CN112248909A - 一种车载无人机自动归位装置 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种车载无人机自动归位装置，包括车厢，车厢内安装有调姿机构，多个调姿机构顶部安装有用于停放无人机的调姿平台，调姿平台底部安装有陀螺仪，所述调姿机构有多个，用于检测调姿平台的转角，调姿平台上安装有用于将无人机拨动到收纳空间的正位机构2；所述车厢内设有单片机，陀螺仪、调姿机构的控制电路和正位机构2的控制电路均连接单片机；所述单片机包括无线通讯模块，无线通讯模块与上位机连接。本发明创造所述的一种车载无人机自动归位装置以解决升降板只能直上直下往复运动，难以适应复杂路况的问题。

Description

一种车载无人机自动归位装置

技术领域

本发明创造属于无人机自动归位领域，尤其是涉及一种车载无人机自动归位装置。

背景技术

无人机操作灵活，机动性强，生产成本低，随着通信技术的发展，在安保、物流、农林、应急通信等不同应用场景发挥着越来越重要的角色。传统无人机存放管理的无人值守系统都是固定安装在地面上，难以快速将车厢和无人机移动到指定区域执行任务。车载无人机停机库通过车辆的移动，根据无人机的作业范围，能够将停机库和无人机移动到相应作业点，不受地理位置的限制，响应快速便捷。升降机构采用纤维管和升降柱结合的结构，升降板只能直上直下往复运动，难以适应复杂路况，卡爪组件固定在停机板上方，没有自锁功能，设备突然掉电情况下无人机难以可靠固定，不适合携带大载荷的无人机的收藏。

发明创造内容

有鉴于此，本发明创造提出一种车载无人机自动归位装置，以解决升降板只能直上直下往复运动，难以适应复杂路况的问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种车载无人机自动归位装置，包括调姿机构，调姿机构安装在车厢内，所述调姿机构有多个，调姿机构顶部安装有用于停放无人机的调姿平台，调姿平台底部安装有陀螺仪，用于检测调姿平台的转角；

所述车厢内设有控制柜，陀螺仪、调姿机构连接控制柜，所述控制柜通过通讯模块与上位机连接。

进一步的，所述调姿机构有三个，其中一个安装在调姿平台底部的一侧，另外两个安装在调姿平台底部的另一侧。

进一步的，所述调姿机构包括伺服电缸，伺服电缸的伸缩杆朝上设置，伺服电缸底部通过铰接轴与车厢底部铰接，伺服电机的伸缩杆端部通过铰接轴与调姿平台铰接。

进一步的，所述调姿机构还包括导向轴，导向轴顶部通过第二安装件与伺服电缸的输出轴端部固定连接，伺服电缸的缸体上固定有第一安装件，所述导向轴通过第一安装件预留的通孔与第一安装件滑动连接，伺服电缸的缸体上延长度方向依次固定有两个与导向轴对应的第一限位传感器，导向轴顶部和底部均固定有与第一限位传感器对应的触片，第一限位传感器与单片机连接。

进一步的，还包括升降机构，所述升降机构包括升降基座，所述调姿平台的中心位置开有与升降基座对应的开口，开口底部的两侧均垂直固定有安装板，每个安装板靠近所述开口一侧均安装有模组，模组上对应设有滑台，所述滑台与升降基座固定连接，每个模组的丝杆均连接有用于驱动其转动的电机，每个电机均连接有电机编码器，电机、电机编码器与升降机构的控制电路连接单片机。

进一步的，所述模组的一侧延长度方向依次安装3个第二限位传感器，所述滑台上固定有与第二限位传感器对应的触片，第二限位传感器与单片机连接。

进一步的，所述升降基座上还安装有用于对无人机进行固定的锁紧机构，所述锁紧机构包括卡爪以及用于驱动卡爪转动的驱动单元，调姿平台上安装有用于将无人机拨动到与卡爪对应位置的正位机构，正位机构连接控制柜，所述升降基座内部设有安装腔，所述卡爪、驱动单元均安装在安装腔内，所述卡爪通过安装腔预留的开口伸出到安装腔外部，驱动单元的控制电路连接单片机。

进一步的，卡爪上设有网状电极，网状电极与无人机的起落架上的电机接触，用于对无人机进行充电。

进一步的，所述驱动单元包括驱动电机、蜗轮蜗杆换向器，所述驱动电机的输出轴通过联轴器与蜗轮蜗杆换向器的输入轴一端相连，蜗轮蜗杆换向器的输出轴端部固定有主动齿轮，所述升降基座上安装有支架，所述支架上通过轴承转动连接有转轴，所述卡爪与转轴固定连接，所述转轴靠近主动齿轮的一端固定有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合连接。

进一步的，蜗轮蜗杆换向器的输入轴另一端还连接有伞齿轮换向器，伞齿轮换向器安装在安装腔内。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

(1)本发明创造提出的一种车载无人机自动归位装置中所述的调姿机构有两个或三个，通过控制伺服电缸的伸出长度，使调姿平台具有升降、俯仰和横滚的单一或复合运动，从而使整个装置在任何路况下都能进行工作。

(2)锁紧机构通过电机驱动蜗轮蜗杆换向器控制卡爪的锁紧和打开，利用蜗轮蜗杆的自锁性可以使机构在掉电情况下仍能将起落架锁紧，同时在蜗杆输入轴的另一端设有伞齿轮换向器，人工能在平台上方或下方手动将卡爪打开，机构的可维护性更好。

(3)升降机构通过两电机同步驱动直线运动机构实现升降板的上升和下降，结构安全可靠，大大提高了车厢内部空间的有效利用率。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的一种车载无人机自动归位装置安装示意图；

图2为本发明创造实施例所述的一种车载无人机自动归位装置示意图

图3为本发明创造实施例所述的调姿平台、调姿机构示意图；

图4为本发明创造实施例所述的调姿机构示意图；

图5为本发明创造实施例所述的调姿平台、调姿机构示意图；

图6为本发明创造实施例所述的锁紧机构示意图；

图7为本发明创造实施例所述的升降机构示意图。

附图标记说明：

1、车厢；2、正位机构；3、锁紧机构；31、卡爪；311、网状电极；32、驱动电机；33、蜗轮蜗杆转换器；34、主动齿轮；35、支架；351、转轴；36、从动齿轮；37、伞齿轮换向器；4、升降机构；41、升降基座；412、升降电机；42、安装板；43、模组；431、滑台；44、上端限位传感器；45、中间限位传感器；46、下端限位传感器；5、调姿机构；51、伺服电缸；52、铰接轴；521、法兰座；53、导向轴；54、第一安装件；55、第二安装件；56、上限位传感器；57、下限位传感器；58、触片；6、调姿平台；7、铰链。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

实施例一：

如图1、图2所示，一种车载无人机自动归位装置，包括调姿机构5，调姿机构5安装在车厢内，所述调姿机构5有多个，调姿机构5顶部安装有用于停放无人机的调姿平台6，调姿平台6底部安装有陀螺仪，用于检测调姿平台6的转角，调姿机构5对调姿平台6进行调姿并使调姿平台6保持水平；

所述车厢内设有单片机，陀螺仪、调姿机构5的控制电路和正位机构2的控制电路均连接单片机；所述单片机包括无线通讯模块，无线通讯模块与上位机连接，单片机采用但不限于STM32F405RGT7单片机。

如图2、图3所示，所述调姿机构5有三个，其中一个安装在调姿平台6底部的一侧，另外两个安装在调姿平台6底部的另一侧。

如图4所示，所述调姿机构5包括伺服电缸51，伺服电缸51的伸缩杆朝上设置，伺服电缸51底部通过铰接轴52与法兰座521铰接，法兰座521通过螺钉与车厢1舱底固定连接，伺服电机的伸缩杆端部通过铰接轴52与法兰座521铰接，法兰座521通过螺钉与调姿平台6固定连接。

如图4所示，所述调姿机构5还包括导向轴53，导向轴53顶部通过第二安装件55与伺服电缸51的输出轴端部固定连接，伺服电缸51的缸体上固定有第一安装件54，所述导向轴53通过第一安装件54预留的通孔与第一安装件54滑动连接，伺服电缸51的缸体上延长度方向依次固定有两个与导向轴53对应的上限位传感器56、下限位传感器57，上限位传感器56、下限位传感器57采用但不限于OMRON E2E-X5E1，导向轴53上部和下部均固定有与上限位传感器56、下限位传感器57对应的触片58，第一限位传感器与单片机连接。通过控制电缸输出轴的伸出长度调整平台姿态，实现调姿平台6的升降、俯仰或横滚运动，能够使自动归位装置在任意倾斜路面下收藏无人机，提高设备的使用效率，从而使整个装置在任何路况下都能进行工作。

如图2、图7所示，还包括升降机构4，所述升降机构4包括升降基座41，所述调姿平台6的中心位置开有与升降基座41对应的开口，开口底部的两侧垂直固定有安装板42，安装板42靠近所述开口一侧安装有模组43，模组43上对应设有滑台431，所述滑台431与升降基座41固定连接，升降电机412通过减速器驱动模组43直线运动部件运动，从而使滑台431上下往复移动，机构断电可自锁，滑台431与升降基座41通过螺钉连接，升降机构4的控制电路连接单片机。

如图7所示，所述模组43的一侧延长度方向依次安装上端限位传感器44、中间限位传感器45和下端限位传感器46，上端限位传感器44、中间限位传感器45和下端限位传感器46采用但不限于OMRON E2E-X5E1，所述滑台431上固定有与上端限位传感器44，中间限位传感器45和下端限位传感器46对应的触片58，第二限位传感器与单片机连接。升降机构4中两个模组43由两电机同步驱动，通过电机编码器采集的信号和上端限位传感器44、中间限位传感器45和下端限位传感器46反馈的位置信号校准来实现两电机的同步控制。

如图2、图6所示，所述升降基座41上还安装有用于对无人机进行固定的锁紧机构3，所述锁紧机构3包括卡爪31以及用于驱动卡爪31转动的驱动单元，调姿平台6上安装有用于将无人机拨动到与卡爪31对应位置的正位机构2，正位机构2连接控制柜，正位机构2为现有技术，在这里不再详细赘述，所述升降基座41内部设有安装腔，所述卡爪31、驱动单元均安装在安装腔内，所述卡爪31通过安装腔预留的开口伸出到安装腔外部，驱动单元的控制电路连接单片机。锁紧机构3利用蜗轮蜗杆机构的自锁性能将起落架锁紧，使机构在掉电情况下仍能保持锁紧状态，而且在锁紧机构3的输入端设有伞齿轮换向器37，能够在紧急情况将锁紧机构3手动打开，取出无人机，提高自动归位装置的可维护性。

如图6所示，所述驱动单元包括驱动电机32、蜗轮蜗杆换向器，所述驱动电机32的输出轴通过联轴器与蜗轮蜗杆换向器的输入轴相连，蜗轮蜗杆换向器的输出轴端部固定有主动齿轮34，所述升降基座41上安装有支架35，所述支架35上转动连接有转轴351，所述卡爪31与转轴351固定连接，所述转轴351靠近主动齿轮34的一端固定有从动齿轮36，主动齿轮34与从动齿轮36啮合连接。

如图6所示，蜗轮蜗杆换向器的输入轴另一端还连接有伞齿轮换向器37，伞齿轮换向器37安装在安装腔内。

如图6所示，卡爪31上设有网状电极311，网状电极311与无人机的起落架上的电机接触，用于对无人机进行充电。当与起落架上的电极接触后，上位机控制对无人机是否充电。

实施例二：

本实施例中的无人机自动归位装置的起落架正位机构2、桨叶正位机构2、升降机构4设计均与实施例一相同，不同的是将其中一个调姿机构5去掉，采用两个调姿机构5对调姿平台6进行调姿，调姿平台6通过两个铰链7与两侧车厢1内壁连接，使升降平台只具有单方向的俯仰运动，这样可以提高自动正位装置的结构刚度和调姿平台6的控制可靠性。

车载无人机自动归位装置具体工作流程如下：

(1)起飞阶段S1：起飞前上位机先对内部工作环境检查是否正常，各传感器工作状态是否处在初始状态，确认正常后发送起飞指令，舱门打开，两个升降电机412通过减速器驱动模组43直线运动部件运动，模组43滑台431随之上升，并带动升降基座41上升，当上限位传感器56触发后，模组43直线运动部件停止运动，卡爪31电机驱动蜗轮蜗杆换向器转动，通过齿轮啮合传动带动卡爪31轴转动，使卡爪31打开，无人机起飞作业；

(2)待机阶段S2：无人机自动正位装置处于S1状态不变，飞机按预定线路作业；

(3)降落阶段S3：无人机发送回舱指令，上位机对自动正位装置内部环境检查是否正常，各传感器状态是否正常，确认正常后发送结束任务指令，无人机降落到调姿平台6上，正位机构2对无人机起落架进行正位，卡爪31电机驱动蜗轮蜗杆换向器旋转，通过齿轮和的啮合带动卡爪31旋转，从而将起落架锁紧，升降电机412转动，通过驱动升降直线运动部件，使滑台431带动升降基座41下降，当触发中间位置传感器时，两升降电机412进行一次位置校正并停止，正位机构2对无人机进行正位，升降电机412继续转动，升降基座41下降，当触发下端限位传感器46时，升降电机412停止转动，收藏完成。

如遇路面有坡度或倾斜的情况时，在无人机降落到调姿平台6之前，三个调姿电机转动，通过陀螺仪采集调姿平台6的倾斜角度，控制三个电缸组件的电缸伸出轴长度，将调姿平台6调整至与水平地面平行，然后无人机再进行降落回舱。

如遇到两升降电机412不同步或升降机构4卡死情况时，可以在升降减速器输入轴的另一端装上把手，手动将升降直线运动部件驱动下降至最低点，便于无人机收藏或维修。

如果调姿机构5在工作过程中意外掉电，可以在伺服电缸51的底部安装把手，手动将电缸伸出轴下降至最低点，使调姿平台6调整至水平，便于无人机收藏或维修。

如果自动正位装置在无人机准备起飞过程中意外掉电或需要对无人机进行维护，卡爪31出现意外情况未打开，可以在伞齿轮换向器37的输出轴上安装把手，手动旋转蜗轮蜗杆换向器的输入轴，从而将卡爪31打开，取出无人机。

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

Claims (10)

1.一种车载无人机自动归位装置，其特征在于：包括调姿机构(5)，调姿机构(5)安装在车厢内，所述调姿机构(5)有多个，调姿机构(5)顶部安装有用于停放无人机的调姿平台(6)，调姿平台(6)底部安装有陀螺仪，用于检测调姿平台(6)的转角；

所述车厢内设有控制柜，陀螺仪、调姿机构(5)连接控制柜，所述控制柜通过通讯模块与上位机连接。

2.根据权利要求1所述的一种车载无人机自动归位装置，其特征在于：所述调姿机构(5)有三个，其中一个安装在调姿平台(6)底部的一侧，另外两个安装在调姿平台(6)底部的另一侧。

3.根据权利要求1所述的一种车载无人机自动归位装置，其特征在于：所述调姿机构(5)包括伺服电缸(51)，伺服电缸(51)的伸缩杆朝上设置，伺服电缸(51)底部通过铰接轴(52)与车厢底部铰接，伺服电机的伸缩杆端部通过铰接轴(52)与调姿平台(6)铰接。

4.根据权利要求3所述的一种车载无人机自动归位装置，其特征在于：所述调姿机构(5)还包括导向轴(53)，导向轴(53)顶部通过第二安装件(55)与伺服电缸(51)的输出轴端部固定连接，伺服电缸(51)的缸体上固定有第一安装件(54)，所述导向轴(53)通过第一安装件(54)预留的通孔与第一安装件(54)滑动连接，伺服电缸(51)的缸体上延长度方向依次固定有两个与导向轴(53)对应的第一限位传感器，导向轴(53)顶部和底部均固定有与第一限位传感器对应的触片(58)，第一限位传感器与单片机连接。

5.根据权利要求1所述的一种车载无人机自动归位装置，其特征在于：还包括升降机构(4)，所述升降机构(4)包括升降基座(41)，所述调姿平台(6)的中心位置开有与升降基座(41)对应的开口，开口底部的两侧均垂直固定有安装板(42)，每个安装板(42)靠近所述开口一侧均安装有模组(43)，模组(43)上对应设有滑台(431)，所述滑台(431)与升降基座(41)固定连接，每个模组(43)的丝杆均连接有用于驱动其转动的电机，每个电机均连接有电机编码器，电机、电机编码器与升降机构(4)的控制电路连接单片机。

6.根据权利要求5所述的一种车载无人机自动归位装置，其特征在于：所述模组(43)的一侧延长度方向依次安装3个第二限位传感器，所述滑台(431)上固定有与第二限位传感器对应的触片(58)，第二限位传感器与单片机连接。

7.根据权利要求5所述的一种车载无人机自动归位装置，其特征在于：所述升降基座(41)上还安装有用于对无人机进行固定的锁紧机构(3)，所述锁紧机构(3)包括卡爪(31)以及用于驱动卡爪(31)转动的驱动单元，调姿平台(6)上安装有用于将无人机拨动到与卡爪(31)对应位置的正位机构(2)，正位机构(2)连接控制柜，所述升降基座(41)内部设有安装腔，所述卡爪(31)、驱动单元均安装在安装腔内，所述卡爪(31)通过安装腔预留的开口伸出到安装腔外部，驱动单元的控制电路连接单片机。

8.根据权利要求7所述的一种车载无人机自动归位装置，其特征在于：卡爪(31)上设有网状电极(311)，网状电极(311)与无人机的起落架上的电机接触，用于对无人机进行充电。

9.根据权利要求7所述的一种车载无人机自动归位装置，其特征在于：所述驱动单元包括驱动电机(32)、蜗轮蜗杆换向器，所述驱动电机(32)的输出轴通过联轴器与蜗轮蜗杆换向器的输入轴一端相连，蜗轮蜗杆换向器的输出轴端部固定有主动齿轮(34)，所述升降基座(41)上安装有支架(35)，所述支架(35)上通过轴承转动连接有转轴(351)，所述卡爪(31)与转轴(351)固定连接，所述转轴(351)靠近主动齿轮(34)的一端固定有从动齿轮(36)，主动齿轮(34)与从动齿轮(36)啮合连接。

10.根据权利要求7所述的一种车载无人机自动归位装置，其特征在于：蜗轮蜗杆换向器的输入轴另一端还连接有伞齿轮换向器(37)，伞齿轮换向器(37)安装在安装腔内。

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