CN116674788A - 一种海上无人机起降平台及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上无人机起降装置及其控制方法，涉及海上无人机技术领域，具体结构为：底座、平台外壁以及平台舱盖合围成一个内部中空的长方体，底座包含固定平台，其上固定安装有舵机。升降平台包含一个镂空平台，镂空平台底部通过升降机构连接至固定平台上的舵机，通过舵机的输出轴驱动升降机构给镂空平台提供三个自由度的运动能力；镂空平台的顶部安装起落架固定座。该装置能够无人机起降平台设计了平台外壁和平台舱盖，既可以作为无人机的起飞发射装置，也可以作为无人机的储存装置。该无人机和升降平台之间有合理的固连方式，无人机降落时也有合理的回收方式。该控制方法基于这种装置结构给出一种合理有效的自动化控制方法。

Description

一种海上无人机起降平台及其控制方法

技术领域

本发明涉及海上无人机技术领域，具体涉及一种海上无人机起降平台及其控制方法。

背景技术

近年来，随着无人机行业的快速发展，其应用场景并不仅仅局限于陆地，而是向着海洋进发。然而，由于海上风浪较大船只在海上航行时较为颠簸，传统的无人机并不能适应这类起降环境。很多大型无人机会在陆地起飞，完成任务后再返回陆地。由于通讯，飞行半径的限制，中小型无人机往往仅能完成近海任务。随着复合翼无人机的诞生，传统固定翼无人机再加装上复合翼之后也拥有了垂直起降的能力，既保留了传统固定翼无人机高速，长航时的优点，又可以极大的减小无人机起降所需的跑道长度。但是复合翼无人机起降条件较为苛刻，需要稳定的平台供其度过起飞前的准备阶段和降落后的阶段。同时，制约中小型无人机在小型船只上执行任务的能力比较困难的原因是因为海水对无人机搭载的电子设备有很强的腐蚀能力，因此发明一种小型船只上安装的，在船只航行，无人机处于运输阶段时提供密闭干燥环境的中小型复合翼无人机起降平台十分有必要。

现有的方案有：一种海上无人机起降平台，其包括有起降平台，平衡组件和基座，平衡组件和基座，三个平衡组件呈等边三角形排列，置于起降平台和基座之间，平衡组件包括驱动缸和万向节三个驱动缸的一端连接有万向节，万向节的另一端与起降平台连接，驱动缸与基座固连。通过基座的姿态检测装置提供姿态数据，三个驱动缸的电机带动支撑杆进行伸长或缩短的动作，使无人机平台保持合适的姿态，从而达到在起伏不定的海面上让无人机安全起降的目的。无人机在该平台上缺乏固定装置，在还未起飞时无人机易滑落。起降平台无法在无人机随船只运输时储存无人机，未考虑无人机及升降平台防水及防腐蚀能力无人机和起降平台需要分开存放，且无人机降落时缺乏有效的固定和保护装置。

因此目前缺少一种能够同时作为无人机起飞发射装置，也可以作为无人机的储存装置的设备，以及如何对无人机进行起降控制也是尚未解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种海上无人机起降装置及其控制方法，该装置能够无人机起降平台设计了平台外壁和平台舱盖，既可以作为无人机的起飞发射装置，也可以作为无人机的储存装置。无人机和升降平台之间有合理的固连方式，无人机降落时也有合理的回收方式。该控制方法基于这种装置结构给出一种合理有效的自动化控制方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种海上无人机起降装置包括底座、升降平台、起落架固定座、起落架、平台外壁以及平台舱盖。

底座、平台外壁以及平台舱盖合围成一个内部中空的长方体，平台舱盖为活动舱盖，其在关闭时为密封状态。

底座包含一个固定平台，固定平台与船体固连，固定平台上固定安装有舵机。

升降平台包含一个镂空平台，镂空平台底部通过升降机构连接至固定平台上的舵机，通过舵机的输出轴驱动升降机构给镂空平台提供三个自由度的运动能力；镂空平台的顶部安装起落架固定座。

起落架固定座用于海上无人机的起落架的固定。

进一步地，底座还包括八个步进电机、四个舵机以及一个第一IMU传感器。

固定平台上设有步进电机和四个舵机的安装槽位和推杆的放置槽位；固定平台内部设有走线通道，用于步进电机、舵机和IMU传感器的线束的走线；固定平台与船体固连。

固定平台上，舵机均布于四个方向，八个步进电机分布在固定平台的前后两端。

IMU传感器安装在固定平台的正中心，用于检测并输出竖直方向、俯仰方向以及滚转方向三个方向的线加速度和三个方向的角速度。

进一步地，升降平台上的升降机构由推杆、球形铰套、滑块、滑轨组成；推杆、球形铰套、滑块以及滑轨，数量均为四个，与舵机配套设置；在升降机构中，推杆一端连接舵机，舵机转动时，带动所连接推杆做圆周运动；推杆另一端和球形铰套连接；球形绞套包括一个五分之三球形壳体以及壳体底部的固连的螺母，五分之三球形壳体顶端为开口，底端与螺母的侧边固连；螺母一边环形面上设置为锯齿阵列；滑块底部设有一个球体，滑块的底部球体嵌入五分之三球形壳体中，二者尺寸配合；推杆与球形绞套连接的端部开设设有与螺母环面上的锯齿对应的固定槽，锯齿阵列嵌入固定槽中从而锁定球形铰套和推杆之间的角度；滑块顶部与和滑轨之间线性连接；四个滑轨成十字形设置在镂空平台底部；四个升降机构和升降平台相互约束给平台提供三个自由度的运动能力。

进一步地，升降平台还包括第二IMU传感器；第二IMU传感器安装在镂空平台的下方；第二IMU传感器的位姿和底座上的第一IMU传感器同轴心同方向，相互平行；

进一步地，起落架固定座整体为圆筒形结构，圆筒形沿轴截面切开分为两部分组成，即固定座底座和固定上扣，两部分通过销钉连接组成圆筒形；固定座底座和镂空平台固连，固定上扣和固定座底座通过销钉连接；无人机起落架两端各有一段放置于起落架固定座之内；无人机起落架上设有四根固定针，用于在无人机降落时，固定针插入镂空平台之中；

进一步地，底座、平台外壁以及平台舱盖合围成一个内部中空的长方体，平台舱盖为活动舱盖，其在关闭时为密封状态，具体结构为：

平台外壁垂直固连在固定平台四边；平台外壁顶端覆盖平台舱盖；平台舱盖分为左舱盖和右舱盖，活动杆件将左舱盖和右舱盖与步进电机的输出轴连接，由步进电机驱动，步进电机带动活动杆件转动，实现平台舱盖的打开和关闭，整体驱动为过驱动。

进一步地，固定平台采用金属材质。

进一步地，固定平台上开设有安装孔位和排水孔位，固定平台与船体通过螺栓连接的方式固连，固定平台的外圈四边设计为阶梯型，用于安装平台外壁。

进一步地，平台外壁上安装摄像头模块，用于实时监控无人机舱舱内无人机状态。

本发明还提供了一种海上无人机起降装置的控制方法，针对上述海上无人机起降装置，海上无人机起降装置中，以底座为静平台，以升降平台为动平台，以四个驱动机构为四条绕定点转动的等长线段；将滑轨也抽象成为线段；以静平台原点到舵机轴点距离为d，杆长为l。

取y轴指向船只正前方，右手坐标系，x轴指向船只左侧，z轴指向天空；1号舵机在y轴正方向上，2号舵机在x轴正方向上，3号舵机在y轴负方向上，4号舵机在x轴负方向。

初始情况下，动，静平台重合，由于动平台的设计自由度为3，仅能实现垂直运动，俯仰运动以及滚转运动，则动平台在垂直方向的运动量为Z，俯仰运动角度为α，滚转运动角度为γ，四个舵机相对于水平面转过的角度分别为θ₁,θ₂,θ₃,θ₄；需要实现的任务也就是已知Z垂直方向、α俯仰方向角，γ滚转方向角和结构之间的相互约束求得θ₁,θ₂,θ₃,θ₄。

其中s₁～s₄分别为： Br₁,Br₂,Br₃,Br₄为舵机轴铰点的坐标，Br₁＝(d,0,0)，Br₂＝(0,d,0)；Br₃＝(-d,0,0)；Br₄＝(0,-d,0)；br₁,br₂,br₃,br₄为动平台四个滑轨的方向向量在世界坐标系中的方向向量，

有益效果：

1、本发明提供的一种海上无人机起降装置，设计了平台外壁和平台舱盖，既可以作为无人机的起飞发射装置，也可以作为无人机的储存装置。无人机和升降平台之间有合理的固连方式，无人机降落时也有合理的回收方式。此外整个无人机起降平台需要人手动操作的地方非常少，具有一定程度上的自动化，节省了人力。

2、本发明提供的一种海上无人机起降装置，其结构设计中，为实现升降平台三个自由度的运动能力，采用四个驱动舵机，为过驱动，一个舵机损坏另外三个仍然可以驱动整体的机构。

3、本发明提供的一种海上无人机起降装置，其安装了两个姿态传感器，并且对传感器直接采集的数据进行了滤波和状态估计，使得数据更平滑，更准确。

4、本发明还针对上述海上无人机起降装置设计了控制方法，是一种合理有效的自动化控制方法。

附图说明

图1为本发明提供的一种海上无人机起降装置总体结构示意图；

图2为本发明提供的一种海上无人机起降装置舱盖关闭时所形成的密封的长方体示意图；

图3为本发明实施例中底座结构示意图；

图4为本发明实施例中升降平台结构示意图；

图5为本发明实施例中升降机构细节示意图；

图6为本发明实施例中球形绞套示意图；

图7为本发明实施例中滑块结构示意图；

图8为本发明实施例中起落架固定座和起落架结构示意图；

图9为本发明实施例中左右舱盖结构示意图；

图10为本发明实施例中世界坐标系下的xz平面正对时动平台与静平台的几何关系图；

图11为本发明实施例中动平台与静平台结构关系仿真结果图；

图12为本发明实施例中海上无人机起飞阶段流程图；

图13为本发明实施例中海上无人机降落阶段流程图；

图14为本发明实施例中一种海上无人机起降装置的控制闭环图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供的海上无人机起降平台总体结构如图1所示，主要包括五个部分，分别是，底座1，升降平台2，起落架固定座3，无人机起落架4，平台外壁5以及平台舱盖6。底座1、平台外壁5以及平台舱盖6合围成一个内部中空的长方体，平台舱盖6为活动舱盖，其在关闭时为密封状态，如图2所示，可储存无人机并保证其不被海水侵蚀。无人机起降平台底座主要负责提供船体上的安装位置，以及安装舵机，电机，控制系统和他们的线束。无人机起降平台的运动受四个大扭矩舵机控制，具有三个方向的自由度，分别为上下垂直运动，俯仰运动和滚转运动。为保证无人机起飞时不会失控，同时降落在平台上会第一时间被固定住，平台上的起落架固定座和起落架是经过特殊设计的，后文会详细描写。平台外壁和平台舱盖主要用于保护无人机，通过蜜蜂设计大幅提高无人机系统的防水和耐腐蚀性。

底座设计

无人机起降平台的底座由一个固定平台11，八个步进电机12，四个舵机13以及一个IMU传感器14组成，固定平台可以是金属平台，固定平台上由电机和舵机的安装槽位和推杆的放置槽位，在整个平台处于关闭状态时，推杆可以收回固定平台内部，固定平台内部有走线通道，可以整理电机舵机和传感器的线束。作为和整个无人机起降平台和船体固连的部分，固定平台上有安装和排水的孔位，要和船体固连只需在船体安装相应的螺栓即可，为了便于安装平台外壁，固定平台的外圈设计为阶梯型。

底座固定平台上的舵机均布于四个方向，负责驱动升降平台，电机分布在固定平台的前后两端，负责驱动平台舱盖的开关。舵机和电机安装在底座固定平台上的好处是便于走线，同时和船体固连较为紧密，不会因为船体的晃动而产生额外的运动。

第一IMU传感器可以提供三个方向的线加速度和三个方向的角速度，将第一IMU传感器安装于底座金属平台的正中心，用于监测船体在无人机起降平台安装位置在海浪波动影响下各个方向的加速度，角速度的大小，从而通过位姿解算，求得此时的姿态，为后续升降平台的自稳控制提供原始数据。

升降平台

升降平台结构如图4所示，包括升降机构、第二IMU传感器25和镂空平台26组成。升降机构由推杆21，球形铰套22，滑块23和滑轨24组成，具体如图5所示作为升降平台的重要传动机构，推杆一端和舵机连接，舵机转动带动推杆做圆周运动。推杆另一端和特制的球形铰套通过螺栓固连，球形绞套结构如图6所示，在升降机构中，推杆21一端连接舵机13，舵机13转动时，带动所连接推杆21做圆周运动；推杆21另一端和球形铰套22连接；球形绞套22包括一个五分之三球形壳体以及壳体底部的固连的螺母，五分之三球形壳体顶端为开口，底端与螺母的侧边固连；螺母一边环形面上设置为锯齿阵列；滑块23底部设有一个球体，滑块23的底部球体嵌入五分之三球形壳体中，二者尺寸配合；推杆21与球形绞套22连接的端部开设设有与螺母环面上的锯齿对应的固定槽，锯齿阵列嵌入固定槽中从而锁定球形铰套22和推杆21之间的角度；滑块23顶部与和滑轨24之间线性连接；四个滑轨24成十字形设置在镂空平台26底部；四个升降机构和升降平台2相互约束给平台提供三个自由度的运动能力。球形铰套和推杆的连接处将螺栓拧松可以相对运动，将螺栓拧紧后通过螺栓的预紧力将球形铰套和推杆固连，球形铰套和推杆固连处有一圈锯齿如图6所示，如此设计的好处是增加结构的稳定性，同时由于每个锯齿在圆周中的角度固定，在安装时可以轻松将四个推杆和球形铰套固定在同一个角度。加工整体推杆和球形铰套成本较高且加工难度大，而分开加工可以显著降低成本。在零件损坏后更换也十分方便。此外，如此设计在安装上也更容易一些。

球形铰套和滑块之间以球铰的形式连接，滑块和滑轨之间线性连接，滑块结构如图7所示。四个推杆-球铰-滑块-滑轨组成的升降机构在镂空平台下方均布，滑轨和升降平台固连，十字形相邻两滑轨之间夹角为90度，四个升降机构和升降平台相互约束给平台提供三个自由度的运动能力，其中三个自由度包括垂直方向、俯仰方向、滚转方向三个方向的自由度。由于有四个驱动装置，仅有三个自由度，该升降平台的驱动为过驱动，所以在一个舵机失效的情况下该升降平台仍可以正常工作，提高了在恶劣环境中无人机升降平台的耐久性和稳定性。

镂空平台的下方安装有第二IMU传感器，该第二IMU传感器的位姿和底座上的第一IMU传感器同轴心同方向，相互平行，主要作用为给IMU自稳定系统控制提供反馈。在镂空平台的上方还安装有一些激光测距传感器，用于监控飞机起降状态，便于根据无人机起降情况自行判断任务环节。

升降平台中停放无人机的平台为镂空平台，平台之所以设计为镂空是因为在复合翼无人机降落过程中，容易出现被海风干扰的情况，结合特殊的起落架设计，无人机在降落时起落架的突出部分插入小孔中，实现了降落的稳定性。

起落架固定座由两部分组成，即固定座底座31和固定上扣32，其中，固定座底座和升降平台中的镂空平台固连，固定上扣和固定座底座通过销钉连接，可使用电机驱动。起到无人机的固定和释放作用。

针对起落架固定座和镂空平台的设计，设计了相对应的无人机起落架4，由于起落架固定座为圆筒形设计，所以无人机起落架也有一段可以放置于起落架固定座之中。针对镂空平台的设计，在无人机起落架上设计了四根固定针。当无人机降落时，由于镂空平台空间有限加上海上风浪较大，复合翼无人机飞行不稳定，在降落过程中，固定针插入镂空平台之中，限制了无人机水平方向上的移动，使得飞机的降落变得更稳定，成功率更高。图8为本发明实施例中起落架固定座和起落架结构示意图。

平台外壁和平台舱盖

平台外壁5和平台舱盖6材料可为一体成型的复合材料例如尼龙，树脂，可以有效的减轻整体无人机起降平台的质量。平台外壁上安装摄像头模块以实时监控无人机舱舱内无人机状态，并且可以辅助判断何时应该放开起落架固定座让无人机起飞。在无人机降落时，外壁上的摄像头亦可帮助飞手操作无人机。

图9为本发明实施例中左右舱盖结构示意图；平台舱盖分为左舱盖61和右舱盖62，由步进电机驱动，步进电机带动长短两根杆件63，64转动杆件一端连接到步进电机的输出轴，从而实现平台舱盖的打开和关闭，整体驱动为过驱动，部分步进电机损坏仍然可以继续运行。平台舱盖主要起到防尘防水的作用，设计这样的平台舱盖开关方式，一是为了将驱动组件放在底座上，二是为了减小占用空间，让中小型船只上有更多空间可以执行其他的任务。

本发明中的机器人学部分——逆运动学解算

本发明中的升降平台可以看作是一个并联平台，接下来将用机器人学的方式进行逆运动学的求解。不先求解正运动学的原因是，并联机器平台各个关节相互制约，随意设置四个舵机转过的角度往往会使得整个系统无解，同时通过IMU传感器实现平台的自稳定正是需要求得运动学逆解。

将无人机起降平台抽象为静平台——底座，动平台——升降平台，将四个驱动机构抽象成为四条可以绕定点转动的等长线段。将滑轨也抽象成为线段。设静平台原点到舵机轴点距离为d，杆长为l以静平台中心为原点，z轴朝向天空，建立右手坐标系，将其作为世界坐标系其x轴，y轴方向分别为相邻两推杆的方向。以动平台中心为原点，垂直于动平台且向上的方向为z方向，建立右手坐标系其x，y轴方向在平台不发生转动时时和世界坐标系相同，将其作为动平台坐标系。

初始情况下，动，静平台重合，由于动平台的设计自由度为3，仅能实现垂直运动，俯仰运动以及滚转运动。所以设该平台在垂直方向的运动量为Z，设俯仰运动也就是绕x轴旋转的运动为α，滚转运动也就是绕y轴的运动为γ，四个舵机相对于水平面转过的角度分别为θ₁,θ₂,θ₃,θ₄.需要实现的任务也就是已知Z上升下降,α俯仰,γ滚转和结构之间的相互约束求得θ₁,θ₂,θ₃,θ₄。取y轴指向船只正前方，右手坐标系，x轴指向船只左侧，z轴指向天空；1号舵机在y轴正方向上，2号舵机在x轴正方向上，3号舵机在y轴负方向上，4号舵机在x轴负方向。

推导过程如下：四个舵机轴铰点的坐标Br₁,Br₂,Br₃,Br₄为：

Br₁＝(d,0,0)

Br₂＝(0,d,0)

Br₃＝(-d,0,0)

Br₄＝(0,-d,0)

动平台四个滑轨的方向向量bR₁,bR₂,bR₃,bR₄为：

bR₁＝(1,0,0)

bR₂＝(0,1,0)

bR₃＝(-1,0,0)

bR₄＝(0,-1,0)

在动平台经过Z,α,γ的变换后，动平台相对静平台的旋转矩阵R_wd为：

则，动平台四个滑轨的方向向量在世界坐标系中的方向向量br₁,br₂,br₃,br₄为：

如图10所示，将世界坐标系下的xz平面正对，目前已知动平面转过的角度为γ，由图10可知，欲求的θ₁大小即为90°-γ-β，而因此，求出s₁即可求出距离，而s₁的大小即为舵机轴点到滑轨的距离。

由空间内点到直线距离可知：

同理可得：

最终求得：

在matlab软件中进行仿真，得到结果，在Z＝400,α＝5°,γ＝5°时，仿真结果如图11所示。

本发明控制逻辑设计

海上复合翼无人机在执行任务起降时有可能会遇到极端天气，因此，成熟的控制逻辑设计十分有必要。

起飞阶段

无人机在起飞前需要根据天气和海况判断是否具备飞行条件，此时，底座上的IMU传感器通过对自身姿态变化的感知判断此时的风浪条件，若此时姿态变化速率和姿态的变化程度大于升降平台能调节的范围，则系统会自动拒止任务。若风浪较小，无人机飞手可通过平台搭载的摄像头确认飞机状态，状态合适即可起飞。

无人机起飞过程中，首先底座上八个步进电机转动，打卡平台舱盖，在舱盖完全打开后，升降平台开始上升，此时自稳定系统开始工作，在将无人机完全升起后，系统开始检测镂空平台上IMU的传感器数据，若发现波动大于阈值，说明此时条件不适合飞行，随即等待一定的时间，若波动并未减小，则降下升降平台，盖上机舱盖。若此时波动减小并逐渐小于阈值，说明此时条件已经适合起飞，便可打开复合翼无人机的螺旋桨，此时，起落架固定座仍然关闭，在飞机螺旋桨达到起飞要求的转速后，打开起落架固定座，飞机起飞升空。在飞机升空之后，镂空平台上安装的激光测距传感器检测到距离消失，说明飞机已经成功起飞，开始执行海上任务，此时，降下无人平台，关闭舱门。具体的起飞过程如下图所示，唯一需要飞手介入的环节就是通过摄像头确认飞机状态。该过程如图12所示。

降落阶段

无人机在降落阶段同样需要合理的控制逻辑。首先，根据底座上的IMU传感器数据判断海况是否利于降落，如果不利于降落，则任务拒止，飞机将继续在天上盘旋，一段事件之后再次进行降落检查。若海况利于降落，则打开平台舱盖，升起升降平台，同时自稳定系统开始工作。然后，提取镂空平台上的IMU数据，并判断镂空平台的波动是否大于阈值，若大于阈值，则将降落任务暂停一段时间，再进行检测，如此循环，直到波动小于阈值。波动小于阈值后，无人机开始降落，飞手操纵无人机到达平台上方，打开控制垂直起降的螺旋桨，在距离平台距离较近时，关闭所有螺旋桨，让飞机起落架上的固定针插入镂空平台的镂空处以达到对飞机的固定，此时飞手或船上其他人员立刻去无人机起降平台将飞机回收并且固定在起落架固定座上。完成后，降下升降平台，关闭平台舱盖。整体流程如图13所示。

升降装置IMU自稳定控制

在无人机起飞降落的过程中，一个重要的环节便是IMU自稳定控制，无人机起降平台感知海况并根据海况控制升降平台的姿态，使其保持水平方向上的稳定，从而给予无人机一个良好的起飞降落环境。由于IMU传感器在使用时有较大的白噪声误差，在使用IMU传感器读数时需要对其加以优化，否则读出的数据是不连续、不稳定的，无法给四个舵机提供准确的旋转角度。同时，单纯的开环控制会使得控制器响应慢，控制效果差。基于此，设计了反馈控制，而底座上的IMU传感器和升降平台上的IMU传感器得到的数据一个作为输入，一个作为反馈，很好的起到了控制的作用。

底座上的IMU传感器的测量值经过卡尔曼滤波器优化后形成较为平滑准确的状态估计值，再解算出实时姿态。系统的输入为期望姿态减去底座实时姿态再减去反馈回路得到的镂空平台的姿态。得到输入量后将其进行逆运动学求解，得到四个舵机转动的角度，将这些角度输入PID控制器，四个舵机就会随之转动，转动产生的姿态又会重新输入进控制器中，形成闭环。具体流程图如图14所示.

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上无人机起降装置，其特征在于，包括：底座(1)、升降平台(2)、起落架固定座(3)、起落架(4)、平台外壁(5)以及平台舱盖(6)；

底座(1)、平台外壁(5)以及平台舱盖(6)合围成一个内部中空的长方体，平台舱盖(6)为活动舱盖，其在关闭时为密封状态；

所述底座(1)包含一个固定平台(11)，所述固定平台(11)与船体固连，所述固定平台(11)上固定安装有舵机(13)；

所述升降平台(2)包含一个镂空平台(26)，所述镂空平台(26)底部通过升降机构连接至固定平台(11)上的舵机(13)，通过舵机(13)的输出轴驱动升降机构给镂空平台(26)提供三个自由度的运动能力；所述镂空平台(26)的顶部安装起落架固定座(3)；

所述起落架固定座(3)用于海上无人机的起落架(4)的固定。

2.如权利要求1所述的一种海上无人机起降装置，其特征在于，所述底座(1)还包括八个步进电机(12)、四个舵机(13)以及一个第一IMU传感器(14)；

所述固定平台(11)上设有所述步进电机(12)和四个舵机(13)的安装槽位和推杆(21)的放置槽位；所述固定平台(11)内部设有走线通道，用于步进电机、舵机和IMU传感器的线束的走线；所述固定平台(11)与船体固连；

所述固定平台(11)上，舵机(13)均布于四个方向，八个步进电机(12)分布在固定平台(11)的前后两端；

所述IMU传感器(14)安装在所述固定平台(11)的正中心，用于检测并输出竖直方向、俯仰方向以及滚转方向三个方向的线加速度和三个方向的角速度。

3.如权利要求1或2所述的一种海上无人机起降装置，其特征在于，所述升降平台(2)上的升降机构由推杆(21)、球形铰套(22)、滑块(23)、滑轨(24)组成；所述推杆(21)、球形铰套(22)、滑块(23)以及滑轨(24)，数量均为四个，与舵机(13)配套设置；在所述升降机构中，推杆(21)一端连接舵机(13)，舵机(13)转动时，带动所连接推杆(21)做圆周运动；推杆(21)另一端和所述球形铰套(22)连接；所述球形绞套(22)包括一个五分之三球形壳体以及壳体底部的固连的螺母，五分之三球形壳体顶端为开口，底端与螺母的侧边固连；螺母一边环形面上设置为锯齿阵列；所述滑块(23)底部设有一个球体，滑块(23)的底部球体嵌入所述五分之三球形壳体中，二者尺寸配合；推杆(21)与球形绞套(22)连接的端部开设设有与螺母环面上的锯齿对应的固定槽，锯齿阵列嵌入固定槽中从而锁定球形铰套(22)和推杆(21)之间的角度；所述滑块(23)顶部与和滑轨(24)之间线性连接；四个滑轨(24)成十字形设置在所述镂空平台(26)底部；四个升降机构和升降平台(2)相互约束给平台提供三个自由度的运动能力。

4.如权利要求3所述的一种海上无人机起降装置，其特征在于，所述升降平台(2)还包括第二IMU传感器(25)；第二IMU传感器(25)安装在镂空平台(26)的下方；所述第二IMU传感器(25)的位姿和底座(1)上的第一IMU传感器(14)同轴心同方向，相互平行。

5.如权利要求1、2或3所述的一种海上无人机起降装置，其特征在于，所述起落架固定座(31)整体为圆筒形结构，圆筒形沿轴截面切开分为两部分组成，即固定座底座(31)和固定上扣(32)，两部分通过销钉连接组成圆筒形；所述固定座底座(31)和所述镂空平台(26)固连，固定上扣(32)和固定座底座(31)通过销钉连接；无人机起落架(4)两端各有一段放置于起落架固定座(31)之内；所述无人机起落架(4)上设有四根固定针，用于在无人机降落时，固定针插入镂空平台之中。

6.如权利要求2、3或5所述的一种海上无人机起降装置，其特征在于，所述底座(1)、平台外壁(5)以及平台舱盖(6)合围成一个内部中空的长方体，平台舱盖(6)为活动舱盖，其在关闭时为密封状态，具体结构为：

平台外壁(5)垂直固连在固定平台(11)四边；平台外壁(2)顶端覆盖平台舱盖(6)；平台舱盖(6)分为左舱盖(61)和右舱盖(62)，活动杆件将左舱盖(61)和右舱盖(62)与步进电机的输出轴连接，由步进电机(12)驱动，步进电机(12)带动活动杆件转动，实现平台舱盖的打开和关闭，整体驱动为过驱动。

7.如权利要求1所述的一种海上无人机起降装置，其特征在于，其特征在于，所述固定平台(11)采用金属材质。

8.如权利要求1所述的一种海上无人机起降装置，其特征在于，所述固定平台(11)上开设有安装孔位和排水孔位，固定平台(11)与船体通过螺栓连接的方式固连，固定平台(11)的外圈四边设计为阶梯型，用于安装所述平台外壁(5)。

9.如权利要求1所述的一种海上无人机起降装置，其特征在于，所述平台外壁(5)上安装摄像头模块，用于实时监控无人机舱舱内无人机状态。

10.一种海上无人机起降装置的控制方法，其特征在于，针对如权利要求2～9所述的海上无人机起降装置，所述海上无人机起降装置中，以底座为静平台，以所述升降平台为动平台，以四个驱动机构为四条绕定点转动的等长线段；将滑轨也抽象成为线段；以静平台原点到舵机轴点距离为d，杆长为l；

取y轴指向船只正前方，右手坐标系，x轴指向船只左侧，z轴指向天空；1号舵机在y轴正方向上，2号舵机在x轴正方向上，3号舵机在y轴负方向上，4号舵机在x轴负方向；

初始情况下，动，静平台重合，由于动平台的设计自由度为3，仅能实现垂直运动，俯仰运动以及滚转运动，则动平台在垂直方向的运动量为Z，俯仰运动角度为α，滚转运动角度为γ，四个舵机相对于水平面转过的角度分别为θ₁,θ₂,θ₃,θ₄；需要实现的任务也就是已知Z垂直方向、α俯仰方向角，γ滚转方向角和结构之间的相互约束求得θ₁,θ₂,θ₃,θ₄；

其中s₁～s₄分别为： Br₁,Br₂,Br₃,Br₄为舵机轴铰点的坐标，Br₁＝(d,0,0)，Br₂＝(0,d,0)；Br₃＝(-d,0,0)；Br₄＝(0,-d,0)；br₁,br₂,br₃,br₄为动平台四个滑轨的方向向量在世界坐标系中的方向向量，