CN112429117A - 一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及陆空协同装置领域，公开了一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置及方法，包括大型无人车装置、小型无人车装置及无人机装置，大型无人车装置包括大型无人车底盘、无人机起降平台和小型无人车翻转车斗，无人机起降平台固定于大型无人车底盘上方，小型无人车翻转车斗固定于大型无人车底盘的后方；小型无人车装置与小型无人车翻转车斗连接。本发明提供了一种无人机与两种不同无人车型集成一体化的陆空协同装置，能实现在复杂环境中无人机在大型无人车上自主起降，并执行先期高空侦查任务，并对大型无人车发送移动指令；同时大型无人车携带小型无人车，小型无人车可针对环境中的建筑物内部实现侦查，满足对复杂环境多种场合的需求。

Description

一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置及方法
技术领域
本发明涉及陆空协同装置领域，具体地涉及一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置及方法。
背景技术
面向复杂环境中的威胁目标侦查工作，靠单一的无人车或无人机难以满足多种场合、复杂空间的要求，如在城巷中，可能会存在未知的路径、未知的楼宇结构以及未知的威胁目标等因素，无人机无法侦查到面向复杂环境中的威胁目标。
比如，国家专利公开文献“CN211893661U”，公开了一种悬吊式无人机载物装置，该本实用新型包括无人机本体，所述无人机本体两侧固定安装有飞行架，所述飞行架外部活动安装有承重臂，所述承重臂底部固定安装有第一钢架，所述第一钢架底部活动设置有第二钢架，所述第一钢架和第二钢架皆呈八边形结构，所述第一钢架和第二钢架皆呈中空结构，所述第二钢架内壁固定安装有载物平台，所述载物平台和第二钢架顶部和底部皆处于同平面，所述承重臂对称分布于第一钢架顶部八角边缘处，所述承重臂顶部螺纹连接有第一螺栓，所述承重臂内部螺纹连接有连接杆，所述承重臂两侧螺纹连接有第二螺栓，所述飞行架顶部固定开设有凹槽。虽然该实用新型公开了无人机的部分相关结构，但是该实用新型无法满足面向复杂环境中的威胁目标侦查工作，因此，亟需一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置解决多种复杂场景下的侦查问题。
发明内容
本发明提供一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置及方法，从而解决现有技术的上述问题。
第一方面，本发明提供了一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置，包括大型无人车装置、小型无人车装置及无人机装置，大型无人车装置包括大型无人车底盘、无人机起降平台和小型无人车翻转车斗，无人机起降平台固定设置在大型无人车底盘上方，小型无人车翻转车斗位于大型无人车底盘的后方、并与大型无人车底盘连接；无人机装置与无人机起降平台连接，小型无人车装置与所述小型无人车翻转车斗连接。
进一步的，无人机装置包括无人机，无人机起降平台位于大型无人车底盘的上部、并与大型无人车底盘连接；无人机起降平台设有电磁铁，无人机包括起落架，起落架的底部设有铁片装置，无人机通过铁片装置可吸附在无人机起降平台上。
无人机是本发明陆空协同装置中负责高空侦查部分，本发明增加铁片装置，可吸附在无人机起降平台的电磁铁上，保证无人车行走时无人机的稳定性。
进一步的，无人机装置包括无人机，无人机起降平台位于大型无人车底盘的上部、并与大型无人车底盘连接；无人机起降平台设有电磁铁，无人机包括起落架，起落架的底部设有铁片装置，无人机通过铁片装置可吸附在无人机起降平台上。
进一步的，无人机起降平台的前部分别连接有激光雷达和前置摄像头，无人机起降平台的下方设有电控柜，电控柜固定在大型无人车底盘的上部，电控柜包括工控机、电台以及若干不同类别的控制卡。
进一步的，小型无人车翻转车斗与大型无人车底盘可转动连接；小型无人车翻转车斗的两侧分别设有伸出端；大型无人车底盘的上部固定有两个电动缸，电动缸包括电动缸推杆，两个电动缸的电动缸推杆分别连接有两根钢丝绳；两根钢丝绳的一端分别与两个电动缸的电动缸推杆连接，两根钢丝绳的另一端分别与小型无人车翻转车斗的两侧的伸出端连接。
进一步的，大型无人车底盘的后部设有后车桥，后车桥的高度高出大型无人车底盘预设距离，后车桥上设有后置摄像头和至少一个通讯天线，通讯天线用于无人机与操控终端之间的通讯。
进一步的，至少一个通讯天线为两个通讯天线，后车桥包括垂直部和u型部，垂直部的下端与大型无人车底盘固定连接，垂直部的上端与u型部固定连接，u型部的两侧与两个通讯天线连接，两个通讯天线分别为接收天线和发射天线。
进一步的，小型无人车装置包括小型无人车，小型无人车设置在小型无人车翻转车斗中。
另一方面，本发明提供了一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同方法，包括以下步骤：
S1)由控制终端通过通讯天线控制无人机从无人机起降平台上起飞；
S2)无人机在预设区域内进行侦查，判断是否发现可疑目标，若否，则重复本步骤；若是，则无人机将可疑目标的目标位置信息回传到操控终端，进入步骤S3)；
S3)操控终端根据目标位置信息对大型无人车装置规划行驶路径，大型无人车装置根据规划好的行驶路径从行驶起点开始进行自主行驶，自主行驶过程中通过激光雷达、前置摄像头和/或后置摄像头进行局部避障及路径规划，小型无人车固定于小型无人车翻转车斗中；
S4)到达目标位置后大型无人车装置利用前置摄像头和/或后置摄像头对可疑目标进行侦查并进行近距离拍照，获得侦查结果，将侦查结果返回操控终端；
S5)操控终端判断是否结束侦查任务，若否，则返回步骤S2)；若是，则给无人机起降平台的电磁铁进行通电，无人机降落、并通过无人机的底部的铁片装置吸附在无人机起降平台上，大型无人车装置返回至行驶起点。
进一步的，在步骤S4)中，还包括操控终端根据侦查结果进行图像处理、并判断可疑目标是否进入狭小空间，若否，则进入步骤S5)；若是，则启动电动缸，电动缸伸出电动缸推杆，连接在电动缸推杆的末端的钢丝绳带动小型无人车翻转车斗降落，小型无人车从小型无人车翻转车斗中释放、并进入狭小空间对可疑目标进行侦查，获得侦查信息，小型无人车将侦查信息返回控制终端，进入步骤S5)。
进一步的，在步骤S5)中，控制无人机降落在无人机起降平台上，大型无人车底盘返回至行驶起点，还包括：控制小型无人车返回小型无人车翻转车斗中，关闭电动缸，缩回电动缸推杆。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种无人机与两种不同无人车型集成一体化的陆空协同装置，能够实现在复杂环境中无人机在无人车上自主起降，并执行先期高空侦查任务，并对大型无人车发送移动指令；同时大型无人车携带小型无人车，小型无人车可针对环境中的建筑物内部实现侦查，满足对复杂环境多种场合的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例一提供的用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置结构示意图。
图2为本实施例一提供的电动缸位置示意图。
图3为本实施例一提供的用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置俯视结构示意图。
图4为本实施例一提供的无人机的起落架的底部的铁片装置结构示意图。
图5为本实施例一提供的小型无人车从小型无人车翻转车斗上释放的结构示意图。
图6为本实施例一提供的用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置爬坡示意图。
图7为本实施例一提供的无人机降落停放示意图。
1、无人机，2、无人机起降平台，3、激光雷达，4、前置摄像头，5、电控柜，6、大型无人车底盘，7、钢丝绳，8、小型无人车翻转车斗，9、后车桥，10、后置摄像头，11、通讯天线，12、小型无人车，13、电动缸，14、电磁铁，15、铁片装置。
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，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方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一，本发明提供了一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置，如图1所示，包括大型无人车装置、小型无人车装置及无人机装置，大型无人车装置包括大型无人车底盘6、无人机起降平台2和小型无人车翻转车斗8，无人机起降平台2固定设置在大型无人车底盘6上方，小型无人车翻转车斗8位于大型无人车底盘6的后方、并与大型无人车底盘6连接；无人机装置与无人机起降平台2连接，小型无人车装置与小型无人车翻转车斗8连接。小型无人车装置包括小型无人车12，小型无人车12设置在小型无人车翻转车斗8中。
无人机装置包括无人机1，无人机起降平台2位于大型无人车底盘6的上部、并与大型无人车底盘6连接；无人机起降平台2设有电磁铁14(见图3)，无人机1包括起落架，起落架的底部设有铁片装置15(见图4)，无人机1通过铁片装置15可吸附在无人机起降平台2上。如图7所示，从俯视角度看无人机起降平台2，a为无人机1吸附在无人机起降平台2的左上角的示意图，b为无人机1吸附在无人机起降平台2的正中间的示意图，c为无人机1吸附在无人机起降平台2的正下方的示意图。
无人机1是本发明陆空协同装置中负责高空侦查部分，本发明增加铁片装置15，使得无人机1可吸附在无人机起降平台的电磁铁14上，保证大型无人车底盘走时无人机的稳定性。
无人机起降平台2的前部分别连接有激光雷达3和前置摄像头4，无人机起降平台2的下方设有电控柜5，电控柜5固定在大型无人车底盘6的上部，电控柜5包括工控机、电台以及若干不同类别的控制卡。
大型无人车底盘6是陆空协同装置的主体，主要实现携带无人机1、小型无人车12进行自主或遥控运动。激光雷达3固定安装在无人机起降平台的前部，用于大型无人车底盘行进中障碍物检测，满足自主行驶需求。前置摄像头也固定安装在无人机起降平台的前部，用于陆空协同装置进行目标识别以及遥控驾驶时提供场景信息。电控柜固定安装在大型无人车底盘上部、无人机起降平台的下方，电控柜内主要包括工控机、电台以及各类控制卡，是装置的控制中枢。
如图2及图5所示，小型无人车翻转车斗8与大型无人车底盘6可转动连接；小型无人车翻转车斗8的两侧分别设有伸出端；大型无人车底盘6的上部固定有两个电动缸13，电动缸13包括电动缸推杆，两个电动缸的电动缸推杆分别连接有两根钢丝绳7；两根钢丝绳7的一端分别与两个电动缸13的电动缸推杆连接，两根钢丝绳7的另一端分别与小型无人车翻转车斗8的两侧的伸出端连接。
大型无人车底盘6的后部设有后车桥9，后车桥9的高度高出大型无人车底盘预设距离，后车桥上设有后置摄像头10和至少一个通讯天线11，通讯天线用于无人机与操控终端之间的通讯。
后车桥固定安装在大型无人车底盘的后部，架高的目的是为通讯天线提供一定的高度距离；后置摄像头固定安装在后车桥的上部，后置摄像头用于对空地协同装置前部环境的检测，为遥控行驶提供视觉信息输入。
至少一个通讯天线为两个通讯天线，后车桥包括垂直部和u型部，垂直部的下端与大型无人车底盘固定连接，垂直部的上端与u型部固定连接，u型部的两侧与两个通讯天线连接，两个通讯天线分别为接收天线和发射天线。
至少一个通讯天线也可以为一个通讯天线，此时通讯天线既为接收天线又作为发射天线使用。
本实施例中，在大型无人车底盘上安装小型无人车翻转车斗后，可实现爬20°斜坡能力(见图6)。在大型无人车上方安置的无人机起降平台尺寸为2000mmX2000mm，经过测试完全满足无人机降落空间，另外，在无人机起降平台中间1000mmX1000mm区域进行改造，放置15个电磁铁(24V，5W)，这样可实现对无人机降落在无人机起降平台任意位置均可以对无人机起落架底部固定连接的铁片装置进行吸附(见图7)。铁片装置为1mm厚铁板，并打密集孔，这样两块无人机起落平板重量在500g左右，不影响无人机起降与续航能力。
另一方面，本发明提供了一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同方法，包括以下步骤：
S1)由控制终端通过通讯天线控制无人机从无人机起降平台上起飞；
S2)无人机在预设区域内进行侦查，判断是否发现可疑目标，若否，则重复本步骤；若是，则无人机将可疑目标的目标位置信息回传到操控终端，进入步骤S3)；
S3)操控终端根据目标位置信息对大型无人车装置规划行驶路径，大型无人车装置根据规划好的行驶路径从行驶起点开始进行自主行驶，自主行驶过程中当遇到车辆、沟壑等障碍时通过激光雷达、前置摄像头和/或后置摄像头进行局部避障及路径规划，小型无人车固定于小型无人车翻转车斗中；
S4)到达目标位置后大型无人车装置利用前置摄像头和/或后置摄像头对可疑目标进行侦查并进行近距离拍照，获得侦查结果，将所述侦查结果返回操控终端；
在步骤S4)中，还包括操控终端根据侦查结果进行图像处理、并判断可疑目标是否进入狭小空间，若否，则进入步骤S5)；若是，则启动电动缸，电动缸伸出电动缸推杆，连接在电动缸推杆的末端的钢丝绳带动小型无人车翻转车斗转动降落，小型无人车从小型无人车翻转车斗中释放、并进入狭小空间对可疑目标进行侦查，获得侦查信息，小型无人车将所述侦查信息返回控制终端，进入步骤S5)。
S5)操控终端判断是否结束侦查任务，若否，则返回步骤S2)；若是，则给无人机起降平台的电磁铁进行通电，无人机降落、并通过无人机的底部的铁片装置吸附在无人机起降平台上，控制小型无人车返回小型无人车翻转车斗中，关闭电动缸，缩回电动缸推杆，大型无人车底盘返回至行驶起点。
在执行对复杂环境的威胁目标侦查任务时，本发明由行驶起点出发，首先由无人机在大型无人车底盘起飞，并在一定的区域内进行侦查，发现可疑目标后将目标位置信息回传到操控终端，同时操控终端对无人车规划路径，根据设定好的路径，大型无人车底盘进行自主行驶，并通过激光雷达及摄像头(前置摄像头和后置摄像头)可实现局部避障及路径规划，在这个过程中小型无人车固定在小型无人车翻转车斗中。在大型无人车底盘达到指定位置后，对威胁目标进行近距离拍照并返回操控终端进行判断处置。另外，如果威胁目标进入狭小空间中后，电动缸伸出电动缸推杆，同时钢丝绳带动小型无人车翻转车斗降落，小型无人车释放并进入狭小空间对可疑目标进行侦查，同时将信息返回操控终端。任务结束后，小型无人车返回小型无人车翻转车斗中，电动缸推杆缩回。同时，无人机降落在起降平板上，电磁铁通电使无人机固定，然后陆空协同装置返回到起点。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明提供了一种无人机与两种不同无人车型集成一体化的陆空协同装置，能够实现在复杂环境中无人机在无人车上自主起降，并执行先期高空侦查任务，并对大型无人车发送移动指令；同时大型无人车携带小型无人车，小型无人车可针对环境中的建筑物内部实现侦查，满足对复杂环境多种场合的需求。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置，其特征在于，包括大型无人车装置、小型无人车装置及无人机装置，所述大型无人车装置包括大型无人车底盘、无人机起降平台和小型无人车翻转车斗，所述无人机起降平台固定设置在所述大型无人车底盘上方，所述小型无人车翻转车斗位于所述大型无人车底盘的后方、并与所述大型无人车底盘连接；所述无人机装置与所述无人机起降平台连接，所述小型无人车装置与所述小型无人车翻转车斗连接。
2.根据权利要求1所述的用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置，其特征在于，所述无人机装置包括无人机，所述无人机起降平台位于所述大型无人车底盘的上部、并与所述大型无人车底盘连接；所述无人机起降平台设有电磁铁，所述无人机包括起落架，所述起落架的底部设有铁片装置，所述无人机通过所述铁片装置可吸附在所述无人机起降平台上。
3.根据权利要求2所述的用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置，其特征在于，所述无人机起降平台的前部分别连接有激光雷达和前置摄像头，所述无人机起降平台的下方设有电控柜，所述电控柜固定在所述大型无人车底盘的上部，所述电控柜包括工控机、电台以及若干不同类别的控制卡。
4.根据权利要求1或3所述的用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置，其特征在于，所述小型无人车翻转车斗与所述大型无人车底盘可转动连接；所述小型无人车翻转车斗的两侧分别设有伸出端；所述大型无人车底盘的上部固定有两个电动缸，所述电动缸包括电动缸推杆，两个电动缸的电动缸推杆分别连接有两根钢丝绳；所述两根钢丝绳的一端分别与所述两个电动缸的电动缸推杆连接，所述两根钢丝绳的另一端分别与所述小型无人车翻转车斗的两侧的伸出端连接。
5.根据权利要求4所述的用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置，其特征在于，所述大型无人车底盘的后部设有后车桥，所述后车桥的高度高出所述大型无人车底盘预设距离，所述后车桥上设有后置摄像头和至少一个通讯天线，所述通讯天线用于所述无人机与操控终端之间的通讯。
6.根据权利要求5所述的用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置，其特征在于，所述至少一个通讯天线为两个通讯天线，所述后车桥包括垂直部和u型部，所述垂直部的下端与所述大型无人车底盘固定连接，所述垂直部的上端与所述u型部固定连接，所述u型部的两侧与所述两个通讯天线连接，所述两个通讯天线分别为接收天线和发射天线。
7.根据权利要求1所述的用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置，其特征在于，所述小型无人车装置包括小型无人车，所述小型无人车设置在所述小型无人车翻转车斗中。
8.一种用于远程复杂环境侦查的陆空协同方法，适用于如权利要求1至7任一项所述的用于远程复杂环境侦查的陆空协同装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1)由控制终端通过通讯天线控制无人机从无人机起降平台上起飞；
S2)所述无人机在预设区域内进行侦查，判断是否发现可疑目标，若否，则重复本步骤；若是，则所述无人机将可疑目标的目标位置信息回传到操控终端，进入步骤S3)；
S3)所述操控终端根据目标位置信息对大型无人车装置规划行驶路径，大型无人车装置根据规划好的行驶路径从行驶起点开始进行自主行驶，自主行驶过程中通过激光雷达、前置摄像头和/或后置摄像头进行局部避障及路径规划，小型无人车固定于小型无人车翻转车斗中；
S4)到达目标位置后大型无人车装置利用前置摄像头和/或后置摄像头对可疑目标进行侦查并进行近距离拍照，获得侦查结果，将所述侦查结果返回操控终端；
S5)操控终端判断是否结束侦查任务，若否，则返回步骤S2)；若是，则给无人机起降平台的电磁铁进行通电，无人机降落、并通过无人机的底部的铁片装置吸附在所述无人机起降平台上，大型无人车装置返回至行驶起点。
9.根据权利要求8所述的用于远程复杂环境侦查的陆空协同方法，其特征在于，在步骤S4)中，还包括操控终端根据所述侦查结果进行图像处理、并判断所述可疑目标是否进入狭小空间，若否，则进入步骤S5)；若是，则启动电动缸，所述电动缸伸出电动缸推杆，连接在电动缸推杆的末端的钢丝绳带动小型无人车翻转车斗降落，小型无人车从所述小型无人车翻转车斗中释放、并进入狭小空间对可疑目标进行侦查，获得侦查信息，所述小型无人车将所述侦查信息返回控制终端，进入步骤S5)。
10.根据权利要求9所述的用于远程复杂环境侦查的陆空协同方法，其特征在于，在步骤S5)中，控制无人机降落在所述无人机起降平台上，大型无人车底盘返回至行驶起点，还包括：控制小型无人车返回小型无人车翻转车斗中，关闭电动缸，缩回电动缸推杆。
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