CN110700668B - 一种太阳能智能无人机机库 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能智能无人机机库，由主控模块、无人机归正装置、升降平台装置、舱门装置、自动充电装置、环境检测模块、电源模块、手动操作装置组成，主控模块分别与除了手动操作装置外的其它装置以及模块电连接，手动操作装置通过内部连杆与舱门装置实现连接，该无人机库使无人机的起降和快速充电全部实现自动化，真正实现无人作业的目的。本发明适用于多种型号的旋翼无人机，没有特定的无人机型号限制，操作简单、方便、实用性强，可在野外无电源的情况下使用，节能环保。

Description

一种太阳能智能无人机机库

技术领域

本发明属于自动化设备技术领域，尤其涉及一种太阳能智能无人机机库。

背景技术

随着科学技术的发展，无人机技术日渐成熟。与有人机相比，无人机具有体积小巧、造价低廉、对使用环境要求低、降低工作危险等优点，所以在军事与民用领域，无人机都在飞速发展并广泛使用。但目前由于技术制约，无人机还存在飞行时间与飞行距离短的缺点，在使用无人机作业时，尤其是野外进行侦察、勘探、巡线等作业，不得不人机随行，为无人机进行充电等维护工作。随着无人机数量的增加，无人机的频繁回收与充电问题以及野外无人机值守时的保护与维修问题增加了无人机使用者的工作量，限制了无人机的使用范围，无法真正实现无人参与作业，严重制约着无人机在众多领域的应用。

因此，亟需一种智能无人机机库使无人机的起降和快速充电全部实现自动化，真正实现无人作业的目的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种太阳能智能无人机机库，解决无人机长期野外值守、频繁回收及需要快速充电的问题，可实现旋翼式无人机的自主起降、快速充电、无人机通信及机库内外环境检测等功能，不再单纯依赖手动操控。

一种太阳能智能无人机机库，由主控模块、无人机归正装置、升降平台装置、舱门装置、自动充电装置、环境检测模块、电源模块、手动操作装置组成，所述主控模块安装在机库内壁一侧，分别与除了手动操作装置外的其它装置以及模块电连接；所述环境检测模块由螺丝紧固在机库侧壁上，所述升降平台装置通过底部的步进电机带动滚珠丝杠控制升降台的升降，升降台表面中间部位嵌入有压力传感器；所述无人机归正装置由主控模块、伺服电机、编码器及四个推杆构成，所述编码器安装在伺服电机尾部，共同嵌入在升降台中；所述电源模块采用太阳能充电板充电，其蓄电池设置在手动操作装置内，手动操作装置装在机库外侧壁上与舱门装置连接。

所述主控模块内部由GPS定位模块、数据传输模块、CPU控制板集成。

所述环境检测模块包括安装在机库内壁主控模块旁的湿度传感器、温度传感器以及机库外壁的风力传感器，温度传感器与湿度传感器分别封装在密闭的塑料盒之中。

所述无人机归正装置中四个推杆分别位于机库内壁四周中间位置对称竖直放置，通过升降台上的凹槽限位。

所述自动充电装置分为插口装置和插座装置，插口装置通过一根轴心杆装载在无人机底部，其上端连接机身，下端为充电插头，内置数枚滚珠，充电插头插口边缘部分为永磁铁，下端极性相反，一端为N极，另一端为S极；插座装置装载在机库内，穿过升降台与机库底部固定，升降台升降时插座装置保持不动，插座装置的中心部分为正负极部分，边缘部分为两个线圈缠绕方式相反的电磁铁，在升降台下落过程中，插口端磁铁根据插座端磁铁极性自动调整其正负端的方向，确保与插座端正负极对应，在无人机重力和磁力作用下充电装置完成对接。

所述舱门装置包括设置在机库顶端的“双坡顶”式结构的机库门，“双坡顶”式结构即采用两扇舱门倾斜面相互交接的，每扇机库门都安装由一个电机和一个伸缩拉杆构成的电动结构，电机下端连接上支杆和下支杆，其下支杆内部空心并装有一个连杆连接手动操作装置，太阳能充电板铺在机库门上部。

所述手动操作装置包括连杆、斜齿轮、摇杆，连杆连接至舱门装置。

本发明的有益效果是：

1、本发明充电接口处依靠磁铁“同性相斥、异性相吸”的原理，保证了自动充电过程中充电插头与插座的正负极对正，而且可以切换为手动操作，避免突发故障而导致不能充电情况的发生。

2、本发明适用于多种型号的旋翼无人机，没有特定的无人机型号限制，操作简单、方便。

3、本发明采用的四推杆归正方法，设计简单，实用性强，无需复杂的环境感知与图像识别技术作为依靠。

4、本发明采用太阳能供电、蓄电方式，可在野外无电源的情况下使用，节能环保。

5、“双坡顶” 式结构的机库门设计，节省空间同时具有良好的防漏雨、防雪功能。

附图说明

图1为本发明中系统总框图；

图2为本发明中机库整体结构示意图（为显示内部结构，只示意一个机库门）；

图3为本发明中升降台部分示意图；

图4为本发明中无人机归正装置部分示意图；

图5为本发明中舱门装置示意图；

图6为本发明中充电插头示意图；

图7为本发明中充电插座示意图；

图8为本发明中手动操作装置内部示意图；

图9为升降台底部结构示意图；

其中，

1 主控模块，2 升降台，3 压力传感器，4 插口装置，5 插座装置，6 推杆，7 凹槽，8机库门，9 手动操作装置，12环境检测模块，13 轴心杆，14 充电插头，15 滚珠，16 永磁铁，17 充电插口，18 电机，19 伸缩拉杆，20 复位弹簧，21 上支杆，22 下支杆，23 电磁铁，24 滚珠丝杠，25 步进电机，26 连杆，27 斜齿轮，28 摇杆。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明的技术方案和效果作详细描述。

如图1系统总框图所示，一种太阳能智能无人机机库，由主控模块1、无人机归正装置、升降平台装置、舱门装置、自动充电装置、环境检测模块12、电源模块、手动操作装置组成，主控模块分别与除了手动操作装置9外的其它装置以及模块电连接。

如图2-4所示，所述主控模块1安装在机库内壁，由GPS定位模块、数据传输模块、CPU控制板集成，本实施例中数据传输模块选用RDF Remote900；环境检测模块12包括安装在机库内壁的湿度传感器、温度传感器以及机库外壁的风力传感器，本实施例中传感器分别选用高精度低成本的Risym DHT22湿度传感器、Risym DS18B温度传感器及华控HS-FS01三杯式风速传感器，环境检测模块12准确测量机库内外界环境，通过信号线将信号传递给主控模块1内部CPU控制板，主控模块1通过环境检测模块12内的检测数据来判断机库内部环境是否稳定、外部环境是否适合起飞，主要用于保障机库的安全性和可靠性；如图9所示，所述升降台装置包括位于机库中间的升降台2、嵌入在升降台2上表面中间的压力传感器3、升降台底部连接的滚珠丝杠24、机库底部固装的控制升降台的步进电机25，升降台2是无人机起飞和着陆的平台，步进电机25接收主控模块1发出的指令旋转滚珠丝杠24进而控制升降台2升降，无人机归正装置由主控模块1、伺服电机、编码器和四个推杆6构成，所述编码器安装在伺服电机尾部，共同嵌入在升降台2中，四个推杆6分别位于机库内壁四周中间位置对称竖直放置，每根推杆6所对应的升降台的位置都有一个凹槽7来限制推杆6位移，主控模块1发送指令到编码器，进而控制伺服电机带动推杆6实现四推杆6归正。

所述电源模块采用太阳能充电板充电，太阳能充电板铺于 “双坡顶”式机库门8之上，其蓄电池设置在手动操作装置9内，为无人机充电，同时为机库中各结构的运转提供所需电力；机库外侧装有手动操作装置9，当出现机库电量不足故障时，随时切换成手动模式打开机库门8并给无人机充电。

如图8所示，所述手动操作装置9包括连杆26、斜齿轮27、摇杆28，连杆26连接至舱门装置，其中连杆26通过底座凹槽滑动，通过旋转摇杆28来间接伸缩舱门装置的伸缩拉杆19，进而实现机库门8的打开与关闭。

如图6-7所示，所述自动充电模块分为插口装置4和插座装置5，插口装置4通过一根轴心杆13装载在无人机底部，其上端连接机身，下端为充电插头14，内置数枚滚珠15，类似于转子轴承装置，方便插口装置4灵活旋转，充电插头14插口边缘环绕部分为永磁铁16，下端极性相反，一端为N极，另一端为S极；插座装置5装载在机库内，穿过升降台2与机库底部相连，插座装置5的中心部分为正负极部分，边缘部分为两个线圈缠绕方式相反的电磁铁23，当无人机返航时，升降台2搭载无人机下降过程中，插座装置5的电磁铁23通电，显示出两个极性，插口装置4会逐渐接近，当接近到一定距离时，由于磁体同性相斥、异性相吸的原理，会促使充电插头14的正负极对准插座装置5的充电插口17，在升降台2下落过程中，由于无人机本身重力原因，会促使充电插头14插进插座装置5的充电插口17内，另外外加永磁铁16吸附，从而避免了因接触不良导致漏电、短路等情况；在无人机完成充电后，永磁铁16断电，升降台2开始上升，在上升的过程中，由于升降台2的升力原因，会使充电插头14脱离充电插口17，从而完成充电过程，而后升降台上升至顶部时，无人机起飞，正常飞往目标地执行任务，机库门8关闭，太阳能充电板自动蓄电。

如图5所示，所述舱门装置包括设置在机库顶端的采用两扇舱门倾斜面相互交接的“双坡顶”式结构的机库门8，供无人机进出，此种结构设计可以有效的发挥挡风挡雨的作用，太阳能充电板铺在机库门8上部；所述机库门8共有两扇，每扇门都安装由一个电机18和一个伸缩拉杆19构成的电动结构，伸缩拉杆19与机库门8通过折页连接，电机18负责控制伸缩拉杆19开关机库门8，电机18焊接在机库外壁的上支杆21和下支杆22，上支杆21实心，下支杆22内部空心并装有一个连杆26实现舱门装置与手动操作装置9的连接，能够实现机库门8的自动打开操作，同时增加整体结构的稳定性，机库内部在机库门8与机库边缘接口处安装有复位弹簧20，当收到无人机返航或起飞信号时，舱门装置通电，启动电机18，电机18控制伸缩拉杆19缩短，将机库门8拉开至与升降台2平行状态，此种状态有利于无人机降落，减小周围气流影响，当无人机离开或升降台2下降后电机18反转、伸缩拉杆19伸出，同时由于复位弹簧20的弹力作用，使机库门8逐渐关闭，实现机库门8的开关功能。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

当机库收到无人机返航信号时，通过主控模块1发出控制指令启动电机18，在电机18的带动下，伸缩拉杆19缩短，打开机库门8，与此同时升降台2在步进电机25的带动下上升至机库顶部，无人机降落过程中，机库通过主控模块1中的GPS定位检测无人机与机库的相对位置并通过RDF Remote900数据传输模块实时传递到无人机端，使其能精准降落；在无人机降落至升降台2上时，推杆6开始工作，四个推杆6依次工作，每次由一根推杆6向前推动无人机，当无人机处于升降台2中心位置时，位于升降台2中心位置的压力传感器3检测到无人机压力峰值，主控模块1控制推杆6收回至机库边缘，实现无人机归正操作，使无人机插口装置4与插座装置5处于同一竖直轴线上。

接下来，升降台2下降，在下降的过程中，机库内插座装置5在太阳能充电板连接的蓄电池作用下通电，此时插座装置5的电磁铁23通电，呈现出两种极性，与无人机插口装置4两端带有相反极性的永磁铁16依据磁体间“同性相斥、异性相吸”的原理，同时在无人机整体重力作用下，可以成功使装置的正负极准确对应，使自动充电插头14与充电插口17两部分接触牢固，安全充电；随后，升降台2降落至机库底部，机库门8在复位弹簧20的作用下，实现自动关闭，环境检测模块12对机库内部的温度传感器、湿度传感器以及机库外部的风力传感器进行实时监测，预防紧急情况，至此自动回收与自动充电过程完成。

在无人机充电完毕后，环境检测模块12的各种传感器对机库内外部环境情况进行监测，判断外界环境是否适合飞机起飞，当条件合适时，插座装置5的电磁铁23断电，机库门8打开，升降台2上升，在升降台2向上的支持力作用下，使得插口装置4与插座装置5分离，结束充电；升降台2上升至顶部，无人机起飞，起飞后升降台2落至机库底部，机库门8关闭，至此，结束自动充电与自动起飞过程。以上所有机械装置的运作均在主控模块1的控制下实现。

Claims (3)

1.一种太阳能智能无人机机库，其特征在于：由主控模块、无人机归正装置、升降平台装置、舱门装置、自动充电装置、环境检测模块、电源模块、手动操作装置组成，所述主控模块安装在机库内壁一侧，分别与除了手动操作装置外的其它装置以及模块电连接；所述环境检测模块由螺丝紧固在机库侧壁上，所述升降平台装置通过底部的步进电机带动滚珠丝杠控制升降台的升降，升降台表面中间部位嵌入有压力传感器；所述无人机归正装置由主控模块、伺服电机、编码器及四个推杆构成，所述编码器安装在伺服电机尾部，共同嵌入在升降台中；所述电源模块采用太阳能充电板充电，其蓄电池设置在手动操作装置内，手动操作装置装在机库外侧壁上与舱门装置连接；

所述主控模块内部由GPS定位模块、数据传输模块、CPU控制板集成；

所述环境检测模块包括安装在机库内壁主控模块旁的湿度传感器、温度传感器以及机库外壁的风力传感器；

所述无人机归正装置中四个推杆分别位于机库内壁四周中间位置对称竖直放置，通过升降台上的凹槽限位；

所述自动充电装置分为插口装置和插座装置，插口装置通过一根轴心杆装载在无人机底部，其上端连接机身，下端为充电插头，内置数枚滚珠，充电插头插口边缘部分为永磁铁，下端极性相反，一端为N极，另一端为S极；插座装置装载在机库内，穿过升降台与机库底部固定，升降台升降时插座装置保持不动，插座装置的中心部分为正负极部分，边缘部分为两个线圈缠绕方式相反的电磁铁，在升降台下落过程中，插口端磁铁根据插座端磁铁极性自动调整其正负端的方向，确保与插座端正负极对应，在无人机重力和磁力作用下充电装置完成对接；

所述舱门装置包括设置在机库顶端的“双坡顶”式结构的机库门，“双坡顶”式结构即采用两扇舱门倾斜面相互交接的，每扇机库门都安装由一个电机和一个伸缩拉杆构成的电动结构，电机下端连接上支杆和下支杆，其下支杆内部空心并装有一个连杆连接手动操作装置，太阳能充电板铺在机库门上部。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能智能无人机机库，其特征在于：所述温度传感器与湿度传感器分别封装在密闭的塑料盒之中。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能智能无人机机库，其特征在于：所述手动操作装置包括连杆、斜齿轮、摇杆，连杆连接至舱门装置。

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