CN113184183A - 无人机自动补给站及其应用的无人机智能降尘系统 - Google Patents

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程方明
关娜
白泽杰
李磊
郭璟琳
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Abstract

本发明公开了一种无人机自动补给站及其应用的无人机智能降尘系统，其中，无人机自动补给站，包括用于对无人机进行自动补给的补给单元，用于对无人机及无人机自动补给站中各设备控制调配的地面总控单元，用于停放无人机的停机坪，以及用于对各用电设备供给电源的供电单元。本发明中的无人机智能降尘系统，包括如上所述的无人机自动补给站，以及至少一台与无人机自动补给站配合工作的无人机模块；并且，每个无人机模块中均设有抑尘剂喷洒组件、信息采集组件和机体控制组件。本发明智能化程度高、使用简便性好、抑尘成本低，能够精准高效的对施工现场进行抑尘处理。本发明适于在对建筑施工现场治理施工扬尘时使用。

Description

无人机自动补给站及其应用的无人机智能降尘系统
技术领域
本发明属于无人机技术领域，涉及一种无人机及其相应的配套设备,具体地说是一种无人机自动补给站及其应用的无人机智能降尘系统。
背景技术
近年来，我国城市规模日益扩张，建筑施工现场不断增多，施工扬尘对环境质量的影响也愈加不容小觑。施工现场的扬尘若不能被有效抑制，扬尘扩散至空气中，将导致周边环境空气中固体悬浮颗粒浓度升高，在秋冬季节甚至可能会连续出现浮尘雾霾天气，这将严重影响周围居民的日常生活和身体健康。
施工现场现多采用围挡与湿法作业相结合的方式进行抑尘处理，以减少施工所引起的扬尘现象。但是，这种方式目前还存有一定弊端，主要表现在以下几个方面：
1、简便性差。施工前需在现场设立围挡，同时还要在各个围挡上均匀布设多个喷洒头，围挡防风与洒水抑尘相结合，对施工现场进行抑尘处理。但是，围挡的搭建过程本就复杂，再加以需在围挡上布设合理数量的喷洒头，使得该防风抑尘设备的搭建周期更长、施工操作更加繁琐复杂。
2、成本高。设备智能化程度较低，为保证良好的抑尘效果，围挡上的喷洒头需持续不断的向施工现场喷洒抑尘剂（即使该区域并未有扬尘产生）。抑尘剂被无差别喷洒至施工现场，长此以往，将导致抑尘剂被大量浪费，抑尘成本较高。
3、维护困难。施工现场占地面积一般较大，而围挡又需将施工现场与外界环境完全隔离，故围挡分布十分广泛。若围挡损坏或围挡上的喷洒头出现故障，很难被及时发现，施工过程中极易出现防风抑尘的空档期。并且工作人员需至少环绕施工现场一圈才能完成对围挡及围挡上喷洒头的巡检维护，工作量极大。
发明内容
为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种无人机自动补给站及其应用的无人机智能降尘系统，以实现对施工现场不同区域高效智能降尘的目的。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种无人机自动补给站，包括补给单元、供电单元、停机坪和地面总控单元；其中，补给单元包括台体和箱体；
所述箱体内部分隔有功能区和搅拌区；所述功能区内设有与地面总控单元电性连接的平台控制组件，以及用于向无人机中补给抑尘剂的加药组件；所述搅拌区内设有进药管、进水管以及搅拌组件；
所述台体上设有用于保证无人机精准就位的定位组件。
作为本发明的限定，加药组件包括第一液泵以及与第一液泵相连通的加药管；所述第一液泵设于箱体功能区内，所述加药管自箱体搅拌区延伸至台体上方。
作为本发明的进一步限定，加药组件还包括用于将加药管一端推入无人机中的第一电控推杆，所述第一电控推杆设于箱体功能区内。
作为本发明的另一种限定，定位组件包括至少一组于台体上表面相对设置的第二电控推杆，以及于台体上表面设置的多个红外线定位仪；其中，每个第二电控推杆的自由端均设有用于固定无人机的夹条。
作为本发明的进一步限定，供电单元包括电源组，以及设于补给单元台体上表面并与电源组电性连接的感应放电器。
作为本发明的其它限定，还包括具有高栏封闭式车厢的移动车体；所述补给单元、供电单元和地面总控单元均设于移动车体的高栏封闭式车厢内，并且，所述高栏封闭式车厢内还设有至少一个用于停放无人机的停机坪。
本发明还公开了一种无人机智能降尘系统，包括如上所述的无人机自动补给站，以及至少一台与无人机自动补给站配合工作的无人机模块；其中，每个无人机模块中均设有抑尘剂喷洒组件、信息采集组件和机体控制组件。
作为本发明的限定，抑尘剂喷洒组件包括设于无人机模块中的储液箱、设于储液箱外侧的第二液泵以及多个设于无人机模块旋翼下方的静电喷头；其中，每个静电喷头均通过管道经第二液泵与储液箱相连通。
作为本发明的另一种限定，信息采集组件包括设于无人机模块机腔顶部的粉尘浓度检测仪，嵌设于无人机模块机腔前侧的摄像头，以及设于储液箱中的液位探测仪。
作为本发明的进一步限定，无人机模块中还设有至少一组与无人机自动补给站中台体上定位组件相适配的定位支架；其中，每个定位支架均包括两个伸缩支杆，以及连接于两个伸缩支杆末端的定位杆。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果是：
（1）抑尘作业时，本发明中的无人机模块兼具采集施工现场扬尘点数据和现场路况的任务，并可将相关数据实时反馈给无人机自动补给站中的地面总控单元，地面总控单元进行数据处理后可自行规划无人机模块的航迹，进而及时对施工现场产生扬尘的区域喷洒抑尘剂。本发明智能化程度高，对施工现场的扬尘区域有着极强的针对性，抑尘效率高；并且，本发明可避免向未产生扬尘区域持续喷洒抑尘剂的情况出现，能大幅减少对抑尘剂的浪费，降低抑尘成本。
（2）本发明无人机自动补给站中补给单元的箱体部分分隔为功能区和搅拌区，搅拌组件设于搅拌区内，可定期对箱体内的抑尘剂进行搅拌，防止因抑尘剂沉淀而导致抑尘效率降低的情况发生；平台控制组件和加药组件设于功能区内，与抑尘剂相隔离，能够避免平台控制组件和加药组件被箱体内的抑尘剂腐蚀损坏。
其中，功能区内的平台控制组件可实现地面总控单元对补给单元的调配控制，而加药组件则可完成对无人机模块储液箱中抑尘剂的自动补给工作。
（3）本发明无人机自动补给站中补给单元的台体部分设有定位组件，与无人机模块中的定位支架相互配合，可保证将无人机模块精准定位于补给单元的台体上，进而能相应提高补给效率。
（4）本发明无人机自动补给站中的移动车体包括车头和高栏封闭式车厢，其中，补给单元、供电单元、地面总控单元和停机坪等均整合在高栏封闭式车厢中，设备集中设置，在降低维护难度的同时，也解决了设备的运输问题，提高了设备的使用简便性；另一方面，高栏封闭式车厢还可对无人机模块等设备起到保护作用，同时也可解决无人机模块起飞时扬尘过大的问题。
（5）本发明无人机模块中的抑尘剂喷洒组件采用静电喷头超细水雾原理产生抑尘液雾，在保证抑尘效果的同时，可扩大喷洒覆盖范围，提升作业效率，并减少抑尘剂使用量。
（6）本发明无人机模块储液箱中设置的液位探测仪，可实时监测抑尘剂的剩余量，当检测到抑尘剂不足时，可及时控制无人机模块返航补给，可靠性高，能有效避免无人机模块出现无用作功的情况。
综上所述，本发明智能化程度高、使用简便性好、抑尘成本低，能够精准高效的对施工现场进行抑尘处理。本发明适于在对建筑施工现场治理施工扬尘时使用。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。
图1为本发明实施例1的结构关系俯视图；
图2为本发明实施例1中补给单元的结构关系剖视图；
图3为本发明实施例1中补给单元台体的结构关系俯视图；
图4为本发明实施例2中无人机模块的结构关系主视图；
图5为本发明实施例2中无人机模块定位支架的结构关系示意图；
图中：1、车头；2、高栏封闭式车厢；3、停机坪；4、补给单元；5、地面总控单元；6、信号放大器；7、电源组；8、箱体；9、台体；10、进药管；11、进水管；12、搅拌组件；13、平台控制器；14、平台数传电台；15、第一液泵；16、第一电控推杆；17、加药管；18、第二电控推杆；19、夹条；20、红外线定位仪；21、储液箱；22、第二液泵；23、静电喷头；24、空心管；25、粉尘浓度检测仪；26、摄像头；27、液位探测仪；28、感应充电器；29、定位支架；30、伸缩支杆；31、定位杆；32、感应放电器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和理解本发明，并不用于限定本发明。
实施例1 一种无人机自动补给站
本实施例用于搭载无人机及其相应的配套设备，抑尘作业时，本实施例可完成对无人机的航迹规划，以及实现对无人机的自动补给。如图1所示，本实施包括移动车体，以及于移动车体内设置的补给单元4、供电单元、停机坪3和地面总控单元5。
一、移动车体
移动车体具备驱动系统，包括可驾驶的车头1以及高栏封闭式车厢2。其中，高栏封闭式车厢2为侧面可开的箱式结构，内部合理搭建有补给单元4、供电单元、地面总控单元5及至少一个用于停放无人机的停机坪3。并且，本实施例中还为高栏封闭式车厢2配套有相应的防雨布，以在停止抑尘作业或出现雨雪等恶劣天气时，可将防雨布遮盖在高栏封闭式车厢2顶部，对其内部装置进行保护。
二、补给单元4
补给单元4用于实现对无人机的自动补给，如图2所示，补给单元4包括于高栏封闭式车厢2内上下一体设置的台体9和箱体8。其中，箱体8为中空结构，内部通过隔板分隔为功能区和搅拌区。箱体8搅拌区用于配备存放抑尘剂，如图2所示，搅拌区左侧中下部设有进药管10，右侧中下部设有进水管11，底部设有搅拌组件12。配备抑尘剂时，在按比例补充抑尘剂和水后，可控制搅拌组件12对其进行充分的混合搅拌，防止因抑尘剂沉淀而导致抑尘剂抑尘效果变差的情况发生。
箱体8功能区内设置有平台控制组件和加药组件。平台控制组件可与地面总控单元5形成交互，用于实现对补给单元4中各部件的自动控制。平台控制组件包括电性连接的平台控制器13和平台数传电台14，其中平台数传电台14又通过串口连接方式与地面总控单元5互传信息。加药组件用于向无人机中补给抑尘剂，如图2所示，加药组件包括加药管17、第一液泵15以及第一电控推杆16。其中，第一液泵15设于箱体8功能区内，并与平台控制器13电性连接，由平台控制器13对其进行信号控制；加药管17与第一液泵15相连通，一端设于搅拌区内，另一端经箱体8功能区延伸至台体9上方；第一电控推杆16设于隔板的凹槽中，位于箱体8功能区内，并与平台控制器13电性连接，由平台控制器13对其进行信号控制，用于将加药管17推入无人机中或自无人机中抽出。
此处需补充说明的，本实施例中的箱体8搅拌区设于高栏封闭式车厢2底部，位于高栏封闭式车厢2外部，一方面便于进药管10和进水管11与外部管路连接，另一方面也可防止因补给单元4过高而导致无人机受损的情况发生。
台体9作为无人机进行补给时的临时停放平台，整体设于箱体8的上方，并且台体9的中心位置处还设有可供加药管17穿过的加药开口。为确保无人机可精准就位于台体9上的加药位置处，台体9上还相应设有定位组件。如图2和图3所示，定位组件包括至少一组于台体9上表面相对设置的第二电控推杆18，以及设于台体9上表面的多个红外线定位仪20。其中，每个第二电控推杆18的自由端均设有用于固定无人机的夹条19，夹条19上设有与无人机定位杆31相适配的弧形固定槽，并且夹条19弧形固定槽处填充有弹性柔性材料。
本实施例中，共设有一组第二电控推杆18和四个红外线定位仪20，具体如图3所示，一组第二电控推杆18中的两个第二电控推杆18在台体9上于加药开口左右两侧对称设置，而四个红外线定位仪20则分别位于台体9上表面的四角。更具体的，每个第二电控推杆18和每个红外线定位仪20均与平台控制器13电性连接，由平台控制器13进行信号控制。
三、供电单元和地面总控单元5
供电单元用于对本实施例中的各种用电设备供给电源。供电单元包括设于高栏封闭式车厢2内的电源组7，以及与电源组7电连接的感应放电器32。其中，电源组7可满足各种用电设备的用电需求，包括外接电源和备用蓄电池两种方式，当外接电源出现故障或无法连接外接电源时，可通过备用蓄电池供电。感应放电器32整体设于补给单元4台体9上表面，可与无人机中的感应充电器28相适配，在无人机补给抑尘剂的同时可完成对无人机的电量补充。
地面总控单元5设于高栏封闭式车厢2内，采用现有技术中的DCS控制系统，可连接手机、电脑等设备，用于实现对无人机及无人机自动补给站的控制调配。为提高对无人机的控制范围，本实施例中地面总控单元5的一侧还设有信号放大器6。
实施例2 一种无人机智能降尘系统
本实施例采用如实施例1所述的无人机自动补给站，并为该无人机自动补给站配备有至少一台无人机模块。抑尘作业时，本实施例中的无人机模块除向施工现场喷洒抑尘剂外，还兼具采集施工现场扬尘点数据和现场路况的任务；而本实施例中的无人机自动补给站除可完成对无人机模块的补给外，还能够通过地面总控单元5对无人机模块实时反馈的相关数据进行处理，然后自行规划无人机模块的航迹。本实施例中无人机模块和无人机自动补给站信息交互、配合工作，可完成对施工现场智能高效的抑尘作业。
需提前说明的，因无人机自动补给站的具体结构已在实施例1中进行了详细阐述，故以下多为对无人机模块结构的描述。
如图4所示，无人机模块在现有机架、机腔、旋翼等基础结构之上，还包括抑尘剂喷洒组件、信息采集组件和机体控制组件。具体为：
抑尘剂喷洒组件包括储液箱21、第二液泵22以及多个静电喷头23。其中，储液箱21设于机腔下方，用于储存一定量的抑尘剂。储液箱21内腔的中部设有贯穿储液箱21底壁的空心管24，空心管24上设有电磁阀，且空心管24与储液箱21相接触的底端为倒置漏斗状管口，以便在补给时能够与无人机自动补给站上的加药管17良好对接。第二液泵22设于储液箱21的外侧，用于为静电喷头23提供相应量的抑尘剂。更具体的，第二液泵22的进液口通过管道与储液箱21相连通，出而液口则通过管道与各个静电喷头23相连通。静电喷头23则设于无人机模块旋翼的末端，用于将抑尘剂转化为超细液雾喷洒至施工现场。本实施例中，无人机模块四个旋翼末端的下方各设有一个静电喷头23。
机体控制组件设于无人机模块的机腔中，可与无人机自动补给站中的地面总控单元5形成交互，用于实现对无人机模块的自动控制。机体控制组件包括电性连接的机体控制器和机体数传电台，其中机体数传电台又通过串口连接方式与地面总控单元5互传信息。而上述所提到的电磁阀、第二液泵22和静电喷头23则均与机体控制器电性连接，由机体控制器进行相应的信号控制。
进一步的，为避免系统失灵而导致意外事故发生，本实施例中还配备有用于代替地面总控单元5的遥控器，以能够在突发情况下手动控制无人机模块。
信息采集组件包括摄像头26、粉尘浓度检测仪25、定位雷达以及液位探测仪27。其中，摄像头26嵌设于无人机模块机腔的前侧，定位雷达设于无人机模块机腔的内部，并且，摄像头26和定位雷达分别与机体控制器电性连接，用于采集现场路况、对无人机模块实时定位，以便于工作人员监控无人机模块的作业情况。粉尘浓度检测仪25设于无人机模块机腔的顶部，与机体控制器电性连接，用于实时收集现场扬尘点数据，相关数据经机体控制器、机体数传电台下传至地面总控单元5。液位探测仪27设于储液箱21中，与机体控制器电性连接，用于实时监测储液箱21中的抑尘剂剩余量。
更具体的，本实施例中的无人机模块采用自动无线充电结构，即无人机模块机腔的侧壁上设有与无人机模块中电源电性连接的感应充电器28，当无人机模块定位于无人机自动补给站上后，感应充电器28可与台体9上的感应放电器32相适配，进而完成无人机模块的电量补充。
为确保无人机可精准就位于无人机自动补给站中台体9上的加药位置处，无人机模块机腔的下侧还设有至少一组与无人机自动补给站中台体9上定位组件相适配的定位支架29。本实施例中，仅设有一组定位支架29，即无人机模块机腔下侧左右对称设有两个定位支架29。如图5所示，每个定位支架29均为三角形的稳固结构，具体包括两个伸缩支杆30，以及连接在两个伸缩支杆30末端的定位杆31。其中，为防止因无人机模块降落速度过快而导致无人机自动补给站或无人机模块受损，定位杆31与两个伸缩支杆30的连接位置处均设有缓冲垫。
为避免无人机模块补给时出现除尘空档期，本实施例中，共设有两架无人机模块，相应的，无人机自动补给站中共设有两个停机坪3。抑尘作业时，其中一架无人机模块返航补给时，另一架无人机模块可自动接替抑尘任务继续作业。
本实施例的工作过程如下所示：
本实施例应用于建筑施工现场中，当施工现场扬尘浓度过高时，装置启动。无人机自动补给站中的地面总控单元5对需要抑尘作业的区域进行航迹规划，并连接机体数传电台将指令传输至机体控制器，控制无人机模块起飞；无人机模块飞行过程中，第二液泵22将储液箱21中的抑尘剂输送至静电喷头23处，抑尘剂经静电喷头23转化为超细液雾，喷洒至施工现场；无人机模块抑尘作业的同时，粉尘浓度检测仪25、摄像头26和雷达实时采集施工现场扬尘点信息和现场路况，液位探测仪27实时检测储液箱21中抑尘剂的剩余量，并通过机体数传电台将相关数据下传至地面总控单元5，地面总控单元5分析处理后，对无人机模块的航迹进行二次规划。
当无人机模块电量或抑尘剂剩余量不足时，自动返航补给。无人机模块降落时，台体9上的红外线定位仪20监测无人机模块降落位置，在精准就位后，台体9上的第二电控推杆18推动夹条19对无人机模块进行夹持固定，使其稳定就位于台体9的加药位置处；然后，第一电控推杆16推动加药管17进入无人机模块的空心管24，启动第一液泵15进行抑尘剂的补给；与此同时，无人机模块中的感应充电器28与无人机自动补给站台体9上的感应放电器32产生电磁感应，进行无线充电，进而完成电量的补给。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对上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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机自动补给站，其特征在于：包括补给单元、供电单元、停机坪和地面总控单元；其中，补给单元包括台体和箱体；
所述箱体内部分隔有功能区和搅拌区；所述功能区内设有与地面总控单元电性连接的平台控制组件，以及用于向无人机中补给抑尘剂的加药组件；所述搅拌区内设有进药管、进水管以及搅拌组件；
所述台体上设有用于保证无人机精准就位的定位组件。
2.根据权利要求1所述的无人机自动补给站，其特征在于：加药组件包括第一液泵以及与第一液泵相连通的加药管；所述第一液泵设于箱体功能区内，所述加药管自箱体搅拌区延伸至台体上方。
3.根据权利要求2所述的无人机自动补给站，其特征在于：加药组件还包括用于将加药管一端推入无人机中的第一电控推杆，所述第一电控推杆设于箱体功能区内。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的无人机自动补给站，其特征在于：定位组件包括至少一组于台体上表面相对设置的第二电控推杆，以及于台体上表面设置的多个红外线定位仪；其中，每个第二电控推杆的自由端均设有用于固定无人机的夹条。
5.根据权利要求4所述的无人机自动补给站，其特征在于：供电单元包括电源组，以及设于补给单元台体上表面并与电源组电性连接的感应放电器。
6.根据权利要求1-3、5中任意一项所述的无人机自动补给站，其特征在于：还包括具有高栏封闭式车厢的移动车体；所述补给单元、供电单元和地面总控单元均设于移动车体的高栏封闭式车厢内，并且，所述高栏封闭式车厢内还设有至少一个用于停放无人机的停机坪。
7.一种无人机智能降尘系统，其特征在于：包括如权利要求1-6中任意一项所述的无人机自动补给站，以及至少一台与无人机自动补给站配合工作的无人机模块；其中，每个无人机模块中均设有抑尘剂喷洒组件、信息采集组件和机体控制组件。
8.根据权利要求7所述的无人机智能降尘系统，其特征在于：抑尘剂喷洒组件包括设于无人机模块中的储液箱、设于储液箱外侧的第二液泵以及多个设于无人机模块旋翼下方的静电喷头；其中，每个静电喷头均通过管道经第二液泵与储液箱相连通。
9.根据权利要求7或8所述的无人机智能降尘系统，其特征在于：信息采集组件包括设于无人机模块机腔顶部的粉尘浓度检测仪，嵌设于无人机模块机腔前侧的摄像头，以及设于储液箱中的液位探测仪。
10.根据权利要求9所述的无人机智能降尘系统，其特征在于：无人机模块中还设有至少一组与无人机自动补给站中台体上定位组件相适配的定位支架；其中，每个定位支架均包括两个伸缩支杆，以及连接于两个伸缩支杆末端的定位杆。
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