CN111348186A - 一种多旋翼无人机回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于多旋翼无人机技术领域，特别涉及一种多旋翼无人机回收装置。包括起落架、视觉识别及定位系统、控制系统、导轨装置及抓取盘，其中起落架设置于无人直升机的底部；导轨装置和视觉识别及定位系统设置于起落架上，抓取盘设置于导轨装置上，视觉识别及定位系统用于采集多旋翼无人机的图像，识别多旋翼无人机的位置信息，发送给控制系统；控制系统接收视觉识别及定位系统发送的多旋翼无人机的位置信息，并根据接收到的信息生成控制指令，发送到导轨装置和抓取盘，控制导轨装置和抓取盘对多旋翼无人机的抓取、搬运和投放动作。本发明对于小型多旋翼无人机的回收概率高，结构稳定性强，对于高低温、低气压等条件适应性强。

Description

一种多旋翼无人机回收装置

技术领域

本发明属于多旋翼无人机技术领域，具体地说是一种多旋翼无人机回收装置。

背景技术

无人机的回收方式是无人机的重要性能之一，回收方式是否机动灵活、准确性及可靠性是否高、设备及操作是否简单等已成为评价无人机性能好坏的重要指标。无人机的回收方式多种多样，传统的回收大致可归纳为降落伞回收、气囊着落回收、撞网回收等，降落伞回收不适合应用于动态平台上，如车载、机载等平台。而撞网回收、气囊着落回收具有回收率低、无人机易损、机动性差的特点。随着无人机技术的飞速发展和无人机使用的高机动性、高可靠性、高生存率等任务要求，对无人机回收系统的设计和技术应用也提出了更高的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种多旋翼无人机回收装置，以解决现有撞网回收、气囊着落回收等具有回收率低、无人机易损、机动性差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多旋翼无人机回收装置，包括：

起落架，设置于无人直升机的底部；

视觉识别及定位系统，设置于起落架的顶部、且连接控制系统，用于采集多旋翼无人机的图像，识别多旋翼无人机的位置信息，发送给控制系统；

控制系统，设置于起落架上，接收所述视觉识别及定位系统发送的多旋翼无人机的位置信息，并根据接收到的信息生成控制指令，发送到导轨装置和抓取盘，控制导轨装置和抓取盘对多旋翼无人机的抓取、搬运和投放动作；

导轨装置，设置于起落架上，连接控制系统，根据接收到的控制指令使抓取盘达到空间坐标值指定的位置；

抓取盘，设置于导轨装置上，连接控制系统，根据接收到的控制指令对多旋翼无人机进行抓取、搬运和投放动作。

所述抓取盘包括固定板、旋转盘、紧锁机构、滑动块及旋转驱动装置，其中固定板设置于旋转盘的上方、且与所述导轨装置连接，所述固定板上沿周向设有多个指向圆心的斜槽，所述旋转盘上沿周向设有多个弧形槽，所述紧锁机构包括多个锁紧杆，各锁紧杆的上端穿过相对应的弧形槽和斜槽与一滑动块连接，所述旋转驱动装置设置于所述固定板上、且输出端与所述旋转盘连接，所述旋转驱动装置驱动旋转盘转动，从而带动多个锁紧杆向中心靠拢，从而实现抓取的目的。

所述旋转驱动装置为舵机，所述舵机安装在主连接板上，所述主连接板位于所述固定板的上方、且与所述固定板固定连接，所述主连接板与所述导轨装置连接。

所述锁紧杆的下端为橡胶体、且外表面具有便于抓取的弧面。

所述导轨装置包括横轴导轨、横轴驱动机构、横轴滑块、纵轴驱动机构、纵轴导轨、纵轴滑块及抓取盘安装支架，其中横轴导轨安装在所述起落架上，所述横轴滑块与横轴导轨滑动连接，所述横轴驱动机构设置于所述横轴导轨上、且与所述横轴滑块连接，用于驱动所述横轴滑块沿所述横轴导轨滑动，所述纵轴导轨与所述横轴滑块连接、且与所述横轴导轨垂直，所述纵轴滑块与所述纵轴导轨滑动连接，所述纵轴驱动机构设置于所述纵轴导轨上、且与所述纵轴滑块连接，用于驱动所述纵轴滑块沿所述纵轴导轨滑动，所述抓取盘安装支架与所述纵轴滑块连接，所述抓取盘设置于所述抓取盘安装支架上。

所述横轴导轨的两端设有横轴接触开关，所述纵轴导轨的两端设有纵轴接触开关。

所述横轴驱动机构包括横轴步进电机、横轴皮带、横轴编码器及两个横轴皮带轮，其中横轴步进电机设置于所述横轴导轨的一端、且输出端与一横轴皮带轮连接，另一横轴皮带轮设置于所述横轴导轨的另一端，两个横轴皮带轮通过横轴皮带传动连接，所述横轴皮带与所述横轴滑块连接，所述横轴编码器设置于所述横轴步进电机上；

所述纵轴驱动机构包括纵轴步进电机、纵轴皮带、纵轴编码器及两个纵轴皮带轮，其中纵轴步进电机设置于所述纵轴导轨的一端、且输出轴与一纵轴皮带轮连接，另一纵轴皮带轮设置于所述纵轴导轨的另一端，两个纵轴皮带轮通过纵轴皮带传动连接，所述纵轴滑块与所述纵轴皮带连接，所述纵轴编码器设置于纵轴步进电机上。

所述视觉识别及定位系统包括双目相机和相机安装支架，其中相机安装支架设置于所述起落架的顶部，所述双目相机设置于所述相机安装支架上、且与所述控制系统连接。

所述控制系统包括设置于所述起落架两侧的右计算机组和左计算机组，其中，

所述右计算机组包括右计算机组安装板及安装在所述右计算机组安装板上的控制计算机、横轴步进电机驱动器及纵轴步进电机驱动器，其中横轴步进电机驱动器和纵轴步进电机驱动器均与控制计算机连接，所述横轴步进电机驱动器和纵轴步进电机驱动器用于驱动和控制所述导轨装置；

所述左计算机组包括左计算机组安装板及设置于所述左计算机组安装板上的视觉处理计算机、差分GPS装置及差分GPS数传，其中差分GPS装置通过串口端子连接于控制计算机，且控制计算机的另一个串口端子连接差分GPS数传以发送位置坐标；视觉处理计算机与所述视觉识别及定位系统连接、且与控制计算机通过串口进行通信。

所述起落架包括两个平行设置的支撑架及设置于支撑架下端的两个滑撬，两个支撑架之间设有多个加强杆，各所述支撑架的上端设有两个用于与所述无人直升机连接的安装柱。

本发明的优点及有益效果是：

本发明不会占用无人直升机过多的负载重量，通过查分装置的引导和双目视觉对标识点精准定位，对于小型多旋翼无人机的回收概率高。

本发明结构稳定性强，对于高低温、低气压等条件适应性强。因为体积比较小，重量也比较轻，造价成本很低，可以长期保存在仓库里面，使用维护费用大大减少。

本发明起降条件和维修保障要求都比较低，在较小场地上能够起飞，回收，甚至可以在船舶、石油平台上起飞和回收。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的导轨装置的结构示意图；

图3为本发明的抓取盘的结构示意图；

图4为本发明的抓取盘的剖面示意图；

图5为本发明的起落架的结构示意图；

图6为本发明的右计算机组的安装位置示意图；

图7为本发明的左计算机组的安装位置示意图；

图8为本发明的双目相机的安装位置示意图；

图9为本发明的多旋翼无人机标识点安装位置示意图。

其中：1为导轨装置，101为横轴步进电机，102为横轴导轨，103为横轴皮带，104为横轴滑块，105为横轴接触开关，106为横轴编码器，107为纵轴步进电机，108为纵轴导轨，109为纵轴皮带，110为纵轴滑块，111为纵轴接触开关，112为纵轴编码器，113为抓取盘安装支架，114为横纵轴导轨连接件，2为抓取盘，201为主连接板，202为固定板，203为旋转盘，204为紧锁机构，205为滑动块，206为舵机，207为斜槽，208为弧形槽，3为视觉识别及定位系统，301为双目相机，302为相机安装支架，4为右计算机组，401为控制计算机，402为横轴步进电机驱动器，403为纵轴步进电机驱动器，404为右计算机组安装板，5为左计算机组，501为视觉处理计算机，502为差分GPS装置，503为差分GPS数传，504为左计算机组安装板，6为起落架，601为滑撬，602为支撑架，603为安装柱，604为加强杆，7为多旋翼无人机，701为标识点，702为标识点安装支架，703为多旋翼机体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1、图9所示，本发明提供的一种多旋翼无人机回收装置，包括：起落架6，设置于无人直升机的底部；视觉识别及定位系统3，设置于起落架6的顶部、且连接控制系统，用于采集多旋翼无人机7的标识点701图像，识别多旋翼无人机7的位置信息，并发送给控制系统；控制系统设置于起落架6上，接收视觉识别及定位系统发送的多旋翼无人机7的位置信息，并根据接收到的信息生成控制指令，发送到导轨装置1和抓取盘2，控制导轨装置1和抓取盘2对多旋翼无人机7的抓取、搬运和投放动作；导轨装置1设置于起落架6上，连接控制系统，根据接收到的控制指令使抓取盘2达到空间坐标值指定的位置；抓取盘2，设置于导轨装置1上，连接控制系统，根据接收到的控制指令对多旋翼无人机7进行抓取、搬运和投放动作。

如图2所示，导轨装置1包括横轴导轨102、横轴驱动机构、横轴滑块104、纵轴驱动机构、纵轴导轨108、纵轴滑块110及抓取盘安装支架113，其中横轴导轨102安装在起落架6上，横轴滑块104与横轴导轨102滑动连接，横轴驱动机构设置于横轴导轨102上、且与横轴滑块104连接，用于驱动横轴滑块104沿横轴导轨102滑动。纵轴导轨108与横轴滑块104通过横纵轴导轨连接件114连接、且与横轴导轨102垂直，纵轴滑块110与纵轴导轨108滑动连接，纵轴驱动机构设置于纵轴导轨108上、且与纵轴滑块110连接，用于驱动纵轴滑块110沿纵轴导轨108滑动，抓取盘安装支架113与纵轴滑块110连接，抓取盘2设置于抓取盘安装支架113上。

横轴导轨102的两端设有横轴接触开关105，纵轴导轨108的两端设有纵轴接触开关111。

横轴驱动机构包括横轴步进电机101、横轴皮带103、横轴编码器106及两个横轴皮带轮，其中横轴步进电机101设置于横轴导轨102的一端、且输出端与一横轴皮带轮连接，另一横轴皮带轮设置于横轴导轨102的另一端，两个横轴皮带轮通过横轴皮带103传动连接，横轴皮带103与横轴滑块104连接，横轴编码器106设置于横轴步进电机101上。

横轴步进电机101驱动横轴皮带103转动，从而带动与横轴皮带103连接的横轴滑块104沿横轴导轨102滑动。横轴编码器106经过标定后可以检测出横轴滑块104与横轴步进电机101的距离，横轴接触开关105用于限定横轴滑块104在横轴导轨102上的运行距离，以免损坏机械结构。

纵轴驱动机构包括纵轴步进电机107、纵轴皮带109、纵轴编码器112及两个纵轴皮带轮，其中纵轴步进电机107设置于纵轴导轨108的一端、且输出轴与一纵轴皮带轮连接，另一纵轴皮带轮设置于纵轴导轨108的另一端，两个纵轴皮带轮通过纵轴皮带109传动连接，纵轴滑块110与纵轴皮带109连接，纵轴编码器112设置于纵轴步进电机107上。

纵轴步进电机107驱动纵轴皮带109转动，从而带动纵轴滑块110沿纵轴导轨108滑动。纵轴编码器112经过标定后可以检测出纵轴滑块110与纵轴步进电机107的距离，纵轴接触开关111用于限定纵轴滑块110在纵轴导轨108上的运行距离。

如图3-4所示，抓取盘2包括固定板202、旋转盘203、紧锁机构204、滑动块205及旋转驱动装置，其中固定板202设置于旋转盘203的上方、且与导轨装置1连接，固定板202上沿周向设有多个指向圆心的斜槽207，旋转盘203上沿周向设有多个弧形槽208，紧锁机构204包括多个锁紧杆，各锁紧杆的上端穿过相对应的弧形槽208和斜槽207与一滑动块205连接，旋转驱动装置设置于固定板202上、且输出端与旋转盘203连接，旋转驱动装置驱动旋转盘203转动，从而带动多个锁紧杆向中心靠拢，从而实现抓取的目的。

旋转驱动装置为舵机206，舵机206安装在主连接板201上，主连接板201位于固定板202的上方、且与固定板202固定连接，主连接板201与导轨装置1连接。

锁紧杆的下端为橡胶体，具有一定的摩擦，锁紧杆的外表面具有便于抓取的弧面。本发明的实施例中，紧锁机构204包括八个锁紧杆。

当抓取盘进行抓取时，旋转盘203开始旋转以此带动八个锁紧杆开始向旋转盘203的中心靠拢，即完成了抓取。当抓取盘进行释放时，旋转盘203开始反向旋转，以此带动八个锁紧杆开始远离旋转盘203的中心，即完成释放。

如图5所示，起落架6包括两个平行设置的支撑架602及设置于支撑架602下端的两个滑撬601，两个支撑架602之间设有多个加强杆604，各支撑架602的上端设有两个用于与无人直升机连接的安装柱603。

本发明的实施例中，两个支撑架602焊接在两个滑撬601上，支撑架602之间具有一个加强杆604的距离，该加强杆604能够保证起落架6的稳定，起落架6两侧共两个加强杆604，在支撑架602的上部有四个安装柱603，该安装柱603将起落架6安装在无人直升机上。

如图1所示，控制系统包括设置于起落架6两侧的右计算机组4和左计算机组5。

如图6所示，右计算机组4包括右计算机组安装板404、控制计算机401、横轴步进电机驱动器402及纵轴步进电机驱动器403，其中右计算机组安装板404通过两个紧固螺丝安装在起落架6的两个支撑架602上，控制计算机401、横轴步进电机驱动器402、纵轴步进电机驱动器403分别通过紧固螺丝安装在右计算机组安装板404上。

如图7所示，左计算机组5包括视觉处理计算机501、左计算机组安装板504、差分GPS装置502及差分GPS数传503，其中左计算机组安装板504通过两个紧固螺丝安装在起落架6的两个支撑架602上，视觉处理计算机501、差分GPS装置502、差分GPS数传503分别通过紧固螺丝安装在左计算机组安装板504上。差分GPS装置502通过串口端子连接于控制计算机401，且控制计算机401的另一个串口端子连接差分GPS数传503以发送位置坐标。

差分GPS装置502、差分GPS数传503、视觉处理计算机501通过对应的串口端子与控制计算机401通信，横轴步进电机驱动器402和纵轴步进电机驱动器403通过PWM驱动端子与控制计算机401的PWM对应端子连接，横、纵轴步进电机驱动器通过对应的接口端子与横、纵轴的步进电机电气连接，用于对步进电机的驱动和控制。

同样控制计算机401的PWM端子连接抓取盘的舵机上，控制计算机401的通用GPIO端子连接接触开关，用于检测导轨是否到达极限位置，控制计算机401的定时器外接端子连接编码器用于检测步进电机的位置信息。

如图8所示，视觉识别及定位系统3包括双目相机301和相机安装支架302，其中相机安装支架302设置于起落架6的顶部中心位置处，双目相机301设置于相机安装支架302上、且视野朝下。双目相机301的USB通信接口连接在视觉处理计算机501上。

如图9所示，多旋翼无人机7包括标识点701、标识点安装支架702及多旋翼机体703，其中标识点安装支架702通过紧固螺丝连接在多旋翼机体703的顶部，标识点701安装在标识点安装支架702上，两者通过紧固螺丝连接于一体。双目相机301能够对标识点701进行识别、定位。

本发明的工作原理为：

本发明能够利用差分GPS装置502产生高精度位置信号，通过差分GPS数传503发送给待回收多旋翼机体703，该多旋翼飞机飞到导轨装置1近处时，双目相机301识别并定位到多旋翼机体703上的标识点701，给出相对于导轨装置1的空间坐标值，控制计算机401收到这个空间坐标值后驱动横轴步进电机101和纵轴步进电机107，使抓取盘2达到空间坐标值指定的位置并进行无人机抓取，这样便实现了对多旋翼无人机的识别、定位、回收。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多旋翼无人机回收装置，其特征在于，包括：

起落架(6)，设置于无人直升机的底部；

视觉识别及定位系统(3)，设置于起落架(6)的顶部、且连接控制系统，用于采集多旋翼无人机(7)的图像，识别多旋翼无人机(7)的位置信息，发送给控制系统；

控制系统，设置于起落架(6)上，接收所述视觉识别及定位系统发送的多旋翼无人机(7)的位置信息，并根据接收到的信息生成控制指令，发送到导轨装置(1)和抓取盘(2)，控制导轨装置(1)和抓取盘(2)对多旋翼无人机(7)的抓取、搬运和投放动作；

导轨装置(1)，设置于起落架(6)上，连接控制系统，根据接收到的控制指令使抓取盘(2)达到空间坐标值指定的位置；

抓取盘(2)，设置于导轨装置(1)上，连接控制系统，根据接收到的控制指令对多旋翼无人机(7)进行抓取、搬运和投放动作。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机回收装置，其特征在于，所述抓取盘(2)包括固定板(202)、旋转盘(203)、紧锁机构(204)、滑动块(205)及旋转驱动装置，其中固定板(202)设置于旋转盘(203)的上方、且与所述导轨装置(1)连接，所述固定板(202)上沿周向设有多个指向圆心的斜槽(207)，所述旋转盘(203)上沿周向设有多个弧形槽(208)，所述紧锁机构(204)包括多个锁紧杆，各锁紧杆的上端穿过相对应的弧形槽(208)和斜槽(207)与一滑动块(205)连接，所述旋转驱动装置设置于所述固定板(202)上、且输出端与所述旋转盘(203)连接，所述旋转驱动装置驱动旋转盘(203)转动，从而带动多个锁紧杆向中心靠拢，从而实现抓取的目的。

3.根据权利要求2所述的多旋翼无人机回收装置，其特征在于，所述旋转驱动装置为舵机(206)，所述舵机(206)安装在主连接板(201)上，所述主连接板(201)位于所述固定板(202)的上方、且与所述固定板(202)固定连接，所述主连接板(201)与所述导轨装置(1)连接。

4.根据权利要求2所述的多旋翼无人机回收装置，其特征在于，所述锁紧杆的下端为橡胶体、且外表面具有便于抓取的弧面。

5.根据权利要求1所述的多旋翼无人机回收装置，其特征在于，所述导轨装置(1)包括横轴导轨(102)、横轴驱动机构、横轴滑块(104)、纵轴驱动机构、纵轴导轨(108)、纵轴滑块(110)及抓取盘安装支架(113)，其中横轴导轨(102)安装在所述起落架(6)上，所述横轴滑块(104)与横轴导轨(102)滑动连接，所述横轴驱动机构设置于所述横轴导轨(102)上、且与所述横轴滑块(104)连接，用于驱动所述横轴滑块(104)沿所述横轴导轨(102)滑动，所述纵轴导轨(108)与所述横轴滑块(104)连接、且与所述横轴导轨(102)垂直，所述纵轴滑块(110)与所述纵轴导轨(108)滑动连接，所述纵轴驱动机构设置于所述纵轴导轨(108)上、且与所述纵轴滑块(110)连接，用于驱动所述纵轴滑块(110)沿所述纵轴导轨(108)滑动，所述抓取盘安装支架(113)与所述纵轴滑块(110)连接，所述抓取盘(2)设置于所述抓取盘安装支架(113)上。

6.根据权利要求5所述的多旋翼无人机回收装置，其特征在于，所述横轴导轨(102)的两端设有横轴接触开关(105)，所述纵轴导轨(108)的两端设有纵轴接触开关(111)。

7.根据权利要求5所述的多旋翼无人机回收装置，其特征在于，所述横轴驱动机构包括横轴步进电机(101)、横轴皮带(103)、横轴编码器(106)及两个横轴皮带轮，其中横轴步进电机(101)设置于所述横轴导轨(102)的一端、且输出端与一横轴皮带轮连接，另一横轴皮带轮设置于所述横轴导轨(102)的另一端，两个横轴皮带轮通过横轴皮带(103)传动连接，所述横轴皮带(103)与所述横轴滑块(104)连接，所述横轴编码器(106)设置于所述横轴步进电机(101)上；

所述纵轴驱动机构包括纵轴步进电机(107)、纵轴皮带(109)、纵轴编码器(112)及两个纵轴皮带轮，其中纵轴步进电机(107)设置于所述纵轴导轨(108)的一端、且输出轴与一纵轴皮带轮连接，另一纵轴皮带轮设置于所述纵轴导轨(108)的另一端，两个纵轴皮带轮通过纵轴皮带(109)传动连接，所述纵轴滑块(110)与所述纵轴皮带(109)连接，所述纵轴编码器(112)设置于纵轴步进电机(107)上。

8.根据权利要求1所述的多旋翼无人机回收装置，其特征在于，所述视觉识别及定位系统(3)包括双目相机(301)和相机安装支架(302)，其中相机安装支架(302)设置于所述起落架(6)的顶部，所述双目相机(301)设置于所述相机安装支架(302)上、且与所述控制系统连接。

9.根据权利要求1所述的多旋翼无人机回收装置，其特征在于，所述控制系统包括设置于所述起落架(6)两侧的右计算机组(4)和左计算机组(5)，其中，

所述右计算机组(4)包括右计算机组安装板(404)及安装在所述右计算机组安装板(404)上的控制计算机(401)、横轴步进电机驱动器(402)及纵轴步进电机驱动器(403)，其中横轴步进电机驱动器(402)和纵轴步进电机驱动器(403)均与控制计算机(401)连接，所述横轴步进电机驱动器(402)和纵轴步进电机驱动器(403)用于驱动和控制所述导轨装置(1)；

所述左计算机组(5)包括左计算机组安装板(504)及设置于所述左计算机组安装板(504)上的视觉处理计算机(501)、差分GPS装置(502)及差分GPS数传(503)，其中差分GPS装置(502)通过串口端子连接于控制计算机(401)，且控制计算机(401)的另一个串口端子连接差分GPS数传(503)以发送位置坐标；视觉处理计算机(501)与所述视觉识别及定位系统(3)连接、且与控制计算机(401)通过串口进行通信。

10.根据权利要求1所述的多旋翼无人机回收装置，其特征在于，所述起落架(6)包括两个平行设置的支撑架(602)及设置于支撑架(602)下端的两个滑撬(601)，两个支撑架(602)之间设有多个加强杆(604)，各所述支撑架(602)的上端设有两个用于与所述无人直升机连接的安装柱(603)。

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