CN114180058A - 一种火炬对接无人机 - Google Patents

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杨丽英
李思梁
张广玉
于海涛
戚有利
张远航
常彦春
黄朝雄
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Abstract

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种火炬对接无人机。包括旋翼无人机、机械臂、视觉引导系统及视觉定位系统，其中机械臂设置于旋翼无人机机身的下方，机械臂用于与目标火炬对接；视觉引导系统设置于旋翼无人机机身的正前方，视觉引导系统用于远距离检测目标火炬的位置；视觉定位系统设置于旋翼无人机的旋翼下方，视觉定位系统用于近距离检测目标火炬的位置。本发明可实现无人机在视觉引导系统引导下的大范围全自主火炬对接，机械臂在视觉定位系统驱动下的小范围精准火炬对接以及机械臂和火炬姿态不影响桨叶安全运行等功能。

Description

一种火炬对接无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种火炬对接无人机。
背景技术
目前，通过无人机进行火炬传递是一种重要方式，利用无人机进行火炬对接是其中最重要的部分。通过无人机进行火炬对接时，面临大范围无人机自主作业能力低、小范围精准调整裕度小以及机械臂和火炬姿态影响无人机飞行安全等一系列问题，所以亟需一种具有大范围全自主火炬对接、小范围精准火炬对接以及机械臂和火炬姿态不影响无人机桨叶安全运行的火炬对接无人机。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种火炬对接无人机，可实现无人机在视觉引导系统引导下的大范围全自主火炬对接、机械臂在视觉定位系统驱动下的小范围精准火炬对接以及机械臂和火炬姿态不影响桨叶安全运行等功能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种火炬对接无人机，包括旋翼无人机、机械臂、视觉引导系统及视觉定位系统，其中机械臂设置于旋翼无人机机身的下方，机械臂用于与目标火炬对接；视觉引导系统设置于旋翼无人机机身的正前方，视觉引导系统用于远距离检测目标火炬的位置；视觉定位系统设置于旋翼无人机的旋翼下方，视觉定位系统用于近距离检测目标火炬的位置。
所述旋翼无人机包括机身、机舱盖、平直机臂、X型机臂、起落架、起落架连接杆及旋翼，其中机舱盖设置于机身的顶部，机身的艏部两侧对称设置平直机臂，尾部两侧对称设置X型机臂，两个平直机臂及两个X型机臂上均设有旋翼；机身的底部通过两个起落架连接杆与两个起落架连接。
所述机舱盖采用双曲面马鞍型外形。
所述机身、机舱盖、平直机臂、X型机臂、滑雪板式起落架及起落架连接杆的材质均采用碳纤维一体化成型。
两个所述X型机臂内均设有锂电池配重模块，通过将锂电池配重模块沿所述X型机臂的长度方向移动，来调整锂电池配重模块安装位置。
所述视觉定位系统为两组，两组所述视觉定位系统分别设置于两个所述平直机臂，且位于所述旋翼的下方。
所述视觉定位系统包括双目视觉传感器或红外传感器。
两个所述平直机臂的下方均设有桨叶防护罩，桨叶防护罩布置与所述旋翼的正下方。
所述机械臂包括依次转动连接的机械臂底座、大臂及小臂，其中机械臂底座通过机械臂固定法兰与所述旋翼无人机固定连接，机械臂底座内设有偏航电机和大臂俯仰电机，偏航电机的输出端与机械臂固定法兰连接，用于驱动机械臂底座相对所述旋翼无人机转动；大臂俯仰电机的输出端与大臂的首端连接，大臂俯仰电机用于驱动大臂转动；大臂的末端设有小臂俯仰电机，小臂俯仰电机的输出端与小臂的首端连接，小臂俯仰电机用于驱动小臂转动；小臂的末端与火炬夹持机构连接。
所述火炬夹持机构为侧壁带有开口的弹性环。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明通过采用碳纤维一体化成型机身、机臂及起落架结构，提高整机强度；采用可拆卸可组装式起落架，可实现快速拆卸、维护与运输。
2.本发明通过采用基于单目或双目视觉传感器的视觉引导系统，提高了大范围远距离无人机驱动下的火炬全自主对接能力。
3.本发明通过采用基于双目视觉传感器或红外传感器的视觉定位系统，提高了小范围近距离机械臂驱动下的火炬精准对接能力。
4.本发明通过采用桨叶防护罩，提高了无人机旋翼安全运行的能力，避免了机械臂和火炬姿态影响旋翼安全运行。
5.本发明通过将锂电池配重模块布置于X型机臂内部，且可以沿X型机臂方向进行移动，提高了整机配平能力，降低了机械臂和火炬运动对整机配平效果的不利影响。
附图说明
图1为本发明火炬对接无人机的结构示意图；
图2为本发明中旋翼无人机的结构示意图；
图3为本发明中机械臂的结构示意图；
图4为本发明中锂电池配重模块的结构示意图；
图中：1为旋翼无人机，101为机身，102为机舱盖，103为平直机臂， 104为X型机臂，105为起落架，106为起落架连接杆，107为旋翼，108为锂电池配重模块，2为机械臂，201为偏航舵机，202为大臂俯仰电机，203为小臂俯仰电机，204为火炬夹持机构，205为机械臂固定法兰，206为机械臂底座，207为大臂，208为小臂，3为视觉引导系统，4为视觉定位系统，5为火炬，6为桨叶防护罩。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种火炬对接无人机，包括旋翼无人机1、机械臂2、视觉引导系统3及视觉定位系统4，其中机械臂2设置于旋翼无人机 1机身的下方，机械臂2用于与目标火炬对接；视觉引导系统3设置于旋翼无人机1机身的正前方，视觉引导系统3用于远距离检测目标火炬的位置；视觉定位系统4设置于旋翼无人机1的旋翼下方，视觉定位系统4用于近距离检测目标火炬的位置。
如图2所示，本发明的实施例中，旋翼无人机1采用四旋翼构型，包括机身101、机舱盖102、平直机臂103、X型机臂104、起落架105、起落架连接杆106及旋翼107，其中机舱盖102设置于机身101的顶部，机身101的艏部两侧对称设置平直机臂103，尾部两侧对称设置X型机臂104，两个平直机臂103及两个X型机臂104上均设有旋翼107；机身101的底部通过两个起落架连接杆106与两个起落架105连接。
具体地，机身101为近似正方形结构，机舱盖102采用双曲面马鞍型外形。两个平直机臂103和两个X型机臂104分别布置于正方形的四个顶点上，起落架105采用滑雪板外形，起落架连接杆106采用可拆卸可组装构型，并采用螺纹进行锁紧。机身101、机舱盖102、平直机臂103、X型机臂104、滑雪板式起落架105及起落架连接杆106的材质均采用碳纤维一体化成型，提高整机强度。
如图4所示，本发明的实施例中，两个X型机臂104内均设有锂电池配重模块108，通过将锂电池配重模块108沿X型机臂104的长度方向移动，来调整锂电池配重模块108安装位置，安装位置调整好后通过螺栓锂电池配重模块108。
如图1所示，本发明的实施例中，视觉引导系统3设置于机身101的正前方。视觉引导系统3包括单目或双目视觉传感器，通过单目或双目视觉传感器反馈远距离的目标火炬位置，实现大范围远距离无人机驱动下的火炬全自主对接。
如图1所示，本发明的实施例中，视觉定位系统4为两组，两组视觉定位系统4分别设置于两个平直机臂103，且位于旋翼107的下方。
具体地，视觉定位系统4包括双目视觉传感器或红外传感器，通过双目视觉传感器或红外传感器反馈近距离的目标火炬位置，实现小范围近距离机械臂驱动下的火炬精准对接。
进一步地，两个平直机臂103的下方均设有桨叶防护罩6，桨叶防护罩6 布置与旋翼107的正下方，防止机械臂2和火炬位姿影响旋翼107安全运行。
如图3所示，本发明的实施例中，机械臂2包括依次转动连接的机械臂底座206、大臂207及小臂208，其中机械臂底座206通过机械臂固定法兰205 与旋翼无人机1固定连接，机械臂底座206内设有偏航电机201和大臂俯仰电机202，偏航电机201的输出端与机械臂固定法兰205连接，用于驱动机械臂底座206相对旋翼无人机1转动；大臂俯仰电机202的输出端与大臂207 的首端连接，大臂俯仰电机202用于驱动大臂207转动；大臂207的末端设有小臂俯仰电机203，小臂俯仰电机203的输出端与小臂208的首端连接，小臂俯仰电机203用于驱动小臂208转动；小臂208的末端与火炬夹持机构204 连接。
具体地，火炬夹持机构204为侧壁带有开口的弹性环，通过火炬夹持机构204与火炬5固定连接。机械臂2通过控制伺服电机或步进电机实现火炬5 小范围精准位姿控制。
本发明提供的一种火炬对接无人机的工作原理是：
通过旋翼无人机1搭载机械臂2、视觉引导系统3、视觉定位系统4、火炬5以及桨叶防护罩6，实现火炬5的传递与对接，视觉引导系统3通过单目或双目视觉传感器反馈目标火炬位置，可实现大范围远距离旋翼无人机1驱动下的火炬全自主对接，视觉定位系统4通过双目视觉传感器或红外传感器反馈目标火炬位置，实现小范围近距离机械臂2驱动下的火炬精准对接，桨叶防护罩6保证旋翼无人机1的旋翼安全运行，不受机械臂2和火炬5姿态的影响；锂电池配重模块108可提高整机配平能力，降低机械臂2和火炬5 的运动对整机配平效果的不利影响。本发明可以实现火炬自主传递与对接，操作简单，方便快捷，节省成本。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。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、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种火炬对接无人机，其特征在于，包括旋翼无人机(1)、机械臂(2)、视觉引导系统(3)及视觉定位系统(4)，其中机械臂(2)设置于旋翼无人机(1)机身的下方，机械臂(2)用于与目标火炬对接；视觉引导系统(3)设置于旋翼无人机(1)机身的正前方，视觉引导系统(3)用于远距离检测目标火炬的位置；视觉定位系统(4)设置于旋翼无人机(1)的旋翼下方，视觉定位系统(4)用于近距离检测目标火炬的位置。
2.根据权利要求1所述的火炬对接无人机，其特征在于，所述旋翼无人机(1)包括机身(101)、机舱盖(102)、平直机臂(103)、X型机臂(104)、起落架(105)、起落架连接杆(106)及旋翼(107)，其中机舱盖(102)设置于机身(101)的顶部，机身(101)的艏部两侧对称设置平直机臂(103)，尾部两侧对称设置X型机臂(104)，两个平直机臂(103)及两个X型机臂(104)上均设有旋翼(107)；机身(101)的底部通过两个起落架连接杆(106)与两个起落架(105)连接。
3.根据权利要求2所述的火炬对接无人机，其特征在于，所述机舱盖(102)采用双曲面马鞍型外形。
4.根据权利要求2所述的火炬对接无人机，其特征在于，所述机身(101)、机舱盖(102)、平直机臂(103)、X型机臂(104)、滑雪板式起落架(105)及起落架连接杆(106)的材质均采用碳纤维一体化成型。
5.根据权利要求2所述的火炬对接无人机，其特征在于，两个所述X型机臂(104)内均设有锂电池配重模块(108)，通过将锂电池配重模块(108)沿所述X型机臂(104)的长度方向移动，来调整锂电池配重模块(108)安装位置。
6.根据权利要求2所述的火炬对接无人机，其特征在于，所述视觉定位系统(4)为两组，两组所述视觉定位系统(4)分别设置于两个所述平直机臂(103)，且位于所述旋翼(107)的下方。
7.根据权利要求6所述的火炬对接无人机，其特征在于，所述视觉定位系统(4)包括双目视觉传感器或红外传感器。
8.根据权利要求2所述的火炬对接无人机，其特征在于，两个所述平直机臂(103)的下方均设有桨叶防护罩(6)，桨叶防护罩(6)布置与所述旋翼(107)的正下方。
9.根据权利要求1所述的火炬对接无人机，其特征在于，所述机械臂(2)包括依次转动连接的机械臂底座(206)、大臂(207)及小臂(208)，其中机械臂底座(206)通过机械臂固定法兰(205)与所述旋翼无人机(1)固定连接，机械臂底座(206)内设有偏航电机(201)和大臂俯仰电机(202)，偏航电机(201)的输出端与机械臂固定法兰(205)连接，用于驱动机械臂底座(206)相对所述旋翼无人机(1)转动；大臂俯仰电机(202)的输出端与大臂(207)的首端连接，大臂俯仰电机(202)用于驱动大臂(207)转动；大臂(207)的末端设有小臂俯仰电机(203)，小臂俯仰电机(203)的输出端与小臂(208)的首端连接，小臂俯仰电机(203)用于驱动小臂(208)转动；小臂(208)的末端与火炬夹持机构(204)连接。
10.根据权利要求1所述的火炬对接无人机，其特征在于，所述火炬夹持机构(204)为侧壁带有开口的弹性环。
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