CN207510733U - 基于无人机的服务机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无人机的服务机器人系统，包括无人机系统、无人机悬停基站以及控制中心，无人机系统、无人机悬停基站均可与控制中心通信；所述无人机悬停基站固定设置在高于地面的位置，所述无人机系统可在所述无人机悬停基站停靠或脱离所述无人机悬停基站执行任务；所述无人机系统包括无人机本体以及安装在所述无人机本体上的探测单元；本实用新型的基于无人机的服务机器人系统主要包含无人机系统与无人机悬停基站两部分，两者之间可通过对接单元实现空中对接，无人机系统可执行巡逻、图像采集等任务，无人机系统的起飞降落无需确认环境安全性且无需占用地面空间，为无人机的自动化使用打下了较好的基础。

Description

基于无人机的服务机器人系统

技术领域

本实用新型涉及服务机器人领域，特别是涉及一种服务机器人系统。

背景技术

当前多旋翼无人机的应用领域较为单一，多旋翼无人机除了其玩具属性，在应用领域主要用于航拍，无人机由于其飞行属性可应用于很多场合，如作为服务机器人等，无人机执行任务时需要起飞，一般无人机设置在地面上，每次执行任务均需要确认环境是否安全，这就需要人工判断或借助高昂的传感器，且无人机的起飞需要起飞空间，会浪费地面面积。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种可以使无人机系统悬停在空中、无需确认起飞环境、无需占用地面面积的基于无人机的服务机器人系统。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的基于无人机的服务机器人系统包括无人机系统、无人机悬停基站以及控制中心，无人机系统、无人机悬停基站均可与控制中心通信；所述无人机悬停基站固定设置在高于地面的位置，所述无人机系统可在所述无人机悬停基站停靠或脱离所述无人机悬停基站执行任务；所述无人机系统包括无人机本体以及安装在所述无人机本体上的探测单元；所述无人机悬停基站设置在墙壁或天花板上。

进一步地，所述无人机系统与所述无人机悬停基站之间通过对接单元对接，所述对接单元包括设置在无人机系统上的第一对接单元以及设置在无人机悬停基站上的第二对接单元，所述第一对接单元包括第一接口，所述第二对接单元包括第二接口，所述第一接口与第二接口可对接实现电气连接。

进一步地，所述第二对接单元包括捕捉机构，所述捕捉机构可相对于所述无人机悬停基站上下平移以及旋转，所述第一对接单元包括配合所述捕捉机构使用的环状的对接凸缘。

进一步地，所述捕捉机构包括捕捉支架，所述捕捉支架上圆周阵列设置有至少三个卡爪本实施例中为六个，所述卡爪可相对于所述捕捉支架旋转，所述卡爪包括平直部，所述平直部的一端转动安装在所述捕捉支架上，所述平直部的另一端设有定位肩，在所述捕捉机构捕捉到所述对接凸缘的状态下，所述卡爪的平直部沿所述捕捉支架的轴向延 伸，所述定位肩从平直部的端部出发向所述捕捉支架的径向向外延伸；卡爪的运动由驱动支架驱动，所述驱动支架在所述主动支架的推动下沿所述捕捉支架的轴向升降，且驱动支架与主动支架之间设置有弹性元件；主动支架上设有用于压住所述对接凸缘的压边凸缘；主动支架由设置在所述捕捉支架上的驱动装置驱动。

进一步地，所述无人机系统与所述无人机悬停基站之间设置有用于辅助确定两者相对位置的辅助对接系统，辅助对接系统包括由分散设置的多个独立的分散单元组成的分散单元组以及可与每个分散单元进行单独互动的独立单元，分散单元组与独立单元两者中其中之一安装在无人机悬停基站上，另一个安装在无人机系统上。

进一步地，所述分散单元与所述独立单元的其中之一为红外线发射器、另外一个为红外线接收器。

进一步地，所述分散单元为二维码，所述独立单元为读码相机。

进一步地，所述探测单元包括摄像头以及环境探测元件，环境探测元件包括红外传感器、超声波传感器、激光雷达三者中的其一、其二或全部。

进一步地，所述无人机系统上还安装有执行单元，所述执行单元包括吸盘组件，所述吸盘组件包括吸盘、一端与吸盘连接的气管以及用于产生负压的负压产生元件，气管的另一端直接或间接连接负压产生元件；所述无人机本体包含多个翼臂，每个翼臂上均包含有电机，电机的输出轴的一端连接旋翼，电机的输出轴的另一端连接负压产生元件。

进一步地，负压产生元件包括元件壳体，所述元件壳体内设有弹性膜，所述弹性膜与元件壳体内腔之间围成一个带有入气口与出气口的腔室，所述入气口处设有入气阀，所述出气口处设有出气阀，所述电机通过传动结构使弹性膜周期性往复振动。在第一种实施例中，每个负压产生元件均通过气管独立连接吸盘；所述传动结构包括驱动杆以及安装在电机的输出轴上的偏心轮，所述驱动杆的一端与所述偏心轮之间为铰接关系，所述驱动杆的另一端连接所述弹性膜。

有益效果：本实用新型的基于无人机的服务机器人系统主要包含无人机系统与无人机悬停基站两部分，两者之间可通过对接单元实现空中对接，无人机系统可执行巡逻、图像采集等任务，无人机系统的起飞降落无需确认环境安全性且无需占用地面空间，为无人机的自动化使用打下了较好的基础。

附图说明

附图1为基于无人机的服务机器人系统的系统组成图；

附图2为对接单元的整体剖视图；

附图3为第二对接单元的结构图；

附图4为第一对接单元的结构图；

附图5为无人机系统的结构图；

附图6为负压产生元件的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如附图1所示的基于无人机的服务机器人系统，包括无人机系统1以及无人机悬停基站2，所述无人机悬停基站2设置在空中，具体地，无人机悬停基站2可以固定安装在墙壁、房顶或通过索状物(绳索、铁链等)悬吊在半空，所述无人机系统1可停留在所述无人机悬停基站2或飞离所述无人机悬停基站2，无人机悬停基站2除了基本的停靠服务，还可以起到为无人机系统1提供充电、传输信号的作用；如附图5所示，所述无人机系统1包括无人机本体11以及安装在所述无人机本体11上的探测单元12。探测单元12包括摄像头12-1以及红外传感器、超声波传感器、激光雷达三者中的其一、其二或全部。摄像头12-1用于俯视无人机本体11下方的情况，起到图像扫描功能，红外传感器、超声波传感器、激光雷达用于探测无人机本体11周边环境信息，起到防碰撞与辅助路径规划的作用。还包括用于控制无人机系统1的控制中心4，控制中心4可实时获取所述无人机系统1的位置信息，无人机系统1、无人机悬停基站2均可与控制中心4通信。

所述无人机系统1与所述无人机悬停基站2之间通过对接单元3对接，如附图2-4所示，对接单元3包括可相对分合的第一对接单元31与第二对接单元32；所述第一对接单元31包括第一接口3101，所述第二对接单元32包括第二接口3201，第一接口3101与第二接口3201对接后可产生电气连接；第一对接单元31还包括环状的对接凸缘3102，第二对接单元32包括基座3202以及对所述对接凸缘3102进行圆心定位以及轴向定位的捕捉机构，所述捕捉机构可相对于所述基座3202升降以及旋转；所述第二接口3201相对于基座3202固定。捕捉机构相对于基座3202升降的方向与其旋转的中心轴平行。

所述捕捉机构包括捕捉支架3203，所述捕捉支架3203上圆周阵列设置有至少三个卡爪3204(本实施例中为六个)，所述卡爪3204可相对于所述捕捉支架3203旋转，所述卡爪3204包括平直部3204-1，所述平直部3204-1的一端转动安装在所述捕捉支架3203上，所述平直部3204-1的另一端设有定位肩3204-2，在所述捕捉机构捕捉到所述对接凸缘3102的状态下，所述卡爪3204的平直部3204-1沿所述捕捉支架3203的轴向延伸，所述定位肩3204-2从平直部3204-1的端部出发向所述捕捉支架3203的径向向外延伸；卡爪3204的运动由驱动支架3206驱动，所述驱动支架3206在所述主动支架3207 的推动下在所述捕捉支架3203的轴向升降，且驱动支架3206与主动支架3207之间设置有弹性元件3208；主动支架3207上设有用于压住所述对接凸缘3102的压边凸缘3207-1；主动支架3207由设置在所述捕捉支架3203上的驱动装置驱动。

所述卡爪3204与所述驱动支架3206之间设置有驱动连杆3205，所述驱动连杆3205的两端分别铰接在所述卡爪3204以及所述驱动支架3206上。

捕捉机构与所述对接凸缘3102对接时，当驱动支架3206向靠近对接凸缘3102的方向运动时，驱动支架3206通过驱动连杆3205使卡爪3204向外旋转，使得所有的卡爪3204从对接凸缘3102的内部向外绽开，直至所有卡爪3204抵住对接凸缘3102的内圆周完成对对接凸缘的定心(即径向定位)，此时主动支架3207继续向靠近对接凸缘3102的方向运动，由于主动支架3207与驱动支架3206之间设有弹性元件3208，驱动支架3206不会跟着继续运动，主动支架3207上的压边凸缘3207-1推动对接凸缘3102轴向运动，直至对接凸缘3102靠住所述卡爪3204上的定位肩3204-2无法继续运动，此时轴向定位完成。

所述驱动装置包括安装在所述捕捉支架3203上的第一丝杠3209，所述主动支架3207上设有与所述第一丝杠3209配合使用的螺纹，所述第一丝杠3209由第一电机3210驱动转动。具体地，所述丝杠上固定有第一齿轮3211，所述电机的输出轴上设置有与所述第一齿轮3211啮合的第二齿轮3212。第一丝杠3209为空心丝杠，第二接口3201穿过第一丝杠3209的中心，且第二接口3201相对于捕捉支架3203保持固定状态。

为了实现捕捉机构相对于基座3202的升降以及旋转，所述捕捉机构整体安装在升降支架3213上，所述捕捉支架3203可相对于所述升降支架3213旋转，所述升降支架3213可相对于所述基座3202升降。所述捕捉支架3203上固定有第三齿轮3215，所述升降支架3213上安装有第二电机3214，所述第二电机3214的输出轴上安装有与所述第三齿轮3215啮合的第四齿轮3216。所述基座3202上设置有第二丝杠3218以及用于驱动第二丝杠3218的第三电机3217，所述升降支架3213上设置有与第二丝杠3218配合使用的丝杠螺母3219。

为了第一接口3101与第二接口3201之间可以触点准确对准后进行对接，第一对接单元31还包括第一辅助对接单元3103，第二对接单元32还包括第二辅助对接单元3220，第一辅助对接单元3103与第二辅助对接单元3220中其中之一为光信号发射源，另一者为光信号接收源，当光信号发射源发出的直射光线(优选为红外线)被光信号接收源接收到时，说明第一接口3101与第二接口3201已经对准，可以进行对接。

第一接口3101与第二接口3201对接的完整步骤为：首先，捕捉机构捕捉对接凸缘3102，并对对接凸缘3102进行径向定位于轴向定位，然后，捕捉机构整体相对于所述 基座3202旋转，直至第一辅助对接单元3103与第二辅助对接单元322之间产生信号互动，最后，捕捉机构整体相对于基座3202下降，使第一接口3101与第二接口3201对接。

第一接口3101上还设置有对心标记3221，控制中心通过无人机系统1上的第一视觉元件11通过获取图像并提取对心标记3221的特征可调整无人机系统1与执行机器人2之间的相对位置，使得两者之间的大致位置可以进行对接，然后捕捉机构开始捕捉对接凸缘3102。

所述无人机系统1与所述无人机悬停基站2之间设置有用于辅助确定两者相对位置的辅助对接系统5，辅助对接系统5包括由分散设置的多个独立的分散单元组成的分散单元组以及可与每个分散单元51进行单独互动的独立单元52，分散单元组与独立单元52两者中其中之一安装在无人机悬停基站上，另一个安装在无人机系统上。

需要说明的是，此处分散单元51与独立单元52之间的互动可以是信号的互动(分散单元51与独立单元52中其中一者发送信号，另一者接收信号)，也可以是视觉上的互动(分散单元51与独立单元52中其中一者包含视觉上可识别的信息，另一者可读取并判断该信息)。

具体地，所述分散单元51呈矩形阵列分布或者圆周阵列分布在多个同心圆上，本实施例中采用后者的分布方式，当分散单元51组安装在无人机1上时，分散单元51安装在无人机本体11的机体部分以及翼臂111上，每个翼臂111的长度方向上均直线阵列排布有相等数量的分散单元51；第一接口3101位于同心圆的圆心位置。当分散单元51组安装在无人机悬停基站2上时，第二接口3201位于同心圆的圆心位置。

在第一种实施例中，所述独立单元52为读码相机，所述分散单元51为二维码，每个二维码均具有唯一性。读码相机可读取二维码信息并通过控制中心4进行解码，控制中心4可根据其读取到的二维码信息确定无人机系统1与所述无人机悬停基站2的相对位置，并控制无人机系统1进行位置补偿，为了使无人机系统1最终较为准确地找到无人机悬停基站2上第二接口3201的中心，无人机悬停基站2上设置有用于视觉元件捕捉的对心标记3221，所述对心标记3221可以为方便视觉元件捕捉的十字图形标记或星形图形标记。

在第二种实施例中，所述分散单元51与独立单元52两者中其中之一为红外线发射器，另一个为红外线接收器。

如附图5所示，所述无人机系统1上还安装有执行单元6，执行单元6包括吸盘组件，所述吸盘组件包括吸盘61、一端与吸盘61连接的气管62以及用于产生负压的负压产生元件63，气管62的另一端直接或间接连接负压产生元件63；所述无人机本体11 包含多个翼臂111，每个翼臂111上均包含有电机112，电机112的输出轴的一端连接旋翼，电机112的输出轴的另一端连接负压产生元件63。

如附图6所示的负压产生元件63包括元件壳体631，所述元件壳体631内设有弹性膜632，所述弹性膜632与元件壳体631内腔之间围成一个带有入气口与出气口的腔室，所述入气口处设有入气阀633，所述出气口处设有出气阀634，所述电机112通过传动结构使弹性膜632周期性往复振动。在第一种实施例中，每个负压产生元件63均通过气管62独立连接吸盘61；所述传动结构包括驱动杆635以及安装在电机112的输出轴上的偏心轮636，所述驱动杆635的一端与所述偏心轮636之间为铰接关系，所述驱动杆635的另一端连接所述弹性膜632。

在第二种实施例中，负压产生元件63连接负压腔，所有的吸盘61均与负压腔连接。对于多旋翼的无人机本体11而言，可以每个翼臂111上均设有负压产生元件63，也可以间隔一个或多个翼臂111设有负压产生元件63，例如八旋翼无人机，可以在其对称位置的四个翼臂111上设置负压产生元件63，其他翼臂111上不设置负压产生元件63。

为了便于控制吸盘61的通断，还包括用于控制吸盘61气源通断的电磁阀64。

本实用新型的基于无人机的服务机器人系统主要包含无人机系统与无人机悬停基站两部分，两者之间可通过对接单元实现空中对接，无人机系统可执行巡逻、图像采集等任务，无人机系统的起飞降落无需确认环境安全性且无需占用地面空间，为无人机的自动化使用打下了较好的基础。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.基于无人机的服务机器人系统，其特征在于：包括无人机系统(1)、无人机悬停基站(2)以及控制中心(4)，无人机系统(1)、无人机悬停基站(2)均可与控制中心(4)通信；所述无人机悬停基站(2)固定设置在高于地面的位置，所述无人机系统(1)可在所述无人机悬停基站(2)停靠或脱离所述无人机悬停基站(2)执行任务；所述无人机系统(1)包括无人机本体(11)以及安装在所述无人机本体(11)上的探测单元(12)；所述无人机悬停基站(2)设置在墙壁或天花板上。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的服务机器人系统，其特征在于：所述无人机系统(1)与所述无人机悬停基站(2)之间通过对接单元(3)对接，所述对接单元(3)包括设置在无人机系统(1)上的第一对接单元(31)以及设置在无人机悬停基站(2)上的第二对接单元(32)，所述第一对接单元(31)包括第一接口(3101)，所述第二对接单元包括第二接口(3201)，所述第一接口(3101)与第二接口(3201)可对接实现电气连接。

3.根据权利要求2所述的基于无人机的服务机器人系统，其特征在于：所述第二对接单元(32)包括捕捉机构，所述捕捉机构可相对于所述无人机悬停基站(2)上下平移以及旋转，所述第一对接单元(31)包括配合所述捕捉机构使用的环状的对接凸缘(3102)。

4.根据权利要求3所述的基于无人机的服务机器人系统，其特征在于：所述捕捉机构包括捕捉支架(3203)，所述捕捉支架(3203)上圆周阵列设置有至少三个卡爪(3204)，所述卡爪(3204)可相对于所述捕捉支架(3203)旋转，所述卡爪(3204)包括平直部(3204-1)，所述平直部(3204-1)的一端转动安装在所述捕捉支架(3203)上，所述平直部(3204-1)的另一端设有定位肩(3204-2)，在所述捕捉机构捕捉到所述对接凸缘3102的状态下，所述卡爪(3204)的平直部(3204-1)沿所述捕捉支架(3203)的轴向延伸，所述定位肩(3204-2)从平直部(3204-1)的端部出发向所述捕捉支架(3203)的径向向外延伸；卡爪(3204)的运动由驱动支架(3206)驱动，所述驱动支架(3206)在主动支架(3207)的推动下沿所述捕捉支架(3203)的轴向升降，且驱动支架(3206)与主动支架(3207)之间设置有弹性元件(3208)；主动支架(3207)上设有用于压住所述对接凸缘3102的压边凸缘(3207-1)；主动支架(3207)由设置在所述捕捉支架(3203)上的驱动装置驱动。

5.根据权利要求2所述的基于无人机的服务机器人系统，其特征在于：所述无人机系统(1)与所述无人机悬停基站(2)之间设置有用于辅助确定两者相对位置的辅助对接系统(5)，辅助对接系统(5)包括由分散设置的多个独立的分散单元组成的分散单元组以及可与每个分散单元(51)进行单独互动的独立单元(52)，分散单元组与独 立单元(52)两者中其中之一安装在无人机悬停基站上，另一个安装在无人机系统上。

6.根据权利要求5所述的基于无人机的服务机器人系统，其特征在于：所述分散单元(51)与所述独立单元(52)的其中之一为红外线发射器、另外一个为红外线接收器。

7.根据权利要求5所述的基于无人机的服务机器人系统，其特征在于：所述分散单元(51)为二维码，所述独立单元(52)为读码相机。

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于无人机的服务机器人系统，其特征在于：所述探测单元(12)包括摄像头以及环境探测元件，环境探测元件包括红外传感器、超声波传感器、激光雷达三者中的其一、其二或全部。

9.根据权利要求1所述的基于无人机的服务机器人系统，其特征在于：所述无人机系统(1)上还安装有执行单元(6)，所述执行单元(6)包括吸盘组件，所述吸盘组件包括吸盘(61)、一端与吸盘(61)连接的气管(62)以及用于产生负压的负压产生元件(63)，气管(62)的另一端直接或间接连接负压产生元件(63)；所述无人机本体(11)包含多个翼臂(111)，每个翼臂(111)上均包含有电机(112)，电机(112)的输出轴的一端连接旋翼，电机(112)的输出轴的另一端连接负压产生元件(63)。

10.根据权利要求9所述的基于无人机的服务机器人系统，其特征在于：负压产生元件(63)包括元件壳体(631)，所述元件壳体(631)内设有弹性膜(632)，所述弹性膜(632)与元件壳体(631)内腔之间围成一个带有入气口与出气口的腔室，所述入气口处设有入气阀(633)，所述出气口处设有出气阀(634)，所述电机(112)通过传动结构使弹性膜(632)周期性往复振动；在第一种实施例中，每个负压产生元件(63)均通过气管(62)独立连接吸盘(61)；所述传动结构包括驱动杆(635)以及安装在电机(112)的输出轴上的偏心轮(636)，所述驱动杆(635)的一端与所述偏心轮(636)之间为铰接关系，所述驱动杆(635)的另一端连接所述弹性膜(632)。