CN112918698A - 一种无人机自动归中装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机自动归中装置及归中方法，其归中装置包括驱动件、直线导轨组件和卡板组件；所述卡板组件包括两块卡板，两块所述卡板位于所述直线导轨组件上，且在所述驱动件的驱动下在直线导轨组件上做相互靠近或相互远离的运动；在两块卡板相互靠近时，两块卡板与无人机的起落架接触并将起落架推至归中位置，其中归中位置位于两块卡板合拢形成的区域内。本发明具有结构简单紧凑、体积小、归中速度快等优点。

Description

一种无人机自动归中装置及方法

技术领域

本发明主要涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机自动归中装置及方法。

背景技术

无人机是近几年来较为火热的产业，随着市场需求紧俏，各种各样的无人机不断涌现，尤其是旋翼无人机的应用越来越广泛，如用于植保、消防、军用侦察以及电网和河道巡检的旋翼机等。有些需要无人机执行长航时作业或者远距离任务，对无人机需要的电量较多，往往自身携带的电量满足不了作业需求。在执行一段时间任务之后，需要降落并补充电能。随着真正无飞手化巡逻巡逻应用的发展，普通的地表环境往往就不适合起飞和降落了，需要有专门地点的停机坪。

传统的无人机停机坪仅为无人机提供起飞降落的平台或者场地。材质可以是金属平台，也可以是砖石或者混凝土构成。俯视角度上看可以是方形、圆形或者椭圆形，并且一般会在平台上印上明显的航空器降落标志。另外，无人机停机坪区别于传统大型固定翼机场或者直升机停机坪，面积远小于大型停机坪。无人机停机坪的半径通常小于5米，面积通常也小于30平米。而传统的无人机停机坪仅能够为无人机提供一个固定的降落场地，不具备将无人机自动归置其位置而且将其固定的能力，从而无法进行一些需要准确定位的操作，比如自动换电池和充电电极的对接；另外传统的无人机停机坪在遇到强风、振动、晃动等外力作用在无人机停机坪上的情况时，无人机在停机坪上会发生相对位移，严重时甚至会掉出停机坪外，造成无人机跌落损伤，甚至还附带第三者损害。

目前，有提出采用无人机归中装置的方案，其中无人机归中装置则是一种能将无人机降落至某平台后，实现自动归中并定点固定，以方便执行下一步智能化操作，例如自动更换电池或者自动充电。目前，国内无人机场自动归中装置均采用双电机驱动的两轴归中方式，即在水平面的X轴和Y轴方向，两个轴各利用一个电机驱动使无人机归中，但是这种装置具有如下缺点：

1、传统两轴归中方式因为需要安装两个直线导轨，并且每根轴都是带电机进行驱动的，两个电机和两个直线导轨造成设备重量增加；另外，两条直线导轨需要分层安装，需要留出一定的安装空间（否则会干涉），从而导致体积大；

2、当无人机降落至该平台后，两轴归中方式中的其中一根轴（定义成X轴）需要先进行动作，把无人机推至X轴中心线，该动作执行完成后，另外一根轴（定义成Y轴）执行下一步动作，把无人机推至Y轴中心线，此动作需要分为两步才能完成，造成归中的时间慢。

3、另外在现有的技术环境下，无人机主要依靠GPS(全球定位系统)进行定位，GPS(全球定位系统)定位系统存在一定的误差，无人机在返航降落至无人机停机坪充电时往往与原定地点存在偏差，上述归中装置无法实现精准定位，从而无法进行正常充电等。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单紧凑、体积小、归中速度快的无人机自动归中装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种无人机自动归中装置，包括驱动件、直线导轨组件和卡板组件；所述卡板组件包括两块卡板，两块所述卡板位于所述直线导轨组件上，且在所述驱动件的驱动下在直线导轨组件上做相互靠近或相互远离的运动；在两块卡板相互靠近时，两块卡板与无人机的起落架接触并将起落架推至归中位置，其中归中位置位于两块卡板合拢形成的区域内。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述直线导轨组件包括双向丝杆，所述双向丝杆的一段设有左旋螺纹，另一段设有右旋螺纹；两块所述卡板分别与双向丝杆上的两段螺纹连接。

所述卡板组件还包括第一滑套，所述第一滑套与所述双向丝杆螺纹连接，所述卡板通过安装组件安装于所述第一滑套上。

所述卡板均包括第一卡边和第二卡边，所述第一卡边的一端与所述第二卡边的一端连接，且第一卡边与第二卡边相互垂直，所述第一卡边和第二卡边的运动方向位于第一卡边与第二卡边形成的直角的角平分线上。

所述安装组件包括连接臂，所述第一卡边和第二卡边上均设置有呈“十”字状的条形槽，所述连接臂的两端分别滑动于所述第一卡边和第二卡边的条形槽内。

所述驱动件为电机，所述电机的输出轴上设有第一皮带轮，所述丝杆的一端设有第二皮带轮，所述第一皮带轮与所述第二皮带轮之间通过同步带连接。

所述双向丝杆的一侧设置有用于检测所述卡板运动位置的位置检测组件。

所述位置检测组件包括第二滑套，所述第二滑套螺纹连接在双向丝杆上；所述第二滑套的运动轨迹一侧设置有第一检测开关和第二检测开关，所述第二滑套上设有隔板，当所述卡板相互靠近而合拢时，所述第一检测开关检测到所述隔板；当所述卡板相互远离至一定位置时，所述第二检测开关检测到所述隔板。

还包括用于检测无人机着陆位置的检测单元。

本发明还公开了一种基于如上所述的无人机自动归中装置的自动归中方法，包括步骤：

1）两块卡板相互远离至最大距离；

2）在无人机的起落架位于两块卡板之间时，驱动件驱动两块卡板沿直线导轨组件布置方向相互靠近，并与无人机的起落架接触并将起落架推至归中位置，其中归中位置位于两块卡板合拢形成的区域内。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤2）中，在无人机的起落架位于归中位置时，驱动件持续提供预紧力以使卡板固定住起落架。

在步骤2）中，检测无人机的着陆位置；当无人机的着陆位置位于两块卡板的行程范围内时，判断着陆成功；否则判断着陆不成功，执行复飞程序。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的无人机自动归中装置，在进行无人机归中作业时，通过驱动件驱动卡板组件在直线导轨组件上做相互靠近或相互远离的运动，通过单个驱动件实现两块卡板的相向运动，进而实现归中作业；上述通过单个驱动件实现两块卡板进行运动的结构，使得归中装置的整体结构简单紧凑、体积小且轻便，适用于绝大部分无人机机型的归中，降低了无人机机场着陆平台的生产成本；另外，由于驱动件只进行一次动作就能实现两块卡板的同步动作，所需归中时间短、归中速度快。

2、本发明的直线导轨组件采用双向丝杆，驱动件通过同步带传动双向丝杆，两块卡板通过第一滑套螺纹连接在双向丝杆，通过驱动件带动双向丝杆的转动，进而实现第一滑套上的卡板运动，其整体结构简单、操作简便。

3、本发明通过将卡板活动设置在连接件上，即卡板可以通过在条形槽内滑动而实现位置调整，从而改变最终卡板围拢所形成的区域形状，从而适用于不同类型无人机的固定（不同类型无人机的起落架的尺寸不同，如有可能是正方形，也有可能是长宽不等的长方形等）。

4、本发明在进行归中作业前，先进行着陆位置的检测，在着陆位置位于卡板的行程范围内时才进行归中作业，保障后续无人机归中作业的可靠性。

5、本发明在归中作业后，通过驱动件持续提供预紧力以使卡板固定住起落架，从而保障无人机停放的安全可靠性。

附图说明

图1为现有技术中两轴归中方式示意图。

图2为本发明的单轴归中方式示意图。

图3为本发明的装置在实施例的立体结构示意图。

图4为本发明的装置在实施例的俯视结构示意图（去掉箱体）。

图5为本发明的装置在实施例的立体结构示意图之一（去掉箱体和卡板组件）。

图6为本发明的装置在实施例的立体结构示意图之二（去掉箱体和卡板组件）。

图7为本发明的装置在具体应用时的归中方式示意图。

图8为本发明的方法在实施例的流程图。

图例说明：1、驱动件；11、电机；12、第一皮带轮；13、第二皮带轮；14、同步带；2、直线导轨组件；21、双向丝杆；22、位置检测组件；221、第二滑套；222、隔板；223、第一检测开关；224、第二检测开关；3、卡板组件；31、卡板；311、第一卡边；312、第二卡边；32、第一滑套；33、安装组件；331、连接臂；332、连接板；333、条形槽；4、起落架；5、箱体。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图2～4所示，本实施例的无人机自动归中装置，包括驱动件1、直线导轨组件2和卡板组件3；卡板组件3包括两块卡板31，两块卡板31位于直线导轨组件2上，且在驱动件1的驱动下在直线导轨组件2上做相互靠近或相互远离的运动；在两块卡板31相互靠近时，两块卡板31与无人机的起落架4（如H形脚架）接触并将起落架4推至归中位置，其中归中位置位于两块卡板31合拢形成的区域内。本发明的无人机自动归中装置，在进行无人机归中作业时，通过驱动件1驱动卡板组件3在直线导轨组件2上做相互靠近或相互远离的运动，通过单个驱动件1实现两块卡板31的相向运动，进而实现归中作业；上述通过单个驱动件1实现两块卡板31进行运动的结构，使得归中装置的整体结构简单紧凑、体积小且轻便，适用于绝大部分无人机机型的归中作业，降低了无人机机场着陆平台的生产成本；另外，由于驱动件1只进行一次动作就能实现两块卡板31的同步动作，所需归中时间短、归中速度快。

如图4所示，在一具体实施例中，卡板31均包括第一卡边311和第二卡边312，第一卡边311的一端与第二卡边312的一端连接，且第一卡边311与第二卡边312相互垂直，第一卡边311和第二卡边312的运动方向位于第一卡边311与第二卡边312形成的直角的角平分线上。在两个卡板31相互合拢时，此时形成的区域成正方形，从而将无人机的起落架4限制在此正方形区域内。另外，其中两个卡边的直角处为充电区域。

如图5和图6所示，在一具体实施例中，直线导轨组件2包括双向丝杆21，双向丝杆21的一段设有左旋螺纹，另一段设有右旋螺纹；两块卡板31分别与双向丝杆21上的两段螺纹连接。其驱动件1为电机11，电机11的输出轴上设有第一皮带轮12，双向丝杆21的一端设有第二皮带轮13，第一皮带轮12与第二皮带轮13之间通过同步带14连接。另外卡板组件3则还包括第一滑套32，第一滑套32与双向丝杆21螺纹连接，卡板31通过安装组件33安装于第一滑套32上。在电机11转动时，带动第一皮带轮12转动，通过同步带14的传动，带动第二皮带轮13转动，从而使得双向丝杆21转动，进而使得双向丝杆21上的两个第一滑套32沿双向丝杆21布置方向运动，由于两个第一滑套32对应的双向丝杆21上的螺纹方向不同，因而使得两个第一滑套32上的卡板31做相向运动或者相互远离的运动。当然，在其它实施例中，也可以采用齿轮齿条等传动件的组合来实现上述卡板31的运动。

具体地，安装组件33包括连接臂331，第一卡边311和第二卡边312上均设置有呈“十”字状的条形槽333，连接臂331的两端分别滑动于第一卡边311和第二卡边312的条形槽333内。其中连接臂331的两端紧固有连接板332，各条形槽333内设有螺栓，螺栓一端则与连接板332紧固相连，另一端伸出条形槽333后螺纹连接有螺母，在螺栓调整至合适位置后，通过拧紧螺母，从而实现各卡边与连接板332的紧固。上述条形槽333的设置，可以调节卡板31的位置，如图4所示，可以调节卡板31上下左右的位置，最终改变两块卡板31围拢所形成的区域形状，从而适用于不同类型无人机的固定（不同类型无人机的起落架4的尺寸不同，如有可能是正方形，也有可能是长宽不等的长方形等）。

如图5所示，在一具体实施例中，双向丝杆21的一侧设置有用于检测卡板31运动位置的位置检测组件22。具体地，位置检测组件22包括第二滑套221，第二滑套221螺纹连接在双向丝杆21上；第二滑套221的运动轨迹一侧设置有第一检测开关223和第二检测开关224（如磁感应开关），第二滑套221上设有隔板222，当卡板31相互靠近而合拢时，第一检测开关223检测到隔板222；当卡板31相互远离至一定位置时，第二检测开关224检测到隔板222。上述第一检测开关223和第二检测开关224检测到隔板222的位置则为卡板31运动轨迹的两端，在各检测开关检测到隔板222时，则停止电机11的运动，保证卡板31动作的可靠性。当然，在其它实施例中，上述位置检测组件22也可以采用行程开关或红外检测开关来代替。

在一具体实施例中，还包括用于检测无人机着陆位置的检测单元（图中未示出）。其中检测单元可以采用红外识别仪或者视觉检测单元等，安装于无人机上或者停机坪上，通过对无人机着陆位置的检测，综合无人机的飞行姿势等数据，从而判断无人机着陆位置是否位于卡板31的行程范围内，保障后续无人机归中作业的可靠性。当然，上述检测单元也可以对无人机是否位于归中位置进行检测，在异常时进行相应处理。

在一具体实施例中，如图2所示，上述驱动件1和直线导轨组件2均是位于一箱体5内，其中仅卡板31位于箱体5的外部以对无人机起落架4执行归中作业。

如图8所示，本发明还公开了一种基于如上所述的无人机自动归中装置的自动归中方法，包括步骤：

1）两块卡板31相互远离至最大距离；

2）在无人机的起落架4位于两块卡板31之间时，驱动件1驱动两块卡板31沿直线导轨组件2布置方向相互靠近，并与无人机的起落架4接触并将起落架4推至归中位置，其中归中位置位于两块卡板31合拢形成的区域内。

在一具体实施例中，在步骤2）中，在无人机的起落架4位于归中位置时，驱动件1持续提供预紧力以使卡板31固定住起落架4，保障无人机停放的安全可靠性，特别是遇到强风、振动、晃动等外力作用情况下的停放可靠性。

下面结合一完整的具体实施例对上述发明做进一步说明：

首先，卡板31直接开至最大位置，无人机自主降落至停机平台，无人机根据停机平台正中间的检测单元判断无人机是否着陆成功（即是否在卡板31的归中行程范围内），如果着陆失败，无人机会自动起飞，执行复飞程序；如果着陆成功，执行归中动作；在归中过程中，卡板31在电机11的驱动下相互靠近，卡板31会接触无人机起落架4的顶点（如图7中起落架4一端的圆），在运动过程中，自动校正无人机的位置，直接把无人机推至归中位置，最后实现卡位固定，具体归中过程如图7所示，此时起落架4的顶点位于卡板31的直角处的充电区域，从而对无人机进行充电。当然，也可以在此位置对无人机进行更换电池等维修操作。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种无人机自动归中装置，其特征在于，包括驱动件（1）、直线导轨组件（2）和卡板组件（3）；所述卡板组件（3）包括两块卡板（31），两块所述卡板（31）位于所述直线导轨组件（2）上，且在所述驱动件（1）的驱动下在直线导轨组件（2）上做相互靠近或相互远离的运动；在两块卡板（31）相互靠近时，两块卡板（31）与无人机的起落架（4）接触并将起落架（4）推至归中位置，其中归中位置位于两块卡板（31）合拢形成的区域内。

2.根据权利要求1所述的无人机自动归中装置，其特征在于，所述直线导轨组件（2）包括双向丝杆（21），所述双向丝杆（21）的一段设有左旋螺纹，另一段设有右旋螺纹；两块所述卡板（31）分别与双向丝杆（21）上的两段螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的无人机自动归中装置，其特征在于，所述卡板组件（3）还包括第一滑套（32），所述第一滑套（32）与所述双向丝杆（21）螺纹连接，所述卡板（31）通过安装组件（33）安装于所述第一滑套（32）上。

4.根据权利要求3所述的无人机自动归中装置，其特征在于，所述卡板（31）均包括第一卡边（311）和第二卡边（312），所述第一卡边（311）的一端与所述第二卡边（312）的一端连接，且第一卡边（311）与第二卡边（312）相互垂直，所述第一卡边（311）和第二卡边（312）的运动方向位于第一卡边（311）与第二卡边（312）形成的直角的角平分线上。

5.根据权利要求4所述的无人机自动归中装置，其特征在于，所述安装组件（33）包括连接臂（331），所述第一卡边（311）和第二卡边（312）上均设置有呈“十”字状的条形槽（333），所述连接臂（331）的两端分别滑动于所述第一卡边（311）和第二卡边（312）的条形槽（333）内。

6.根据权利要求2～5中任意一项所述的无人机自动归中装置，其特征在于，所述驱动件（1）为电机（11），所述电机（11）的输出轴上设有第一皮带轮（12），所述丝杆的一端设有第二皮带轮（13），所述第一皮带轮（12）与所述第二皮带轮（13）之间通过同步带（14）连接。

7.根据权利要求2～5中任意一项所述的无人机自动归中装置，其特征在于，所述双向丝杆（21）的一侧设置有用于检测所述卡板（31）运动位置的位置检测组件（22）。

8.根据权利要求7所述的无人机自动归中装置，其特征在于，所述位置检测组件（22）包括第二滑套（221），所述第二滑套（221）螺纹连接在双向丝杆（21）上；所述第二滑套（221）的运动轨迹一侧设置有第一检测开关（223）和第二检测开关（224），所述第二滑套（221）上设有隔板（222），当所述卡板（31）相互靠近而合拢时，所述第一检测开关（223）检测到所述隔板（222）；当所述卡板（31）相互远离至一定位置时，所述第二检测开关（224）检测到所述隔板（222）。

9.根据权利要求1～5中任意一项所述的无人机自动归中装置，其特征在于，还包括用于检测无人机着陆位置的检测单元。

10.一种基于权利要求1～9中任意一项所述的无人机自动归中装置的自动归中方法，其特征在于，包括步骤：

1）两块卡板（31）相互远离至最大距离；

2）在无人机的起落架（4）位于两块卡板（31）之间时，驱动件（1）驱动两块卡板（31）沿直线导轨组件（2）布置方向相互靠近，并与无人机的起落架（4）接触并将起落架（4）推至归中位置，其中归中位置位于两块卡板（31）合拢形成的区域内。

11.根据权利要求10所述的自动归中方法，其特征在于，在步骤2）中，在无人机的起落架（4）位于归中位置时，驱动件（1）持续提供预紧力以使卡板（31）固定住起落架（4）。

12.根据权利要求10或11所述的自动归中方法，其特征在于，在步骤2）中，检测无人机的着陆位置；当无人机的着陆位置位于两块卡板（31）的行程范围内时，判断着陆成功；否则判断着陆不成功，执行复飞程序。

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