CN111532440A - 一种多适配的电磁力吸附无人机回收系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种多适配的电磁力吸附无人机回收系统，包括回收平台、引导系统、红外识别系统、吸附系统以及控制系统，其中，回收平台包括滑轨系统，其上装配有位置可调节的支撑固定台；所述引导系统设置在平台底板中部，无人机通过视觉传感器获取引导系统的图像并进行降落；所述吸附系统包括设置在每个所述支撑固定台上的电磁铁，在无人机的起落架上设置有与电磁铁配合的金属区；所述红外识别系统用于在检测到无人机降落时打开电磁铁进行固定。本申请具有结构简单，维护方便，可靠性高，不易受到野外杂物的影响，使用方便、通用性强等特点。

Description

一种多适配的电磁力吸附无人机回收系统
技术领域
本申请涉及无人机领域，具体涉及一种多适配的电磁力吸附无人机回收系统。
背景技术
无人机当前在军、民用领域应用非常广泛，在监视侦察、战术干扰、消防监控、农业评估等方面发挥着重要作用。
无人机回收平台能够设计提供与任务有关的机械、电气、控制系统等接口，可以大幅度提高无人机的覆盖范围、有效飞行时间；因此无人机回收平台作为无人机应用环节中的重要一环，其性能的优良对无人机的应用有很大的影响。
传统的无人机回收平台大都采用固定装置作为机械锁定装置，在野外部署时容易受到外界杂物的影响而可能导致无人机无法锁紧，可靠性不高；另外机械锁定装置的设计较为复杂，移植性差；另外由于其装配复杂，安装调试不便。另外现有技术还提出了一些专用的无人机起落平台，但只能应用于与之相适配的无人机，通用性差。
发明内容
本申请的目的是提供一种多适配的电磁力吸附无人机回收系统，用以解决现有的无人机回收平台存在的锁定机构复杂、可靠性差和通用性差的问题。
为了实现上述任务，本申请采用以下技术方案：
一种多适配的电磁力吸附无人机回收系统，包括回收平台、引导系统、红外识别系统、吸附系统以及控制系统，其中：
所述回收平台包括平台底板，平台底板上设置有相互平行的一对第一滑轨，所述一对第一滑轨上通过滑块装配有相互平行的一对第二滑轨，所述一对第二滑轨上通过滑块装配有两对支撑固定台，其中，每个第二滑轨上的支撑固定台与另外一个第二滑轨上的支撑固定台同步运动，所述滑块通过电机驱动；
所述引导系统设置在平台底板中部，引导系统包括多个拼合或堆积成特定形状的引导色块，每个引导色块涂覆不同颜色；无人机通过视觉传感器获取引导色块的图像，并将引导色块作为无人机降落的引导标志；当无人机飞抵引导色块正上方时进行垂直降落，此时无人机处于垂直降落状态；
所述吸附系统包括设置在每个所述支撑固定台上的电磁铁，在无人机的起落架上设置有与电磁铁配合的金属区；
所述红外识别系统包括设置在所述引导系统中部的红外传感器；当控制系统通过红外传感器检测到无人机处于垂直降落状态时，控制系统控制电磁铁打开至工作状态，以在无人机的起落架与支撑固定台接触时，吸附无人机起落架上的金属区，对无人机进行固定；所述控制系统上还连接有无线收发模块，当控制系统通过无线收发模块接收到来无人机的起飞指令时，控制系统控制电磁铁关闭。
进一步地，所述控制系统通过电磁继电器来控制电磁铁的工作状态，并设置有自恢复保险丝以进行过载保护。
进一步地，所述平台底板上设置有太阳能板，平台底板内部集成有蓄电池；太阳能板获取光能转化成电能存储在蓄电池中，通过蓄电池给无人机回收系统供电。
进一步地，在每一个所述第二滑轨的中部均设置有充电触点，所述无人机的起落架上这有与所述充电触点配合的充电插口。
进一步地，所述红外传感器检测到无人机处于垂直降落状态时的判定方法为：
红外传感器检测到无人机后，若无人机在垂直方向上与回收平台的距离不断减小，且距离减小过程中，水平方向的位移在设定的阈值范围内，则判定无人机处于垂直降落状态。
进一步地，所述无人机在回收平台上方的垂直降落过程中，所述控制系统根据红外传感器获取到的无人机红外图像，进行图像识别，得到无人机的起落架相对于回收平台的位置，从而通过电机调整所述支撑固定台的间距，以使调整后的支撑固定台的位置与无人机的降落位置相适配。
进一步地，当回收系统检测到当前有无人机处于垂直降落状态时，通过蓄电池的充电控制器获取蓄电池当前的剩余电量，如剩余电量不足，则通过无线收发模块发送指令给正在降落的无人机，以使无人机中断降落过程，寻找其他的回收系统。
进一步地，所述无人机搜寻回收系统的条件可以有多种，包括在电量小于一定程度时自动触发搜寻模式，通过引导色块的引导搜寻回收系统以进行降落；或者是接收到控制中心的指令后触发搜寻模式，或者是遇到特定的条件，包括大风、下雨等时触发搜寻模式寻找回收系统以暂时规避恶劣天气。
本申请具有以下技术特点：
本申请的无人机回收系统，通过在引导区域设置引导色块以便于无人机识别，引导无人机降落；采用红外识别系统，检测到无人机降落时打开电磁铁，以辅助无人机降落并进行固定，而在无人机起飞时则断开电磁铁，使无人机顺利起飞；平台设计了可调式滑轨机构，可通过调整适应不同大小的无人机起落架，另外配置了太阳能充电装置，能在无人机降落后进行充电以提高无人机的野外续航能力。本申请具有结构简单，维护方便，可靠性高，不易受到野外杂物的影响，使用方便、通用性强等特点。
附图说明
图1为本申请回收系统的整体结构示意图；
图2为回收平台部分的俯视结构示意图；
图3为无人机在降落时起落架与回收系统部分的示意图；
图4为无人机的起落架与支撑固定台配合部分的示意图；
图5为第一滑轨、第二滑轨的结构示意图；
图6为引导系统、红外识别系统的结构示意图；
图7为电磁节电器控制电磁铁的电路结构示意图。
图中标号说明：1回收平台，11平台底板，12太阳能板，13支撑固定台，14充电触点，15滑块，16第一滑轨，17第二滑轨，2引导系统，21引导色块，3红外识别系统，4吸附系统，41电磁铁，5控制系统，6起落架，61金属区，62充电插口。
具体实施方式
参见图1，本申请公开了一种多适配的电磁力吸附无人机回收系统，包括回收平台1、引导系统2、红外识别系统3、吸附系统4以及控制系统5，其中：
请参见图1至图3，本申请中，所述回收平台1包括平台底板11，平台底板11上设置有相互平行的一对第一滑轨16，所述一对第一滑轨16上通过滑块15装配有相互平行的一对第二滑轨17，所述一对第二滑轨17上通过滑块15装配有两对支撑固定台13，其中，每个第二滑轨17上的支撑固定台13与另外一个第二滑轨17上的支撑固定台13同步运动，所述滑块15通过电机驱动。
本实施例中，所述平台底板11为矩形板，如图5所示，所述一对第一滑轨16固定设置在所述矩形板的长边的边缘上。所述电机集成在滑块15内部，电机通过齿轮、齿条配合的方式，或者轮滚、轮槽配合的方式实现在第一滑轨16、第二滑轨17上的行走。为了便于调整，可选地，本实施例中，所述一对第一滑轨16以平台底板11的中心为中点进行对称移动，可以更简单和精确地调整一对滑轨的相对位置。记所述平台底板11的长边方向为X方向，短边方向为Y方向，则第一滑轨16移动时，将带动支撑平台在X方向运动。
所述支撑固定台13设置两对，每一对中的两个支撑固定台13分别位于一个第二滑轨17上。两对支撑固定台13用于在无人机降落时进行固定。当滑块15带动支撑固定台13在第二滑轨17上运动时，可使支撑平台在Y方向运动；同样地，可以以平台底板11的中心为中点，使两对支撑固定台13相对于中点对称移动。由此，通过滑块15位置的调整，可以使两对支撑固定台13共同形成不同大小的支撑区域，以供不同型号的无人机进行降落。
参见图2和图6，所述引导系统2设置在平台底板11中部，引导系统2包括多个拼合或堆积成特定形状的引导色块21，每个引导色块21涂覆不同颜色；无人机通过视觉传感器获取引导色块21的图像，并将引导色块21作为无人机降落的引导标志；当无人机飞抵引导色块21正上方时进行垂直降落，此时无人机处于垂直降落状态。
本方案中，引导系统2用于引导无人机在回收平台1上进行降落。本实施例中，引导系统2由三个引导色块21组成，色块上分别涂覆黄、蓝、红色，并拼合成“品”字形结构。这种组合外形和颜色鲜明，非常便于无人机的视觉传感器捕获和识别。无人机飞行过程中，当获取的图像中通过图像分析包含所述引导色块21的图像时，无人机将以引导色块21作为目标进行降落引导，具体为：无人机的视觉传感器不断获取引导色块21的图像，并减小与引导色块21之间的距离；当其飞抵引导色块21上方时，开始进行垂直降落，直至落在回收平台1上。
参见图3、图4，所述吸附系统4包括设置在每个所述支撑固定台13上的电磁铁41，在无人机的起落架6上设置有与电磁铁41配合的金属区61，例如将无人机起落架6的两端设置为金属杆。当电磁铁41通电后，将吸附金属杆，由此可以简单、快速、牢靠地对无人机进行固定。
如图2、图6所示，所述红外识别系统3包括设置在所述引导系统2中部的红外传感器；当控制系统5通过红外传感器检测到无人机处于垂直降落状态时，控制系统5控制电磁铁41打开至工作状态，以在无人机的起落架6与支撑固定台13接触时，吸附无人机起落架6上的金属区61，对无人机进行固定；所述控制系统5上还连接有无线收发模块，当控制系统5通过无线收发模块接收到来无人机的起飞指令时，控制系统5控制电磁铁41关闭。所述控制系统5通过电磁继电器来控制电磁铁41的工作状态，并设置有自恢复保险丝以进行过载保护，如图7所示。
其中，无人机的起飞指令来自于无人机的无线通讯装置，无线通讯装置接收到遥控器或控制中心发来的起飞指令后，将起飞指令通过无线收发模块发送给控制系统5。所述的起飞指令也可以设置为自动触发，例如当无人机在回收平台1上充电至电量超过设定的阈值(例如大于95％)后，将自动触发起飞指令给控制系统5，使无人机起飞并继续执行任务；而无人机搜寻回收系统的条件可以有多种，例如在电量小于一定程度时自动触发搜寻模式，通过引导色块21的引导搜寻回收系统进行降落；或者是接收到控制中心的指令后触发搜寻模式，也可以是遇到特定的条件，例如大风、下雨等时触发搜寻模式以暂时规避恶劣天气。
其中，所述红外传感器检测到无人机处于垂直降落状态时的判定方法为：红外传感器检测到无人机后，若无人机在垂直方向上与回收平台1的距离不断减小，且距离减小过程中，水平方向的位移在设定的阈值范围内，则判定无人机处于垂直降落状态。所述红外传感器采用红外成像和测距传感器，可以获取无人机的红外图像和距离。当其不断获取红外图像和距离的过程中，若连续几帧图像中，无人机均在图像的特定位置，例如图像中部，则可以认为无人机位于回收平台1正上方；而通过无人机在连续图像中的左右偏移程度，可得到无人机的相对偏移；由于无人机降落过程中可能受到风力影响而造成偏移，因此一定程度的偏移是允许的，无人机在偏移后会根据引导色块21的位置自动进行修正；因此在其垂直距离减小、水平位移在设定的阈值范围(例如相对于回收平台1中心偏移在1m内)，认为其处于垂直降落状态。
作为上述技术方案的进一步优化，如图1所示：
所述平台底板11上设置有太阳能板12，平台底板11内部集成有蓄电池；太阳能板12获取光能转化成电能存储在蓄电池中，通过蓄电池给无人机回收系统供电。蓄电池的充电控制器用于控制蓄电池的充放电过程，可以显示蓄电池的当前电量，充电控制器与所述控制系统5连接。当回收系统检测到当前有无人机处于垂直降落状态时，通过充电控制器获取蓄电池当前的剩余电量，如剩余电量不足(视具体情况而定，例如小于总电量的30％)，则通过无线收发模块发送指令给正在降落的无人机，以使无人机中断降落过程，寻找其他的回收系统；这样可以有效避免由于当前回收系统由于能源储备不足而不能在无人机降落后进行固定、充电的问题，避免无人机耗费降落过程的电能。
进一步地，在每一个所述第二滑轨17的中部均设置有充电触点14，所述无人机的起落架6上这有与所述充电触点14配合的充电插口62。
如图2至图4所示，两个充电触点14分别与蓄电池的正、负极连接，当无人机降落后，起落架6上的两个充电插口62分别插入充电触点14，从而构成充电循环；本方案中，充电为6s的平衡充。另外，充电触点14也可以通过滑块15活动式安装，以根据充电插口62的位置进行调整。
考虑到回收平台1与不同大小型号无人机的适配问题，本方案中进一步提供了一种自动调整支撑固定台13的方法，包括：
所述无人机在回收平台1上方的垂直降落过程中，所述控制系统5根据红外传感器获取到的无人机红外图像，进行图像识别，得到无人机的起落架6相对于回收平台1的位置，从而通过电机调整所述支撑固定台13的间距，以使调整后的支撑固定台13的位置与无人机的降落位置相适配。
由于垂直降落时，无人机的起落架6在回收平台1上的投影位置基本是不变的，而无人机相对于回收平台1的竖直距离可通过红外传感器获取，那么在无人机到达平台上方例如0.5-1m时，通过图像中起落架6相对于平台的位置，通过电机调整四个支撑固定台13的位置，使得起落架6能落在四个支撑台上，以更好地解决适配问题。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多适配的电磁力吸附无人机回收系统，其特征在于，包括回收平台(1)、引导系统(2)、红外识别系统(3)、吸附系统(4)以及控制系统(5)，其中：
所述回收平台(1)包括平台底板(11)，平台底板(11)上设置有相互平行的一对第一滑轨(16)，所述一对第一滑轨(16)上通过滑块(15)装配有相互平行的一对第二滑轨(17)，所述一对第二滑轨(17)上通过滑块(15)装配有两对支撑固定台(13)，其中，每个第二滑轨(17)上的支撑固定台(13)与另外一个第二滑轨(17)上的支撑固定台(13)同步运动，所述滑块(15)通过电机驱动；
所述引导系统(2)设置在平台底板(11)中部，引导系统(2)包括多个拼合或堆积成特定形状的引导色块(21)，每个引导色块(21)涂覆不同颜色；无人机通过视觉传感器获取引导色块(21)的图像，并将引导色块(21)作为无人机降落的引导标志；当无人机飞抵引导色块(21)正上方时进行垂直降落，此时无人机处于垂直降落状态；
所述吸附系统(4)包括设置在每个所述支撑固定台(13)上的电磁铁(41)，在无人机的起落架(6)上设置有与电磁铁(41)配合的金属区(61)；
所述红外识别系统(3)包括设置在所述引导系统(2)中部的红外传感器；当控制系统(5)通过红外传感器检测到无人机处于垂直降落状态时，控制系统(5)控制电磁铁(41)打开至工作状态，以在无人机的起落架(6)与支撑固定台(13)接触时，吸附无人机起落架(6)上的金属区(61)，对无人机进行固定；所述控制系统(5)上还连接有无线收发模块，当控制系统(5)通过无线收发模块接收到来无人机的起飞指令时，控制系统(5)控制电磁铁(41)关闭。
2.根据权利要求1所述的多适配的电磁力吸附无人机回收系统，其特征在于，所述控制系统(5)通过电磁继电器来控制电磁铁(41)的工作状态，并设置有自恢复保险丝以进行过载保护。
3.根据权利要求1所述的多适配的电磁力吸附无人机回收系统，其特征在于，所述平台底板(11)上设置有太阳能板(12)，平台底板(11)内部集成有蓄电池；太阳能板(12)获取光能转化成电能存储在蓄电池中，通过蓄电池给无人机回收系统供电。
4.根据权利要求1所述的多适配的电磁力吸附无人机回收系统，其特征在于，在每一个所述第二滑轨(17)的中部均设置有充电触点(14)，所述无人机的起落架(6)上这有与所述充电触点(14)配合的充电插口(62)。
5.根据权利要求1所述的多适配的电磁力吸附无人机回收系统，其特征在于，所述红外传感器检测到无人机处于垂直降落状态时的判定方法为：
红外传感器检测到无人机后，若无人机在垂直方向上与回收平台(1)的距离不断减小，且距离减小过程中，水平方向的位移在设定的阈值范围内，则判定无人机处于垂直降落状态。
6.根据权利要求1所述的多适配的电磁力吸附无人机回收系统，其特征在于，所述无人机在回收平台(1)上方的垂直降落过程中，所述控制系统(5)根据红外传感器获取到的无人机红外图像，进行图像识别，得到无人机的起落架(6)相对于回收平台(1)的位置，从而通过电机调整所述支撑固定台(13)的间距，以使调整后的支撑固定台(13)的位置与无人机的降落位置相适配。
7.根据权利要求1所述的多适配的电磁力吸附无人机回收系统，其特征在于，当回收系统检测到当前有无人机处于垂直降落状态时，通过蓄电池的充电控制器获取蓄电池当前的剩余电量，如剩余电量不足，则通过无线收发模块发送指令给正在降落的无人机，以使无人机中断降落过程，寻找其他的回收系统。
8.根据权利要求1所述的多适配的电磁力吸附无人机回收系统，其特征在于，所述无人机搜寻回收系统的条件包括在电量小于一定程度时自动触发搜寻模式，通过引导色块(21)的引导搜寻回收系统以进行降落；或者是接收到控制中心的指令后触发搜寻模式，或者是遇到特定的条件，包括大风、下雨等时触发搜寻模式寻找回收系统以暂时规避恶劣天气。
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