CN113247289A - 一种垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，包括舱体和安装在舱体顶部的可开合的顶盖，所述的舱体内还安装有内舱，所述的内舱与舱体的高度相同，所述的内舱内部还布置有旋转机构，内舱顶部安装有夹持对中装置，所述的夹持对中装置上还安装有锁紧充电装置；所述的锁紧充电装置包括与夹持对中装置连接的底座和连接在底座上的充电用气动液压钳。本发明的机巢可以实现自动收放，自动充电、无人值守，数据上传。远程实时监控，可解除自动模式，人工远程操作并可以兼容垂直起降无人机与多旋翼无人机。

Description

一种垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢

技术领域

本发明涉及无人机起降技术领域，具体涉及一种垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。随着无人机技术的迅速发展，无人机的使用已经逐渐在航拍、农业、植保、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等领域进行推广和应用，但是随着无人机的使用要求不断提高，无人机在降落过程中依旧存在一些不足急需去完善。

电动垂直起降固定翼无人机采用可收放式旋翼实现垂直起降的专利技术，具备大载重、长航时、5000米海拔高原垂直起降能力，挂载灵活，可携带可见光相机、倾斜摄影相机、多光谱相机、双光吊舱、激光雷达等载荷，垂起载重能力最大可达10公斤，最长航时可达到4个小时，可同时携带多种载荷作业。

垂起动力采用四轴八旋翼，动力系统极限起飞推力超过70公斤，实用36公斤，具有足够的动力余量，即使一对桨停转，也能保证飞机能够安全降落。

采用大展弦比机翼设计，配合翼尖小翼，同时在固定翼飞行阶段将四轴八旋翼收回到机身内部，大大减小了阻力，提高了续航时间，旋翼展开和收起的过程完全自动完成，无需人工干预。

现有技术中，无人机在起飞和降落的过程中不可避免的会产生地面效应，地面效应是指运动物体贴近地面运行时，地面对物体产生的空气动力干扰，这会导致无人机在起飞和降落过程中的姿态产生不可预测的变化，严重者会造成无人机的倾斜和翻倒，增加无人机使用的安全隐患。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，解决现有技术中缺少一种用于收纳垂直起降固定翼无人机的机巢以及现有机巢对中定位找准精准度不足、整体环境适应性能不佳的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，包括舱体和安装在舱体顶部的可开合的顶盖，所述的舱体内还安装有内舱，所述的内舱与舱体的高度相同，所述的内舱内部还布置有旋转机构，内舱顶部安装有夹持对中装置，所述的夹持对中装置上还安装有锁紧充电装置；

所述的锁紧充电装置包括与夹持对中装置连接的底座和连接在底座上的充电用气动液压钳。

本发明还具有如下技术特征：

所述的旋转机构包括安装在内舱底板上的支撑架和通过安装轴与支撑架连接的旋转台；

所述的安装轴上套接有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮啮合，所述的主动齿轮与电机连接；

所述的主动齿轮的直径小于从动齿轮的直径。

所述的内舱顶板开口，旋转台的表面与内舱顶板平齐。

所述的夹持对中装置包括与内舱顶板连接的X1轴和X2轴以及与X1轴和X2轴连接的Y1轴和Y2轴；

X1轴和X2轴平行布置在旋转机构两侧，Y1轴和Y2轴平行布置在X1轴和X2轴上方；

所述的X1轴包括第一丝杠安装板和沿第一丝杠安装板长度方向的一侧垂直连接的X轴导轨安装板，X轴导轨安装板与内舱顶板连接；

所述的第一丝杠安装板上通过第一X轴支承座安装有第一X轴丝杠和第二X轴丝杠，第一X轴丝杠和第二X轴丝杠分别通过X轴联轴器与安装在第一丝杠安装板上的直角换向器连接，直角换向器上连接有X轴电机；

所述的X轴导轨安装板上安装有X轴导轨，X轴导轨上安装有X轴滑块；

所述的第一X轴丝杠和第二X轴丝杠的旋向相反，第一X轴丝杠和第二X轴丝杠上均通过螺母连接有Y轴连接装置，Y轴连接装置与滑块连接；

所述的X2轴与X1轴结构相同。

所述的X轴导轨安装板长度方向的两端还垂直连接有端板，端板上安装有第二X轴支承座；

所述的第一X轴丝杠和第二X轴丝杠远离X轴联轴器的两端分别安装有限位开关；

所述的第一丝杠安装板沿长度方向的另一侧还垂直连接有防尘板。

所述的Y1轴包括与Y轴连接装置连接的第二丝杠连接板，第二丝杠连接板的中部连接有Y轴联轴器，Y轴联轴器的两端分别连接有第一Y轴丝杠和第二Y轴丝杠，第一Y轴丝杠和第二Y轴丝杠分别通过Y轴支承座与第二丝杠连接板连接；

所述的第二丝杠连接板沿第二导轨安装板长度方向的一侧垂直连接有第一Y轴导轨安装板和第二Y轴导轨安装板，第一Y轴导轨安装板和第二Y轴导轨安装板上分别安装有Y轴导轨，Y轴导轨上安装有Y轴滑块；

所述的第一Y轴丝杠和第二Y轴丝杠的旋向相反，第一Y轴丝杠和第二Y轴丝杠上均通过螺母连接有推板，推板与滑块连接，第一Y轴丝杠的另一端连接有Y轴电机；

所述的Y2轴与Y1轴结构相同。

如权利要求6所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，所述的锁紧充电装置包括与第二丝杠连接板连接的底座和连接在底座上的充电用气动液压钳；

所述的充电用气动液压钳包括连接在底座上表面的导向块和连接在导向块上表面的第一连接板，所述的第一连接板可以在导向块上表面上移动；

第一连接板的一端伸出导向块上表面外，第一连接板伸出导向块的一端还连接有充电板，充电板背向导向块的一端开有充电槽，充电槽内布置有充电弹片；

所述的底座上还连接有动力块，所述的动力块上布置有电气接口和气动接口，电气接口用于给充电弹片供电，气动接口用于给第一连接板供能。

如权利要求7所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，所述的Y2轴与Y1轴上分别布置有一对充电用气动液压钳，一对充电用气动液压钳之间的距离根据无人机起落架之间的距离确定。

如权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，所述的顶盖包括盖合在舱体顶部的第一顶盖和第二顶盖，所述的第一顶盖和第二顶盖分别通过连接机构和舱体连接，所述的连接机构包括连接第一顶盖和舱体的第一连接机构和连接第二顶盖和舱体的第二连接机构；

所述的第一连接机构包括铰接在舱体长度方向的侧壁上的连杆2与连杆2铰接的电动推杆2，电动推杆2的另一端与舱体长度方向的侧壁铰接，所述的连杆2呈L型，中间夹角为α为153°；

所述的第一连接机构还包括铰接在舱体长度方向的侧壁上的连杆1与连杆1铰接的电动推杆1，电动推杆1的另一端与内舱朝向舱体长度方向侧壁铰接，铰接点的高度与舱体高度相同，所述的连杆1呈L型，中间夹角为α为153°；

所述的第二连接机构的结构与第一连接机构的结构相同。

所述的支撑架上还连接有无线充电发射端，无线充电发射端位于旋转台正下方；

所述的内舱中还布置有温控装置和除湿装置。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

（Ⅰ）本发明的机巢可以实现自动收放，自动充电、无人值守，数据上传。远程实时监控，可解除自动模式，人工远程操作并可以兼容垂直起降无人机与多旋翼无人机。

（Ⅱ）本发明的对中找正的准确性依照统计数据设计降落平台大小，并留一定裕量。接收平台与翻盖机构在金属结构件上安装，以保证精度与刚度。顶盖为梯台形状，抗风阻系数较低的一种，表面和合盖边缘加软性覆盖，令合盖后密封性好，且对无人机的误碰撞起到保护作用。

（Ⅲ）本发明结构简单，施工方便，可以极大的节约人力物力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的顶盖及连接机构结构示意图；

图3为本发明的爆炸图；

图4为本发明的夹持对中装置结构示意图；

图5为本发明的X1轴结构示意图；

图6为本发明的Y1轴结构示意图；

图7为本发明的锁紧充电装置结构示意图；

图8为本发明的锁紧充电装置使用状态示意图；

图9为本发明的旋转机构结构示意图；

图10为本发明顶盖打开状态的结构示意图；

图11为本发明的侧视结构示意图Ⅰ；

图12为本发明的侧视结构示意图Ⅱ；

图13为本发明无线充电装置接收端线圈初磁场强度示意图；

图14为本发明的接收端和发射端相对位置对互感的影响示意图；

图15为本发明的磁场仿真图；

图16为本发明的降落过程示意图Ⅰ；

图17为本发明的降落过程示意图Ⅱ；

图18为本发明的降落过程示意图Ⅲ；

图19为本发明的降落过程示意图Ⅳ；

图20为本发明的降落过程示意图Ⅵ；

图21为本发明的降落过程示意图Ⅶ；

图22为本发明的降落过程示意图Ⅷ；

附图中各个标号含义：1-舱体，2-顶盖，3-内舱，4-旋转机构，5-夹持对中装置，6-锁紧充电装置，7-底座，8-充电用气动液压钳，9-支撑架，10-安装轴，11-旋转台，12-从动齿轮，13-主动齿轮，14-电机，15-X1轴，16-X2轴，17-Y1轴，18-Y2轴，19-X轴导轨安装板，20-第一丝杠安装板，21-第一X轴支承座，22-第一X轴丝杠，23-第二X轴丝杠，24- X轴联轴器，25-直角换向器，26-X轴电机，27-X轴导轨，28-X轴滑块，29-螺母，30-Y轴连接装置，31-端板，32-第二X轴支承座，33-限位开关，34-防尘板，35-第二丝杠连接板，36-Y轴联轴器，37-第一Y轴丝杠，38-第二Y轴丝杠，39-Y轴支承座，40-第一Y轴导轨安装板，41-第二Y轴导轨安装板，42-Y轴导轨，43-Y轴滑块，44-推板，45-Y轴电机，46-导向块，47-第一连接板，48-充电板，49-充电槽，50-充电弹片，51-动力块，52-电气接口，53-气动接口，54-第一顶盖，55-第二顶盖，56-连接机构，57-第一连接机构，58-第二连接机构，59-连杆2，60-电动推杆2，61-连杆1，62-电动推杆1，63-无线充电发射端，64-温控装置，65-除湿装置。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。

实施例1：

遵从上述技术方案，如图1～图22所示，一种垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，包括舱体1和安装在舱体1顶部的可开合的顶盖2，所述的舱体1内还安装有内舱3，所述的内舱3与舱体1的高度相同，所述的内舱3内部还布置有旋转机构4，内舱3顶部安装有夹持对中装置5，所述的夹持对中装置5上还安装有锁紧充电装置6；

所述的锁紧充电装置6包括与夹持对中装置5连接的底座7和连接在底座7上的充电用气动液压钳8。

机巢外形采用大斜角设计，其中斜面与竖直夹角为152°，与水平夹角为118°，最大限度的降低风阻；另外，机巢自重约为2400kg，属于固定地点使用，混凝土基座上安装金属与非金属结构件，稳定的固定在所需位置，电源为外接地埋线缆，变电所供电。如需要移动，机巢设计为整体结构，外部一圈有多个地面固定拉钩，拉钩安装时在地面使用膨胀螺钉等方式固定，并保证机巢在受风力影响时保持稳定，以上措施，可使机巢承受六到七级大风。

接缝处采用密封条与发泡胶结合密封形式，机构件板间连接采用下沉式密封槽，密封槽里放入密封圈，采用下压搭接使密封圈产生形变贴近结构件从而达到密封效果；在无空间使用密封圈结构而有可能发生渗漏的区域，采用防水型发泡胶密封来防止雨水渗漏

可开合的顶盖2采用勾手搭接式接触，接触面预埋弹性密封垫，合盖时密封垫处于挤压状态与结构件完全贴合从而达到密封效果，舱体1和顶盖2采用凸沿及密封垫双重防水结构，

外部选用海军专用防盐雾油漆涂料；加工件尽量选用耐腐蚀不锈钢材料（推杆及支撑件）；非金属高强度高分子材料（如皮带）；电机选用高IP等级电机；升降机构选用不锈钢丝杠与铜制螺母。

整个舱体1外壳采用夹层结构，中间填充保温隔热材料，减少外界气温对舱体1内温度的影响；

本发明的机巢总体主要分为以下三个部分：

1、上部为顶部盖保护区，其作用是将无人机与外界隔离，不让无人机受外界环境的损坏。

2、中部为接收与定位调整承载区，用于接收定位平台，承载无人机；

3、底部为机电控制与充电区，用于执行定位与转动动作，包括充放电系统；转动与定位机构；机巢电源与总控系统。

旋转机构4用于将降落后的无人机旋转到固定位置以及在起飞前将无人机机头转向迎风方向。

夹持对中装置5用于无人机旋转到位后，四个落地支撑脚已经与规定方向平行，需要推挡定位将飞机平移到规定位置，方便进行充电等后续操作。

锁紧充电装置6用于无人机降落后，通过起落架给无人机进行有线充电并起到一定的固定作用。

作为本实施例的一种优选，所述的旋转机构4包括安装在内舱3底板上的支撑架9和通过安装轴10与支撑架9连接的旋转台11；

所述的安装轴10上套接有从动齿轮12，从动齿轮12与主动齿轮13啮合，所述的主动齿轮13与电机14连接；

电机14带动主动齿轮13转动，主动齿轮13带动从动齿轮12转动，最终带动旋转台11转动；

旋转机构4为内部转动，是一套水平放置转动轴承托举承载转动盘。使用电机减速机转动承载转动盘同轴的齿轮，或使用重量较轻的皮带传动/摩擦轮传动等方式带动进行转动，飞机四个落地支撑脚宽410*长350，所占空间为1040mm，包含±500mm偏移量，总体转台空间直径2100mm，可以基本覆盖99.6%的降落位置，如遇到极端的降落位置，可以根据偏离方向与角度，命令飞机再次低空起飞降落或其它定位方式令飞机进入到更准确的区域内。

无人机在起风的天气中返航时，转动机构通过机巢联动的方式进行风向找正，首先在无人机降落前，通过无人机或者地面气象站将风向信息通过数传链传送给机巢控制系统，通过两种方式传递风向信息，在一方气象监测性能失效时，可由另一方完成风向信息传递，保证无人机在迎风起降阶段的稳定性；其次，控制系统通过PLC及驱动器控制转动平台进行方位旋转，将转动机构基线角度与无人机降落角度方向一致，无人机得到机巢允许降落指令后开始降落，降落完成后，将进行下一步对中动作。

作为本实施例的一种优选，所述的内舱3顶板开口，旋转台11的表面与内舱3顶板平齐。

作为本实施例的一种优选，所述的夹持对中装置5包括与内舱3顶板连接的X1轴15和X2轴16以及与X1轴15和X2轴16连接的Y1轴17和Y2轴18；

X1轴15和X2轴16平行布置在旋转机构4两侧，Y1轴17和Y2轴16平行布置在X1轴15和X2轴16上方；

所述的X1轴15包括第一丝杠安装板20和沿第一丝杠安装板20长度方向的一侧垂直连接的X轴导轨安装板19，X轴导轨安装板19与内舱3顶板连接；

所述的第一丝杠安装板20上通过第一X轴支承座21安装有第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23，第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23分别通过X轴联轴器24与安装在第一丝杠安装板20上的直角换向器25连接，直角换向器25上连接有X轴电机26；

所述的X轴导轨安装板19上安装有X轴导轨27，X轴导轨27上安装有X轴滑块28；

所述的第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23的旋向相反，第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23上均通过螺母29连接有Y轴连接装置30，Y轴连接装置30与X轴滑块28连接；

所述的X2轴16与X1轴15结构相同。

X1轴15和X2轴16本身不运动，主要作用是带动Y1轴17和Y2轴18运动，限位开关33用于便检测第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23的运动位置并反馈给PLC控制系统，保证系统的可靠性；其中直角换向器25的主要功能是改变轴的方向，使X轴电机26可以同时带动第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23旋转，并且两根轴具有相同的转速；另外，X轴电机26第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23之间呈90°位置分布，两个丝杠具有相同的转速，当X轴电机26旋转时，可带动X轴电机26第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23旋转。使得其上的Y1轴与17Y2轴18相向或相背运动。

作为本实施例的一种优选，所述的X轴导轨安装板19长度方向的两端还垂直连接有端板31，端板31上安装有第二X轴支承座32；

所述的第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23远离X轴联轴器24的两端分别安装有限位开关33；

所述的第一丝杠安装板20沿长度方向的另一侧还垂直连接有防尘板34。

X轴导轨27的设计可以使导轨来承受侧向载荷而不使丝杠变形，可提高丝杠的使用寿命；第一X轴支承座21和第二X轴支承座32的设置是为了使得丝杠可以更好的运行，增加寿命。防尘板34的设置是为了减少外界杂物进入的可能。

作为本实施例的一种优选，所述的Y1轴17包括与Y轴连接装置30连接的第二丝杠连接板35，第二丝杠连接板35的中部连接有Y轴联轴器36，Y轴联轴器36的两端分别连接有第一Y轴丝杠37和第二Y轴丝杠38，第一Y轴丝杠37和第二Y轴丝杠38分别通过Y轴支承座39与第二丝杠连接板35连接；

所述的第二丝杠连接板35沿第二丝杠连接板35长度方向的一侧垂直连接有第一Y轴导轨安装板40和第二Y轴导轨安装板41，第一Y轴导轨安装板40和第二Y轴导轨安装板41上分别安装有Y轴导轨42，Y轴导轨42上安装有Y轴滑块43；

所述的第一Y轴丝杠37和第二Y轴丝杠38的旋向相反，第一Y轴丝杠37和第二Y轴丝杠38上均连接有推板44，推板44与Y轴滑块43连接，第一Y轴丝杠37的另一端连接有Y轴电机45；

所述的Y2轴18与Y1轴17结构相同。

X1轴和X2轴平行设计在下方，Y1轴和Y2轴两端分别安装在X1轴和X2轴上的Y轴连接装置30上，共同组成一个X-Y平面运动系统。对中时，PLC控制X1轴和X2轴电机先旋转，由于第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23具有相反的旋向，将带动X1轴和X2轴上的Y轴连接装置30对称压缩，从而使分别安装在Y轴连接装置30的Y1轴和Y2轴一起对称压缩，推动无人机向X轴中心方向移动，待X轴运动到极限位置后，限位开关发送信号给PLC，使X轴电机停止运动，此时，完成X轴方向的对中；然后，Y轴电机开始旋转，由于第一Y轴丝杠37和第二Y轴丝杠38具有相反的旋向，将带动Y1轴和Y2上的推板44对称压缩，推动无人机向Y轴中心方向移动，待Y轴运动到极限位置后，限位开关将信号反馈给PLC，电机停止运动，此时，完成Y轴方向的对中。该种对中机构具有结构简单、成本低、易于维护的优点，并且PLC及传感器组成的控制系统，可实现机巢联动，有效提高电机的定位精度及对中动作的可靠性，避免Y1轴和Y2轴将无人机损坏。

飞机旋转到位后，四个落地支撑脚已经与规定方向平行，需要推挡定位将飞机平移到规定位置，误差在10mm以内，以便落地支撑脚锁紧机构进行固定。

夹持对中机构在转动机构四周，由4个电机导轨带动丝杠作为动力，安装在高强度衬板上面，由底部衬板支撑。

夹持对中机构使用电机带动丝杠来作动，将落地支撑脚推到规定位置。

待无人机降落后，X轴电机26作动X轴使得Y轴运动，使得降落的无人机首先在Y轴方向到位，随后Y轴电机45动作，拖动两条Y1轴17和Y2轴18相对运动，将无人机支脚Y向并拢到位。

夹持对中机构采用步进电机和导轨丝杠组成的运动系统为执行器，动作由PLC和驱动器控制，并设计有限位传感器，步进电机驱动器通过Profinet总线与PLC交换信号，PLC发脉冲信号给驱动器，通过X、Y轴驱动器放大电流去控制相应的步进电机行走，由于X、Y轴分别由两根左旋和右旋的滚珠丝杠串联组成，当步进电机转动时，丝杠螺母带动Y1轴17和Y2轴18对称压缩，将落地支撑脚推到规定位置。通过PLC系统控制，可实现X、Y轴在行程范围内的精准定位，步进电机配有旋转编码器，用于旋转机构位置的反馈显示。

该种对中机构具有结构简单、成本低、易于维护的优点，并且PLC及传感器组成的控制系统，可实现机巢联动，有效提高电机的定位精度及对中动作的可靠性，避免将无人机损坏。

中部接收与定位承载区的四周，是支撑上部保护盖。保护盖的转动机构在保护盖内部，承载台底部。其高度只要低于飞机主体的最低点，因飞机在降落和转动时，其四个落地支撑脚会将飞机下部的空间留出，可以在这个高度内安装上部保护盖的电机、液压管路及转动限位机构等部件。

整体承载区使用嵌入式锁紧装配，四周采用搭接结构，底部使用高强度衬板保证其承载能力。

作为本实施例的一种优选，所述的锁紧充电装置6包括与第二丝杠连接板35连接的底座7和连接在底座7上的充电用气动液压钳8；

所述的充电用气动液压钳8包括连接在底座7上表面的导向块46和连接在导向块46上表面的第一连接板47，所述的第一连接板47可以在导向块46上表面上移动；

第一连接板47的一端伸出导向块46上表面外，第一连接板47伸出导向块46的一端还连接有充电板48，充电板48背向导向块46的一端开有充电槽49，充电槽49内布置有充电弹片50；

所述的底座7上还连接有动力块51，所述的动力块51上布置有电气接口52和气动接口53，电气接口52用于给充电弹片50供电，气动接口53用于给第一连接板47供能。

锁紧充电装置6根据起落架支撑脚的形状，将气动液压钳钳夹部分设计成起落架仿形结构，使用气动/液压钳夹完成松夹，来控制飞机的夹放。

当X轴与Y轴将无人机推到指定位置后，气动接口53给第一连接板47供能，第一连接板47前移，起落架电极进入充电槽49，充电弹片50受压形变，接通电源开始充电。

锁紧充电装置6固定在夹持对中机构上，与无人机校正后最终位置相对应，并且以夹持对中机构为载体有效的规避了相对运动时所带来的误差。

作为本实施例的一种优选，所述的Y2轴18与Y1轴17上分别布置有一对充电用气动液压钳6，一对充电用气动液压钳6之间的距离根据无人机起落架之间的距离确定。

作为本实施例的一种优选，所述的顶盖2包括盖合在舱体1顶部的第一顶盖54和第二顶盖55，所述的第一顶盖54和第二顶盖55分别通过连接机构56和舱体1连接，所述的连接机构56包括连接第一顶盖54和舱体1的第一连接机构57和连接第二顶盖55和舱体1的第二连接机构58；

所述的第一连接机构57包括铰接在舱体1长度方向的侧壁上的连杆259与连杆259铰接的电动推杆260，电动推杆260的另一端与舱体1长度方向的侧壁铰接，所述的连杆259呈L型；

所述的第一连接机构57还包括铰接在舱体1长度方向的侧壁上的连杆161与连杆161铰接的电动推杆162，电动推杆162的另一端与内舱3朝向舱体1长度方向侧壁铰接，铰接点的高度与舱体1高度相同，所述的连杆161呈L型；

所述的第二连接机构58的结构与第一连接机构57的结构相同。

第一顶盖54打开时，PLC给驱动器发送信号，使分别安装在第一顶盖54两侧的电动推杆1和电动推杆2同时开始运动，其中电动推杆1伸长，电动推杆2收缩，分别带动连杆1和连杆2向机巢外侧方向旋转，连杆1和连杆2带动右盖运动使其逐渐打开，待电动推杆1和电动推杆2分别运动到极限设置位置时停止运动，右盖完全打开。第二顶盖55打开原理及方式与第一顶盖54一致，故此处不再赘述。

第一顶盖54闭合时，PLC给驱动器发送信号，使分别安装在右盖两侧的电动推杆1和电动推杆2同时开始运动，其中电动推杆1收缩，电动推杆2伸长，分别带动连杆1和连杆2向机巢内侧方向旋转，连杆1和连杆2带动右盖运动使其逐渐闭合，待电动推杆1和电动推杆2分别运动到极限设置位置时停止运动，第一顶盖54完全闭合。第二顶盖55闭合原理及方式与第一顶盖54一致，故不再赘述。

其中电动推杆分别安装在距离两侧约0.11L和0.04L处（机巢长度为L），分析表明，电动推杆等翻盖机构安装在该位置，不仅可以满足翻盖机构的结构力学性能，使蜂巢左右盖可以正常打开与闭合，而且可以优化蜂巢内部的空间布局，降低蜂巢整体结构的复杂性。

作为本实施例的一种优选，所述的支撑架9上还连接有无线充电发射端63，无线充电发射端63位于旋转台11正下方；

无线充电发射端安装在起降平台下方位置，由于停机台需要旋转，因此将无线充电平台发射端线圈固定安装于停机台下方，不随停机台运动，该设计方式不仅不会影响蜂巢停机台的力学平衡，还有利于以提高系统可靠性和可拓展性；接收线圈安装在机腹中部，由于机身材质是碳纤维，机头黄色部分是布置罗盘、传感器等设备的区间，绿色部分是安装电池的区间，红色部分是可安装无线充电接收端线圈的区间。由于机腹中部机械强度最高，且安装线圈后对飞机整体平衡影响最小，因此将接收线圈安装在机腹中部，有利于减小线圈的安装对于飞机飞行稳定性及强度的影响。

为提高传输效率，降低磁辐射，在接收端上方加铁氧体，另外，接收端整流电路封装在机身内部，重量小于1kg，通过对磁场的仿真分析，接收端线圈可以良好的接收磁场能量，漏磁量较小，经过对接收端和发射端相对位置对互感的影响进行仿真模拟，可以看出在飞机降落水平位置偏差±10cm时，系统仍能保持较好的耦合，维持较高的充电效率。

为了避免磁场对飞机自身性能的影响，我们在该项目中对充电时的磁场强度进行了仿真模拟，结果显示，在距离接收端线圈上方12cm处，磁场强度已降至10μT，经评估对飞机的定位系统、精密器件等均无不良影响。

共振磁耦合无线电能传输系统由若干反馈控制电路组成，能够确保系统稳定运行。此外，由于该技术是通过近场耦合的方式传输电能，因此能够在传输过程中越过障碍物给充电设备充电，确保了充电的稳定性。

另外，无线充电损耗低、辐射量小，共振磁耦合无线电能传输技术充电效率高达80%以上，因此电能损耗量不到20%。经实验室无人机样机充电操作后，记录并分析数据，在不到20%的损耗能量内，仅有一小部分以辐射的形式存在，而这一部分辐射的能量比家用电磁炉向外辐射的能量还要小，因此无线充电的辐射量微小，对于蜂巢内部各系统的影响较小。为了保证无线充电的长期稳定性，发射端和接收端的线圈均使用具有较强聚磁作用以及品质因数较高的导磁材料制成，而且品质因数随充电功率的升高也有较大的提升，因此可大大减少向外辐射的能量，提高安全性能。

共振磁耦合无线电能传输技术是一种高效率的无线传能技术，效率最高可达90%以上，产品集智能续航控制单元与磁耦合功率传输单元于一体，采用自反馈发射功率调节控制，与无人机电池管理系统通信获取电池状态与运行信息等实时参数，根据无人机电池管理系统需求，实现磁耦合功率传输单元能量供给的自适应匹配，快速无损地补充电池能量，延长电池使用寿命。

所述的内舱3中还布置有温控装置64和除湿装置65。

巢内采用双空调温度调节系统调节室内温度，空调有独立的外机室，外机通过管道与巢内相连，连接处做好密封防止温度传递，外机室配设有百叶窗通，过百叶窗进行内外部空气循环，当外界温度过高/低时，空调开启制冷/热模式保证巢内设备工作在适宜温度，降低设备高温工作风险增加设备使用寿命,如图五。

防潮：在机巢底部边缘空间处安装小型除湿机，当空气湿度达到一定值时，除湿机自动开机进行除湿工作；

本发明的工作流程如下：

无人机全自动智能机巢工作流程如下：

A）机巢采用无人自动控制和远端监控，所有操作均由机巢与无人机交互自动完成，特殊操作由上位机控制室监视操控完成；

B）无人机飞临降落区域，机巢接收到入巢指令，由控制命令电动推杆打开机巢顶盖，到位后碰到行程开关停止；然后旋转平台开始旋转，使基线角度保持与无人机降落角度方向一致，偏差不大于5度，等待接收无人机;

C）无人机落入停机旋转平台后，通过步进电机使平台开始转动，将无人机定位角度归零。然后夹持机构在步进电机的控制下先从X轴进行夹持，将无人机归位X轴中线后，再进行Y轴夹持，通过X/Y轴平推定位，使无人机自动停在旋转平台中央，保证无人机对正在平台的固定位置。机脚可通过Y轴夹持机构自动固定锁定。

D）然后通过控制命令电动推杆关闭顶盖，到位后行程开关停止进行保护。随后夹持机构Y轴推板归位（解锁机脚固定），随后X轴推板归位；

E）环控系统开始工作，控制命令首先进行烘干和除湿，然后根据环境温度调整到所设定的室温；

F）随后开始对无人机无线充电与无线静态检测。如果无线充电发生问题，夹持机构Y/X轴对无人机进行夹持及机脚固定，通过机腿进行有线充电，直到无人机上的电池充满为止；

G）机巢接收出发指令后，开启无人机出发状态，退出充电与静态检测状态，机巢打开顶盖，夹持机构Y轴归位（解锁机脚固定），随后X轴归位，转台旋转至无人机机头迎风方向，无人机起飞，随后机巢关闭顶盖，转台旋转至零位，机巢转入等待接收无人机状态。

以上所述，仅是本发明的较优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，包括舱体（1）和安装在舱体（1）顶部的可开合的顶盖（2），所述的舱体（1）内还安装有内舱（3），所述的内舱（3）与舱体（1）的高度相同，其特征在于，所述的内舱（3）内部还布置有旋转机构（4），内舱（3）顶部安装有夹持对中装置（5），所述的夹持对中装置（5）上还安装有锁紧充电装置（6）；

所述的锁紧充电装置（6）包括与夹持对中装置（5）连接的底座（7）和连接在底座（7）上的充电用气动液压钳（8）。

2.如权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，其特征在于，所述的旋转机构（4）包括安装在内舱（3）底板上的支撑架（9）和通过安装轴（10）与支撑架（9）连接的旋转台（11）；

所述的安装轴（10）上套接有从动齿轮（12），从动齿轮（12）与主动齿轮（13）啮合，所述的主动齿轮（13）与电机（14）连接。

3.如权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，其特征在于，所述的内舱（3）顶板开口，旋转台（11）的表面与内舱（3）顶板平齐。

4.如权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，其特征在于，所述的夹持对中装置（5）包括与内舱（3）顶板连接的X1轴（15）和X2轴（16）以及与X1轴（15）和X2轴（16）连接的Y1轴（17）和Y2轴（18）；

X1轴（15）和X2轴（16）平行布置在旋转机构（4）两侧，Y1轴（17）和Y2轴（16）平行布置在X1轴（15）和X2轴（16）上方；

所述的X1轴（15）包括第一丝杠安装板（20）和沿第一丝杠安装板（20）长度方向的一侧垂直连接的X轴导轨安装板（19），X轴导轨安装板（19）与内舱（3）顶板连接；

所述的第一丝杠安装板（20）上通过第一X轴支承座（21）安装有第一X轴丝杠（22）和第二X轴丝杠（23），第一X轴丝杠（22）和第二X轴丝杠（23）分别通过X轴联轴器（24）与安装在第一丝杠安装板（20）上的直角换向器（25）连接，直角换向器（25）上连接有X轴电机（26）；

所述的X轴导轨安装板（19）上安装有X轴导轨（27），X轴导轨（27）上安装有X轴滑块（28）；

所述的第一X轴丝杠（22）和第二X轴丝杠（23）的旋向相反，第一X轴丝杠（22）和第二X轴丝杠（23）上均通过螺母（29）连接有Y轴连接装置（30），Y轴连接装置（30）与X轴滑块（28）连接；

所述的X2轴（16）与X1轴（15）结构相同。

5.如权利要求4所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，其特征在于，所述的X轴导轨安装板（19）长度方向的两端还垂直连接有端板（31），端板（31）上安装有第二X轴支承座（32）；

所述的第一X轴丝杠（22）和第二X轴丝杠（23）远离X轴联轴器（24）的两端分别安装有限位开关（33）；

所述的第一丝杠安装板（20）沿长度方向的另一侧还垂直连接有防尘板（34）。

6.如权利要求4所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，其特征在于，所述的Y1轴（17）包括与Y轴连接装置（30）连接的第二丝杠连接板（35），第二丝杠连接板（35）的中部连接有Y轴联轴器（36），Y轴联轴器（36）的两端分别连接有第一Y轴丝杠（37）和第二Y轴丝杠（38），第一Y轴丝杠（37）和第二Y轴丝杠（38）分别通过Y轴支承座（39）与第二丝杠连接板（35）连接；

所述的第二丝杠连接板（35）沿第二丝杠连接板（35）长度方向的一侧垂直连接有第一Y轴导轨安装板（40）和第二Y轴导轨安装板（41），第一Y轴导轨安装板（40）和第二Y轴导轨安装板（41）上分别安装有Y轴导轨（42），Y轴导轨（42）上安装有Y轴滑块（43）；

所述的第一Y轴丝杠（37）和第二Y轴丝杠（38）的旋向相反，第一Y轴丝杠（37）和第二Y轴丝杠（38）上均连接有推板（44），推板（44）与Y轴滑块（43）连接，第一Y轴丝杠（37）的另一端连接有Y轴电机（45）；

所述的Y2轴（18）与Y1轴（17）结构相同。

7.如权利要求6所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，其特征在于，所述的锁紧充电装置（6）包括与第二丝杠连接板（35）连接的底座（7）和连接在底座（7）上的充电用气动液压钳（8）；

所述的充电用气动液压钳（8）包括连接在底座（7）上表面的导向块（46）和连接在导向块（46）上表面的第一连接板（47），所述的第一连接板（47）可以在导向块（46）上表面上移动；

第一连接板（47）的一端伸出导向块（46）上表面外，第一连接板（47）伸出导向块（46）的一端还连接有充电板（48），充电板（48）背向导向块（46）的一端开有充电槽（49），充电槽（49）内布置有充电弹片（50）；

所述的底座（7）上还连接有动力块（51），所述的动力块（51）上布置有电气接口（52）和气动接口（53），电气接口（52）用于给充电弹片（50）供电，气动接口（53）用于给第一连接板（47）供能。

8.如权利要求7所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，其特征在于，所述的Y2轴（18）与Y1轴（17）上分别布置有一对充电用气动液压钳（6），一对充电用气动液压钳（6）之间的距离根据无人机起落架之间的距离确定。

9.如权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，其特征在于，所述的顶盖（2）包括盖合在舱体（1）顶部的第一顶盖（54）和第二顶盖（55），所述的第一顶盖（54）和第二顶盖（55）分别通过连接机构（56）和舱体（1）连接，所述的连接机构（56）包括连接第一顶盖（54）和舱体（1）的第一连接机构（57）和连接第二顶盖（55）和舱体（1）的第二连接机构（58）；

所述的第一连接机构（57）包括铰接在舱体（1）长度方向的侧壁上的连杆2（59）与连杆2（59）铰接的电动推杆2（60），电动推杆2（60）的另一端与舱体（1）长度方向的侧壁铰接，所述的连杆2（59）呈L型；

所述的第一连接机构（57）还包括铰接在舱体（1）长度方向的侧壁上的连杆1（61）与连杆1（61）铰接的电动推杆1（62），电动推杆1（62）的另一端与内舱（3）朝向舱体（1）长度方向侧壁铰接，铰接点的高度与舱体（1）高度相同，所述的连杆1（61）呈L型；

所述的第二连接机构（58）的结构与第一连接机构（57）的结构相同。

10.如权利要求2所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢，其特征在于，所述的支撑架（9）上还连接有无线充电发射端（63），无线充电发射端（63）位于旋转台（11）正下方；

所述的内舱（3）中还布置有温控装置（64）和除湿装置（65）。

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