CN114162030B - 一种移动无人机机巢、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动无人机机巢、方法及系统，包括主控器及机巢主体，所述机巢主体包括主动减震模块、无人机机位、充电模块以及储能模块；其中，所述主动减震模块采用丝杠式自动锁紧结构对机巢主体进行固定；所述无人机机位设置有在水平和竖直方向自主减震的无人机固定装置，所述主控器分别与所述充电模块及主动减震模块连接。所述方案基于移动无人机机巢的作业环境，在机巢内增加自主设计的无人机固定装置以及在机巢底部增加的自主设计的主动减震模块，保证了无人机及机巢在移动作业过程中的安全性，并有效提高了作业效率。

Description

一种移动无人机机巢、方法及系统

技术领域

本发明属于无人机机巢技术领域，尤其涉及一种移动无人机机巢、方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

无人机产品已经在电力巡检作业中有着较为普遍的应用，但由于不同使用环境下的条件约束，导致无人机的应用推广受限，例如：电动多旋翼无人机产品受电池容量限制导致作业效率偏低，在作业过程中电量补充和续航是无人机技术发展所急需解决的问题。

发明人发现，传统机巢仍存在以下问题需要解决：

(1)传统机巢产品主要是通过固定在一个位置通过覆盖半径进行作业，覆盖范围非常有限；移动式机巢大多是通过对依维柯等车辆进行改装进行覆盖范围的扩展，涉及到车辆改装等方面，技术限制较大；

(2)受到电力巡检区域环境影响，在路途颠簸、道路复杂的地段，目前采用的是被动式通过减震弹簧以及阻尼类产品进行被动型的降低振动，现有的移动式机巢安装方案稳定性较差，极易造成机巢或无人机的损坏。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了一种移动无人机机巢、方法及系统，所述方案基于移动无人机机巢的作业环境，在机巢内增加自主设计的无人机固定装置以及在机巢底部增加的自主设计的主动减震模块，保证了无人机及机巢在移动作业过程中的稳定性及安全性，并有效提高了无人机的作业效率。

根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种移动无人机机巢，包括主控器及机巢主体，所述机巢主体包括主动减震模块、无人机机位、充电模块以及储能模块；其中，所述主动减震模块采用丝杠式自动锁紧结构对机巢主体进行固定；所述无人机机位设置有在水平和竖直方向自主减震的无人机固定装置，所述主控器分别与所述充电模块及主动减震模块连接。

进一步的，所述丝杠式自动锁紧结构包括套筒及固定于第二套筒中心位置的双出轴电机，所述双出轴电机转子两端分别连接有丝杠，所述丝杠的另一端与弹簧滑块的一端通过螺纹孔连接，所述弹簧滑块随丝杠旋转直线运动，并带动与所述弹簧滑块另一端固定连接的伸缩杆的伸缩。

进一步的，所述主控器与所述双出轴电机连接，并基于获取的压力传感器的压力值与预设阈值的比较结果控制双出轴电机的运行。

进一步的，所述固定装置包括第一夹持件和第二夹持件，所述第一夹持件和第二夹持件通过弹性件连接，形成夹持结构。

进一步的，所述第二夹持件包括第一套筒、第一弹簧及位于第一套筒两端的两个第一伸缩杆，所述弹簧位于套筒的中部，所述弹簧的两端分别与两个伸缩杆的一端固定连接，通过所述第一弹簧对两个第一伸缩杆施加向套筒中心方向的拉力。

根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种移动无人机机巢减震方法，其基于上述一种移动无人机机巢的结构，所述方法包括：

所述主控器通过压力传感器实时获取所述主动减震模块中滑块处的压力反馈信号；

基于预先确定的双出轴电机转速与压力反馈信号的关系曲线，通过主控器实时调整双出轴电机的转速，进而输出不同作用力，主动性的吸收阻尼；

实现移动无人机机巢的主动减震。

根据本发明实施例的第三个方面，提供了一种无人机系统，包括无人机主体及上述的移动无人机机巢。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明创新性的提出了一种移动无人机机巢，基于机巢内主动减震模块以及无人机固定装置的原创设计，首创了一种适用于车载环境的移动无人机机巢，通过在机巢内采用丝杠式自动锁紧结构的主动减震模块，在主控器、双出轴电机以及压力传感器的协同控制下实现无人机机巢的自动安装以及移动作业过程中主动减震的效果；同时，通过在机巢内无人机机位位置设置的固定装置，实现了无人机在受到颠簸等情况下的减振保护，进一步确保了车辆行驶过程中无人机的安全；基于上述设置实现了机巢及无人机在移动作业过程中的主动性及被动性相结合的自稳定调节，解决了现有移动机巢作为移动作业类产品涉及到车辆改装问题，及移动作业过程中振动大、安全性不足的问题，保证了无人机及机巢在移动作业过程中的稳定性及安全性，并有效提高了无人机的作业效率。

(2)本发明创新性的提出了一种移动无人机机巢减震方法，主控器通过压力传感器实时获取所述主动减震模块中滑块处的压力反馈信号；基于预先确定的双出轴电机转速与压力反馈信号的关系曲线，通过主控器实时调整双出轴电机的转速，进而输出不同作用力，主动性的吸收阻尼；同时，结合滑块处设置的弹簧，实现了机巢及无人机在移动作业过程中的主动性及被动性相结合的自稳定调节。

(3)本发明中机巢的安装为自动化安装及拆卸，仅需通过显示模块下发安装命令即可完成安装，并且通过在弹簧滑块设定的压力传感器能够有效保证安装效果，不会产生人为因素造成的安装过松或过紧的情况。

(4)本发明所述方案在无人机机巢内的无人机机位位置设置有固定装置，所述固定装置通过水平方向的弹簧以及竖直方向上的弹性件，所述固定装置可以做到较好的固定，特别是在受到颠簸等情况后所述弹簧和弹性件作为阻尼吸收无人机水平方向和竖直方向的力，实现减振保护，进一步的保证了无人机的安全。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1(a)为本发明实施例一中所述的移动无人机机巢内部结构示意图；

图1(b)为本发明实施例一中所述的移动无人机机巢舱门结构示意图；

图2为本发明实施例一中所述的充电模块结构示意图；

图3为本发明实施例一中所述的无人机机位固定装置结构示意图；

图4为本发明实施例一中所述的无人机机位固定装置的局部结构示意图；

图5(a)为本发明实施例一中所述的主动减震模块结构示意图；

图5(b)和图5(c)为本发明实施例一中所述的主动减震模块局部结构示意图；

图5(d)为本发明实施例一中所述的双出轴电机转速与压力反馈信号的关系曲线；

图6为本发明实施例二中所述的无人机系统工作流程图；

其中，1、充电模块；2、无人机机位；3、储能模块；4、主动减震模块；5、充电口；6、BMS控制板；7、散热扇；8、通信接口；9、充电指示灯；10、第一夹持件；11、弹性件；12、第二夹持件；12-1、握把；12-2、第一套筒；12-3、第一伸缩杆；12-4、固定端；12-5、第一弹簧；13、第二套筒；14、双出轴电机；15、第二伸缩杆；16、弹簧滑块；16-1、第一滑块；16-2、第二弹簧；16-3、第二滑块；17、丝杠。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一：

本实施例的目的是提供一种移动无人机机巢。

如图1(a)和图1(b)所示一种移动无人机机巢，包括主控器及机巢主体，所述机巢主体包括充电模块1、无人机机位2、储能模块3以及主动减震模块4；其中，所述主动减震模块4采用丝杠式自动锁紧结构对机巢主体进行固定；所述无人机机位设置有在水平和竖直方向自主减震的无人机固定装置，所述主控器分别与所述充电模块及主动减震模块4连接。具体的：

如图2所示，所述充电模块包括若干充电口5、BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)控制板6、充电散热扇7、通信接口8以及充电指示灯9；

所述机巢主体的无人机机位可以放置市面主流RTK(Real-time kinematic)无人机，由于本发明的应用场景对应于移动无人机机巢，其经常面临在不同地形环境下随车移动，故在所述无人机机位处设置有固定装置，用于无人机的固定。其中，如图3所示，所述固定装置包括第一夹持件10和第二夹持13件，所述第一夹持件和第二夹持件通过弹性件12连接，形成夹持结构(类似夹子结构)。

其中，所述第一夹持件10固定于无人机机位表面，如图4所示，所述第二夹持件包括握把12-1，第一套筒12-2、第一弹簧12-5、位于套筒两端的两个伸缩杆12-3以及与固定端，所述第一弹簧位于套筒的中部，所述第一弹簧的两端分别与两个伸缩杆的一端固定连接，通过所述第一弹簧对两个伸缩杆施加向套筒中心方向的拉力，通过所述固定端实现对无人机水平方向的固定，同时，所述固定端基于所述固定装置形成的夹持结构对无人机实现竖直方向的固定。基于固定装置在水平方向的弹簧以及竖直方向上的弹性件，所述固定装置一方面可以做到较好的固定，另一方面，在受到颠簸等情况后所述弹簧和弹性件作为阻尼吸收无人机水平方向和竖直方向的力，实现减振保护，进一步的保证了无人机的安全。

进一步的，所述主动减震模块4贯穿所述机巢主体，并于所述机巢主体固定连接，如图5(a)-图5(c)所示，所述主动减震模块4采用丝杠式自动锁紧结构对机巢主体进行固定；所述丝杠式自动锁紧结构包括第二套筒13及固定于套筒中心位置的双出轴电机14，所述双出轴电机转子两端分别与丝杠17的一段固定连接，所述丝杠17的另一端与弹簧滑块16的一端通过螺纹孔连接，所述弹簧滑块16随丝杠旋转水平直线运动，并带动与所述弹簧滑块另一端固定连接的第二伸缩杆15的伸缩。其中，所述弹簧滑块16包括第一滑块16-1和第二滑块16-3，所述第一滑块16-1与第二滑块16-3通过第二弹簧16-2连接。所述弹簧滑块16的第一滑块16-1设置有与所述丝杠17匹配的螺纹孔，所述第二滑块16-3与所述第一滑块16-1相对应的位置设置有圆孔，所述圆孔的孔径大于丝杠的外径，同时，与所述第二滑块固定连接的固定杆一端也开设有预设长度的孔隙，其孔隙的孔径大小也大于丝杠的外径。

进一步的，为了便于所述弹簧滑块16及第二伸缩杆15在所述套筒中可进行水品方向的伸缩。

进一步的，为了保证安装过程的自动化，在所述第一滑块16-1设置有压力传感器，所述压力传感器与所述主控器连接；同时，所述主控器与所述双出轴电机连接，并基于获取的压力传感器的压力值与预设阈值的比较结果控制双出轴电机的运行。

具体的，所述主动减震模块4的工作机理具体如下：所述双出轴电机作为动力核心带动丝杠转动，丝杠转动会使动力块沿水平方向进行位移，动力块通过弹簧传导推力使固定端逐渐与货箱(本实施例中指皮卡的车厢)接触，动力块上装有压力传感器，当传感器接收到车厢处反作用力达到预定值后形成反馈，双出轴电机停止转动并自动锁紧。当车辆受到颠簸的时候，弹簧作为阻尼器会吸收振动，维持移动机巢的自稳定状态。

同时，需要说明的是，所述主动减震模块4的主动减震策略具体如下：

在车辆行驶过程中，所述主控器通过压力传感器实时获取弹簧滑块处的压力反馈信号；

基于如图5(d)所示的双出轴电机转速与压力反馈信号的关系曲线，通过主控器实时调整双出轴电机的转速，进而输出不同作用力，主动性的吸收阻尼，进而达到主动减震的效果，其中，所述关系曲线是根据实际测试过程中获得的转速与压力关系的离散数据结果拟合得到。

进一步的，无人机根据巡检任务进行作业，机巢内配备有无人机的自主巡检软件，根据提前做好的航迹规划方案进行精细化巡检作业，作业人员根据机巢屏幕指示状态确定无人机当前状态及具体工作模式，无人机作业完成后由工作人员手动进行无人机电池更换，充分发挥作业人员主观能动性。

进一步的，所述主控器还连接有显示模块，用于显示充电模块充电口内电池的状态，以及通过所述显示模块进行命令的下发。其中，所述命令的下发包括安装命令(即将无人机机巢安装于车辆内)以及向无人机下发作业任务。

所述储能模块3作为机巢的移动作业供能模块，配备专门充电枪对其进行充电，在所述移动无人机机巢跟随车辆到现场进行巡检作业过程中，储能模块支撑机巢内各种供电，包含充电模块、显示模块及主控模块等。

实施例二：

本实施例的目的是提供一种移动无人机机巢减震方法。

一种移动无人机机巢减震方法，其基于上述一种移动无人机机巢的结构，所述方法包括：

所述主控器通过压力传感器实时获取所述主动减震模块中滑块处的压力反馈信号；

基于预先确定的双出轴电机转速与压力反馈信号的关系曲线，通过主控器实时调整双出轴电机的转速，进而输出不同作用力，主动性的吸收阻尼；

实现移动无人机机巢的主动减震。

进一步的，所述关系曲线是根据实际测试过程中获得的转速与压力关系的离散数据结果拟合得到，具体关系曲线如图5(d)所示。

实施例三：

本实施例的目的是提供一种无人机系统，包括无人机主体及上述的移动无人机机巢。

具体的，以下从所述移动无人机机巢的具体使用对本发明所述方案进行说明：

如图6所示，皮卡内装入本发明所述的移动无人机机巢后，人员通过显示模块操作所述主动减震模块4，使其自动与皮卡车锁紧；无人机在进行巡检作业时，车辆携带移动机巢到达工作现场附近，打开机巢后，人员开启飞机固定装置，将无人机取出，选取充电模块推荐的电池进行安装，通过机巢内自主飞行软件选取适合的巡检路线，无人机自主完成巡检作业，完成任务后工作人员进行电池更换，将飞机放回机巢内。

上述实施例提供的一种移动无人机机巢、方法及系统可以实现，具有广阔的应用前景。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种移动无人机机巢减震方法，其特征在于，其基于一种移动无人机机巢的结构，所述移动无人机机巢包括主控器及机巢主体，所述机巢主体包括主动减震模块、无人机机位、充电模块以及储能模块；其中，所述主动减震模块采用丝杠式自动锁紧结构对机巢主体进行固定；所述无人机机位设置有在水平和竖直方向自主减震的无人机固定装置，所述主控器分别与所述充电模块及主动减震模块连接；所述丝杠式自动锁紧结构包括套筒及固定于第二套筒中心位置的双出轴电机，所述双出轴电机转子两端分别连接有丝杠，所述丝杠的另一端与弹簧滑块的一端通过螺纹孔连接，所述弹簧滑块随丝杠旋转直线运动，并带动与所述弹簧滑块另一端固定连接的伸缩杆的伸缩；所述弹簧滑块包括第一滑块和第二滑块，所述第一滑块与第二滑块通过第二弹簧连接；所述第一滑块设置有压力传感器，所述压力传感器与所述主控器连接；

所述方法包括：

所述主控器通过压力传感器实时获取所述主动减震模块中滑块处的压力反馈信号；

基于预先确定的双出轴电机转速与压力反馈信号的关系曲线，通过主控器实时调整双出轴电机的转速，进而输出不同作用力，主动性的吸收阻尼；

实现移动无人机机巢的主动减震。

2.如权利要求1所述的一种移动无人机机巢减震方法，其特征在于，所述弹簧滑块的第一滑块设置有与所述丝杠匹配的螺纹孔，所述第二滑块的对应位置设置有圆孔，所述圆孔的孔径大于丝杠的外径。

3.如权利要求1所述的一种移动无人机机巢减震方法，其特征在于，所述主控器与所述双出轴电机连接，并基于获取的压力传感器的压力值与预设阈值的比较结果控制双出轴电机的运行。

4.如权利要求1所述的一种移动无人机机巢减震方法，其特征在于，所述固定装置包括第一夹持件和第二夹持件，所述第一夹持件和第二夹持件通过弹性件连接，形成夹持结构。

5.如权利要求4所述的一种移动无人机机巢减震方法，其特征在于，所述第二夹持件包括第一套筒、第一弹簧及位于第一套筒两端的两个第一伸缩杆，所述弹簧位于套筒的中部，所述弹簧的两端分别与两个伸缩杆的一端固定连接，通过所述第一弹簧对两个第一伸缩杆施加向套筒中心方向的拉力。

6.一种无人机系统，其特征在于，包括无人机主体及如权利要求1-5任一项所述的移动无人机机巢减震方法所基于的移动无人机机巢。

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