CN113978635A - 一种用于无人艇停放无人机的起降系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于无人艇停放无人机的起降系统及其使用方法,属于无人设备应用领域,包括:立体机库、液压补偿平台、升降平台和传送带,升降平台设置在立体机库一侧,顶部设置有第一机械爪;传送带一端与立体机库对接,另一端与升降平台对接,用于将升降平台上的无人机转运到立体机库内;传送带上设置有与传送带同步运行的第二机械爪;立体机库包括机库本体,机库本体内部设置有存放架,存放架中间设置有转运槽,传送带一端延伸至转运槽端部,转运槽两侧分别设有多个独立目标存储单舱,每个独立目标存储单舱内均设置有机械手臂,机械手臂端部连接有第三机械爪。本发明方便无人艇上多个无人机的分配、停放和充电续航。
Description
技术领域
本发明属于无人设备应用领域,具体涉及一种用于无人艇停放无人机的起降系统及其使用方法。
背景技术
无人艇是一种无人操作的水面舰艇,主要用于执行危险或者不适于有人船只执行的任务。无人艇上配备先进的控制系统、传感器系统、通信系统和武器系统后,更是能够执行多种战争或非战争的军事或民事任务。随着无人艇的快速发展,多款性能良好的无人艇已经投入使用,并在我国沿海的相关业务中发挥着越来越重要的作用。同时,现在科技的发展,无人机技术已经相当成熟,在各行各业中发挥着重要的作用,人们可以利用无人机执行各种高风险、不适合人类执行的任务,最大程度保障人类的生命安全。如果能够将无人机与无人艇相融合,可以大大拓展无人艇的功能,如无人机可从无人艇上起飞,携带不同的传感器对前方目标进行探索,而无人机往往续航能力不足,当无人机电量较低时,可以飞回无人艇上进行充电,且可以多架无人机同时或者交替执行任务。
但是,无人艇与无人机协同完成任务的一个难点在于如何在无人艇上携带大量的无人机,同时无人机如何快速稳定地降落在无人艇上,需要起飞时可以快速启动,飞离无人艇执行任务。
因此,本申请提出一种用于无人艇停放无人机的起降系统及其使用方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足,本发明提供了一种用于无人艇停放无人机的起降系统及其使用方法,应用在无人艇平台上,对无人艇平台上停栖的多个无人机进行回收、储存和放飞
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种用于无人艇停放无人机的起降系统,包括:
立体机库,设置在无人艇甲板上,用于存放无人机;
液压补偿平台,设置在无人艇甲板上,用作无人机的降落平台;
升降平台,设置在所述立体机库一侧,顶部设置有第一机械爪,用于转运降落在所述液压补偿平台上的无人机;
传送带,一端与所述立体机库对接,另一端与所述升降平台对接,用于将所述升降平台上的无人机转运到所述立体机库内;所述传送带上设置有与所述传送带同步运行的第二机械爪;
所述立体机库包括:
机库本体,内部设置有存放架,所述存放架中间设置有转运槽,所述传送带一端延伸至所述转运槽端部,所述转运槽两侧分别设有多个独立目标存储单舱,每个所述独立目标存储单舱内均设置有机械手臂,所述机械手臂端部连接有第三机械爪;
充电桩,设置在所述机库本体内侧底部,每个所述独立目标存储单舱内侧壁均设置有与所述充电桩电连接的接触式充电装置,所述接触式充电装置的充电头接触到无人机的两根起落架后无人机开始充电;
控制模块,用于采集无人机的位置信号,并对采集到的信号进行处理,根据处理结果向所述液压补偿平台、升降平台和传送带发送控制指令。
优选地,所述液压补偿平台为stewart六自由度液压补偿平台,包括上平台、下平台和设置在所述上平台和下平台之间的六个液压缸,六个所述液压缸并联工作,所述上平台上设置有力传感器,所述上平台的四个角均设置有双目摄像机。
优选地,所述上平台上设置有与无人机起落架配合的多组过渡滑轨,所述过渡滑轨两侧设置有锁定环。
优选地,所述升降平台包括液压升降柱及设置在所述液压升降柱顶部的转运台,所述转运台顶部设置有与所述过渡滑轨配合的卡槽滑轨,所述第一机械爪设置在所述转运台顶部;
当所述液压升降柱带动所述转运台上升至与所述液压补偿平台的上平台处于同一水平高度时,所述转运台与所述上平台对接;当所述液压升降柱带动所述转运台下降至与所述传送带另一端处于同一水平高度时,所述转运台与所述传送带对接。
优选地,所述传送带由第一水平带、第二水平带和倾斜带三部分组成,所述第一水平带设置在无人艇甲板上,所述第二水平带设置在所述转运槽内,所述倾斜带一端与所述第一水平带连接,另一端与所述第二水平带连接。
优选地,所述水平传送带上设置有压力传感器,所述压力传感器与所述控制模块通信连接。
优选地,所述存放架为两层,所述立体机库两侧均设置有与两层所述存放架配合的液压补偿平台、升降平台和传送带。
优选地,所述无人机的起落架由导磁性金属制成,外层包裹吸振材料,用于无人机的防震缓冲。
优选地,所述机库本体四周为敞开结构、且通过电动卷帘进行封闭。
本发明的另一个目的在于提供一种用于无人艇停放无人机的起降系统的操作方法,包括以下步骤:
准备:无人艇或母船向无人机发送降落信号,或者无人机因为自身原因需要降落时,无人艇将可降落的液压补偿平台编号发给无人机,无人机飞至液压补偿平台上空,通过控制模块计算得到液压补偿平台和可降落位置之间的悬空位置,无人机移动、下降并悬停到该位置;
补偿:无人艇通过传感器采集的数据并完成数据分析处理或搜集数据库内相匹配数据后,开始控制液压补偿平台进行补偿,开始补偿一段时间后通过补偿效果监测系统验证补偿效果是否符合降落条件,如果符合,给无人机发出可降落信号,如果不符合则继续调控直到符合降落条件;
降落:无人机垂直降落到液压补偿平台上,降落后无人机起落架卡进液压补偿平台的上平台的过渡滑轨内;
升降:无人机到达指定位置后,将无人机就位信息发送至升降平台,升降平台上升至与液压补偿平台的上平台平齐高度;液压补偿平台通过双目视觉双目视觉摄像头获取的图像控制上平台的过渡滑轨与升降平台的卡槽滑轨对接;液压补偿平台的上平台远离升降平台的一侧抬起,让无人机通过无人机起落架滑轨滑到升降平台上,第一机械爪将无人机半固定,然后升降平台下降至与第一水平带另一端平齐并对接;
传送:第一机械爪复位,第二机械爪将无人机从升降平台上拉到第一水平带上,并将无人机半固定,传送带启动将无人机通过第一水平带、倾斜带输送至第二水平带对应的空闲独立目标存储单舱入口,第二机械爪复位,独立目标存储单舱内的机械手臂伸出带动第三机械爪将无人机拉至该独立目标存储单舱内;
复位:无人机固定后,液压补偿平台复位;
充电:无人机判断自身状态,如果需要充电,传输信号给无人艇,无人艇启动接触式充电装置,将充电头安装平台往里运动,充电头接触到无人机的两根起落架后开始充电,两边各为正负极,充电结束后,启动接触式充电装置,使充电头脱离接触,脱离充电状态;
放飞:当无人机需要起飞时,如果反馈信息显示无人艇不颠簸,第三机械爪复位,第二机械爪将无人机从独立目标存储单舱拉到传送带,传送带启动,传送方向与储存时相反;无人机从传送带移动到升降平台上,保障要起飞无人机上方没有障碍物,无人机起飞。。
本发明提供的用于无人艇停放无人机的起降系统结构新颖,构思巧妙,通过六自由度液压补偿平台实现无人艇上让无人机平稳降落,升降平台、无人机传送带、立体机库能够让无人机进入机库和起飞。立体机库更是方便无人艇上多个无人机的分配、停放和充电续航,为无人艇与多个无人机的配合提供了基础,极大提高了无人艇平台上无人机的工作效果,还能有效的对无人机进行保护和续航,效果显著。
附图说明
图1为本发明实施例1的用于无人艇停放无人机的起降系统的结构示意图。
图2为升降平台与传送带对接时的结构示意图;
图3为机库本体的俯视图;
图4为独立目标存储单舱存储无人机的状态图;
图5为液压补偿平台的结构示意图;
图6为上平台的结构示意图。
附图标记说明:
立体机库1、机库本体11、存放架12、转运槽13、独立目标存储单舱 14、机械手臂15、第三机械爪16、无人艇甲板2、无人机3、液压补偿平台 4、上平台41、下平台42、液压缸43、过渡滑轨44、升降平台5、液压升降柱51、转运台52、卡槽滑轨53、第一机械爪6、传送带7、第二机械爪 8、充电桩9、电动卷帘10。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施,下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述,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,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定或限定,术语“相连”、“连接”应作广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体式连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上,在此不再详述。
实施例1
本发明提供了一种用于无人艇停放无人机的起降系统,具体如图1至图6 所示,包括立体机库1、液压补偿平台4、升降平台5、传送带7、充电桩9 和控制模块。本实施例中,存放架12为两层,立体机库1两侧均设置有与两层存放架12配合的液压补偿平台4、升降平台5和传送带7。
其中,立体机库1设置在无人艇甲板2上,用于存放无人机3,并为无人机补充电量。液压补偿平台4,设置在无人艇甲板2上,用作无人机3的降落平台;如图1和图2所示,升降平台5设置在立体机库1一侧,用于转运降落在液压补偿平台4上的无人机3,升降平台5顶部设置有第一机械爪6,第一机械爪6用于半固定转运到升降平台5上的无人机3;传送带7一端与立体机库1对接,另一端与升降平台5对接,用于将升降平台5上的无人机3转运到立体机库1内;传送带7上设置有与传送带7同步运行的第二机械爪8;第二机械爪8用于将无人机3从升降平台5牵引到传送带7上并固定无人机 3。
具体的,如图3和图4所示,立体机库1包括机库本体11,机库本体11 内部设置有存放架12,存放架12中间设置有转运槽13,传送带7一端延伸至转运槽13端部,转运槽13两侧分别设有多个独立目标存储单舱14,每个独立目标存储单舱14内均设置有机械手臂15,机械手臂15端部连接有第三机械爪16;第三机械爪16用于将无人机3从传送带7牵引到独立目标存储单舱14内。进一步地,本实施例中,机库本体11四周为敞开结构、且通过电动卷帘10进行封闭。平时电动卷帘10拉上将机库封闭,无人机3回收和起飞时电动卷帘10收回,电动卷帘10用于对无人机3的保护。
充电桩9设置在机库本体11内侧底部,每个独立目标存储单舱14内侧壁均设置有与充电桩9电连接的接触式充电装置,接触式充电装置的充电头接触到无人机3的两根起落架后无人机3开始充电。本实施例中的接触式充电装采用现有的装置,可实现快速充电。
控制模块用于采集无人机3的位置信号,并对采集到的信号进行处理,根据处理结果向液压补偿平台4、升降平台5和传送带7发送控制指令。
进一步地,本实施例中,如图5和图6所示液压补偿平台4(也叫舰载液压补偿平台)为stewart六自由度液压补偿平台,包括上平台41、下平台 42和设置在上平台41和下平台42之间的六个液压缸43,六个液压缸43并联工作,可补偿无人艇六自由度的晃动,让无人机3的降落平台为相对地面静止的降落甲板,上平台41上设置有力传感器,上平台41的四个角均设置有双目摄像机,可以使液压补偿平台完成无人机的准确降落。舰载液压补偿平台采用stewart可以补偿无人艇六自由度的运动,给无人机3提供一个稳定的降落平台,即使水面波浪环境较为复杂也能完成回收任务。无人机3可通过搭载的双目视觉摄像头进行视觉识别确定降落的目标区域,在无人机3从液压补偿平台移动到升降平台上时提供相关图像和数据,可以使六自由度液压补偿平台完成无人机的准确降落。
为了方便无人机3的转运,本实施例中,上平台41上设置有与无人机3 起落架配合的多组过渡滑轨44,过渡滑轨44两侧设置有锁定环,本实施例中锁定环为自动锁定机构。进一步地,本实施例中上平台41上设置有与无人机起落架配合的互相垂直的两个方向的多组过渡滑轨44,可保证无人机两个方向的降落停放。
进一步地,本实施例中,升降平台5包括液压升降柱51及设置在液压升降柱51顶部的转运台52,转运台52顶部设置有与过渡滑轨44配合的卡槽滑轨53,第一机械爪6设置在转运台52顶部;卡槽滑轨53用于升降过程中对无人机3的半固定。升降平台5的上升极限与液压补偿平台4的上平台41 平齐、下降极限与无传送带7平齐。卡槽滑轨53用于升降过程中对无人机3 的半固定,保证升降平台升降过程中无人机3不会移动。
当液压升降柱51带动转运台52上升至与液压补偿平台4的上平台41处于同一水平高度时,转运台52与上平台41对接;当液压升降柱51带动转运台52下降至与传送带7另一端处于同一水平高度时,转运台52与传送带7 对接。
进一步地,本实施例中,传送带7由第一水平带、第二水平带和倾斜带三部分组成,第一水平带设置在无人艇甲板2上,第二水平带设置在转运槽13 内,倾斜带一端与第一水平带连接,另一端与第二水平带连接。
为了实现精确控制,本实施例中,水平传送带7上设置有压力传感器,压力传感器与控制模块通信连接,根据压力传感器的检测信号来判断无人机3的转运情况。
进一步地,本实施例中,无人机3的起落架由导磁性金属制成,外层包裹吸振材料,用于无人机3的防震缓冲。
基于同一个发明构思,本实施例还提供一种用于无人艇停放无人机的起降系统的操作方法,包括以下步骤:
步骤1、准备:无人艇或母船向无人机3发送降落信号,或者无人机3因为自身原因(如电量不足等原因)需要降落时,无人艇将可降落的液压补偿平台4编号发给无人机3,无人机3飞至液压补偿平台4上空,通过控制模块计算得到液压补偿平台4和可降落位置之间的悬空位置,无人机3移动、下降并悬停到该位置;
步骤2、补偿:无人艇通过传感器采集的数据并完成数据分析处理或搜集数据库内相匹配数据后,开始控制液压补偿平台4进行补偿,开始补偿一段时间后通过补偿效果监测系统验证补偿效果是否符合降落条件,如果符合,给无人机3发出可降落信号,如果不符合则继续调控直到符合降落条件;
步骤3、降落:无人机3垂直降落到液压补偿平台4上,降落后无人机3 起落架卡进液压补偿平台4的上平台41的过渡滑轨44内;
步骤4、升降:无人机3到达指定位置后,将无人机3就位信息发送至升降平台5,升降平台5上升至与液压补偿平台4的上平台41平齐高度;液压补偿平台4通过双目视觉双目视觉摄像头获取的图像控制上平台41的过渡滑轨44与升降平台5的卡槽滑轨53对接;液压补偿平台4的上平台41远离升降平台5的一侧抬起,让无人机3通过无人机3起落架滑轨滑到升降平台5 上,第一机械爪6将无人机3半固定,然后升降平台5下降至与第一水平带另一端平齐并对接;
步骤5、传送:第一机械爪6复位,第二机械爪8将无人机3从升降平台 5上拉到第一水平带上,并将无人机3半固定,传送带7启动将无人机3通过第一水平带、倾斜带输送至第二水平带对应的空闲独立目标存储单舱14入口,第二机械爪8复位,独立目标存储单舱14内的机械手臂15伸出带动第三机械爪16将无人机3拉至该独立目标存储单舱14内;
步骤6、复位:无人机3固定后,液压补偿平台4复位;
步骤7、充电:无人机3判断自身状态,如果需要充电,传输信号给无人艇,无人艇启动接触式充电装置,将充电头安装平台往里运动,充电头接触到无人机3的两根起落架后开始充电,两边各为正负极,充电结束后,启动接触式充电装置,使充电头脱离接触,脱离充电状态;
步骤8、放飞:当无人机3需要起飞时,如果反馈信息显示无人艇不颠簸第三机械爪16复位,第二机械爪8将无人机3从独立目标存储单舱14拉到传送带7,传送带7启动,传送方向与储存时相反;无人机3从传送带7移动到升降平台5上,保障要起飞无人机3上方没有障碍物,无人机3起飞。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式,本发明的保护范围不限于此,任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换,均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于无人艇停放无人机的起降系统,其特征在于,包括:
立体机库(1),设置在无人艇甲板(2)上,用于存放无人机(3);
液压补偿平台(4),设置在无人艇甲板(2)上,用作无人机(3)的降落平台;
升降平台(5),设置在所述立体机库(1)一侧,用于转运降落在所述液压补偿平台(4)上的无人机(3),所述升降平台(5)顶部设置有第一机械爪(6);
传送带(7),一端与所述立体机库(1)对接,另一端与所述升降平台(5)对接,用于将所述升降平台(5)上的无人机(3)转运到所述立体机库(1)内;所述传送带(7)上设置有与所述传送带(7)同步运行的第二机械爪(8);
所述立体机库(1)包括:
机库本体(11),内部设置有存放架(12),所述存放架(12)中间设置有转运槽(13),所述传送带(7)一端延伸至所述转运槽(13)端部,所述转运槽(13)两侧分别设有多个独立目标存储单舱(14),每个所述独立目标存储单舱(14)内均设置有机械手臂(15),所述机械手臂(15)端部连接有第三机械爪(16);
充电桩(9),设置在所述机库本体(11)内侧底部,每个所述独立目标存储单舱(14)内侧壁均设置有与所述充电桩(9)电连接的接触式充电装置,所述接触式充电装置的充电头接触到无人机(3)的两根起落架后无人机(3)开始充电;
控制模块,用于采集无人机(3)的位置信号,并对采集到的信号进行处理,根据处理结果向所述液压补偿平台(4)、升降平台(5)和传送带(7)发送控制指令。
2.根据权利要求1所述的用于无人艇停放无人机的起降系统,其特征在于,所述液压补偿平台(4)为stewart六自由度液压补偿平台,包括上平台(41)、下平台(42)和设置在所述上平台(41)和下平台(42)之间的六个液压缸(43),六个所述液压缸(43)并联工作,所述上平台(41)上设置有力传感器,所述上平台(41)的四个角均设置有双目摄像机。
3.根据权利要求2所述的用于无人艇停放无人机的起降系统,其特征在于,所述上平台(41)上设置有与无人机(3)起落架配合的多组过渡滑轨(44),所述过渡滑轨(44)两侧设置有锁定环。
4.根据权利要求3所述的用于无人艇停放无人机的起降系统,其特征在于,所述升降平台(5)包括液压升降柱(51)及设置在所述液压升降柱(51)顶部的转运台(52),所述转运台(52)顶部设置有与所述过渡滑轨(44)配合的卡槽滑轨(53),所述第一机械爪(6)设置在所述转运台(52)顶部;
当所述液压升降柱(51)带动所述转运台(52)上升至与所述液压补偿平台(4)的上平台(41)处于同一水平高度时,所述转运台(52)与所述上平台(41)对接;当所述液压升降柱(51)带动所述转运台(52)下降至与所述传送带(7)另一端处于同一水平高度时,所述转运台(52)与所述传送带(7)对接。
5.根据权利要求4所述的用于无人艇停放无人机的起降系统,其特征在于,所述传送带(7)由第一水平带、第二水平带和倾斜带三部分组成,所述第一水平带设置在无人艇甲板(2)上,所述第二水平带设置在所述转运槽(13)内,所述倾斜带一端与所述第一水平带连接,另一端与所述第二水平带连接。
6.根据权利要求5所述的用于无人艇停放无人机的起降系统,其特征在于,所述水平传送带(7)上设置有压力传感器,所述压力传感器与所述控制模块通信连接。
7.根据权利要求6所述的用于无人艇停放无人机的起降系统,其特征在于,所述存放架(12)为两层,所述立体机库(1)两侧均设置有与两层所述存放架(12)配合的液压补偿平台(4)、升降平台(5)和传送带(7)。
8.根据权利要求7所述的用于无人艇停放无人机的起降系统,其特征在于,所述无人机(3)的起落架由导磁性金属制成,外层包裹吸振材料,用于无人机(3)的防震缓冲。
9.根据权利要求8所述的用于无人艇停放无人机的起降系统,其特征在于,所述机库本体(11)四周为敞开结构、且通过电动卷帘(10)进行封闭。
10.一种根据权利要求9所述的用于无人艇停放无人机的起降系统的操作方法,其特征在于,包括以下步骤:
准备:无人艇或母船向无人机(3)发送降落信号,或者无人机(3)因为自身原因需要降落时,无人艇将可降落的液压补偿平台(4)编号发给无人机(3),无人机(3)飞至液压补偿平台(4)上空,通过控制模块计算得到液压补偿平台(4)和可降落位置之间的悬空位置,无人机(3)移动、下降并悬停到该位置;
补偿:无人艇通过传感器采集的数据并完成数据分析处理或搜集数据库内相匹配数据后,开始控制液压补偿平台(4)进行补偿,开始补偿一段时间后通过补偿效果监测系统验证补偿效果是否符合降落条件,如果符合,给无人机(3)发出可降落信号,如果不符合则继续调控直到符合降落条件;
降落:无人机(3)垂直降落到液压补偿平台(4)上,降落后无人机(3)起落架卡进液压补偿平台(4)的上平台(41)的过渡滑轨(44)内;
升降:无人机(3)到达指定位置后,将无人机(3)就位信息发送至升降平台(5),升降平台(5)上升至与液压补偿平台(4)的上平台(41)平齐高度;液压补偿平台(4)通过双目视觉双目视觉摄像头获取的图像控制上平台(41)的过渡滑轨(44)与升降平台(5)的卡槽滑轨(53)对接;液压补偿平台(4)的上平台(41)远离升降平台(5)的一侧抬起,让无人机(3)通过无人机(3)起落架滑轨滑到升降平台(5)上,第一机械爪(6)将无人机(3)半固定,然后升降平台(5)下降至与第一水平带另一端平齐并对接;
传送:第一机械爪(6)复位,第二机械爪(8)将无人机(3)从升降平台(5)上拉到第一水平带上,并将无人机(3)半固定,传送带(7)启动将无人机(3)通过第一水平带、倾斜带输送至第二水平带对应的空闲独立目标存储单舱(14)入口,第二机械爪(8)复位,独立目标存储单舱(14)内的机械手臂(15)伸出带动第三机械爪(16)将无人机(3)拉至该独立目标存储单舱(14)内;
复位:无人机(3)固定后,液压补偿平台(4)复位;
充电:无人机(3)判断自身状态,如果需要充电,传输信号给无人艇,无人艇启动接触式充电装置,将充电头安装平台往里运动,充电头接触到无人机(3)的两根起落架后开始充电,两边各为正负极,充电结束后,启动接触式充电装置,使充电头脱离接触,脱离充电状态;
放飞:当无人机(3)需要起飞时,如果反馈信息显示无人艇不颠簸,第三机械爪(16)复位,第二机械爪(8)将无人机(3)从独立目标存储单舱(14)拉到传送带(7),传送带(7)启动,传送方向与储存时相反;无人机(3)从传送带(7)移动到升降平台(5)上,保障要起飞无人机(3)上方没有障碍物,无人机(3)起飞。
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