实施例1多层旋转平台结构示意图3。
图中，1、无人艇，2、舰载机械臂系统，3、无人机，4、无人机固定装置，5、多层旋转平台，201、工业六自由度机械臂，202、钳夹式执行器，203、双目摄像机，204、力传感器，301、无人机起落架，401、承载平台，402、钩爪，403、钩爪平台，404、滑轨，405、丝杠，406、动力装置，407、接触式充电座，501、支架，502、外偏心转动星轮，503、内转动星轮，504、连杆，505、固定板，506、旋转轴。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不限制本发明的范围。
实施例1：
一种用于无人艇平台的基于机械臂辅助和平行四连杆机构的多无人机降落装置，其结构如图1-图9所示，包括无人艇1，无人艇1上设有多层旋转平台5，多层旋转平台5上的任一层平台上均设有无人机固定装置4，无人机固定装置4上均设有无人机3，无人艇1上还设有与多层旋转平台5相配合的舰载机械臂系统2，无人艇1上设有控制系统。
多层旋转平台5包括设置在无人艇1上的支架501，支架501上设有与支架501活动连接的旋转轴506，旋转轴506上设有外偏心转动星轮502，旋转轴506上还设有内转动星轮503，外偏心转动星轮502和内转动星轮503之间通过连杆504连接；内转动星轮503上均设有通过活动轴与内转动星轮503连接的固定板505。无人机3上设有无人机起落架301，无人机起落架301上设有防滑材料；控制系统包括PLC控制器，PLC控制器连接有PID控制器。舰载机械臂系统2包括工业六自由度机械臂201，工业六自由度机械臂201端部设有钳夹式执行器202，钳夹式执行器202与无人机起落架301相配合；钳夹式执行器202上设有双目摄像机203。钳夹式执行器202内侧均设有防滑材料，钳夹式执行器202上还设有力传感器204。
无人机固定装置4包括设置在固定板505上T型轨道，T型轨道三个端部均设有动力装置406，其中相对两端的动力装置406均通过丝杠405连接有钩爪平台403，钩爪平台403与T型轨道滑动连接，其余一端的动力装置406通过丝杠405连接有充电平台，充电平台与T型轨道滑动连接；钩爪平台403、充电平台上设有与无人机3相配合的承载平台401。钩爪平台403上均设有一对钩爪402；充电平台上设有一对接触式充电座407；承载平台401上开设有与钩爪402相配合的钩爪活动孔，承载平台401上还开设有与接触式充电座407相配合的充电活动孔。承载平台401顶面上涂设有H型标志。钩爪402上设有力传感器；承载平台401上均设有检测无人机传感器；力传感器和检测无人机传感器均通过数据线与PLC控制器相连接。旋转轴506上设有旋转电机，旋转电机通过数据线与PLC控制器相连接；动力装置406均与PLC控制器相连接。
当无人机3由于各种原因需要降落时，通过无人机3与无人艇1的通讯，无人机3获取可降落位置，通过控制系统的计算得到工业六自由度机械臂201和可降落位置之间适合的悬空位置，无人机3下降到适合位置。工业六自由度机械臂201上的双目摄像机203捕获无人机3，控制钳夹式执行器202抓取无人机3的一侧无人机起落架301，控制钳夹式执行器202上安装的力传感器204，对抓握无人机起落架301的力度进行监测，反馈到控制系统，构成PID控制系统，内置的控制系统内置的PID调节算法，可以达到滤波、稳定的效果，可以使钳夹式执行器202抓握的无人机起落架301受力均匀。在抓握过程中，承载平台401上的无人机传感器检测到监测到没有停留无人机3的承载平台401，在旋转轴506的带动下所在的固定板505旋转至可降落位置，固定板505到达工业六自由度机械臂201工作范围，同时上方没有障碍物，工业六自由度机械臂201端部的钳夹式执行器202抓住无人机3并通过双目摄像机203获取的图像信息，捕获分配给无人机3的固定平台位置，将无人机3放置在承载平台401上，使得无人机3的两根无人机起落架301的朝向与承载平台401上的“H”形标记的两竖的朝向一致，且使无人机3处于承载平台401的正中心。一侧无人机起落架301被控制钳夹式执行器202抓着，首先固定另一侧的无人机起落架301。无人机3到达承载平台401合适位置后，将无人机3就位信息发送至控制系统，启动丝杠结构，带动钩爪402向外运动，钩爪402将无人机3一侧无人机起落架301锁止。随后钳夹式执行器202将无人机起落架301另一侧放下，信息传递给控制系统，启动丝杠结构，带动钩爪402往外运动，钩爪402将无人机3另一侧无人机起落架301锁止。每个钩爪402带有力传感器，在最后锁定时分析力传感器反馈的信息，防止动力装置406施加的力太大，破坏无人机起落302架。无人机3固定后，多层旋转平台5复位和舰载机械臂系统2复位。当无人机3需要起飞时，如果控制系统反馈信息显示无人艇1不颠簸，那么要起飞无人机3的多层旋转平台5上的固定板505旋转出来，保障要起飞无人机3上方没有障碍物，随后松开无人机固定装置4，无人机3起飞。如果无人艇1过于颠簸，上述起飞方式会损害无人机3，则使用舰载机械臂系统2辅助无人机3按照上述降落方式的从后至前的过程稳定起飞。如果无人机3固定后需要充电，启动丝杠机构，将接触式充电座407与无人机3充电口连接，通电后，动力装置406停止工作，充电完成后，动力装置406带动接触式充电座407远离无人机3。
实施例2：
一种用于无人艇平台的基于机械臂辅助和平行四连杆机构的多无人机降落装置，与实施例1的不同之处在于：旋转轴506通过传送带与旋转电机相连接。
当无人机3由于各种原因需要降落时，通过无人机3与无人艇1的通讯，无人机3获取可降落位置，通过控制系统的计算得到工业六自由度机械臂201和可降落位置之间适合的悬空位置，无人机3下降到适合位置。工业六自由度机械臂201上的双目摄像机203捕获无人机3，控制钳夹式执行器202抓取无人机3的一侧无人机起落架301，控制钳夹式执行器202上安装的力传感器204，对抓握无人机起落架301的力度进行监测，反馈到控制系统，构成PID控制系统，内置的控制系统内置的PID调节算法，可以达到滤波、稳定的效果，可以使钳夹式执行器202抓握的无人机起落架301受力均匀。在抓握过程中，承载平台401上的无人机传感器检测到监测到没有停留无人机3的承载平台401，在旋转电机通过传送带带动旋转轴506，旋转轴506带动下，所在的固定板505旋转至可降落位置，固定板505到达工业六自由度机械臂201工作范围，同时上方没有障碍物，工业六自由度机械臂201端部的钳夹式执行器202抓住无人机3并通过双目摄像机203获取的图像信息，捕获分配给无人机3的固定平台位置，将无人机3放置在承载平台401上，使得无人机3的两根无人机起落架301的朝向与承载平台401上的“H”形标记的两竖的朝向一致，且使无人机3处于承载平台401的正中心。一侧无人机起落架301被控制钳夹式执行器202抓着，首先固定另一侧的无人机起落架301。无人机3到达承载平台401合适位置后，将无人机3就位信息发送至控制系统，启动丝杠结构，带动钩爪402向外运动，钩爪402将无人机3一侧无人机起落架301锁止。随后钳夹式执行器202将无人机起落架301另一侧放下，信息传递给控制系统，启动丝杠结构，带动钩爪402往外运动，钩爪402将无人机3另一侧无人机起落架301锁止。每个钩爪402带有力传感器，在最后锁定时分析力传感器反馈的信息，防止动力装置406施加的力太大，破坏无人机起落302架。无人机3固定后，多层旋转平台5复位和舰载机械臂系统2复位。当无人机3需要起飞时，如果控制系统反馈信息显示无人艇1不颠簸，那么要起飞无人机3的多层旋转平台5上的固定板505旋转出来，保障要起飞无人机3上方没有障碍物，随后松开无人机固定装置4，无人机3起飞。如果无人艇1过于颠簸，上述起飞方式会损害无人机3，则使用舰载机械臂系统2辅助无人机3按照上述降落方式的从后至前的过程稳定起飞。如果无人机3固定后需要充电，启动丝杠机构，将接触式充电座407与无人机3充电口连接，通电后，动力装置406停止工作，充电完成后，动力装置406带动接触式充电座407远离无人机3。

Claims (2)

1.一种用于无人艇平台的基于机械臂辅助和平行四连杆机构的多无人机降落装置，包括无人艇，其特征在于，所述无人艇上设有多层旋转平台，多层旋转平台上的任一层平台上均设有无人机固定装置，无人机固定装置上均设有无人机，所述无人艇上还设有与多层旋转平台相配合的舰载机械臂系统，所述无人艇上设有控制系统；所述多层旋转平台包括设置在无人艇上的支架，支架上设有与支架活动连接的旋转轴，旋转轴上设有外偏心转动星轮，旋转轴上还设有内转动星轮，外偏心转动星轮和内转动星轮之间通过连杆连接；所述内转动星轮上均设有通过活动轴与内转动星轮连接的固定板；所述无人机上设有无人机起落架，无人机起落架上设有防滑材料；所述控制系统包括PLC控制器，PLC控制器连接有PID控制器；所述舰载机械臂系统包括工业六自由度机械臂，工业六自由度机械臂端部设有钳夹式执行器，钳夹式执行器与无人机起落架相配合；所述钳夹式执行器上设有双目摄像机；所述钳夹式执行器内侧均设有防滑材料，钳夹式执行器上还设有力传感器；所述无人机固定装置包括设置在固定板上T型轨道，T型轨道三个端部均设有动力装置，其中相对两端的动力装置均通过丝杠连接有钩爪平台，钩爪平台与T型轨道滑动连接，其余一端的动力装置通过丝杠连接有充电平台，充电平台与T型轨道滑动连接；所述钩爪平台、充电平台上设有与无人机相配合的承载平台；所述钩爪平台上均设有一对钩爪；所述充电平台上设有一对接触式充电座；所述承载平台上开设有与钩爪相配合的钩爪活动孔，承载平台上还开设有与接触式充电座相配合的充电活动孔；所述承载平台顶面上涂设有H型标志；所述钩爪上设有力传感器；所述承载平台上均设有检测无人机传感器；所述力传感器和检测无人机传感器均通过数据线与PLC控制器相连接。
2.如权利要求1所述的用于无人艇平台的基于机械臂辅助和平行四连杆机构的多无人机降落装置，其特征在于，所述旋转轴上设有旋转电机，旋转电机通过数据线与PLC控制器相连接；所述动力装置均与PLC控制器相连接。
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