CN110589007B - 重载工业级多旋翼无人机机库 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机，提供一种重载工业级多旋翼无人机机库，包括具有开口的机库、可以自由活动的多功能机械手以及起重大载荷无人机的机械臂，还包括用于机械臂自由移动的运动助力器。这种结构的无人机机库可以解决现阶段重载工业级无人机全自主回收和降落定位不准的缺陷，同时方便无人机快速充电以及保护无人机。

Description

重载工业级多旋翼无人机机库

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种重载工业级多旋翼无人机机库。

背景技术

近年来，随着我国无人机行业的迅猛发展，工业级无人机的数量与日俱增，其应用已经渗透到各个领域，由于无人机发展的速度过于迅速，无人机配套的基础设施发展的速度过于缓慢。目前市场上工业级无人机执行任务时大部分是在操作人员的参与下完成的任务，全自主的起降飞行以及储存任务不够完善，尤其是无人机回收后自动充电任务更为缺乏。同时无人机野外执行任务时，外界环境恶劣、远距离执行任务时的续航问题和起降问题也在逐渐凸显出来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重载工业级多旋翼无人机机库，旨在为重载工业级无人机提供一种可自动起降、精准回收以及自动充电的值守无人机机库。

本发明的技术方案如下：

重载工业级多旋翼无人机机库，包括具有开口机库(1)、用于封闭开口机库的机库上盖(13)、机库侧面的气象数据采集装置(5)，上盖上安装有太阳能电池板(14)；还包括自动抓取装置和综合控制器(101)、通讯器(103)、环境控制器(104)、电源装置(102)以及微型空调(105)，并受人工总控制台控制；自动抓取装置安装在机库底部中心位置，由主机械臂(2)、运动助力器(6)和多功能机械手(3)组成，为电驱动控制；所述综合控制器(101)、通讯器(103)、环境控制器(104)、电源装置(102)安装在机库底部的角落位置，微型空调(105)安装在机库侧面的拐角处，综合控制器(101)、通讯器(103)、环境控制器(104)、电源装置(102)、微型空调(105)以及自动抓取装置通过电源线和信号线相互连接。

进一步地，所述的重载工业级多旋翼无人机机库，其特征在于：所述开口机库(1)的四周和底部为不可拆卸的结构，机库顶部安装有两扇可以左右移动的机库上盖(13)，机库上盖(13)内侧安装有电动导轨(11)，与机库侧面上部的导轨槽(12)配合实现机库(1)的开启与闭合；

进一步地，所述的重载工业级多旋翼无人机机库，其特征在于：所述自由活动的多功能机械手(3)包括：多功能八角底盘(31)和4个双关节机械指，所述多功能八角底盘(31)中心安装有自动充电器(311)，图像识别相机(42)和图像识别相机识别的识别点(41)；所述双关节机械指由第一机械指(33)和第二机械指(32)组成，第二机械指(32)一端安装在多功能八角底盘(31)的侧面，第一机械指(33)安装在第二机械指(32)的另一端，第一机械指(33)和第二机械指(32)以及第二机械指(32)和多工能八角底盘(31)的连接处安装有旋转电机；无人机(4)的脚架上和多功能机械手(3)上安装有图像识别相机(42)和图像识别标志点(41)。

进一步地，所述的重载工业级多旋翼无人机机库，其特征在于：所述主机械臂(2)由半球形固定槽(26)、球形机械臂(25)、第一节机械臂(24)、第二节机械臂(23)和球形转动器(27)组成，能够起重大载荷无人机；半球形固定槽(26)上连接球形机械臂(25)，球形机械臂(25)连接第一节机械臂(24)，第一节机械臂(24)连接第二节机械臂(23)，此三节机械臂可以自由伸缩，且第二节机械臂(23)和第一节机械臂(24)能够完全缩进球形机械臂(25)内部，第二节机械臂(23)顶部连接球形转动器(27)的外部连接筒(22)，球形转动器(27)由外部连接筒(22)和内部电动转动球(21)组成，内部电动转动球(21)放置在外部连接筒(22)的内部且可以在内部任意转动，内部电动转动球(21)连接多功能机械手(3)，所述球形机械臂(25)的外侧边缘通过3个运动助力器连接器(251)连接3个运动助力器(6)，所述运动助力器(6)由助力臂一(61)和助力臂二(62)组成用于主机械臂(2)倾斜运动，助力臂二(62)底部通过运动助力器连接座(63)将运动助力器(6)连接到开口机库(1)的底部。

进一步地，所述的重载工业级多旋翼无人机机库，其特征在于：机库的侧面安装有气象数据采集装置(5)，所述气象数据采集装置(5)包括风传感器(51)、雨传感器(52)、温湿度传感器(53)，采集到的环境数据传输给机库的综合控制器(101)。

进一步地，所述的重载工业级多旋翼无人机机库，其特征在于：机库的综合控制器(101)电连接开口机库(1)的电动导轨(11)、主机械臂(2)、运动助力器(6)、多功能机械手(3)、自动充电器(311)、通讯器(103)、环境控制器(104)、电源装置(102)、气象数据采集装置(5)、微型空调(105)、压力传感器(331)、图像识别相机(42)。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明所提供的重载工业级多旋翼无人机机库，所使用的机械臂承载能力大，能够起降重型的工业级无人机，为重型工业级无人机全自动野外作业提供了一个良好的平台。

2.本发明通过一个主机械臂和三个运动助力器精准配合，实现了机械臂在机库有限的空间内自由的伸缩和倾斜，保证无人机能够精准的降落回收。

3.本发明的多功能机械手，由一个多功能八角底座和八个机械指组成，多功能八角底座上安装有自动充电器、图像识别相机和图像识别相机标识点，第一机械指的内侧面安装有压力传感器。多功能八角底盘和八节机械指的配合，保证机械手的灵活抓取，其上安装的传感器保证了无人机能够精准降落。

4.本发明的多功能机械手和无人机脚架上均安装有图像识别相机和标识点，能够提供两种不同的降落定位方式，保证无人机能够精准降落回收。

5.机库内部的综合控制器、通讯器、环境控制器、电源装置、微型空调和机库顶部的太阳能电池板、气象数据采集装置保证了机库能够在野外等环境全自主的工作，微型空调保证机库内部有一个适宜储存无人机的环境，保护无人机携带的贵重器件，延缓无人机电子元器件的老化。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例提供的无人机整体结构示意图；

图2为本发明机库多功能机械手的结构示意图；

图3为本发明机库机械臂的结构示意图；

图4为本发明无人机起落架底部结构图；

图5为本发明无人机回收时的示意图。

其中，

1开口机库，101综合控制器，102电源装置，103通讯器，104环境控制器，105微型空调，11电动导轨，12导轨槽，13机库上盖，14太阳能电池板，2主机械臂，21内部电动转动球，22外部连接筒，23第二节机械臂，24第一节机械臂，25球形机械臂，251运动助力器连接器，26半球形固定槽，27球形转动器，3多功能机械手，31多功能八角底盘，311自动充电器，32第二机械指，33第一机械指，331压力传感器，4无人机，41图像识别标识点，42图像识别相机，43充电器受电片，5气象数据采集装置，51风传感器，52雨传感器，53温湿度传感器，6运动助力器，61助力臂一，62助力臂二，63运动助力器连接座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-2，一种重载工业级多旋翼无人机机库，包括开口的机库1、用于封闭开口机库的机库上盖13、太阳能电池板14、主机械臂2、多功能机械手3、无人机4、气象数据采集装置5、运动助力器6、机库的综合控制器101、电源装置102、通讯器103、环境控制器104、微型空调105，其中所述综合控制器101与所述微型空调105、电源装置102、通讯器103、环境控制器104分别电连接。

在本实施例中，综合控制器101是无人机机库的控制中枢，其通过内部的电子电路采集各部件工作状态的信息，产生控制指令，控制各执行机构协同动作，以实现机库自动起降无人机的功能。

所述电源装置102包括电缆、电源、继电器、电源转换器、报警器。

所述电源是由太阳能电池板14产生的直流电和机库外部供应的直流电组成。电缆镶嵌在机库边缘，不能干涉机库的正常运转。

所述环境控制器104包括温度检测传感器和环境控制模块，其中，温度检测传感器用于检测机库内的温湿度，环境控制模块用于控制微型空调105，微型空调105为无人机机体内部精密零件提供适宜储存的温湿度环境。

所述通讯器103用于机库与无人机之间的信息通讯、机库与机库之间的通讯以及机库和人工总控制台的通讯。通讯器将机库和无人机的实时信息通过无线电信号传输给人工总控制台，方便人监管，同时当机库出现紧急情况时，通讯器将报警信号传输给人工控制台，通知人员及时检修。

请结合参见图1至图4，本实施例对机库的具体结构进行说明。机库包括：开口的机库1，腔体除顶部外均为封闭状态，顶部安装有两扇可以自由移动的机库上盖13，机库上盖13的侧面安装有导轨槽12用于连接机库上的电动导轨11，电动导轨11连接综合控制器101从而实现机库上盖的自由移动；开口机库1外侧安装有气象数据采集装置5，所述气象数据采集装置5包括风传感器51、雨传感器52和温湿度传感器53。开口机库1的内部安装有综合控制器101、电源装置102、通讯器103、环境控制器104以及微型空调105。

其中所述综合控制器101与微型空调105、电源装置102、通讯器103、环境控制器104分别电连接。所述各种控制模块分别安装在无人机机库的底部角落处且不能阻碍主机械臂2的正常运动，所述微型空调105安装在无人机机库的侧边拐角处。

机库底面的正中心安装有主机械臂2，主机械臂2外围安装运动助力器6，所述主机械臂2由半球形固定槽26、球形机械臂25、第一节机械臂24、第二节机械臂23和球形转动器27组成，半球形固定槽26上连接球形机械臂25，球形机械臂25连接第一节机械臂24，第一节机械臂24连接第二节机械臂23，此三节机械臂可以自由伸缩，且第二节机械臂23和第一节机械臂24能够完全缩进球形机械臂25内部，第二节机械臂23顶部连接球形转动器27的外部连接筒22，球形转动器27由外部连接筒22和内部电动转动球21组成，内部电动转动球21放置在外部连接筒22的内部且可以在内部任意转动，内部电动转动球21连接多功能机械手3，所述球形机械臂25的外侧边缘通过3个运动助力器连接器251连接3个运动助力器6，所述运动助力器6由助力臂一61和助力臂二62组成，助力臂二62底部通过运动助力器连接座63将运动助力器6连接到开口机库1的底部。

所述多功能机械手3包括多功能八角底盘31、四个第二机械指32和四个第一机械指33，所述多功能八角底盘31上安装有自动充电器311、图像识别相机42和图像识别相机识别的识别点41，所述4个第二机械指安装在多功能八角底盘31的侧面，通过电机(图中未画出)连接，能够实现0-270°之间旋转，4个第一机械指通过电机(图中未画出)连接到4个第二机械指上，能够实现0-270°之间旋转，第一机械指33上安装有压力传感器331，主要用检测第一机械指33是否卡牢无人机起落架。无人机4的脚架底部安装有图像识别相机42和图像识别标志点41，底部中心位置安装有充电器受电片43，充电器受电片43连通多功能八角底盘上的自动充电器311时能够为无人机4充电。

本实施例的无人机机库的工作流程如下：

结合图1和图5，当无人机需要停靠时，机库上盖13滑向两侧，运动助力器6将主机械臂2固定在垂直机库底盘方向上，主机械臂2逐节伸出至每节机械臂达到极限长度，主机械臂停止伸出。多功能机械手3从收起状态逐渐舒展成水平状态，所述水平状态为第一第二机械指和多功能八角底盘在同一平面内。综合控制器101通过通讯器103将多功能机械手3的坐标位置通过无线电由通讯器传输给无人机4的飞控，无人机4通过自身携带的飞控，飞到多工能机械手3的上方，无人机4启动图像识别相机42，定位多功能八角底盘31上的图像识别标识点41，无人机根据图像识别相机的定位调整自身的位置，保证无人机4能够精准的降落到多功能机械手3的多功能八角底盘31上。无人机4降落到多功能八角底盘31后，多功能机械手的四个第一机械指33逐渐上旋，直至压力传感器片331检测到达到所设定的压力值为止，所述设定的压力值为机库试验时，选出的一定范围的卡紧值。主机械臂2逐节缩回开口机库1的内部，机库上盖13闭合，综合控制器101启动多功能八角底盘31上的自动充电器311为无人机进行充电。同理，当无人机4要起飞时，气象数据采集装置5检测机库外部环境是否为大风大雨天气，检测到外部天气满足无人机4起飞条件时。机库上盖13打开，运动助力器6将主机械臂2保持在垂直机库底面位置，主机械臂2逐节伸出将无人机4托举到开口机库外部，达到每节机械臂伸缩极限后，多功能机械手3的第一机械指33逐渐释放卡住的无人机4，无人机起飞，多功能机械手3的第一机械指33和第二机械指32收起，同时主机械臂2缩回开口机库1内，机库上盖13闭合完成起飞。

实施例2

如图1-5所示，本实施例与实施例1不同之处在于无人机降落定位的方式不同，平台的结构设计及无人机的起飞过程与实施例1完全相同；在无人机降落过程中，与实施示例1不同之处在于，无人机4通过自身携带的飞控飞到多功能机械手3的上方之后，多功能八角底盘上的图像识别相机42启动，定位无人机起落架上的图像识别标识点41，主机械臂2在运动助力器6的推动下调整自身的位置，内部电动转动球21带动多工能机械手旋转，使得图像识别相机42和无人机脚架上的图像识别标识点41对应，综合控制器101通过通讯器103传输下降指令给无人机4，无人机4下降，在此过程中如果无人机有轻微的偏转，图像识别相机42会传输信号到综合控制器101，综合控制器101发动控制指令继续微调主机械臂2和多功能机械手3的位置，直到无人机精准降落到多功能机械手3上。在此过程中，机械手保持与机库底面平行状态，其余过程均与实施例1相同。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.重载工业级多旋翼无人机机库，其特征在于：包括具有开口机库（1）、用于封闭开口机库的机库上盖（13）、机库侧面的气象数据采集装置（5），上盖上安装有太阳能电池板（14）；还包括自动抓取装置和综合控制器（101）、通讯器（103）、环境控制器（104）、电源装置（102）以及微型空调（105），并受人工总控制台控制；自动抓取装置安装在机库底部中心位置，由主机械臂（2）、运动助力器（6）和多功能机械手（3）组成，为电驱动控制；所述综合控制器（101）、通讯器（103）、环境控制器（104）、电源装置（102）安装在机库底部的角落位置，微型空调（105）安装在机库侧面的拐角处，综合控制器（101）、通讯器（103）、环境控制器（104）、电源装置（102）、微型空调（105）以及自动抓取装置通过电源线和信号线相互连接；

所述多功能机械手（3）包括：多功能八角底盘（31）和4个双关节机械指，所述多功能八角底盘（31）中心安装有自动充电器（311），图像识别相机（42）和图像识别标志点（41）；所述双关节机械指由第一机械指（33）和第二机械指（32）组成，第二机械指（32）一端安装在多功能八角底盘（31）的侧面，第一机械指（33）安装在第二机械指（32）的另一端，第一机械指（33）和第二机械指（32）以及第二机械指（32）和多功能八角底盘（31）的连接处安装有电机；无人机（4）的脚架上和多功能机械手（3）上安装有图像识别相机（42）和图像识别标志点（41）；

所述主机械臂（2）由半球形固定槽（26）、球形机械臂（25）、第一节机械臂（24）、第二节机械臂（23）和球形转动器（27）组成，能够起重大载荷无人机；半球形固定槽（26）上连接球形机械臂（25），球形机械臂（25）连接第一节机械臂（24），第一节机械臂（24）连接第二节机械臂（23），此三节机械臂可以自由伸缩，且第二节机械臂（23）和第一节机械臂（24）能够完全缩进球形机械臂（25）内部，第二节机械臂（23）顶部连接球形转动器（27）的外部连接筒（22），球形转动器（27）由外部连接筒（22）和内部电动转动球（21）组成，内部电动转动球（21）放置在外部连接筒（22）的内部且可以在内部任意转动，内部电动转动球（21）连接多功能机械手（3），所述球形机械臂（25）的外侧边缘通过3个运动助力器连接器（251）连接3个运动助力器（6），所述运动助力器（6）由助力臂一（61）和助力臂二（62）组成用于主机械臂（2）倾斜运动，助力臂二（62）底部通过运动助力器连接座（63）将运动助力器（6）连接到开口机库（1）的底部。

2.如权利要求1所述的重载工业级多旋翼无人机机库，其特征在于：所述开口机库（1）的四周和底部为不可拆卸的结构，机库顶部安装有两扇可以左右移动的机库上盖（13），机库上盖（13）内侧安装有电动导轨（11），与机库侧面上部的导轨槽（12）配合实现开口机库（1）的开启与闭合。

3.如权利要求1所述的重载工业级多旋翼无人机机库，其特征在于：机库的侧面安装有气象数据采集装置（5），所述气象数据采集装置（5）包括风传感器（51）、雨传感器（52）、温湿度传感器（53），采集到的环境数据传输给机库的综合控制器（101）。

4.如权利要求1-3任一项所述的重载工业级多旋翼无人机机库，其特征在于：机库的综合控制器（101）电连接开口机库（1）的电动导轨（11）、主机械臂（2）、运动助力器（6）、多功能机械手（3）、自动充电器（311）、通讯器（103）、环境控制器（104）、电源装置（102）、气象数据采集装置（5）、微型空调（105）、压力传感器（331）、图像识别相机（42）。

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