CN113226923A - 无人机对接系统 - Google Patents

Abstract

一种用于多翼型无人机(50)的无人机对接系统(10)，包括一具有一接收器(26)的对接站(20)。该接收器(26)适合于连接到安装在无人机(50)顶部的一对接结构(52)，使得当无人机(50)对接于对接站(20)时，无人机(50)悬挂在对接站(20)的下方。提供一自动防故障的机械结构连接(56、32)，以将对接结构(52)连接到接收器(26)。可以使用一个或多个电磁体(34、58)来将对接结构(52)连接到接收器(26)，可适当控制电磁体(34、58)以为无人机(50)在对接和自由飞行状态之间提供平滑转换，并且可选地引导对接结构(52)对准接收器(26)。无人机(50)适当地具有能使无人机在监控和犯罪预防/侦查方面发挥作用的有效载荷。

Description

无人机对接系统

本发明涉及一种无人机对接系统。

无人机，也就是遥控或自主飞行器、或UAV(无人驾驶飞行器)，是一项成熟的技术，并且目前被用于一系列的测绘/监控应用。无人机通常安装有摄像头和其他设备，例如激光雷达扫描仪、有效载荷舱、机械臂等，以使其能够进行一系列的空中作业。

大多数无人机为多翼型，也就是具有一主要的机身部分，该机身部分上横向伸出翼部。每一翼部在其末端处带有一提供升力推力的旋翼/螺旋桨，以支持无人机腾空。可以通过控制旋翼的相对速度和/或在某些情况下通过对旋翼的矢量控制来控制无人机俯仰角、偏航角、翻滚角、X轴、Y轴和Z轴的位置。现存其他类型的无人机或遥控飞行器，如气球/飞艇和固定翼无人机(即飞机类型的无人机)，通常为远程操控使用。本发明主要涉及多翼型无人机。

已知的对接系统在以下专利中有所描述：KR1020170104186[KIM]、EP3492379[POLITECHNIKA]和KR1020180029676[UNIV KYUNGHEE]。

当多翼型无人机处于非使用状态时，有用和/或方便的是将其存放在“发射台”或“对接”类型的装置上。通常情况下这是无人机可以降落或停放于其上的平台，该平台为无人机提供保护及某些其他功能，例如进行充电。因此，通过使无人机从其发射台上发出并返回其发射台，可以获得某些实际的好处。例如，可以将无人机安置在远程发射台内/上，远离无人机操作人员，这对于多架间隔的、用于监控的无人机来说是有用的。

然而，常规无人机/发射台技术存在的问题在于，无人机在对接于其发射台时容易被故意破坏、盗窃和/或蓄意毁坏。其原因在于，发射台通常位于水平地面上，并且无人机在对接状态下通常处于“睡眠”状态。升高已知的发射台可以使无人机无法被靠近，但是这也会带来不利的后果，例如，出于合法目的的可使用性降低、视野被遮挡以及醒目性增加，这将大幅减损无人机装置的隐蔽性。升高后的发射台往往也更容易被风化，并且会变得更难靠近进行维护。

因此，需要一解决上述一个或多个问题和/或用于改进和/或替代无人机系统的方案。

本发明的各个方面载于所附的独立权利要求中。本发明的优选和/或可选的特征载于所附的从属权利要求中。

本发明与已知无人机系统的不同之处在于，无人机悬挂在其对接站的下方，而非由对接站在下方对无人机进行支撑。

公知常识认为，因为无人机通过增加其升力来升空的事实，所以它是从对接站的上方飞离其对接站的。已知构造规定了对接站上方要有一定数量的纵间距，以使无人机能够飞起并离开对接站。

然而，在本发明的情况下，无人机最初悬挂在对接站下方，因此，飞行开始于无人机最初脱离对接站。这蕴含多种技术，例如防止从对接站释放前无人机未产生足够的升力以支撑其重量的故障。基于此，所提出的构造是与直觉相悖的。

为了解决这一问题，本发明提出使用一接收器来可释放地接收对接结构。

在本发明的某些实施例中，机械接合装置包括多个枢转安装的、与一抵接物相接合的钩。可以在对接站上提供钩，并在无人机上提供抵接物，反之亦然。适当地，钩的移动范围在第一方向上由抵接物进行限制，但是在与第一方向相反的第二方向上，钩可以自由地枢转离开抵接物。该机械接合装置的工作原理为，凭借无人机和对接站的相对运动，抵接物可以随之相对于钩进行移动。基于此，在抵接物沿第一方向移动的过程中，抵接物可以移动(例如，推动)钩远离抵接物，以使他们最终通过抵接物，并且之后钩可以在例如重力的作用下沿第一方向移动。然后，当抵接物(无人机)沿相反方向移动时，钩已经移动到与抵接物相接合的位置，从而防止无人机进一步地离开对接站。

此种类型的机械接合的优势在于，当无人机与对接站接合时，重力起到保持抵接物与钩接合的作用。因为无人机的默认构造是动作精确地与对接站接合，因此这可以防止无人机意外从对接站脱离的可能性。然而，钩可以例如通过使用一驱动器来移动到一脱离位置，以使钩从抵接物处分离，并使无人机从对接站释放。稍后将对此进行更详细的描述。

附加地或可替代地，机械接合装置可以包括多个钩，上述钩具有轴和从上述轴径向延伸的钩部。轴的旋转使钩部能够在不同位置之间进行移动，以使他们可以视需要接合或不接合一抵接物。因此，钩的轴的旋转使钩部进行接合或分离，并且这可以使用如下文参照附图所述的电机系统进行实现。

在本发明的某些其他实施例中，接收器可以包括一捕捉型装置，例如一个或多个电磁控制或电磁驱动的销，上述销选择性地与对接结构上的互补部分相接合/分离。适当地，对接结构上的互补部分包括围绕对接结构的周长延伸的凹槽，一个或一组电磁驱动销可以选择性的与上述凹槽相接合或分离。当一个或复数个电磁驱动销与凹槽相接合时，无人机的重量经由上述销由对接站进行支撑，但是当一个或复数个销从凹槽中脱离，即上述电磁驱动销回缩时，无人机从对接站中被释放。

优选地，一个或复数个销偏置向接合位置，例如通过弹簧加压。换句话说，螺线管需要通电来缩回销，但是当其断电时，该销弹回接合位置。本构造通过确保在断电的情况下销与无人机相接合而非回缩以释放无人机来防范断电。

在本发明的其他实施例中，提出了与上文刚刚的描述类似的构造，只是螺线管的销并非直接与对接结构相对接，而是作用于与对接结构相结合的多个对合模型板。可以使用除了螺线管之外的其他手段来驱动对合模型板，例如凸轮、线性驱动器、螺纹等。

附加地或替代地，对接结构包括一金属板，并且接收器可以包括一磁体。适当地，上述磁体为电磁体，当通电时，上述电磁体吸引并吸住对接结构的金属板，但是当断电时，上述电磁体释放对接结构的金属板，从而将无人机从对接站中释放出来。

在本发明的优选实施例中，对接结构和接收器之间兼备电磁和机械连接，二者可以同时或按顺序进行使用。例如，在对接/分离过程中，可以断开机械连接，从而通过对电磁体进行通电实现将无人机保持在对接站内。

本领域技术人员读者需要理解的是，飞行的初始阶段，在旋翼产生足够的升力以将无人机保持为盘旋或攀升配置之前，有一段无人机的重量大于旋翼所产生的升力的过渡时间。适当地构造本发明而非简单地从对接站释放无人机，以使对接站施加在无人机上的力的大小与无人机产生的升力的大小成比例。这使无人机能够在由对接站进行支撑的无人机和使用其旋翼支撑自身重量的无人机之间逐渐进行过渡。

因为可以通过减少磁力来从对接站逐渐释放无人机，例如，上述磁力与随着无人机的旋翼旋转而产生的升力的大小成比例，所以这样是有利的。反之，当无人机进行对接时，可以增加电磁力以允许无人机与对接站的接合更加受控和/或渐进。一旦对接完成，就可以接合机械连接并对电磁铁断电，以节省功率。

此外，可以例如使用弹簧来使电磁驱动锁止销或对合模型板偏置向无人机接合位置，使得当螺线管或其他分离装置断电时，缩回销(无人机分离)。因此，机械接合的零功率或低功率状态使无人机处于接合状态，这意味着将无人机保持在其对接站内不需要消耗功率。

使用弹簧式锁止销或对合模型板的另一好处在于，当无人机对接时，他们可以作为一扣卡入凹槽或其他结构中。因此，仅需短暂地向螺线管供能即可从对接站分离无人机，由此进一步节省了功率。

适当地，接收器和对接结构为锥形，以便对接时将无人机对准对接站的中心。这一构造还有助于前一段所述的弹簧式销扣住机械结构。

由于本发明在某些实施例中使用电磁体来进行无人机和对接站的对接，因此还可以使用磁场来帮助对接无人机。通过适当地构造电磁铁的线圈和一个或复数个铁磁体，可以创建具有使无人机对准对接站中心属性的磁场。这可以帮助抵消在对接和/或分离过程中无人机没有对准对接站的相对误差。此外，由于磁场是“无法接触的”，所以直至无人机与对接站实际进行对接为止，都可以根据需要动态调整磁场，以将无人机向左/右/上/下进行拉或推，从而帮助无人机正确地与对接站进行对接。

需要理解的是，若在产生足够的升力之前被从对接站释放，则无人机可能会以不受控的方式掉落。

某些无人机预先配置有“自救”功能，该功能通常包括一加速器和一检测无人机何时为自由落体状态的方向传感器。当检测到自由落体情况时，许多无人机具有自动为旋翼供电的软件/控制系统，以使无人机采取悬停飞行配置，并且在某些实施例中，可以使用这一功能来发射无人机。例如，对接站可以简单地“释放”无人机，上述无人机在重力作用下下落。然后无人机的传感器检测到自由落体并且该无人机自动开始飞行，从自动稳定自身的角度来看，该无人机的“发射”事实上是有效的。

然而，优选提供用于将从对接站完全释放无人机的时刻延迟至无人机产生足够的支撑其自身重量的升力的时刻的手段。这可以通过多种方式实现。

在一实施例中，在接收器和对接结构之间插入一力感装置，用于感应位于对接站上的无人机所产生的力(重力)。当无人机产生的升力少于其重力时，可以检测到一净向下的力，反之亦然。适当地使用一控制器以控制无人机从对接站的释放，该控制器被适当配置为在测量到净向下的力大于一特定值时保持住无人机，上述特定值可以为零或基本为零。在某些事实例中，可以提供一反馈或控制电路，以使检测到的向下力平衡于电磁体(若提供)中的电流，即用于将无人机保持在对接站内的电磁力。这可以用来确保无人机在被支撑(对接)状态和自由飞行状态之间平滑转换。

附加地或替代地，可以提供一旋翼速度传感器以感应无人机的一个或复数个旋翼的速度。无人机的一个或复数个旋翼速度与合升力之间存在必然关系，因此当旋翼以大于一特定转速(RPM)的速度旋转时，可以假定无人机能够支撑其自身重量。因此当在一个或多个无人机旋翼上测量到上述特定最小PRM时，可以提供一控制器以从对接站释放无人机。

本领域技术人员读者需要理解的是，适当提供一自动防故障装置，以在发生故障时防止无人机从对接站掉落。为此，可以提供任意适当的手段，例如一位于对接站下方的保护网或架子，以便在发生对接故障时，无人机不容易掉到地上，而是在会对该无人机和/或周围区域造成任何重大损坏之前将其捕捉。

优选地，提供一主动辅助安全系统，在某些实施例中，该主动辅助安全系统可以包括一组弹性绳，当无人机位于对接站内时，上述弹性绳在无人机的底面进行伸长。适当地缩回弹性绳，例如通过使用一曲柄或诸如一电磁体的其他装置，以便常规地从无人机的路径上拉开弹性绳，使无人机能够飞走。然而，当发生故障时，可以释放回缩的弹性绳，以使他们横跨对接站的底面，从而在故障期间扣住将要从对接站掉落的无人机。这将在下文更详细地进行说明。

无人机适当地携带一有效载荷。该有效载荷可以包括以下的一个或多个：

·监控摄像头，例如一闭路电视摄像头、一雷达/夜视摄像头、一热成像摄像头、一激光雷达装置等，上述监控摄像头适当地为一视频摄像头，并且优选为可根据摄像控制指令远程操控摇摄/倾斜/变焦，上述摄像控制指令可以由操作人员、飞行员或由一计算机系统产生。

·一公共广播系统，例如一扩音器，使一飞行员/操作者/计算机系统能够向无人机附近的人广播语音和/或预先录制的信息。

·一追踪系统，可以为一

调度/喷射系统，能够从无人机处向其下方的人员或物体沉积/喷洒

为了在对接时保护无人机，对接站适当地包括悬挂在对接站并向下垂的外壳，以在无人机为对接状态时围绕该无人机提供一防护帘。上述外壳的底面自然具有一开口，以使无人机能够从下方飞入和/或飞出对接站。

优选地，对接站的底面具有允许空气流入和流出的结构，这是在对接/分离过程中无人机产生升力和/或稳定飞行特性所必须的。在一可能实施例中，对接站的底面提供一部分环形腔，上述部分环形腔允许/引导空气平缓地流入对接站，通过无人机的旋翼并再次返回。

无人机适当地包括一防撞系统，以防止包括对接站的其他物体碰撞其机身、尾翼和/或旋翼。防撞系统适当地包括一包围在无人机例如其旋翼的易损部位的轻质(例如，塑料)网。由于上述网为带有网格，该网使得气流能够相对不受阻地穿过它，减少了气流流入/出旋翼时的湍流/阻碍的影响。

可以为无人机提供附加的防护装置，例如一BRS(弹道降落伞回收系统)，上述系统可以在无人机的功能在飞行过程中受到损害时进行部署。当无人机在飞行中发生故障时，弹道降落伞回收系统适当地调度一引导伞或降落伞，以使无人机能够以受控和/或无损的方式降落到地面上。

现仅以示例的方式参照附图对本发明的优选实施例进行说明，附图中：

图1为根据本发明的一无人机系统实施例的示意性剖视图，其中无人机已对接；

图2为图1的无人机系统实施例的示意性剖视图，其中无人机未对接；

图3为图2所示实施例的变化过程的示意性剖视图，其中无人机已对接；

图4为图3所示对接结构的局部透视图；

图5和6为一个序列，其显示了如何使用对合模型板接合/分离无人机；

图7和8示出了图5和6示出的对合模型板的替代驱动机构；

图9为根据本发明的一包括若干无人机系统的远程自治哨塔的示意性透视图；

图10为根据本发明的一用于无人机对接系统的可能机械接合系统的示意性透视图；

图11为在VI-VI中的图5的横截面示意图；

图12为示出了如图5和6所示的机械锁定系统的接合和分离序列的示意性序列；

图13为根据本发明的一用于无人机对接系统的替代机械接合装置的示意性透视图；

图14A和14B分别示出了图8的机械接合装置的解锁和锁定构造；

图15A为根据包括一辅助安全系统的本发明的一无人机对接系统的示意性剖视图；

图15B和15C为图10A分别在非回缩和回缩配置下的无人机对接系统的示意性底视图；

图15C示出了图15A、15B和15C所示的绳的另一种回缩；

图16为从下方观察的对接站20一实施例的示意性局部剖面透视图；并且

图17A和17B为一安装在无人机上的面朝上方的摄像头的视野示意图。

参考附图的图1、2和3，无人机系统10包括一对接站20和一无人机50。

对接站20包括形成一空心壳体的主体部分22，该主体部分在使用时贴附在例如建筑物的拱腹24处。主体部分22在其底面形成有一截锥形的空洞，该空洞为无人机50的接收器26。接收器26具有向内渐缩的侧壁28，其通向一大体上平坦的上壁30，从而为无人机50具有互补形状的对接结构52提供“对中器”功能。

无人机50具有一主体(机身)54，其上部为上述对接结构52。对接结构52在其顶部附近形成有一圆周槽56，该圆周槽56选择性地与在形成于接收器26的锁止销32接合。对接结构52的顶部由一圆形金属板58形成，该金属板56选择性地附接到对接站20的主体22内提供的电磁体34上，并位于接收器26的平面30的上方。对接站20内提供一控制器36，该控制器36用于控制螺线管38的操作，尤其是使锁止销32和/或电磁体34移动的螺线管38的操作。

对接站内还提供一感应充电线圈40，该充电线圈40用于对无人机50的电池(未示出)进行无线充电。无人机50具有一互补的感应充电线圈60，该感应充电线圈60在无人机与对接站20处于对接状态时从对接站20处获取电荷。

提供一力传感器42，用于感应无人机50和对接站20之间的力。

无人机还具有一组电机驱动的旋翼62，安装在从机身54处横向伸出的臂64的末端。提供一网状塑料防撞器66，上述网状塑料防撞器66围绕着旋翼62并防止旋翼62受到外物撞击。

无人机50携带一有效载荷，该有效载荷包括一可移动摄影机68、一公共广播70和一

调度喷嘴72。

无人机适当地具有防水性，例如防护等级(IP)为IP68或优选达到IP68，并且优选被设计为漂浮于水面。这使无人机不受天气情况的影响，并且还能够在发生撞击事故时从水体中打捞起无人机。

可以通过对无人机50通电、向旋翼62提供动力并使其加速产生升力来发射无人机。使用力传感器42和/或一旋翼速度传感器(未示出)来确定无人机50何时已经变得足够轻以能够支撑其自身重量。当该情况出现时，可以逐渐断电或关闭电磁体34和/或使用螺线管38缩回锁止销32，从而从对接站20处释放无人机50。无人机50可以向下飞行并从对接站20飞离70以执行任务。

在某些应用中，可以在检测到侵入者时触发无人机50的发射。因此，无人机50飞到可疑侵入者的位置，并且使用摄像头68采集视频监控录像。若识别出一侵入者，则使用公共广播系统70与该可疑侵入者进行通话和/或发出声音警告。若有必要，使用机载喷嘴72对物体和人员喷射

以协助追踪/犯罪侦查。

任务结束时，无人机650返回对接站20。当它邻近对接站20时，对接结构52开始嵌套到对接站的接收器26内。基于对接结构52和接收器26的锥形侧壁，无人机50在接收器26上自行校准接收器26的中心直至其完全归位。

参照附图的图3，其示出了前述无人机系统10的细微变化，与上述实施例相比，本实施例中的对接结构52的截锥形状延伸得更高，但除此之外，无人机12很大程度上如前所述。

如图3所示的对接站20额外包括一整流罩80，该整流罩80在对接站20中形成一部分环形腔82。这有助于在无人机20的对接或分离的程序中空气84流入和流出壳体。

进一步地，需要注意的是，锁止销32为弹簧33承载的，以便使其偏置向延伸(锁定)位置。当无人机50与对接站20接合时，对接结构52的一倒角部分86将锁止销32向外推开，直至其对准凹槽56，随后弹簧33的力使得无人机50与对接站咔嗒一声接合。因此，仅需对螺线管38进行通电即可从对接站20处释放无人机50，这节省了电力。

如前所述，当无人机50临近对接站20时，可以对电磁体34进行预供电。电磁体34产生的磁场可以用于辅助对接结构52对准接收器26的中心。在本发明的某些特定实施例中，提供几个可独立控制的电磁体。通过改变电磁体中的相对电流，可以相对于对接站向左/右/上/下拉动无人机50，以协助校正对接程序中的任何漂移或误差。技术人员读者还需要理解的是，磁场随着距电磁体的距离增加而减弱，并且该磁场衰减效应还可以用于对接站20内的无人机50的自动对准。

附图的图4示出了由螺线管38驱动的销32，该销32围绕无人机的对接结构52间隔120度进行布置。通过虚线可以看出，当螺线管38断电时，锁止销32突出进入板58下方的凹槽56内。然而，当螺线管38通电时，锁止销32缩回，以使销32的尖端完全脱离板58的外周缘，从而使无人机能够起飞和/或被释放。图4还示出了位于板58中心的一面朝上方的摄像头59，后面将参照下文的图17和18对其功能进行描述。

附图的图5和图6示出了用于无人机50与对接站20进行机械接合的替代布置。在这种情况下，提供一对对合模型板320，该对合模型板320上具有一圆形局部的切口322。如图5所示，可以通过例如弹簧来将对合模型板320推到一起，以使切口322将对接结构52接合到板58下方的凹槽56中。然而，如图6所示，当对合模型板320缩回时，切口32之间的间隔超过板58的尺寸，从而使无人机能够被释放和/或起飞。

附图的图7和图8示出了用于驱动对合模型板320的替代配置。在如图7所示的实施例中，提供的每一对合模型板320均具有一带槽的孔324，销324被布置为在其中滑动。如图7中的虚线所示，销326安装在一可旋转圆盘328上，以使圆盘328的旋转撬开对合模型板320。

图8中示出了一类似的结构，但这次，在对合模型板320的分割线上设有一凸轮。通过转动凸轮320可以撬开对合模型板320，从而能够释放无人机。

即使如附图的图5至8所示的实施例示出了一对对合模型板，但这纯粹是为了简化附图，并且需要理解的是，可以提供任意数量的对合模型板，例如以围绕板58的中心线为例分别以120或90度布置三或四个对合模型板。

可以向电磁体34通电(逐渐或瞬时)以保持无人机50的金属板58暂时紧靠接收器26的平坦上壁30，并且可以通过对螺线管38断电来伸出锁止销32，以使锁止销32弹回到无人机的对接结构52的圆周凹槽56进行接合。

此时无人机50完全由对接站20进行支撑，可以关停其旋翼62以使此时无人机的重量由对接站支撑并悬挂在对接站上。然后控制器36可以接通充电电路，使用如前所述的感应线圈系统40、60对无人机50进行再充电。然后无人机50即可再次使用。

可以提供环境检测装置，例如对接站20内的检测情况的逐渐或突然变化运动传感器。例如，可以编程控制无人机的旋翼时而缓慢旋转，以防止例如鸟类和/或蝙蝠的筑巢。另外，当无人机50完全对接时，其旋翼可以高速旋转以增加急速气流，从而清除堆积在对接站内和/或在无人机上和/或周围的树叶、垃圾或其他杂物。

附图的图9中示出了根据本发明的一包括三个无人机系统10的自治远程哨所100。

远程哨所100具有一中心支撑杆102，该中心支撑杆102支撑三个对接站20，对接站20的每一个均具有如前文所述的其自身的降落无人机50。提供的每一个对接站20的上表面104均具有一太阳能光伏板106，其用于为一封装在杆102内的电池(不可见)充电。该电池用于为远程哨所100进行充电以及为无人机50进行再充电。

远程哨所100装有监控摄像头110，监控摄像头110适当地连接到一可以根据需求调度/控制降落无人机50的监控系统。远程监控站的无线连接经由一安装在杆102顶端的天线112进行提供。此外，提供一全方位泛光灯照明114以及一全方位扬声器系统116，以使在发生可能的激活、警报、广播信息时可以通过广播来阻止恶意活动。泛光灯照明(是可见或红外的)的使用可以用于改善摄像头110的视野和或用于为附近的人、车辆和/或物体提供一般照明。

现参照附图的图10，根据本发明的一无人机对接系统10包括大体上如上文所述的一无人机50，该无人机50具有一安装在其机身54顶部的对接结构52。

对接结构52包括一圆顶状的凸起部分520，该凸起部分520支撑一圆形板522，该圆形板522与无人机50的机身54间隔开来。板522的直径略大于凸起部分520的上端以便形成一底切524，该底切524形成一抵接表面。

板522与多个钩560相接合，在该实施例中，钩560枢转地安装在一环562上。虽然只要能够在无人机50悬挂在对接站下方时稳定地进行支撑，可以设置任何数量的钩，但在所示实施例中只示出了三个钩560。本实施例示出了附贴在对接站(为使图清晰而未示出)底面的环562和自由地以环562为中心旋转的钩。

还提供一抵接环564，其将每个钩向下运动566的程度限制在不超过一定程度的范围内。然而，当无人机50从钩560下方往上升并且板522的外缘与每个钩的底面接触时，每一个钩通常都自由地沿着反方向568进行枢转。驱动器环570在其支撑环562的径向外侧与钩560的每一个相接合，并且因此，通过移动驱动器环570以下移572，钩560可以沿方向568向上枢转。

参照附图的图11，其示意性地示出了钩560中的一个的侧视图，出于说明的目的，驱动器环570已经替换为线性驱动器570。需要理解的是，钩560的每一个都可以通过他们自身的线性驱动器进行驱动，或者由驱动器环570一齐驱动。

在附图的图11中，可以看到，钩560在支撑环562的径向内侧具有弧形表面580，并且无人机50的板522的上缘具有倒角刀尖582。因此，当将板522向上移动584时，板582的外缘将抵靠在钩560的弧形表面580，并且将使其绕着支撑环562进行枢转。在这种情况下，钩的相对表面586从驱动器环/线性驱动器570处移开，并且该相对表面586将在下文进行描述。

图12示出了如前图5和6所示的包括使用机械接合装置从对接站对接和分离无人机50的序列。图12A-12E示出了对接过程；而图12F-12I示出了分离过程。虽然已经部分地移动了钩560，但图12A在很大程度上为图11的镜像。

从图12A、B、C中可以看出，随着无人机50的上移584，外缘582推动弧形底面580，并使钩560绕支撑环562枢转。

如图12C所示，板522将继续移动钩560，直至板522最终通过钩560的尖端的时刻。

当该情况发生时，如附图的图12D所示，钩560绕支撑环562往回枢转，直至弧形表面580与抵接环564相接合。此时，如图12E所示，当无人机沿反向，即向下移动时，钩与板522下方的底切524相接合。这导致接合位置处具有重力(g)，该重力(g)用于保持无人机50与钩相接合以及钩560与抵接环564相接合。在此种布置中，尽管装置完全断电，无人机也可以仅靠重力牢固地保持在该位置，并且这样提供了一稳定的、自动防故障的停靠无人机的布置。

为了从对接站分离无人机，需要进行反向操作，这包括如附图的图12F至12I所示的驱动驱动器环570，从而向下推动572，并使钩560上的支撑环562径向向外。这导致此时钩560沿反方向枢转，当钩子的尖端向上抵靠板522的底侧时，钩560将无人机50向上抬起。如附图的图12G所示，钩最终到达一个位置，在该位置其尖端位于板522的边缘，并且如图12H所示，任意进一步的移动就将导致钩560从板522处脱离，从而能够释放无人机50。

最后，如附图的图12I所示，可以缩回驱动环570以将钩560重置至开始位置，如附图的图11所示。

附图的图13和14示出了一替代的机械接合装置，其中，无人机50具有如前所述的对接结构52，但是本次，其具有一组三个的旋转钩，该旋转钩可以与贴附在对接站(为使图清晰而未示出)的一环602接合或分离。每个钩600具有一轴部604和一钩部606。钩600可使用例如在附图的图9A和9B中示出的机械装置绕轴部604的轴线进行旋转，该机械结构包括在对接结构52内。

该机械结构包括一主齿轮612，由电机(为使图清晰而未示出)驱动旋转。主齿轮与小齿轮614啮合，该小齿轮614连接到钩600的轴部604。通过比较图14A与14B可以看出，主齿轮612在一个方向上的旋转使得钩部606移动到面朝径向内侧的方向；而随后的旋转或反向的旋转则使得钩部606面向径向外侧的方向。

从图14A和14B的下半部分可以看出，当将钩被布置为面朝径向内侧的方向时，它们的外圆周小于接合环602的外圆周，并且它们因此可以从接合环602的内部向上穿过接合环602。然而，当主齿轮旋转时，钩600也旋转，以使它们的钩部面朝外，并且因此具有比602中的接合处更大的外径。这使钩能够与接合环进行接合，从而因此使无人机50保持在壳体(未示出)内。

如前文所提及的，适当地一提供辅助安全系统，以防止在发生故障时无人机从对接站掉落。附图的图15A至15D示出了辅助安全系统的示例。

在附图的图15A中，可以看到大体上如参照图3所述的一壳体具有与之相对接的无人机50。若无人机的对接结构52与对接站20的接收器26之间的连接失败，则无人机之后很容易从对接站20掉落，从而导致对其自身和/或附近的物体和/或人员的损伤。为了防止该情况，一组弹性带800横跨于对接站20的下部，以防止在该种故障发生时无人机50从对接站20掉落。

附图的图15B和15C示出了从下方观察的图15A的对接站，并且可以看到，在图10B中，弹性绳800已经回缩到一定程度，从而使无人机能够畅通无阻地离开对接站20。

将弹性绳800围绕无人机并在其相对的端802处对其进行锚固，并且通过牵开器806将它们的中点804径向向外拉。

在普通情况下，牵开器806将弹性绳800以向外的方式拉开，如图15A所示；但是在无人机/对接站故障的情况下，可以拉长牵开器800，以便此时弹性绳800跨越对接站20的底面，从而防止无人机50从其上掉落。

尽管所示辅助安全系统使用两条弹性绳800，但需要理解的是，可以设置任何合适数量的弹性绳800，以确保在发生故障时使无人机50能安全地停留在对接站20内。

附图的图15D示出了用于弹性绳800的替代的回缩结构，如前所述在他们相对的端802处锚固该回缩机构。然而，中点804与金属板810相连，该金属板810被吸引到电磁体812处。当壳体20通电时，电磁体812通电，致使金属板810牢固地与电磁体812相连。然而，在电源故障的情况下，电磁铁812断电，因此释放金属板810，并使弹性绳800能够采用如图15C的虚线所示的横跨位置。

在本发明的某些实施例中，弹性绳可以用于调度保护网。换言之，可以将保护网的边缘固定到弹性绳，以使当绳800处于直线布置时，保护网(未示出)位于对接站20下方。

牵开器806可以由曲柄驱动，但是在某些实施例中，他们可以具有固定的长度并通过电磁体保持在牵开位置。因此，在电源故障的情况下，电磁体断电，从而自动释放自身并允许弹性绳800采用如附图的图10C所示的布置。

图16为从下方往上看的对接站20的实施例的示意性透视局部剖开立体图。对接站20具有前述部分圆锥形接收器凹部26，凹部26的侧壁具有部分伸出穿过该侧壁的锁止销32。基准标记260位于凹部26的平坦的壁261上，该基准标记260上具有一组机器可读的特征。基准标记260可以包括条形码、二维码或符号(如图所示)。由于凹部的平坦的壁261上的基准标记260的位置，可以通过无人机50上面朝上方的摄像头50对其进行观察，如参照上图4的前文所述。

图17A和17B示出了无人机50上面朝上方的摄像头59“看到”的东西。在图17A中，无人机的对接结构52的平移方向与旋转方向均未与凹部对准。这可以通过基准标记线特征的横向和垂直位移相对于面朝上方的摄像头56的视野590的假想准星592的位置来进行检测。无人机的控制器因此可以应用飞行控制输入来校正偏差，以使基准标记290正确地与面朝上方的摄像头56的视野590的准星592对准——如图17B所述。这样，所设置的置于任意无人机的摄像头(但是特定地，为面朝上方的摄像头59)的视野590内的对接站20上的一个或多个基准标记260，可以用于协助无人机50正确地与对接站20对准和/或对接。

前述实施例仅为本发明实施例的示例，本发明并不限于前述实施例的细节。无论如何，保护范围由所附权利要求书确定。

Claims (28)

1.一种无人机对接系统，包括：

一无人机，包括具有对接结构的机身部分；和

所述无人机的一对接站，包括用于可释放地接收所述对接结构的一接收器，其中

所述接收器位于所述对接结构上方，使得当所述无人机对接于所述对接站时，它悬挂在所述对接站的下方，并且所述无人机对接系统还包括：

一机械接合装置，作用于所述无人机与所述对接站之间，选择性地将所述无人机接合于所述对接站/从所述对接站释放。

2.如权利要求1所述的无人机对接系统，其中，所述机械接合装置包括一个或多个电磁驱动锁止销，所述电磁驱动锁止销接合于围绕所述对接结构的周边进行延伸的凹槽。

3.如权利要求1或权利要求2所述的无人机对接系统，其中，所述机械接合装置包括一扣式装置。

4.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，其中，所述一个或多个电磁驱动锁止销偏置向接合于所述凹槽的位置，并且其中所述一个或多个螺线管被配置为当对他们通电时缩回所述锁止销。

5.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，其中，所述机械接合装置包括一个或多个对合模型板，所述对合模型板接合于围绕所述对接结构的周长延伸的凹槽，所述对合模型板可以相对于另一个对合模型板在第一位置和第二位置之间径向移动，在第一位置处他们与一所述凹槽相接合，在第二位置处他们脱离所述凹槽。

6.如权利要求5所述的无人机对接系统，其中，所述对合模型板径向偏置向所述第一位置，并且其中提供将所述对合模型板推向所述第二位置的手段。

7.如权利要求6所述的无人机对接系统，其特征在于，所述用于将所述对合模型板推向所述第二位置的手段包括：一螺线管、一凸轮、一线性驱动器、一齿条和小齿轮、一楔子和一螺纹的任意一个或多个。

8.如权利要求1或权利要求2所述的无人机对接系统，其中，所述机械接合装置包括：

在所述无人机或对接站的第一个上的：多个枢转安装的钩，所述多个枢转安装的钩在一第一钩方向上由一抵接物限制其运动范围、但是与在所述第一钩方向相反的一第二钩方向可自由枢转离开所述抵接物；和

在所述无人机或对接站的另一个上的一抵接物，因此：

通过所述无人机相对于所述对接站的移动，所述抵接物相对于所述钩进行移动，使得：

在所述抵接物沿一第一无人机移动方向移动的过程中，所述抵接物沿所述第二钩方向将所述钩移动至一位置以使他们最终通过所述抵接物，并且之后所述钩沿着所述第一钩方向移动，直至他们与各自的抵接物相接合；

使得随后在所述抵接物沿一与所述第一无人机移动方向相反的第二无人机移动方向移动时，所述钩接合于所述抵接物，以将所述无人机接合于所述对接站。

9.如权利要求8所述的无人机对接系统，其中，所述第一钩方向和所述第二无人机移动方向实质上为重力作用的方向，并且其中所述第二钩方向和所述第一无人机移动方向实质上为远离重力作用的方向。

10.如权利要求1或权利要求2所述的无人机对接系统，其中，所述机械接合装置包括：

在所述无人机或对接站的第一个上的一接合；和

在所述无人机或对接站的另一个上的多个钩，

所述钩包括一轴部和一从所述轴部径向延长的钩部，并且所述钩部可绕着所述轴部的轴线在一第一和第二位置之间旋转，所述钩部的末端之间的间距在所述第一和第二位置处是不同的，使得

通过所述钩绕着他们各自轴线的旋转，可以将所述钩部移动到他们接合所述接合的一第一位置；并且移动到他们脱离所述接合的一第二位置。

11.如权利要求10所述的无人机对接系统，其中，每一钩的每一轴部都连接到一通过一主齿轮驱动旋转的小齿轮；并连接到一用于旋转所述主齿轮以在所述第一和第二位置之间旋转所述钩的电机。

12.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，其中，所述接收器还包括一电磁体，并且所述对接结构包括一金属板，其中，当所述电磁体通电时，它吸引并吸住所述对接结构的所述金属板，以支持在所述对接站下方的所述无人机，但是当断电时，所述电磁体释放所述对接结构的所述金属板，以从所述对接站释放所述无人机。

13.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，还包括用于延迟从所述对接站释放所述无人机的时间直至所述无人机已经产生足够的升力来支撑其自身重量的手段，所述无人机对接系统包括：一插入所述接收器和对接结构之间的力感装置，力感装置适合于感应来自所述对接站上的所述无人机的所述力(重力)；和一控制器，其中，所述控制器适合于，当确定所述无人机产生足够支撑其自身重量的升力时，使用所述力感装置防止和/或延迟从所述对接站释放所述无人机。

14.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，包括：用于感应所述无人机的一个或复数个旋翼的速度的旋翼速度传感器；和一控制器，其中,所述控制器适合于，当确定所述无人机产生足够支撑其自身重量的升力时，使用所述无人机的一个或复数个旋翼速度和所述由此产生的升力之间的一已知关系来防止和/或延迟从所述对接站释放所述无人机。

15.如权利要求13或权利要求14所述的无人机对接系统，当从属于权利要求12时，其中，所述控制器适合于控制所述电磁体的电流和一探测到或测量到的所述无人机产生的升力成比例，使得从对接到自由飞行或相反的转换是平缓的。

16.如权利要求12至15的任一项所述的无人机对接系统，其中，在一对接过程之前和中间，所述电磁体通电，以创建一具有一磁场轮廓的磁场，所述磁场轮廓被配置为促使所述对接结构对准所述接收器。

17.如权利要求16所述的无人机对接系统，包括多个可独立控制的电磁体，每一电磁体形成的每一其自身磁场具有一磁场轮廓；和一电磁体控制器，被配置为调整所述电磁体的电流，使得所述磁场轮廓替代所述对接结构进行对所述接收器的对准。

18.如权利要求17所述的无人机对接系统，其中，所述电磁体控制器被配置为在一水平和/或一垂直平面替代所述对接结构，和/或被配置为使所述对接结构绕俯仰角、偏航角和翻滚角的轴线中的任何一个或多个倾斜。

19.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，其中，所述对接站还包括一辅助安全系统，在发生所述无人机非故意地从所述对接站脱离时自动扣住所述无人机。

20.如权利要求19所述的无人机对接系统，其中，所述辅助安全系统包括：

一条或多条弹性绳，每一弹性绳具有：

一伸长位置，在所述伸长位置它/它们在所述无人机的下方高度处横跨所述对接站的至少部分底面；和

一回缩位置，在所述回缩位置它/它们回缩，以便允许所述无人机畅通无阻地、或基本上畅通无阻地进入/离开所述对接站；

一用于所述或每一弹性绳的牵开器，用于将所述或每一弹性绳保持在所述回缩位置处；和

在发生所述无人机非故意地从所述对接站脱离时用于释放所述牵开器的手段。

21.如权利要求20所述的无人机对接系统，其中，所述用于释放所述牵开器的手段包括一附贴在所述对接站的电磁体和一连接到或形成部分所述牵开器的金属板，以使当所述电磁体通电时，所述金属板被所述电磁体吸引并且所述弹性绳保持在所述回缩位置，但是当所述电磁体断电时，所述金属板被从所述电磁体释放并且所述弹性绳移动到所述伸长位置。

22.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，其中，所述无人机适合于携带有效载荷，所述有效载荷包括下列一种或多种：视频监控摄像头，根据摄像控制指令远程操控其平移/倾斜/变焦；公共广播系统，使飞行员/操作者/计算机系统能够向所述无人机附近的人广播语音和/或预先录制的信息；激光雷达扫描仪；追踪系统；

调度系统，能够从所述无人机处向其下方的人员或物体沉积/喷洒

以及一降落伞回收系统。

23.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，其中，所述对接站包括一悬挂在所述对接站并向下垂的外壳，以在所述无人机为对接状态时围绕所述无人机提供一防护帘。

24.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，其中，所述对接站包括一整流罩，用于将所述无人机产生的气流平稳地引入和/或导出所述对接站。

25.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，其中，所述无人机包括一防撞系统，所述防撞系统包括一包围在所述无人机易损部位的轻质网，以防止物体碰撞所述无人机的机身、尾翼和/或旋翼。

26.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，还包括一感应充电系统，用于在所述无人机对接于所述对接站时对所述无人机的电池进行无线再充电。

27.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，其中，所述无人机是防水的。

28.如上述任一项权利要求所述的无人机对接系统，其中，所述无人机的密度小于1gcm^-3，以使所述无人机能漂浮在水面上。

Images