CN110725593B

CN110725593B - 一种基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库

Info

Publication number: CN110725593B
Application number: CN201910935620.7A
Authority: CN
Inventors: 姬书得; 孔令沛; 宋崎; 龚鹏; 熊需海; 胡为; 白巍; 王留芳
Original assignee: Shenyang Aerospace University
Current assignee: Shenyang Aerospace University
Priority date: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2039-09-29
Also published as: CN110725593A

Abstract

本发明属于智能机械设备技术领域，具体涉及一种基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库，包括扇形机舱、停机坪及自动归中充电装置，机舱底部有两个自动开门装置以及可带动主轴旋转的舵机，舵机控制停机坪围绕主轴旋转的角度；停机坪通过可旋转伸缩装置连接至机舱主轴上，停机坪可以向外延伸便于无人机的起降，在停机坪上表面开有供自动归中充电装置升降的槽以及在固定位置设有供无人机充电时使用的阴极金属环；自动归中充电装置在停机坪内部，可延停机坪内部中心轴上下移动，装置顶部设置有供无人机充电时使用的阳极金属片，配合使用环形底座的无人机可以实现自动归中充电，并根据数据自动实现无人机的自动放飞和回收充电。

Description

一种基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库

技术领域

本发明属于智能机械设备技术领域，具体涉及一种基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库。

背景技术

目前，无人机已经在无人值守、森林防灾、高压巡线、灾害救援等方面有着广泛的应用。有了无人机参与可以大大减少人力的投入，节约了大量的资源，但是电动无人机的续航时间有限，不能完成长航时的任务。

为了让无人机可以完成长航时、长航程的任务，可在任务途中设置无人机自动归中充电智能机库，无人机不需要返回出发点由人工给予电池的更换或者充电，可自主降落至智能机库进行自主充电，这样可以节约大量的时间和人力，提高无人机完成任务的效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库，无人机可以和智能机库进行实时信息交互来判断无人机的飞行状态和电量情况，无人机配备高精度定位设备，自主降落在智能机库的停机坪上，停机坪通过自动归中充电装置将无人机自动归中并进行充电，完全省去了由工作人员去给无人机进行充电的过程，有效的提高了无人机执行任务的效率，同时还可以给无人机在休息充电的时候提供一个保护的作用。本发明采用如下技术方案：包括扇形机舱1、自动归中充电装置2以及可旋转伸缩停机坪3，扇形机舱1上通过自动开门装置连接有舱门，可旋转伸缩停机坪3通过可转动伸缩组件连接至扇形机舱1的主轴18上，所述扇形机舱1的主轴18的两侧为第一舱门161和第二舱门171，自动归中充电装置2设置在可旋转伸缩停机坪3中央；

所述扇形机舱1上设有机舱地面端WIFI模块11，无人机上设有机载WIFI模块41与无人机飞行控制系统中的电源电压检测模块相连可以时刻监控无人机电量，机舱地面端WIFI模块11与机舱主控制器7相连，主控制器7通过地面端WIFI模块11接收机载WIFI模块41传回的电量信息对无人机是否需要降落充电进行判断，预先在主控制器上设定有电量判断的阈值，若需要则驱动自动开门装置，对扇形机舱1的舱门161、171打开或闭合。

进一步地，所述第一舱门161与扇形机舱1底面的接触边上设有第一自动开门装置16，第二舱门171与扇形机舱1底面的接触边上设有第二自动开门装置17，每个自动开门装置包括舵机B1611、主动轮B1612、自动开门装置从动轮1613和转动轴B1614，转动轴的两端可转动的固定在机舱上。舵机B1611连接主动轮B1612，主动轮B1612与自动开门装置从动轮1613啮合，自动开门装置从动轮1613固定在转动轴B1614的中部，若需要将舱门打开或者关闭，主控制器则驱动舵机B1611转动，通过传动齿轮来带动舱门的打开或关闭；第二自动开门装置17与第一自动开门装置16结构相同。

进一步地，所述可转动伸缩组件包括转动组件和伸缩组件，转动组件包括舵机A36、主动轮A361、从动轮35和转动轴A31，舵机A36固定在所述扇形机舱1底面，舵机A36连接主动轮A361，主动轮A361与从动轮35啮合，从动轮35连接在转动轴A31的下端，转动轴A31可转动地连接在主轴18下段。

伸缩组件包括第一伸缩板5、第二伸缩板6和第一滚珠丝杠，第一滚珠丝杠的螺杆嵌入并固定在第二伸缩板6的内顶部，螺母支座固定在第一伸缩板5的顶部，第一步进电机放置在螺杆靠近主轴的一端并内嵌于主轴之中，第一步进电机驱动螺杆正转则驱动第二伸缩板外伸，电机驱动螺杆反转则驱动第二伸缩板内缩，第一步进电机与PMC007步进电机驱动器相连，主控制器通过地面端WIFI模块接收到无人机的降落信号时，对PMC007驱动器发出指令从而控制第一步进电机带动螺杆正转或反转，第二伸缩板6连接在所述转动轴A31上。

进一步地，所述自动归中充电装置2包括由两块三角形板交叉形成的塔型支撑架、穿过两块三角形板交叉线的空心支撑柱、设置在塔型装置顶端的正极接触端21和设置在所述可旋转伸缩停机坪3上的一圈负极金属环33；正极接触端21连接继电器并由主控制器控制触发，负极金属环33连接机库电源负极。

所述可旋转伸缩停机坪3中央设有十字形十字形槽口34，十字形十字形槽口34中间设有第二滚珠丝杠321，第二滚珠丝杠321穿入到空心支撑柱中，第二滚珠丝杠321的螺母支座固定在自动归中充电装置2塔型支撑架上，第二步进电机安装在第二滚珠丝杠321螺杆的底端，内嵌于停机坪3的底座之中，第二步进电机与PMC007步进电机驱动器相连，主控制器通过地面端WIFI模块接收到无人机已经降落的信号时，对PMC007驱动器发出指令从而控制第二步进电机带动第二滚珠丝杠321螺杆正转或反转，从而带动自动归中充电装置的上升或下降。

进一步地，所述可旋转伸缩停机坪3的负极金属环33底部靠近四个自动归中充电装置开十字形十字形槽口34处设置有压力传感器331，所述无人机自动归中之后，传感器331检测到压力信号并将信号传递给主控制器，主控制器发出指令控制继电器使充电电源接通并控制停机坪3自动回舱。

进一步地，给无人机充电时，所述正极接触端21与无人机机身底部的充电正极接触片42接触，所述负极金属环33与无人机环形底座43下端的充电负极金属片431接触。

进一步地，所述扇形机舱1的外部设有天气环境检测模块12，外部环境检测模块包括风速检测模块，风向检测模块，温度检测模块，湿度检测模块，气压检测模块，所述天气检测模块检测信息至主控制器，外部环境符合条件则打开舱门旋转伸缩出停机坪让无人机进行起飞。

进一步地，扇形机舱1内部设有温湿度检测模块13、恒温恒湿设备14，内部温湿度检测模块13将检测信息反馈至主控制器，若温湿度不符合无人机充电标准则控制启动恒温恒湿设备14来进行调整。与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述的扇形无人机舱可以极大的提高空间的利用率，两个不同方向的舱门增加了所述智能机库摆放位置的灵活性。

本发明所述无人机在经过智能无人机库附近时可以通过WIFI模块来进行电量、相对位置以及天气环境等信息的交互，机库主控制器会根据交互信息智能判断无人机是否需要充电以及无人机起降的最佳位置，提高了无人机起降效率。

本发明所述无人机降落后，自主升起的塔型归中充电机构利用无人机自身重力以及表面的光滑镀膜可以使无人机快速而精准的归中并充电，简化了传统无人机库繁琐的归中结构，提高了无人机归中和充电效率。

本发明通过温湿度传感器以及升降温除增湿设备保证机舱内一直处于无人机最佳充电环境，最大限度的延长了无人机的工作寿命，充电完成后通过外部天气环境传感器确认外部环境是否符合无人机继续作业，有效的节约了人力，进一步提高了无人机的工作效率。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明整体结构斜下方仰视结构示意图；

图3为舱门自动打开和关闭过程以及自动开关门装置结构示意图；

图4为可旋转伸缩停机坪与可旋转伸缩组件结构示意图；

图5为可旋转伸缩停机坪内部剖视图；

图6为无人机在自动归中充电装置上方的归中过程状态图；

图7为本发明各个电控模块的连接关系示意图；

图8为图3中部分结构放大示意图；

图中，1—扇形机舱，11—地面端WIFI模块，12—天气环境检测模块，13—温湿度检测模块，14—恒温恒湿设备，15—机舱支撑装置，16—第一自动开门装置，161—第一舱门，1611—舵机B、1612—主动轮B、1613—自动开门装置从动轮，1614—转动轴B，17—第二自动开门装置，171—第二舱门，18—主轴，2—自动归中充电装置，21—自动归中充电装置正极接触端，3—停机坪，31—转动轴A，32—停机坪底座，321—滚珠丝杠，33—负极金属环，331—压力传感器，34—十字形槽口，35—从动轮，36—舵机A，361—主动轮A，4—无人机，41—机载WIFI模块，43—无人机环形底座，431—充电负极金属片，42—无人机充电正极接触片，5—第一伸缩板，6—第二伸缩板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1-2，本发明提供了一种基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库，包括扇形机舱1、自动归中充电装置2以及可旋转伸缩停机坪3，该扇形机舱1底部设有机舱支撑装置15，扇形机舱1上通过自动开门装置连接有舱门，可旋转伸缩停机坪3通过可转动伸缩组件连接至扇形机舱1的主轴18上，所述扇形机舱1的主轴18的两侧为第一舱门161和第二舱门171，自动归中充电装置2设置在可旋转伸缩停机坪3中央；

所述扇形机舱1上设有机舱地面端WIFI模块11，无人机上设有机载WIFI模块41与无人机飞行控制系统中的电源电压检测模块相连可以时刻监控无人机电量，机舱地面端WIFI模块11与机舱主控制器7相连，主控制器7通过地面端WIFI模块11接收机载WIFI模块41传回的电量信息对无人机是否需要降落充电进行判断，预先在主控制器上设定有电量判断的阈值，若需要则驱动自动开门装置，对扇形机舱1的舱门(161、171)打开或闭合。

参考图3及图8，第一舱门161与扇形机舱1底面的接触边上设有第一自动开门装置16，第二舱门171与扇形机舱1底面的接触边上设有第二自动开门装置17，每个自动开门装置包括舵机B1611、主动轮B1612、自动开门装置从动轮1613和转动轴B1614，转动轴的两端可转动的固定在机舱上。舵机B1611连接主动轮B1612，主动轮B1612与自动开门装置从动轮1613啮合，自动开门装置从动轮1613固定在转动轴B1614的中部，若需要将舱门打开或者关闭，主控制器则驱动舵机B1611转动，通过传动齿轮来带动舱门的打开或关闭；第二自动开门装置17与第一自动开门装置16结构相同。

可转动伸缩组件包括转动组件和伸缩组件，转动组件包括舵机A36、主动轮A361、从动轮35和转动轴A31，舵机A36固定在所述扇形机舱1底面，舵机A36连接主动轮A361，主动轮A361与从动轮35啮合，从动轮35连接在转动轴A31的下端，转动轴A31可转动地连接在主轴18下段；

如图4-6所示，自动归中充电装置2包括由两块三角形板交叉形成的塔型支撑架、穿过两块三角形板交叉线的空心支撑柱、设置在塔型装置顶端的正极接触端21和设置在所述可旋转伸缩停机坪3上的一圈负极金属环33；正极接触端(21)连接继电器并由主控制器控制触发，负极金属环33连接机库电源负极。

可旋转伸缩停机坪3中央设有十字形十字形槽口34，十字形十字形槽口34中间设有第二滚珠丝杠321，第二滚珠丝杠321穿入到空心支撑柱中，第二滚珠丝杠321的螺母支座固定在自动归中充电装置2塔型支撑架上，第二步进电机安装在第二滚珠丝杠321螺杆的底端，内嵌于停机坪3的底座之中，第二步进电机与PMC007步进电机驱动器相连，主控制器通过地面端WIFI模块接收到无人机已经降落的信号时，对PMC007驱动器发出指令从而控制第二步进电机带动第二滚珠丝杠321螺杆正转或反转，从而带动自动归中充电装置的上升或下降。

可旋转伸缩停机坪3的负极金属环33底部靠近四个自动归中充电装置开十字形十字形槽口34处设置有压力传感器331，所述无人机自动归中之后，传感器331检测到压力信号并将信号传递给主控制器，主控制器发出指令控制继电器使充电电源接通并控制停机坪3自动回舱。

给无人机充电时，所述正极接触端21与无人机机身底部的充电正极接触片42接触，所述负极金属环33与无人机环形底座43下端的充电负极金属片431接触。

扇形机舱1的外部设有天气环境检测模块12，外部环境检测模块包括风速检测模块，风向检测模块，温度检测模块，湿度检测模块，气压检测模块，所述天气检测模块检测信息至主控制器，外部环境符合条件则打开舱门旋转伸缩出停机坪让无人机进行起飞。

扇形机舱1内部设有温湿度检测模块13、恒温恒湿设备14，内部温湿度检测模块13将检测信息反馈至主控制器，若温湿度不符合无人机充电标准则控制启动恒温恒湿设备14来进行调整。

目标无人机4在执行任务时途经扇形智能机库，双方通过WIFI模块进行实时信息交互以判断无人机4是否需要降落充电；扇形智能无人机机库收到信号后自动打开舱门(161、171)，舱门由自动开门装置(16、17)提供动力，舱门打开后扇形智能机舱和所述无人机进行实时信息交互，停机坪3经过旋转轴31旋转和伸缩装置5、6伸至无人机最佳降落位置，所述停机坪3可以配合所述无人机4的降落进行平面位置的微调以达到更好的降落效果。

参考图7，无人机4降落至所述停机坪3上后，压力传感器331传出信号，所述自动归中充电装置2开始上升，所述自动归中充电装置2升降由安装在所述停机坪底座32中心杆上的滚珠丝杆321驱动，在所述自动归中充电装置2上升图中与所述无人机4的环形底座43结束，利用所述无人机4的自身重力带动所述无人机4位移，所述自动归中充电装置2的表面22(即与环形底座43的可接触面)涂装有特殊材料，特殊材料可以保证所述自动归中充电装置2的表面总是处于光滑的状态且拥有极低的摩擦阻力系数，当自动归中充电装置2上升至完全露出所述停机坪3表面的十字形开十字形槽口34时，所述无人机4的圆形底座43底部带有充电负极金属片431刚好贴合在所述停机坪3上表面的负极金属环33上，此时所述无人机4的充电负极导通，与此同时，所述自动归中充电装置顶部的正极接触端21刚好与所述无人机4机身底部的充电正极金属片42贴合，所述无人机4的充电正负极导通后开始充电。

扇形智能无人机机库检测到所述无人机4归中完毕开始充电后，所述停机坪3由自动伸缩装置，即第一伸缩板5及第二伸缩板6驱动缩回，进而由舵机A36驱动传动齿轮从动轮35传动使停机坪旋转回所述扇形机舱1中心位置，由所述自动关门装置驱动舱门161、171自动关闭，所述扇形机舱内温湿度传感器13检测舱内温度、湿度是否符合无人机充电最佳范围，若符合则使温湿度传感器继续工作达到继续监控的目的；若不符合则启动恒温恒湿设备(升降温除增湿设备)14进行扇形机舱1内部环境的调控，最终达到无人机充电最佳环境。所述无人机4充电完毕后自动归中充电装置2由滚珠丝杆321驱动下降至所述停机坪3内部(自动归中充电装置开十字形槽口34水平线以下)后停止下降，等待无人机继续起飞执行任务。

无人机4充电完毕后，扇形智能无人机机库启动天气环境检测模块12检测外部天气环境是否符合无人机起飞环境，若不符合则禁止无人机起飞继续监测直到外部天气环境符合无人机起飞标准，预先在主控制器内设有检验阈值来进行判断；若符合则自动启动地面端WIFI模块与所述无人机4进行实时信息交互，重复上文所述步骤自动打开舱门161或者171将所述停机坪3旋转伸出至无人机最佳起飞位置，所述无人机4起飞继续执行任务，智能机舱通过实时信息交互检测到所述无人机4起飞成功后将所述停机坪3收回扇形机舱1内部中央，处于扇形机场主轴上的地面端WIFI模块11实时搜索信号等待下一台无人机降落充电。

重复上述过程，即可让无人机进行自主降落、充电、起飞，有效的减少了人力，进一步提高了无人机执行任务的效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库，其特征在于，包括扇形机舱（1）、自动归中充电装置（2）以及可旋转伸缩停机坪（3），扇形机舱（1）上通过自动开门装置连接有舱门，可旋转伸缩停机坪（3）通过可转动伸缩组件连接至扇形机舱（1）的主轴（18）上，所述扇形机舱（1）的主轴（18）的两侧为第一舱门（161）和第二舱门（171），自动归中充电装置（2）设置在可旋转伸缩停机坪（3）中央；所述扇形机舱（1）上设有机舱地面端WIFI模块（11），无人机上设有机载WIFI模块（41）与无人机飞行控制系统中的电源电压检测模块相连可以时刻监控无人机电量，机舱地面端WIFI模块（11）与机舱主控制器（7）相连，主控制器（7）通过地面端WIFI模块（11）接收机载WIFI模块（41）传回的电量信息对无人机是否需要降落充电进行判断，预先在主控制器上设定有电量判断的阈值，若需要则驱动自动开门装置，对扇形机舱（1）的舱门（161、171）打开或闭合；所述可转动伸缩组件包括转动组件和伸缩组件，转动组件包括舵机A（36）、主动轮A（361）、从动轮A（35）和转动轴A（31），舵机A（36）固定在所述扇形机舱（1）底面，舵机A（36）连接主动轮A（361），主动轮A（361）与从动轮A（35）啮合，从动轮A（35）连接在转动轴A（31）的下端，转动轴A（31）可转动地连接在主轴（18）下段；伸缩组件包括第一伸缩板（5）、第二伸缩板（6）和第一滚珠丝杠，第一滚珠丝杠的螺杆嵌入并固定在第二伸缩板（6）的内顶部，螺母支座固定在第一伸缩板（5）的顶部，第一步进电机放置在螺杆靠近主轴的一端并内嵌于主轴之中，第一步进电机驱动螺杆正转则驱动第二伸缩板外伸，电机驱动螺杆反转则驱动第二伸缩板内缩，第一步进电机与PMC007步进电机驱动器相连，主控制器通过地面端WIFI模块接收到无人机的降落信号时，对PMC007驱动器发出指令从而控制第一步进电机带动螺杆正转或反转，第二伸缩板（6）连接在所述转动轴A（31）上。

2.如权利要求1所述的基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库，其特征在于，所述第一舱门（161）与扇形机舱（1）底面的接触边上设有第一自动开门装置（16），第二舱门（171）与扇形机舱（1）底面的接触边上设有第二自动开门装置（17），第一自动开门装置（16）包括舵机B（1611）、主动轮B（1612）、自动开门装置从动轮B（1613）和转动轴B（1614），舵机B（1611）连接主动轮B（1612），主动轮B（1612）与自动开门装置从动轮B（1613）啮合，自动开门装置从动轮B（1613）固定在转动轴B（1614）的中部，若需要将舱门打开或者关闭，主控制器则驱动舵机B（1611）转动，通过传动齿轮来带动舱门的打开或关闭；第二自动开门装置（17）与第一自动开门装置（16）结构相同。

3.如权利要求1所述的基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库，其特征在于，所述自动归中充电装置（2）包括由两块三角形板交叉形成的塔型支撑架、穿过两块三角形板交叉线的空心支撑柱、设置在塔型装置顶端的正极接触端（21）和设置在所述可旋转伸缩停机坪（3）上的一圈负极金属环（33）；正极接触端（21）连接继电器并由主控制器控制触发，负极金属环（33）连接机库电源负极;所述可旋转伸缩停机坪（3）中央设有十字形槽口（34），十字形槽口（34）中间设有第二滚珠丝杠（321），第二滚珠丝杠（321）穿入到空心支撑柱中，第二滚珠丝杠（321）的螺母支座固定在自动归中充电装置（2）塔型支撑架上，第二步进电机安装在第二滚珠丝杠（321）螺杆的底端，内嵌于停机坪（3）的底座之中，第二步进电机与PMC007步进电机驱动器相连，主控制器通过地面端WIFI模块接收到无人机已经降落的信号时，对PMC007驱动器发出指令从而控制第二步进电机带动第二滚珠丝杠（321）螺杆正转或反转，从而带动自动归中充电装置的上升或下降。

4.如权利要求3所述的基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库，其特征在于，所述可旋转伸缩停机坪（3）的负极金属环（33）底部靠近四个自动归中充电装置十字形槽口（34）处设置有压力传感器（331），所述无人机自动归中之后，压力传感器（331）检测到压力信号并将信号传递给主控制器，主控制器发出指令控制继电器使充电电源接通并控制停机坪（3）自动回舱。

5.如权利要求3所述的基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库，其特征在于，给无人机充电时，所述正极接触端（21）与无人机机身底部的充电正极接触片（42）接触，所述负极金属环（33）与无人机环形底座（43）下端的充电负极金属片（431）接触。

6.如权利要求1所述的基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库，其特征在于，所述扇形机舱（1）的外部设有天气环境检测模块（12），外部环境检测模块包括风速检测模块，风向检测模块，温度检测模块，湿度检测模块，气压检测模块，所述天气环境检测模块检测信息至主控制器，外部环境符合条件则打开舱门旋转伸缩出停机坪让无人机进行起飞。

7.如权利要求1所述的基于自动归中充电装置的扇形智能无人机机库，其特征在于，扇形机舱（1）内部设有温湿度检测模块（13）、恒温恒湿设备（14），内部温湿度检测模块（13）将检测信息反馈至主控制器，若温湿度不符合无人机充电标准则控制启动恒温恒湿设备（14）来进行调整。