CN112061412A - 适用于多种安装需求的无人机智能机库 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于多种安装需求的无人机智能机库，包括机库本体、感知装置、控制装置、机/库通信装置，机库本体包括机箱和设置在机箱顶部的可打开的机箱盖，所述无人机待命时，系留在机箱中，工作时，机箱盖打开，无人机从机箱顶部飞出；感知装置用于感知无分机在机库内的位置以及外部无人机在机库上方的位置和外部环境，并将感知的信息传递给控制装置；控制装置包括通过机/库通信装置与无人机以及机库本体通讯和控制连接的终端设备。本发明适装性强、能实现全自主工作、提供更多无人机在库保障、具有一定机/库一体融合程度、支持集群使用和智能调度。

Description

适用于多种安装需求的无人机智能机库

技术领域

本发明涉及一种适用于多种安装需求的无人机智能机库，属于无人机智能机库的技术领域。

背景技术

随着旋翼无人机的广泛应用，与之配套的无人机库也随之应用而生，目前这类无人机库从其结构上来分主要有箱式、滑盖式、抽斗式、蚌式等；从安装平台上来分主要有地面（包括建筑物顶面）安装式、高架安装式、车载安装式等；从功能来分主要有存放式、赋能式（具有一定的环控或/和充电等保障功能）等，从控制上来分可分为人工操作式、自动控制式等。尽管无人机库五花八门，但一个明显的事实就是机库已不仅仅作为旋翼无人机的停放装置，而是作为一种为其赋能的有效手段，提升了旋翼无人机的使用效能和效益，拓展了其使用领域，增加了使用、保障的方便性，达到了一加一大于二的效果。

虽然近些年无人机库技术得到了很大发展，但由于旋翼无人机固有的一些特性，以及相对低廉的价格，对机库的技术要求和制造成本提出了特殊的约束条件，使得当前在实际应用中的机库存在诸多不足，主要有：

一是功能性与适装性的矛盾突出。由于需要使用机库的旋翼无人机主要是商用和工程级无人机，较消费级无人机具有较大的几何尺寸和重量，它们的单边翼尖距尺寸一般可达800~1000mm，重量达4000Kg（无附加载荷时），与之相应的机库的也要有一定的几何尺寸和体积，特别是当前实际应用中的机库很少只具有存放无人机这一个功能的，一般至少还为无人机提供起降平台，为保证安全起降，需要起降平台面积尽可能大，一般起降平台边长要不小于无人机最大边长2倍以上，如果以单边翼尖距800mm为例，起降平台边长为1600mm，再加上机箱结构，尺寸将更大，此外还要有足够的强度，这导致机库的几何尺寸一般较大。另外，一些功能较复杂、性能较高的机库，如具有自动归中、自动出/入库、在库充电、在库检测等功能，因功能增多，其内置部件更多、结构更为复杂，这也导致机库最大几何尺寸、体积、重量更大，从相关资料看，一些典型产品重量可达800Kg左右，最大几何尺寸接近2000mm（机库闭合状态），为了保证安装可靠，往往只能采用水泥地面多点锚定的安装方式。而且随着性能的提升和功能的增加，库内装置会相应增多，机库的体积重量会进一步加大。而另一方面，从机库安装角度讲，需要其体积、重量、最大几何尺寸，甚至受风面积都越小越好，这不仅便于安装、提高安装安全性，更重要的是能降低机库对安装环境的要求，使其适应多种环境条件下的安装和使用，也就是具有良好的适装性。比如车载安装时，当机库体积、重量太大时，显然是不合适的；另外，在一些特殊的安装环境条件下，比如高架安装，一些体积重量大的机库可以以底部锚定的方式安装在电力铁塔这类大型铁塔顶部，但对于一些小型铁塔如通信基站铁塔，顶部没有安装空间，需要安装在斜撑桁架这类简支梁类的辅助支架上，受铁塔自身的强度、安装空间和安装方式的限制，其对机库的最大几何尺寸、体积、重量、受风面积等均提出了较为严柯的要求。可以看到，一方面需要尽可能大的几何尺寸、体积、重量，以使机库能有效保证无人机安全起降以及提供更多功能，具有更为完备的功能性，但另一方面，又希望有尽可能小的几何尺寸、体积、重量，使机库具有更为良好的适装性，以满足不同环境的使用需求，得到更广泛的应用。这一矛盾在现有的无人机库产品中没有得到有效解决。

二是机库自主工作能力不足。目前无人机库人工操控的有，但大多采用了自动控制的方式，能够自动完成无人机降落后的定位归正、入库驻存、出库放飞等基本功能，有些功能更完备一些的还能自动完成库内充电（或换电）、机库环控、气象参数获取、视频监控等。但从无人机起降整个工作流程来讲，即在降落工况时，无人机进近到机库附近上方的空域前，机库要完成自检，无人机进近后，机库需要完成无人机降落引导、接受无人机降落、系留（在一些特殊应用场合如架空安装、车船等动平安装必要的功能）、归正定位、入库、入库后基本勤务保障（主要有入库充/换电、支持无人机自检并传出自检状态等）等一系列动作；在起飞工况时，起飞前需完成机库自检、无人机出库、解除系留、放飞等一系统动作。理想的控制状态是由机库自主完成起降全套动作链路，因为只有这样，才能实现所谓的“一键降落”、“一键起飞”，或者说通过一个指令完成机机库的全部起（飞）、降（落）、保（基本勤务保障）工作流程，而这对于提升机库的自动化程度，使其具备集群使用、智能调度的能力是非常必要的。而现有的机库只能完成起、降、保这些工况中部分动作的自动控制，全套的动作链路没有打通，机库的自主控制能力不足，不能满足集群使用、智能调度的需求。比如，在无人机降落过程中，由于机与库之间没有建立通信联系，机库不能对无人机进行引导，并在条件适当的情况下发出降落指令，无人机降落一般只能人工操作，或者通过无人机上的视频识别自动引导无人机降落，人工操作因不易观察（特别是机库起降平台高于人的视线时）和无人机接近起降平台气流扰动严重而难以操作，同时也只能做“一人一库”而显然不具备集群使用、智能调度的能力；机载视频识别自动引导虽然使降落过程能自主完成，但会加大无人机的复杂程度，增加其成本，同时增加其自重而降低搭载工作载荷的能力，也降低了机库“一库对多（型）机”的通用性，而这是在无人机和机库集群使用、智能调度使用模式下非常重要的性能。

三是为无人机续航力不够。虽然近些年旋翼无人机技术得到了很大发展，但由于其固有的一些特性和受到一些技术的制约，以及相对低廉的价格，使其有一些先天不足，比如旋翼无人机的继航力问题。由于目前旋翼无人机绝大多数采用电池提供能源，受电池技术限制，一般商用和工程级的无人机电池续航时间在30分钟左右，在当前的技术条件下，充电时间与工作时间之比一般都大于10：1，这使旋翼无人机无法长时间持续使用或长距离使用，严重制约了其效能的发挥和更广泛的应用，成为一个瓶颈问题。而机库不仅仅用于存放无人机，更进一步地还要为无人机赋能，以弥补其不足或提升其效能。在解决续航力问题上，现在很多机库具备了在库充电功能（包括有线或无线充电），这种解决方案虽然技术相对简单，成本相对较低，但由于充电时间太长，旋翼无人机无法长时间持续使用或长距离使用的问题并不能根本解决。另一种方案是在库自动更换电池技术，但其仍有很大的缺点：按10：1的充电时间与工作时间比来配置电池，一个机库要真正实现无人机持续工作，需配置机载电池9倍的电池，这会带来一系列新的问题，首先是电池本身的重量、体积，以及为支撑和装截这些电池造成机库结构加强和重量增大、体积增加等使其安装环境受到限制而降低机库的适装性；二是无论采用对电池串行充电或并行充电，都会增加机库电池自动更换装置复杂程度和/或机库的用电功耗，而这又会带来另一系列的问题；三是因为前述两点而造成机库制造成本增加，大大降低机库的效费比，使其难以得到应用和推广。还有一种方案是通过无人机及机库集群使用来解决。即在一个区域内部分无人机工作，部分无人机充电，并通过智能调度，使某区域内总是有无人机能根据需求在工作，解决旋翼无人机长时间持续使用问题，或者通过接力方式，解决旋翼无人机的长距离持续使用问题，此外，在解决这一问题的同时，还可带来另一些好处，比如通过智能调度，在一定的时限内，实现多机协同工作，提升旋翼无人机使用效益。这种集群使用的核心是能智能调度无人机和无人机库，无人机的集群调度已有技术基础并在实际应用中实现，如现在一些庆典活动中使用的机群空中造景等应用，因而无人机库的集群调度时这一解决方案的关键，这对无人机库提出了新的需求和更高的要求，如无人机在库状态检测、机库装载状态检测、机库与控制中心的实时通信、机库接收指令后自主完成起、降、保工况等。现有的机库不具备或不完全具备这些功能，因此不足以为无人机赋能去解决其瓶颈问题。

四是无人机与机库一体化融合不够。虽然旋翼无人机已经得到了长足发展，一些产品智能程度已相当高，并得到很多实际应用，一些已能够实现任务相对简单的集群应用，取得了良好经济和社会效益，但其先天不足制约了其效能的发挥和应用的进一步拓展，想定这样一个任务场景，当有一个空中追踪任务需要超出其最大续航力的1/2时，也就是按绝大多数现有产品的技术状态，无人机留空时间超过15分钟时，就无能为力了。当然，我们可以通过多机中继，也就是通过多架无人机接力，来破解这一问题，每架无人机工作30分钟，下一架接上去，这不仅解决了无人机长距离、长时间连续工作的问题，还使其利用率提升为原来的2倍。但这又带来一个新的问题就是完成分段任务的无人机怎么办，去哪里。解决的措施就是叠代式降落在另一个机库，简单地说就是A机从A库起飞飞往B库，B机升空后B库空出A机落下，C机升空然后B机落C库等等依次类推，这就出现了无人机及机库集群使用、智能调度的问题。这种解决方案就是利用系统的作用弥补单机的不足，挖掘了无人机的潜力，拓展了其应用，当然，其带来的作用不仅仅是解决了无人机续航力的问题，还能实现区域内多机并行工作、多机协同工作等等，这些效能是现有的单机单控、单库单控工作模式无法企及的。要实现集群使用、智能调度，必须使无人机与机库能建立密切关联，由传统使用模式下的弱相关变成强相关，使机与库朝一体化融合方向发展，并构建成一个“机/库一体化无人系统”。现有产品，无论是机还是库均没有这方面的功能，也未见开展相关整合研发的，机与库一体化融合很不够，几乎是空白。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供了一种适装性强、能实现全自主工作、提供更多无人机在库保障、具有一定机/库一体融合程度、支持集群使用和智能调度的旋翼无人机库，其具体技术方案如下：

一种适用于多种安装需求的无人机智能机库，包括机库本体、感知装置、控制装置、机/库通信装置，

所述机库本体包括机箱和设置在机箱顶部的可打开的机箱盖，所述无人机待命时，系留在机箱中，工作时，机箱盖打开，无人机从机箱顶部飞出；

所述感知装置包括设置在机箱内部用于感知无人机位置的箱内感知装置和设置在机箱外部用于感知环境的箱外感知装置，并将感知的信息传递给控制装置；

所述控制装置包括通过机/库通信装置与无人机以及机库本体通讯和控制连接的终端设备。

进一步的，所述机箱盖包括两个对称的盖体，盖体呈矩形形状，两个所述盖体拼接缝位于机箱顶部的一条中线上，所述盖体相互拼接的一边设置有Z字形式弹性密封胶条，其他三边下翻，下翻的内部设置有滑轨，所述机箱顶部沿着盖体滑动方向的两侧设置有滑轨，所述盖体滑轨与机箱滑轨配合，构成滑动副。

进一步的，所述盖体的下表面设置有两条以上齿条，所述移动副将盖体顶起的高度大于齿条的高度，每条齿条均设置有与其啮合的齿轮，所有齿轮的中心均贯穿在同一个齿轮轴上，所述齿轮轴的一端设置有轴承，另一端设置有电机，所述轴承和电机分别设置于机箱内的一组相对边，电机驱动齿轮轴旋转，带动盖体移动。

进一步的，所述机箱内的底部还设置有升降执行机构和升降板，所述升降执行机构驱动升降板水平升高或下降；

所述升降执行机构包括电动推杆、行程开关、X型支架、X型支架滑轨，所述电动推杆设置有气缸，所述行程开关控制气缸驱动电动推杆的行程，进而控制X型支架变形升高或降低的行程。

进一步的，所述升降板上设置有多功能集成动态起降平台，所述多功能集成动态起降平台包括起降板、以及设置在起降板上的超声波探头阵列、无线充电装置发射端阵列、电磁系留装置磁头阵列、电磁接插装置插座端阵列、归正定位装置推杆、归正定位装置正交同步执行机构；

所述起降板下方还设置有起降板两自由度运动执行机构。

进一步的，所述超声波探头阵列包括多个阵列分布在起降板所开的对应数量的贯穿孔内的探头，每个探头向上以一定的张角辐射声波，若有回波时接收回波，其底部引线由起降板反面引出，进入驱动盒，多个探头与起降板共同构成阵列式三座标超声波测距定位装置的收发阵面；

所述无线充电装置发射端阵列包括多个等距均匀分布在起降板中部区域所开的对应数量的非贯穿孔内充电装置发射端组件，非贯穿孔的中部有圆形小孔贯穿，以将发射端组件电源线从起降板反面引出到无线充电驱动盒中，无线充电驱动盒安装在起降板反面，所有的发射端组件共用一个驱动盒，驱动盒由电源箱供电，是否工作由监控箱控制；

所述电磁系留装置磁头阵列包括多个等距均匀分布在起降板中部区域所开的对应数量的贯穿孔内的电磁系留装置磁头，电源线从起降板反面穿出，经接线箱与监控箱连接，是否工和由监控箱控制；工作时，当无人机降落并归正定位后，电磁系留装置磁头通电，将无人机固定住，断电后释放；

所述电磁接插装置插座端阵列包括多个等距均匀分布在起降板中部区域所开的对应数量贯穿孔内的电磁接插装置插座端，信号线起降板反面穿出后经接线箱与监控箱连接，每个插座端位置与安装于无人机起落架下部的插头端对应，工作时，当无人机降落并归正定位后，无论无人机首向朝向哪个方向，插头端总能与一个插座端对应，当监控箱控制插座端通过电后，插头端与插座端连接，无人机与机库库内通信信道建立物理连接；

所述归正定位装置推杆包括4根与起降板边平行的推杆，2根一组，2组相互垂直，其中一组在另一组的上方，确保运动时互不干涉，每组内的2根作同步相向运动，4根推杆均与归正定位装置正交同步执行机构相连接，平时处于起降板的外沿，工作时，受执行机构驱动，2组4根推杆同步向起降板中部运动，并作用在无人机起落架上，将任意位置和朝向无人机推到起降板中央，因为起落架也呈正方形式布置，所以最终会使无人机首向朝向与起降板一边垂直，当无人机到位后，4根推杆向相反方向移动，回到起降板外沿；

所述归正定位装置正交同步执行机构安装于起降板的反面，包括2根电动推杆、同步牵引机构、8个推杆连接件， 2根电动推杆平行且之间预留间距，一端与起降板连接，另一端与同步牵引机构的牵引杆相连；同步牵引机构包括牵引杆、若干导向轮、牵引链索，牵引杆两端与牵引链索连接，并向其传导电动推杆的运动，导向轮与牵引链索将电动推杆的直线运动转化为围绕起降板四边的正交同步运动；8个推杆连接件2个一组，对称与牵引链索连接，并在起降板边沿伸出，与4根归正定位装置推杆连接，以传导牵引链索的运动，工作时，当电动推杆受到来自监控箱的控制信号伸出时，2根电动推杆同步动作，推动牵引杆运动并保持平衡，牵引杆带动牵引链索运动，推杆连件再带动归正定位装置的2组装4根推杆作相互垂直方向的同步运动，归正定位无人机；当电动推杆受到控制信号收回时，归正定位装置的2组装4根推杆与前述运方向相反，回到起降板外沿。

进一步的，所述起降板两自由度运动执行机构安装在升降板上，包括X方向移组件、Y方向移动组件，使安装于其上的多功能集成动态起降平台能沿X和Y两个垂直方向在平面内移动；

X方向移组件包括安装底板、步进电机、丝杆、X方向安装过渡板、滑动及支承导轨，安装底板与升降板连接，丝杆、支承导轨安装在安装底板上，步进电机安装在丝杆上，X方向安装过渡板安装在丝杆的滑块和支承导轨上；

Y方向移组件包括安装底板、步进电机、丝杆、起降平台安装过渡板、滑动及支承导轨，安装底板与X方向安装过渡板连接，丝杆、支承导轨安装在安装底板上，步进电机安装在丝杆上，起降平台安装过渡板安装在丝杆的滑块和支承导轨上，两个步进电机、均由电源箱供电、通过各自驱动器与监控箱连接。

进一步的，所述感知装置包括阵列式三座标超声波测距定位装置、无人机在/离库感知传感器、视频摄像头和风速风向仪；

所述阵列式三座标超声波测距定位装置通过对机库上方空域内进行探测，并实时确定无人机与多功能集成动态起降平台为座标系的X方向、Y方向和高度H三维座标数据，传送给监控监控箱，包括超声波探头、驱动盒、控制盒；

超声波探头辐射声波并接收回波，集成安装在多功能集成动态起降平台上，多个超声波探头与起降板共同构成阵列式三座标超声波测距定位装置的收发阵面；

驱动盒驱动超声波探头工作、对多路超声波探头集线并与控制盒通信，其安装于起降板反面；

控制盒由电源箱供电，通过驱动盒完成对收发阵面的控制，按相应的算法完成对目标三维座标的解算，与监控箱通信，接收工作指令和传送无人机座标数据，其安装在机箱内底板上，其由计算机控制多超声波探头协同工作，在收发阵面上形成一个倒梯型台形的探测空间，并按相应算法解算出进入该区域内物体的三维座标；

视频摄像头和风速风向仪安装于机库外部的高安装支点；

无人机在/离库感知传感器包括一组红外发射/接收器，在机库内安装，用于检测无人机是否在库，姿态是否正常，感知状态数据传送到监控箱。

进一步的，所述控制装置包括监控箱、电源箱、监控台、控制柜机架。

进一步的，还包括附属装置，附属装置包括无人机起降警示灯、接线盒、信息接口板、能源接口板、环控装置。

本发明的有益效果是：

在本发明中，主要开发了多功能集成动态起降平台，实现了在提高机库适装性的同时，动态增大起降面积；开发了“阵列式三座标超声波测距定位装置”，实现对进近无人机的主动感知，为机库全自主完成起、降流程提供了技术支撑；开发了“机/库通信装置”，实现了对进近无人机降落的自主引导和控制；开发了“电磁接插装置”，实现了库内无人机的通信，为库内无人机自检和开展其他在库勤务保障提供了技术支持；开发的模块式控制装置，并利用库内、库外与无人机的通信手段，初步实现了机/库融合；开发了基于以太网的机库对外（控制中心）通信功能，使其即能独立作为机库使用，又能支持集群使用和智能调度。采用模块化设计，能够针对不同的应用场景进行调整，用途广泛。具体优点如下：

1、适装性更好，能适应多种安装载体和安装环境。在停载一般商用或工程旋翼无人机（单边翼尖间距尺寸一般800~1000mm）时，因采用“多功能集成动态起降平台”，在保证等效起降面积足够大时，与通常的机库相比，体积更小、重量更轻，结构更紧凑。以单边翼尖间距尺寸为800mm的工程无人机为例，机库的最大几何尺寸为1200mm时，重量≤200Kg，最大受风面积≤1.5m²，而起降平台等效边长≥1600mm，等效面积≥2.56 m²，与未采用这一技术的机库相当，但最大几何尺寸为一般机库的2/3，体积、重量则小很多。在实现同等功能的前提下，由于体积小、重量轻，其适装性更为良好，能够通过底部锚定平面安装，如地面、小型货车车箱、小型水面船舶甲板、大型铁塔顶部等；可通过过渡支架，高架侧面安装，如小型铁塔侧面、船舶舷侧和上层建筑侧面、建筑物侧面等。

2、能够全流程自主工作，自动化程度更高。因在“多功能集成动态起降平台”上集成了自行研发的“阵列式三座标超声波测距定位装置”，使机库最备了主动感知的能力，能够对进入控测区域的无人机进行三座标定位，并将数据传送给控制计算机，计算机解算后驱动“多功能集成动态起降平台”在水平面内向无人机垂直投影方向移动，以此等效地扩大起降平台面积，并通过“机/库通信”引导无人机移动、下降、着陆。这一系列动作打通了机库全流程自主工作链路的关键环节，是摆脱一库一控、人工操控，实现“一键降落”必要手段，也是现有其他机库不具有的功能。机库全流程自主工作不仅简化了操作难度、减少了操作人员、提高了自动化程度，更重要的是具备了集群使用和智能调度所必需的技术条件。

3、实现机/库互联，性能更优功能更全。通过“机/库通信装置”和“电磁接插装置”分别实现了机库与无人机在库外和库内的互联，这不仅支撑了机库全流程自主工作的实现，也能进一部丰富和完善机库功能，如无人机在库内通过“电磁接插装置”与机库连接后，能够通过机库启动无人机及所携工作载荷开机自检，并将其自检状态数据下传；能实时监测无人机充（换）电状态；能使无人机通电寻星（GPS卫星）；能通过机库远程（指超出现有旋翼无人机3~5Km的遥控距离）向无人机传送任务指令、航路规划等。通过机/库互联，初步实现机/库融合，验证了创新提出的“机/库一体化无人系统”的概念并构建了原型，使从系统角度更合理地分配机与库的功能，以系统的优势弥补单机的不足，防止设备“忙闲不均”，均衡单机成本、降低系统成本成为可能，将机库为无人机有限的赋能转而成以系统为无人机更多的赋能。同时，这一机库也打开了“机/库一体化无人系统”深度开发之门。

4、支持集群使用和智能调度。基于以太网的机库对外（控制中心）通信功能，全流程自主工作的能力，机/库互联让库内的无人机能够通过机库处于时时受控的状态，使单个机库具备了成为机库群的一个节点的条件。远程控制中心—机库—无人机的通信和控制链路打通后将形成一个以控制中心为核心，以机库为节点，以无人机为终端的无人机集群应用网络，这也为无人机和机库群的智能调度提供了物理条件。其中的关键便是所研发的这一机库，上述的一些创新性功能保证了其能够支持集群使用和智能调度。此外，只要将以太网通信模块更换为5G通信模块，便可使该机库成为面向5G应用的设备，待5G通信推广、成熟后，稍作调整，就可利用5G公共网络，使机库组网更方便，应用更灵活，所以，这一机库也是5G通信潜在的应用对象。

5、模块化设计，灵活多变适应不同需求。通过采用模块化设计，能够针对不同的应用需求，调整功能模块，以适应不同的应用场景。如，当机库需要高架安装时，为尽量减轻机库重量，同时方便日常维护，将电源和监控模块从机库中移出，安装于地面监控柜内，地面控制箱与机库通过信息接口、能源接口间的电缆连接（距离≤15000mm）；当机库需要安装于地面或小型货车车箱中时，为使机库更紧凑，所占空间更少，则将电源和监控模块安装于机库内，其面板安装在机箱外表面，取消监控柜。又如，当因成本限制，仅需机库归正定位、入库存放等一些基本功能，由人工操控无人机起降时，可用“基本起降平台”模块替换“多功能集成动态起降平台”模块；当机库需要安装在船舶上使用时，无人机起降系留变得很重要，则可用“系留加强型起降平台”模块等等。这种基于功能的模块化设计，使该机库可菜单式选配功能、积木化搭载组装，能快速而灵活地应对不同需求，适应多种应用场景。

附图说明

图1是本发明的整体示意图，

图2是本发明的机库本体的侧视图，

图3是本发明的集成起降平台的侧视图，

图4是图3的俯视图，

图中：1—机库本体，2—感知装置，3—控制装置，4—机/库通信装置，5—附属装置， 1-1—机箱、1-2—机箱盖、1-3—机箱盖开/关执行机构、1-4—升降板、1-5—升降执行机构、1-6—多功能集成动态起降平台、1-7—起降板，1-6-1—起降板、1-6-2—超声波探头阵列、1-6-3—无线充电装置发射端阵列、1-6-4—电磁系留装置磁头阵列、1-6-5—电磁接插装置插座端阵列、1-6-6—归正定位装置推杆、1-6-7—归正定位装置正交同步执行机构、1-6-8—起降平台蒙皮，2-1—阵列式三座标超声波测距定位装置、2-2—视频摄像头、2-3—风速风向仪、2-4—无人机在/离库感知传感器，3-1—监控箱、3-2—电源箱、3-3—监控台、3-4—控制柜机架，4-1—机/库无线通信装置、4-2—电磁接插装置（对应RS422接口），5-1—无人机起降警示灯、5-2—接线盒、5-3—信息接口板；5-4—能源接口板；5-5—环控装置。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

（一）结构说明：

以下按最完整功能模块状态（不包括其他简化功能模块）说明：参见图1-4

1.一种适用于多种安装需求的无人机智能机库由1机库本体、2感知装置、3控制装置、4机/库通信装置、5附属装置等5部分组成；

2.机库本体主要由1-1机箱、1-2机箱盖、1-3机箱盖开/关执行机构、1-4升降板、1-5升降执行机构、1-6多功能集成动态起降平台、1-7起降板两自由度运动执行机构组成；

3.多功能集成动态起降平台主要由1-6-1起降板、1-6-2超声波探头阵列、1-6-3无线充电装置发射端阵列、1-6-4电磁系留装置磁头阵列、1-6-5电磁接插装置插座端阵列、1-6-6归正定位装置推杆、1-6-7归正定位装置正交同步执行机构、1-6-8起降平台蒙皮等组成；

4.感知装置主要包括：2-1阵列式三座标超声波测距定位装置、2-2视频摄像头、2-3风速风向仪、2-4无人机在/离库感知传感器；

5.控制装置主要包括：3-1监控箱、3-2电源箱、3-3监控台、3-4控制柜机架；

6.机/库通信装置主要包括：4-1机/库无线通信装置、4-2电磁接插装置（对应RS422接口）；

7.附属装置主要包括：5-1无人机起降警示灯、5-2接线盒、5-3信息接口板；5-4能源接口板；5-5环控装置。

（二）原理说明：

1.机库本体工作原理。

1.1 1-1机箱。机箱由机架结构件和围壁构成，①作为机库的主要承载结构；②为机库的其他设备提供安装平台和安装空间；③与机箱盖共同构成封闭环境，在无人机入库后提供驻留空间。

1.2 1-2机箱盖。由结构件及蒙皮构成的两片尺寸相同，结构对称的盖体组成，可分别向两边移动，盖体三边下翻，中间为Z字形式弹性密封胶条，相互对扣。①下翻部分用于在机箱盖闭合后保护机箱盖滑轨，也起到防雨作用；②密封胶条主要是在机箱盖闭合后起到防水作用，同时也起到闭合动作瞬间的防撞缓冲作用。

1.3 1-3机箱盖开/关执行机构。由机箱盖滑轨、步进电机、同步牵引机构组成。①机箱盖滑轨：两组机箱盖滑轨分别对称安装于机箱上沿口的前、后一侧，其固定部分与机箱连接，移动部分与机箱盖连接，以使机箱盖能分别向两侧来回移动；②步进电机：1台步进电机安装在机库底部，为机箱盖运动提供动力，其由开关电源供电，并接受来自监控箱的脉冲信号、控制信号，按设定的转向和转数完成相应的转动；③同步牵引机构，由安装在电机由上的驱动轮、若干导向轮、牵引链索共同组成，牵引链索与机箱盖滑轨移动部分连接，通过对称分布的布链盘索方法，在电机不同转向时，带动机箱盖滑轨移动部分同步相向运动或同步背向运动，从而实现机箱盖的开或关。机箱盖开关的方向与电机转向相关，机箱盖的行程与电机的转数和驱动轮大小相关，而电机的转数与脉冲数相关，即L=2πR*k*N，其中L为机箱盖的程，R为驱动轮半径，k为电机每步进一步对应的转角与整圆角（360°）之比，是一个系数，可通过电机驱动器选择设定，N为脉冲数。根据所需行程，计算脉冲数后，在监控计算机软件中设定即可。

1.4 1-4升降板。升降板安装于1-5升降执行机构项部，用于安装1-7起降板两自由度运动执行机构。

1.5 1-5升降执行机构。升降执行机由电动推杆、行程开关、X型支架、X型支架滑轨等部分组成。其安装于机箱底部强力结构上，顶推安装于其上的其他装置及无人机作上下运动，并最终实现无人机的上升出库和下降入库。①电动推杆：设有1个电动推杆，由3-2电源箱提供电源，伸缩动作由3-1监控箱控制，伸缩的长度与X支架上升或下降的高度呈线性关系，比例系数是一个常数，根据X支架上升或下降的高度可方便地计算出电动推杆伸缩行程，并确定行程开关的安装位置；②行程开关：两个行程开关分别设置在升到位和降到位处，其采集的状态信号返回监控箱，计算机控制软件判断后，通过控制信号控制电动推杆作相应的动作；③X型支架：用作支承重量，传导并转化电动推杆伸缩运动为上下运动；④X型支架滑轨：分上下两组滑轨，约束X型支架运动并保持其上下端面水平。

1.6 1-6多功能集成动态起降平台。主要由1-6-1起降板、1-6-2超声波探头阵列、1-6-3无线充电装置发射端阵列、1-6-4电磁系留装置磁头阵列、1-6-5电磁接插装置插座端阵列、1-6-6归正定位装置推杆、1-6-7归正定位装置正交同步执行机构、1-6-8起降平台蒙皮。①1-6-1起降板：是1-6多功能集成动态起降平台其他部件的支承部件，也是无人机起降的支承面，其与1-7起降板两自由度运动执行机构上安装过渡板连接；②1-6-2超声波探头阵列：25个探头等距均匀分布在1-6-1起降板所开的25个贯穿孔内，每个探头向上以一定的张角辐射声波，若有回波时接收回波，其底部引线由1-6-1起降板反面引出，进入驱动盒，25个探头与1-6-1起降板共同构成2-1阵列式三座标超声波测距定位装置的收发阵面。③1-6-3无线充电装置发射端阵列：4个充电装置发射端组件等距均匀分布在1-6-1起降板中部区域所开的4个非贯穿孔内，其中部有圆形小孔贯穿，以将发射端组件电源线从1-6-1起降板反面引出到无线充电驱动盒中，无线充电驱动盒安装在1-6-1起降板反面，4个发射端组件共用一个驱动盒，驱动盒由电源箱供电，是否工作由监控箱控制。4个发射端组件的布置位置根据偏置安装在无人机起落架上的一个无线充电接收端的位置确定的，由于无人机在降落过程中扰动因素很多很复杂，落在起降平台后其首向朝向哪个方向是随机的，经1-6-6归正定位装置推杆归正定位也只能保证无人机处于1-6-1起降板的中心位置和其首向与1-6-1起降板的一边垂直，充电接收端所处位置也是随机，但由于4个发射端组件任何一个都可以与这对应，所以无论无人机首向朝向哪个方向，其充电接收端均可以与其中一个配对充电，另外，由于发射、接收端最大有效工作距离仅为18mm，其他3个未配对的此时功耗很低，几乎处于不工作状态。④1-6-4电磁系留装置磁头阵列：4个电磁系留装置磁头等距均匀分布在1-6-1起降板中部区域所开的4个贯穿孔内，电源线从1-6-1起降板反面穿出，经接线箱与监控箱连接，是否工和由监控箱控制。安装于其起落架底部的4个硅钢片呈正方形布置，与4个磁头一一对应，由于是正方形，所以无论无人机首向朝向哪个方向，均可对应上，此外，考虑到定位误差，硅钢片直径略大于磁头直径，以确保其正常工作。工作时，当无人机降落并归正定位后，电磁系留装置磁头通电，将无人机固定住，断电后释放。⑤1-6-5电磁接插装置插座端阵列：4个电磁接插装置插座端等距均匀分布在1-6-1起降板中部区域所开的4个贯穿孔内，信号线1-6-1起降板反面穿出后经接线箱与监控箱连接，每个插座端位置与安装于无人机起落架下部的1个插头端对应。工作时，当无人机降落并归正定位后，无论无人机首向朝向哪个方向，插头端总能与一个插座端对应，当监控箱控制插座端通过电后，插头端与插座端连接，无人机与机库库内通信信道建立物理连接。需要说明的是为尽可能减少干扰，机上插头端安装在起落架上远离无线充电接收端的一边，同时采用RS422接口，以差分方式工作。⑥1-6-6归正定位装置推杆：其作用是将降落在1-6-1起降板上，位置和机首向朝向均为随机状态的无人机推到1-6-1起降板中央，并使机首向朝与1-6-1起降板的任一边垂直。其由4根与1-6-1起降板边平行的推杆组成，2根一组，2组相互垂直，其中一组在另一组的上方，确保运动时互不干涉，每组内的2根作同步相向运动，4根均与1-6-7归正定位装置正交同步执行机构相连接，平时处于1-6-1起降板的外沿，工作时，受执行机构驱动，2组4根推杆同步向1-6-1起降板中部运动，并作用在无人机起落架上，将任意位置和朝向无人机推到1-6-1起降板中央，因为起落架也呈正方形式布置，所以最终会使无人机首向朝向与1-6-1起降板一边垂直，当无人机到位后，4根推杆向相反方向移动，回到1-6-1起降板外沿。⑦1-6-7归正定位装置正交同步执行机构：由电动推杆、同步牵引机构、推杆连接件组成。其作用是驱动1-6-6归正定位装置的2组装4根推杆作相互垂直方向的同步运动，安装于1-6-1起降板的反面。2根电动推杆中间保持一定间距平行安装，一端与1-6-1起降板连接，另一端与同步牵引机构的牵引杆相连；同步牵引机构包括牵引杆、若干导向轮、牵引链索，牵引杆两端与牵引链索连接，并向其传导电动推杆的运动，导向轮与牵引链索将电动推杆的直线运动转化为围绕1-6-1起降板四边的正交同步运动；8个推杆连接件2个一组，对称与牵引链索连接，并在1-6-1起降板边沿伸出，与4根1-6-6归正定位装置推杆连接，以传导牵引链索的运动。工作时，当电动推杆受到来自监控箱的控制信号伸出时，2根电动推杆同步动作，推动牵引杆运动并保持平衡，牵引杆带动牵引链索运动，推杆连件再带动1-6-6归正定位装置的2组装4根推杆作相互垂直方向的同步运动，归正定位无人机；当电动推杆受到控制信号收回时，1-6-6归正定位装置的2组装4根推杆与前述运方向相反，回到1-6-1起降板外沿。电动推杆的行程根据无人机起落架几何尺寸，换算成1-6-6归正定位装置推杆的移动距离，并据此设定电动推杆上的行程开关位置确定。⑧1-6-8起降平台蒙皮：采用碳纤维材料，粘贴于1-6-1起降板上，以保括组装于其上的相关部件，并减小磨擦力以便天无人机在归正定位时滑动。

1.7 1-7起降板两自由度运动执行机构。其安装于1-4升降板上，主要由X方向移组件、Y方向移动组件组成，其作用是使安装于其上的1-6多功能集成动态起降平台能沿X和Y两个垂直方向在平面内移动。①X方向移组件：由安装底板、步进电机、丝杆、X方向安装过渡板、滑动及支承导轨组成。组件通过安装底板与1-4升降板连接，丝杆、支承导轨安装在其上，步进电机安装在丝杆上，X方向安装过渡板安装在丝杆的滑块和支承导轨上；②Y方向移组件：由安装底板、步进电机、丝杆、起降平台安装过渡板、滑动及支承导轨组成。组件通过安装底板与X方向安装过渡板连接，丝杆、支承导轨安装在其上，步进电机安装在丝杆上，起降平台安装过渡板安装在丝杆的滑块和支承导轨上。两个步进电机、均由电源箱供电、通过各自驱动器与监控箱连接。由于X、Y两个方向的工作原理相同，现以X方向为例进行说明：监控箱向步进电机送出转动方向和脉冲信号，驱动步进电机转动，电机带动丝杆转动，丝杆推动其上的滑块作直线运动，滑块带动X方向安装过渡板运动，安装过渡板下的滚轮在支承导轨上滚动，以通过滚轮、导轨的支撑作用加强安装过渡板的承载能力。关于移动距离控制的原理：丝杆滑块的移动距离实际上就是安装于其上的Y方向移组件沿X方向的行程，也就是1-6多功能集成动态起降平台能X沿X方向的行程，这一行程与电机的转数和丝杆的螺纹导程相关，而电机的转数与脉冲数相关，即L=S*k*N, 其中L为行程，S为丝杆螺纹导程（因丝杆为单线螺纹，导程S=螺距P），查丝杆技术文件可获得，k为电机每步进一步对应的转角与整圆角（360°）之比，是一个系数，可通过电机驱动器选择设定，N为脉冲数。监控计算机根据所需移动的行程，计算脉冲数后送出即可控制行程；关于定位移动的工作原理：要将1-6多功能集成动态起降平台沿X方向移动到一个指定的座标点，再从这个从标点移到一个新的坐标点，可以通过丝杆滑块来说明，丝杆滑块初始位置在丝杆的中点，设为坐标（0，0）点，需要运动到（+A，0）点处，监控箱给出电机正转信号，同时给出脉冲数N=A/Sk，步机电机执行后到达（+A，0）点，现需要定位移动到（-B，0）点，监控箱给出电机反转信号，同时给出脉冲数N=（A+B）/ Sk，步机电机执行后到达（-B，0）点。关于按座标点定位移动的通用算法这里不再展开。这一原理同样适用于Y方向，当X、Y方向同时移动时，就可以使1-6多功能集成动态起降平台定点移动到平面上任意指定的（X，Y）点（在可移动范围内）。

2.感知装置工作原理

2.1 2-1阵列式三座标超声波测距定位装置。由超声波探头、驱动盒、控制盒组成。其主要功能是通过对机库上方一定空域内进行探测，并实时确定无人机与1-6多功能集成动态起降平台为座标系的X方向、Y方向和高度H三维座标数据，传送给监控3-1监控箱。①超声波探头：辐射声波并接收回波，集成安装在1-6多功能集成动态起降平台上，多个超声波探头（数量可根据性能要求设计确定）与1-6-1起降板共同构成2-1阵列式三座标超声波测距定位装置的收发阵面；②驱动盒：驱动超声波探头工作、对多路超声波探头集线并与控制盒通信，其安装于1-6-1起降板反面；③控制盒：由3-2电源箱供电，通过驱动盒完成对收发阵面的控制，按相应的算法完成对目标三维座标的解算，与3-1监控箱通信，接收工作指令和传送无人机座标数据，其安装在1-1机箱内底板上。其主要工作原理是由计算机控制多超声波探头协同工作，在收发阵面上形成一个倒梯型台形的探测空间，并按相应算法解算出进入该区域内物体的三维座标（可根据需求设定为极座标或直角座标）。由于此装置将另行申请专利，有关具体组成和工作原理在此不详细说明。

2.2 2-2视频摄像头。货架产品，其主要为3-3监控台提供无人机起降过程和机库情况的视频，当机库外部有高安装支点（高于机库安装后顶部高度，但≤5000mm，距离机库1000~3000mm)时，尽可能离库安装，无外部安装支点时通过机库后上方的安装支架安装。

2.3 2-3风速风向仪。货架产品，其主要实时采集机库周边的风速风向，并将数据传送到3-1监控箱，安装方式与视频摄像头相同。

2.4 2-4无人机在/离库感知传感器。由一组红外发射/接收器组成，在机库内安装，用于检测无人机是否在库，姿态是否正常，感知状态数据传送到3-1监控箱。

3.控制装置工作原理

3.1 3-1监控箱。监控箱主要由机箱体、机箱面板、电缆接插件板、计算机板、接口板、继电器板、信号转换板等组成，是机库的控制中枢，当与机库采用分离式安装时，其安装于3-4控制柜机架内，当与机库一体式安装时，其面板取代5-3信息接口板的位置，固装于1-1机箱内。①机箱体：货架产品，为标准抽斗式机箱，为其他部件提供安装支承和安装空间；②机箱面板：机箱体的正面，安装机库工作状态指示灯等；③电缆接插件板：机箱体的背板，安装有若干航空接插件的插座，通过电缆（≤15m)和安装于1-1机箱上的5-3信息接口板，使3-1监控箱与机库上的相关装置和传感器连接；④计算机板：安装于机箱体内，主要用于处理所接受感知信息，完成1-6多功能集成动态起降平台运动位置解算，按全自主工作流程控制规划实时发出相关控制指令使机库协调工作，通过接口板和/或继电器板、信号转换板输出控制信息、控制信号，并接收来自机库的各相关状态信息；⑤接口板：安装于机箱体内，主要用于实现计算机板与各外部接口的连接，主要包括若干RS232、RS422、485、WiFi、CAN、以太网、编码器接口等；⑥继电器板：安装于机箱体内，将计算机板I/O端口输出的微弱通/断电控制信号转化为可驱动机库相关部件执行的通/断电信号。⑦信号转换板：安装于机箱体内，用于调整计算机板I/O端口输出/输入电平，对一些不用继电器的装置进行控制，如步进电机的驱动等，或者使输入的状态信号能与计算机板I/O端口所要求电平匹配，如TTL电平等。

3.2 3-2电源箱。电源箱主要由机箱体、机箱面板、电缆接插件板、开关电源等组成，当与机库采用分离式安装时，其安装于3-4控制柜机架内，当与机库一体式安装时，其面板取代5-4能源接口板的位置，固装于1-1机箱内。①机箱体：货架产品，为标准抽斗式机箱，为其他部件提供安装支承和安装空间；②机箱面板：机箱体的正面，安装机库工作启动开关、应急断电开关、电流表、电压表、开关电源工作状态指示灯等；③电缆接插件板：机箱体的背板，安装有若干航空接插件的插座，通过电缆和安装于1-1机箱上的5-4能源接口板，为机库上的相关装置和传感器供电；④开关电源：货架产品，安装于机箱内，主要包括3V、5V、12V、24V开关电源。

3.3 3-3监控台。工控笔记本电脑（工作条件良好时可用普通笔记本电脑），通过以太网口以及通用串口（USB转485串口后用双绞线）与3-1监控箱连接（直连时，电缆≤100m），在有人操作时，其作为机库监视操控的人机界面，其显示屏主要分区显示：2-2视频摄像头摄取的画面、机库（工作/自检）状态、无人机自检状态、电池充电状态、无人机在库状态示图、2-3风速风向仪采集的机库周边实时风速风向、无人机座标、1-6多功能集成动态起降平台座标、起飞准备键、起飞键、降落准备键、降落键、飞机自检键等。

3.4 3-4控制柜机架。货架产品，当3-1监控箱和3-2电源箱与机库采用分离式安装时，用于安放这两个装置，并共同组成控制柜。

4.机/库通信装置工作原理

4.1 4-1机/库无线通信装置。货架产品，主要包括天线、馈线、通信盒，完成机库与无人机在库外的通信功能。①天线：安装于1-1机箱外壁，通过馈线与通信盒连接；②馈线：布设在机库内；③通信盒：安装在1-1相箱底板上，由3-2电源箱供电，其一端与天线相连，另一端通过以太网RJ45插口与3-1监控箱连接。工作时，通过与加装无人机上的机载机/库通信端共同完成通信，在选定通信频率时选择5GHz，以尽量避开无人机无线遥控频率。此装置分为机载端和库载端，由于将另行申请专利，有关具体组成和工作原理在此不详细说明。

4.2 4-2电磁接插装置。与电磁接插装置插座端阵列相同。

5. 附属装置

5.1 5-1无人机起降警示灯。货架产品，安装在1-1机箱外正面，与3-1监控箱连接，在无人要起飞或降落操作过程中红光闪烁，起到警示作用。

5.2 5-2接线盒。货架产品，安装在1-4升降板或1-1机箱底板上，库内相关装置信号线、控制线、电源线分类转接到5-3信息接口板或5-4能源接口板的航空接插件的接线端子上。

5.3 5-3信息接口板。安装有若干信号线电缆、控制线电缆航空接插件的插座，当监控箱与机库采用分离式安装时，其安装1-1机箱表面，当监控箱与机库采用一体式安装时，其固装于1-1机箱内。

5.4 5-4能源接口板。安装有若干电源电缆航空接插件的插座，当电源箱与机库采用分离式安装时，其安装1-1机箱表面，当电源箱与机库采用一体式安装时，其固装于1-1机箱内。

5.5 5-5环控装置。货架产品，一般采用轴流风机，安装1-1机箱底部，主要用于通风散热。根据需求可选用汽车驻车空调，安装在安装1-1机箱侧面。

（三）动作关系说明：

1无人机起飞

1.1监控台开机。打开3-3监控台电源。

1.2机库开机。打开在3-2电源箱上的电源总开关，3-2电源箱内各开关电源工作，并向机库各用电部位供电，主要动作：①控制计算机开机：3-1监控箱计算机板启动并完成初始化；②摄像头开机：2-2视频摄像头通电工作，3-3监控台显示屏视频显示区显示机库视频；③风速风向仪通电：2-3风速风向仪通电工作。3-3监控台显示屏气象显示区显示机库近区瞬时风速、风向。

1.3起飞准备。在3-3监控台开机上点击“起飞准备”按钮，3-3监控台显示屏指令复示区显示“时：分：秒 起飞准备”，该指令传到3-1监控箱，计算机调用起飞准备程序：①机库自检：完成自检后将状态经3-1监控箱转发回3-3监控台并在显示屏上显示各自检项目状态；②无人机自检：完成自检后将状态、电池电量经3-1监控箱转发回3-3监控台并在显示屏上显示；③机库开盖：打驱动1-3机箱盖开/关执行机构动作，打开1-2机箱盖，④无人机寻星：通过1-6-5电磁接插装置，向无人机传送寻星（GPS卫星）指令，无人机寻星并将状态经1-6-5电磁接插装置传回经3-1监控箱，3-1监控箱转发回3-3监控台，⑤获取气象参数：读取2-3风速风向仪数据。当达到所需星数，机库、无人机自检正常，机库近区气象条件允许，3-1监控箱计算机程序判定可以起飞，并将此状态送回3-3监控台，3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 可以起飞”。

1.4起飞操作。在3-3监控台开机上点击“起飞”按钮，3-3监控台显示屏指令复示区显示“时：分：秒 起飞”，该指令传到3-1监控箱，计算机调用起飞程序：①告警：5-1无人机起降警示灯通电，发出闪烁红光；②无人机系留：1-6-4电磁系留装置磁头阵列通电，固定住无人机；③无人机出库：1-5升降执行机构动作，带动1-4升降板、1-7起降板两自由度运动执行机构、1-6多功能集成动态起降平台、无人机升出机库；④启动测距定位装置：2-1阵列式三座标超声波测距定位装置通电工作；⑤下达起飞指令：3-1监控箱通过1-6-5电磁接插装置向无人机传送起飞指令，并原路径返回状态；⑥断开机/库库内有线通信：1-6-5电磁接插装置断电，无人机起落架上的电磁接插装置插头端弹起收回，机/库通信中断；⑦解除系留：1-6-4电磁系留装置磁头阵列断电，无人机升空；⑧无人机起飞确认：2-1阵列式三座标超声波测距定位装置测量，并传送给3-1监控箱计算机板，当无人机升空高度H≥设定值（3m），程序断定起飞成功，并将此状态送回3-3监控台，3-3监控台在显示屏状态显示区显示“时：分：秒起飞成功”。

1.5机库回位。3-1监控箱计算机自主调用机库回位程序：①起降平台收回：驱动1-5升降执行机构动作，带动1-4升降板、1-7起降板两自由度运动执行机构、1-6多功能集成动态起降平台下降到初始位置；②关闭机库盖：驱动1-3机箱盖开/关执行机构动作，关闭1-2机箱盖；③机库装载状态确认：读取2-4无人机在/离库感知传感器状态；当相关机构动作完成到位，无人机已不在库内时，程序判定机库回位完成，并将此状态送回3-3监控台，3-3监控台在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 机库回位”，并在显示屏图示示意显示区显示机库为空的示意图。

2无人机降落

2.1降落准备。在3-3监控台开机上点击“降落准备”按钮，3-3监控台显示屏指令复示区显示“时：分：秒 降落准备”，该指令传到3-1监控箱，计算机调用降落准备程序：①机库自检：机库开始自检，完成自检后将状态经3-1监控箱转发回3-3监控台并在显示屏上显示各自检项目状态；②获取气象参数：读取2-3风速风向仪数据；③确认机库为空置状态：读取2-4无人机在/离库感知传感器状态；当机库自检正常、机库近区气象条件允许、机库为空置时，3-1监控箱计算机程序判定可以降落，并将此状态送回3-3监控台，3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 可以降落”。

2.2降落操作。在3-3监控台开机上点击“降落”按钮，3-3监控台显示屏指令复示区显示“时：分：秒 降落”，该指令传到3-1监控箱，计算机调用降落程序：⑴告警：5-1无人机起降警示灯通电，发出闪烁红光；⑵建立机/库无线通信：4-1机/库无线通信装置通电工作，当与无人机建立联系后，将状态经3-1监控箱转发回3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 机/库联通”；⑶接收无人机位置座标：经4-1机/库无线通信装置传回无人机位置（高度、经纬度）数据并传给3-1监控箱；⑷机库开盖：驱动1-3机箱盖开/关执行机构动作，打开1-2机箱盖，3-1监控箱发送开盖状态3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒机箱开盖”；⑸起降板伸出：1-5升降执行机构动作，带动1-4升降板、1-7起降板两自由度运动执行机构、1-6多功能集成动态起降平台升出机库，3-1监控箱发送起降板状态3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 机库就位”；⑹启动测距定位装置：当程序判定无人机接近机库（高度、经纬度已知）的2-1阵列式三座标超声波测距定位装置可探测空域时（接近距离数据可设定），通电启动2-1阵列式三座标超声波测距定位装置；⑺搜索无人机并定位：驱动1-7起降板两自由度运动执行机构动作，使1-6多功能集成动态起降平台作“回”字型远动，2-1阵列式三座标超声波测距定位装置对其上部空域进行搜索，当发现无人机并能稳定输出无人机三维座标（X，Y，H）时，将座标数据和“发现目标”状态经3-1监控箱转发回3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 发现目标”，并在显示屏图示示意显示区显示无人机与机库的相对位置示意图； ⑻起降平台动态跟踪无人机：3-1监控箱计算机根据实时测得的无人机座标，计算出与1-6多功能集成动态起降平台中心的差值，并驱动1-6多功能集成动态起降平台在X、Y两个方向移动，以差除这一差值，亦即让1-6多功能集成动态起降平台保持对无人机的跟踪；⑼将无人机操控权切换到机库：3-1监控箱通过4-1机/库无线通信装置发出接管无人机操作指令，无人机关闭按航路规划飞行或遥控器人工遥控飞行通道，转换到机库自主操控状态，切换成功后，无人机通过4-1机/库无线通信装置发回切换成功状态，经3-1监控箱处理后，发回3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒操控切换”⑽操控无人机飞向机库中心点： 4-1机/库无线通信装置操控无人机向机库中心点移动，并尽可能处于机库中心上方（由于无人机定位精度和其他因素扰动，到达指定点正上方很难），在此过程中2-1阵列式三座标超声波测距定位装置持续定位并向3-1监控箱传送数据，以便3-1监控箱判定无人机是否到达设定位置（在允许误差内）；⑾操控无人机飞降高、悬停：当无人机进入到机库等效起降区域内，3-1监控箱通过4-1机/库无线通信装置发出降高、悬停指令，在此过程中2-1阵列式三座标超声波测距定位装置持续定位并向3-1监控箱传送数据，以便3-1监控箱判定无人机是否到达设定位置和高度（在允许误差内）；⑿起降平台就位并停止运动：1-6多功能集成动态起降平台跟踪就位后，停止跟踪状态保持静止；⒀无人机降落：3-1监控箱通过4-1机/库无线通信装置发出降落指令，无人机降落在起降板上， 2-1阵列式三座标超声波测距定位装置测量值当高度H小于特定值（可视无人设定），X、Y持续若干个周期不变时，程序判定已降落， 3-1监控箱将降落状态发回3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 飞机降落”；⒁无人机停机：3-1监控箱通过4-1机/库无线通信装置发出停机指令，无人机旋翼停机，无人机将停机状态通过4-1机/库无线通信装置发给3-1监控箱，3-1监控箱转发回3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 飞机停机”；⒂归正定位：3-1监控箱驱动1-6-7归正定位装置正交同步执行机构动作，并带动1-6-6归正定位装置推杆将无人机推到起降板中间位置摆正，3-1监控箱发送归中状态到3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 飞机归中”；⒃无人机系留：3-1监控箱驱动1-6-4电磁系留装置磁头阵列通电工作，3-1监控箱发送系留状态3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 飞机系留”；⒄1-6-6归正定位装置推杆复位：3-1监控箱驱动1-6-7归正定位装置正交同步执行机构动作，并带动1-6-6归正定位装置推杆复位；⒅断开机/库无线通信：3-1监控箱控制4-1机/库无线通信装置断电关机，将状态经3-1监控箱转发回3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 无线断开”；⒆无人机入库：3-1监控箱驱动1-5升降执行机构动作，带动1-4升降板、1-7起降板两自由度运动执行机构、1-6多功能集成动态起降平台、无人机降入机库，3-1监控箱发送起降板状态3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 飞机入库”；⒇解除系留：3-1监控箱驱动1-6-4电磁系留装置磁头阵列断电，3-1监控箱发送系留状态到3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 系留解除”； (21)入库确认：3-1监控箱读取2-4无人机在/离库感知传感器状态，确认无人机及姿态后，3-1监控箱向3-3监控台发送状态并在显示屏图示示意显示区显示无人机在机库的示意图；(22)建立机/库库内有线通信：3-1监控箱驱动1-6-5电磁接插装置插座端阵列工作，无人机起落架插头端与机库插座端连接，机/库库内有线通信建立，3-1监控箱发送联接状态3-3监控台并在显示屏状态显示区显示“时：分：秒 有线联通”。

3无人机在库

3.1无人机充电。3-1监控箱驱动1-6-3无线充电装置发射端阵列通电工作，无人机将是电池电量经1-6-5电磁接插装置插座端传送到3-1监控箱，3-1监控箱发送电量、充电器工作状态到3-3监控台并在显示屏电池状态显示区以示意图显示充电状态；

3.2无人机自检。在3-3监控台开机上点击“飞机自检”按钮，3-3监控台显示屏指令复示区显示“时：分：秒飞机自检”，该指令传到3-1监控箱，经1-6-5电磁接插装置插座端传送到无人机，无人机按其自检程序自检，自检状态原路径传回到3-3监控台并在显示屏相应显示区显示。

3.3环控。3-1监控箱根据温感启动轴流风机通风降温，在选用驻车空调时，启动空调对库内进行环控。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种适用于多种安装需求的无人机智能机库，其特征在于：包括机库本体、感知装置、控制装置、机/库通信装置，

所述机库本体包括机箱和设置在机箱顶部的可打开的机箱盖，所述无人机待命时，系留在机箱中，工作时，机箱盖打开，无人机从机箱顶部飞出；

所述感知装置包括设置在机箱内部用于感知无人机位置的箱内感知装置和设置在机箱外部用于感知环境的箱外感知装置，并将感知的信息传递给控制装置；

所述控制装置包括通过机/库通信装置与无人机以及机库本体通讯和控制连接的终端设备。

2.根据权利要求1所述的适用于多种安装需求的无人机智能机库，其特征在于：所述机箱盖包括两个对称的盖体，盖体呈矩形形状，两个所述盖体拼接缝位于机箱顶部的一条中线上，所述盖体相互拼接的一边设置有Z字形式弹性密封胶条，其他三边下翻，下翻的内部设置有滑轨，所述机箱顶部沿着盖体滑动方向的两侧设置有滑轨，所述盖体滑轨与机箱滑轨配合，构成滑动副。

3.根据权利要求2所述的适用于多种安装需求的无人机智能机库，其特征在于：所述盖体的下表面设置有两条以上齿条，所述移动副将盖体顶起的高度大于齿条的高度，每条齿条均设置有与其啮合的齿轮，所有齿轮的中心均贯穿在同一个齿轮轴上，所述齿轮轴的一端设置有轴承，另一端设置有电机，所述轴承和电机分别设置于机箱内的一组相对边，电机驱动齿轮轴旋转，带动盖体移动。

4.根据权利要求1所述的适用于多种安装需求的无人机智能机库，其特征在于：所述机箱内的底部还设置有升降执行机构和升降板，所述升降执行机构驱动升降板水平升高或下降；

所述升降执行机构包括电动推杆、行程开关、X型支架、X型支架滑轨，所述电动推杆设置有气缸，所述行程开关控制气缸驱动电动推杆的行程，进而控制X型支架变形升高或降低的行程。

5.根据权利要求4所述的适用于多种安装需求的无人机智能机库，其特征在于：所述升降板上设置有多功能集成动态起降平台，所述多功能集成动态起降平台包括起降板、以及设置在起降板上的超声波探头阵列、无线充电装置发射端阵列、电磁系留装置磁头阵列、电磁接插装置插座端阵列、归正定位装置推杆、归正定位装置正交同步执行机构；

所述起降板下方还设置有起降板两自由度运动执行机构。

6.根据权利要求5所述的适用于多种安装需求的无人机智能机库，其特征在于：所述超声波探头阵列包括多个阵列分布在起降板所开的对应数量的贯穿孔内的探头，每个探头向上以一定的张角辐射声波，若有回波时接收回波，其底部引线由起降板反面引出，进入驱动盒，多个探头与起降板共同构成阵列式三座标超声波测距定位装置的收发阵面；

所述无线充电装置发射端阵列包括多个等距均匀分布在起降板中部区域所开的对应数量的非贯穿孔内充电装置发射端组件，非贯穿孔的中部有圆形小孔贯穿，以将发射端组件电源线从起降板反面引出到无线充电驱动盒中，无线充电驱动盒安装在起降板反面，所有的发射端组件共用一个驱动盒，驱动盒由电源箱供电，是否工作由监控箱控制；

所述电磁系留装置磁头阵列包括多个等距均匀分布在起降板中部区域所开的对应数量的贯穿孔内的电磁系留装置磁头，电源线从起降板反面穿出，经接线箱与监控箱连接，是否工和由监控箱控制；工作时，当无人机降落并归正定位后，电磁系留装置磁头通电，将无人机固定住，断电后释放；

所述电磁接插装置插座端阵列包括多个等距均匀分布在起降板中部区域所开的对应数量贯穿孔内的电磁接插装置插座端，信号线起降板反面穿出后经接线箱与监控箱连接，每个插座端位置与安装于无人机起落架下部的插头端对应，工作时，当无人机降落并归正定位后，无论无人机首向朝向哪个方向，插头端总能与一个插座端对应，当监控箱控制插座端通过电后，插头端与插座端连接，无人机与机库库内通信信道建立物理连接；

所述归正定位装置推杆包括4根与起降板边平行的推杆，2根一组，2组相互垂直，其中一组在另一组的上方，确保运动时互不干涉，每组内的2根作同步相向运动，4根推杆均与归正定位装置正交同步执行机构相连接，平时处于起降板的外沿，工作时，受执行机构驱动，2组4根推杆同步向起降板中部运动，并作用在无人机起落架上，将任意位置和朝向无人机推到起降板中央，因为起落架也呈正方形式布置，所以最终会使无人机首向朝向与起降板一边垂直，当无人机到位后，4根推杆向相反方向移动，回到起降板外沿；

所述归正定位装置正交同步执行机构安装于起降板的反面，包括2根电动推杆、同步牵引机构、8个推杆连接件， 2根电动推杆平行且之间预留间距，一端与起降板连接，另一端与同步牵引机构的牵引杆相连；同步牵引机构包括牵引杆、若干导向轮、牵引链索，牵引杆两端与牵引链索连接，并向其传导电动推杆的运动，导向轮与牵引链索将电动推杆的直线运动转化为围绕起降板四边的正交同步运动；8个推杆连接件2个一组，对称与牵引链索连接，并在起降板边沿伸出，与4根归正定位装置推杆连接，以传导牵引链索的运动，工作时，当电动推杆受到来自监控箱的控制信号伸出时，2根电动推杆同步动作，推动牵引杆运动并保持平衡，牵引杆带动牵引链索运动，推杆连件再带动归正定位装置的2组装4根推杆作相互垂直方向的同步运动，归正定位无人机；当电动推杆受到控制信号收回时，归正定位装置的2组装4根推杆与前述运方向相反，回到起降板外沿。

7.根据权利要求1所述的适用于多种安装需求的无人机智能机库，其特征在于：所述起降板两自由度运动执行机构安装在升降板上，包括X方向移组件、Y方向移动组件，使安装于其上的多功能集成动态起降平台能沿X和Y两个垂直方向在平面内移动；

X方向移组件包括安装底板、步进电机、丝杆、X方向安装过渡板、滑动及支承导轨，安装底板与升降板连接，丝杆、支承导轨安装在安装底板上，步进电机安装在丝杆上，X方向安装过渡板安装在丝杆的滑块和支承导轨上；

Y方向移组件包括安装底板、步进电机、丝杆、起降平台安装过渡板、滑动及支承导轨，安装底板与X方向安装过渡板连接，丝杆、支承导轨安装在安装底板上，步进电机安装在丝杆上，起降平台安装过渡板安装在丝杆的滑块和支承导轨上，两个步进电机、均由电源箱供电、通过各自驱动器与监控箱连接。

8.根据权利要求1所述的适用于多种安装需求的无人机智能机库，其特征在于：所述感知装置包括阵列式三座标超声波测距定位装置、无人机在/离库感知传感器、视频摄像头和风速风向仪；

所述阵列式三座标超声波测距定位装置通过对机库上方空域内进行探测，并实时确定无人机与多功能集成动态起降平台为座标系的X方向、Y方向和高度H三维座标数据，传送给监控监控箱，包括超声波探头、驱动盒、控制盒；

超声波探头辐射声波并接收回波，集成安装在多功能集成动态起降平台上，多个超声波探头与起降板共同构成阵列式三座标超声波测距定位装置的收发阵面；

驱动盒驱动超声波探头工作、对多路超声波探头集线并与控制盒通信，其安装于起降板反面；

控制盒由电源箱供电，通过驱动盒完成对收发阵面的控制，按相应的算法完成对目标三维座标的解算，与监控箱通信，接收工作指令和传送无人机座标数据，其安装在机箱内底板上，其由计算机控制多超声波探头协同工作，在收发阵面上形成一个倒梯型台形的探测空间，并按相应算法解算出进入该区域内物体的三维座标；

视频摄像头和风速风向仪安装于机库外部的高安装支点；

无人机在/离库感知传感器包括一组红外发射/接收器，在机库内安装，用于检测无人机是否在库，姿态是否正常，感知状态数据传送到监控箱。

9.根据权利要求1所述的适用于多种安装需求的无人机智能机库，其特征在于：所述控制装置包括监控箱、电源箱、监控台、控制柜机架。

10.根据权利要求1所述的适用于多种安装需求的无人机智能机库，其特征在于：还包括附属装置，附属装置包括无人机起降警示灯、接线盒、信息接口板、能源接口板、环控装置。

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