一种无人机自主收放基站的制作方法

1.本实用新型涉及一种无人机自主收放基站。


背景技术：

2.无人机在各行业的应用越来越广泛，潜力巨大，但在实际应用中，存在智能化水平低、人员及通勤成本高、户外工作环境艰苦、无人机起降受限等因素，造成无人机无法脱离人工现场操控，真正的实现自动化作业，使得无人机仅成为工业领域巡检巡逻的辅助工具，其潜力并未真正的得到发挥。
3.申请人在前期申请的一种创新型立式垂直起降固定翼无人机(申请号：2021207430684)和一种无人机自动起降捕获装置(申请号：2021209024488)实用新型专利，为本技术的提出奠定了硬件基础。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种无人机自主收放基站，该基站集无人机自主发射、捕获辅助回收等功能于一体，利于真正的实现无人机的全程自主作业。
5.本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种无人机自主收放基站，包括至少一组无人机起降平台，该收放基站还包括车厢、无人机、升降机构、控制器，所述升降机构设置在车厢内，一架无人机与一组所述无人机起降平台相对应，所述无人机起降平台用于无人机起飞和降落时的承载支撑，所述升降机构用于实现无人机起降平台在车厢内的升降及定位。
6.优选地，所述升降机构包括至少一组升降平台，每一组所述升降平台均包括升降板和升降驱动机构，所述升降板和升降驱动机构设置在所述车厢内，且所述升降驱动机构用于实现升降板的升降及定位。
7.进一步地，所述无人机起降平台包括起降板、第一支撑平台和无人机辅助固定机构，在所述起降板上设置有用于无人机识别定位的第一光学识别图案，所述第一支撑台设置在所述升降板上，所述起降板设置在所述第一支撑台上，所述无人机辅助固定机构包括四个夹持机构，每一个所述夹持机构均包括夹持杆和夹持杆驱动机构，四个所述夹持杆两两对称分布在所述起降板上，通过夹持杆驱动机构驱动夹持杆动作，可实现四个夹持杆的夹持靠近动作或向起降板的外缘分散动作。
8.进一步地，所述起降板呈圆形，在所述升降板上设置一旋转支撑座，在所述旋转支撑座上设置一支撑板，所述第一支撑台设置在所述支撑板上，一旋转驱动机构可通过带动支撑板的转动实现第一支撑台的转动，所述控制器控制旋转驱动机构的运行，在所述起降板的外围与车厢的侧壁之间设置一辅助起降板，所述辅助起降板固定设置在升降板上，在辅助起降板与起降板之间设置有转动间隙。
9.进一步地，在所述车厢上部设置有两个顶盖，当起降板在最高位置定位后，所述辅助起降板和顶盖的上平面均处于同一水平面内，在每一个所述顶盖上部均设置一第二光学
识别图案，两个顶盖各自通过一顶盖驱动机构实现相向或背向移动，控制器用于控制顶盖驱动机构的运行。
10.进一步地，所述起降板包括上平板和下平板，所述上平板和下平板上下连接在一起，在上平板和下平板之间留有夹持杆活动间隙，所述第一光学识别图案设置在所述上平板上，所述夹持杆为一l形杆，所述l形杆设置在所述下平板上，且l形杆的横杆能够在所述夹持杆活动间隙内自由转动，在所述上平板上设置有，与所述l形杆的竖杆的弧线运动轨迹相配合的弧形槽，所述夹持杆驱动机构为一步进电机，所述步进电机设置在所述下平板的下部，且步进电机的输出轴与所述l形杆的横杆一端相连接。
11.进一步地，所述升降驱动机构包括传动丝杠、升降驱动电机和同步带，四个传动丝杠分别竖直设置在所述车厢内，所述升降板的四个顶角相应的套置在传动丝杠上，通过传动丝杠的转动实现升降板的上下移动，所述升降驱动电机用于驱动其中一个传动丝杠进行转动，所述同步带用于实现四个传动丝杠进行同步转动，所述控制器控制升降驱动电机的运行。
12.进一步地，所述收放基站包括一组无人机起降平台，在所述车厢内，设置有两组分别对称分布在车厢内部上侧的螺旋桨归位机构，每一组所述螺旋桨归位机构均包括半圆形推动板和归位驱动电机，所述归位驱动电机设置在车厢侧壁上，所述归位驱动电机能够带动半圆形推动板进行转动，所述控制器控制归位驱动电机的运行。
13.进一步地，所述车厢可采用固定式设计方式，设置放置在指定区域内或采用移动式设计方式，依据需求进行机动移动；当车厢采用移动式设计方式时，将所述车厢设置为一指挥车，在所述指挥车内还设置有人工控制台，人工控制器能够与控制器进行通讯。
14.本实用新型的有益效果是：无人机在不进行飞行任务时，可长时间放置在车厢内，从而实现了无人机的存储，当车厢采用移动式设计时，便于工作人员将无人机运送到指定区域进行飞行任务，提高了基站作业范围；利用升降机构，便于实现无人机从车厢内的升起，从而为后续无人机实现自动起飞提供了保障；利用无人机起降平台，可实现无人机的精准降落及捕获，为基站实现无人机的自动回收提供了保；无人机利用起降板上设置的第一光学识别图案和顶盖上设置的第二光学识别图案，可实现精准定位降落，同时，在无人机降落时，起降板、辅助起降板及顶盖组成的平面，最大程度的提供了用于无人机降落的平台面积，从而可提高无人机降落时的安全性；当将车厢设计成指挥车时，其可在指挥车内可放置多架无人机，应用时，可对多个无人机进行间歇飞行控制，继而可提高指挥车连续户外作业能力，满足野外长时间连续飞行任务的执行。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的部分优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型的第一种具体实施例的整体结构示意图；
17.图2为本实用新型的第一种具体实施例的整体结构主视图；
18.图3为在本实用新型的第一种具体实施例中，升降驱动机构、无人机起降平台及辅
助起降板的结合示意图；
19.图4为无人机起降平台的第二种具体实施例的结构示意图；
20.图5为无人机起降平台在升降板上的分布主视图；
21.图6为在本实用新型的第一种具体实施例中，螺旋桨归位机构及升降板在车厢内相对分布示意图；
22.图7在本实用新型的第一种具体实施例中，无人机在降落末程时，无人机、无人机起降平台和顶盖相应动作状态示意图；
23.图8为第一光学识别图案的第一种具体实施例在上平板上的分布示意图；
24.图中：1车厢、11顶盖、2无人机起降平台、21起降板、211上平板、2111二维码图案、2112弧形槽、212下平板、22第一支撑台、23夹持杆、231横杆、24夹持杆驱动机构、3无人机、41升降板、411旋转支撑座、412支撑板、413辅助起降板、421传动丝杠、422升降驱动电机、423同步带、51归位驱动电机、52半圆形推动板。
具体实施方式
25.下面将结合具体实施例及附图1
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8，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分优选实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似变形，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
26.本实用新型提供了一种无人机自主收放基站，包括至少一组无人机起降平台2，该收放基站还包括包括车厢1、无人机3、升降机构、控制器，附图1中所展示的内容，为本基站只包含有一组无人机起降平台2的具体实施例结构示意图，所述升降机构设置在车厢1内，一架无人机3与一组所述无人机起降平台2相对应，当基站内包括多架无人机3时，则基站内可设置与多架无人机3一一对应的无人机起降平台2，所述无人机起降平台2用于无人机起飞和降落时的承载支撑，所述升降机构用于实现无人机起降平台2在车厢1内的升降及定位，在实际应用中，升降机构包括至少一组升降平台，当无人机起降平台2为一组时，升降平台为一组，当无人机起降平台2为多组时，可采用一组升降平台实现多架无人机起降平台2的升降或者采用与多组无人机起降平台2均一一对应的多组升降平台，单独实现每一组无人机起降平台2的升降，无人机3可为立式垂直起降固定翼无人机或多旋翼无人机，利用立式垂直起降固定翼无人机飞行距离远的优点可进行远距离飞行任务的执行，利用多旋翼无人机灵活机动的优点，可进行多方位定区域任务的执行，在实际应用中，可依据飞行任务的特点，来选择无人机3的类型，继而可扩大基站的应用范围。
27.在本具体实施例中，每一组所述升降平台均包括所述升降机构包括升降板41和升降驱动机构，所述升降板41和升降驱动机构设置在所述车厢1内，且所述升降驱动机构用于实现升降板41的升降，无人机起降平台2设置在升降板41上，升降驱动机构驱动升降板41的升降，继而实现放置在无人机起降平台2上的无人机3的升降。升降驱动机构可为机械自动化领域内，能够进行长行程的往复直线运动的执行机构，在此，升降驱动机构实现升降板41升降的具体方式为：所述升降驱动机构包括传动丝杠421、升降驱动电机422和同步带423，四个传动丝杠421分别竖直设置在所述车厢1内，传动丝杠421为本领域内常用技术产品，其在车厢1内的竖直设置固定方式，也为本领域内成熟技术，故在此，传动丝杠421在车厢1内
的具体设置方式不再做详细描述，所述升降板41的四个顶角相应的套置在传动丝杠41上，具体的，升降板41的顶角与传动丝杠41上的滑动底座相连接，传动丝杠41的转动可驱动滑动底座在丝杠上的移动，继而实现升降板41的上下移动，所述升降驱动电机422用于驱动其中一个传动丝杠421进行转动，所述同步带423用于实现四个传动丝杠421进行同步转动，同步带423实现四个传动丝杠421同步转动的具体实施技术方式为本领域内公知技术，故在此，对于同步带423与传动丝杠421的具体结合方式不再做详细说明；所述控制器控制升降驱动电机422的运行，在本具体实施例中，升降驱动电机422可为步进电机，从而利于实现升降板41的升降控制精确度。
28.在实际应用中，基站利用跟踪天线与飞行中的无人机进行实时通讯对接，以便实现无人机的飞行控制，无人机起降平台2用于无人机起飞的支撑及无人机的降落导航及降落支撑固定，在本具体实施例中，无人机起降平台2的具体实施方式为：所述无人机起降平台2包括起降板21、第一支撑平台22和无人机辅助固定机构，在所述起降板21上设置有用于无人机识别定位的第一光学识别图案，第一光学识别图案可为一些形状特定且颜色阶梯区分度较为明显的组合图案或为一些二维码图案2111，因二维码图案2111具有辨识度高等优点，在本具体实施方式中，第一光学识别图案可优先选用二维码图案2111进行实施；无人机3起飞和降落均最终在起降板21上完成，在无人机3降落时，为便于在降落后程，使得无人机3能够迅速缩小定位起降板21的寻找范围，在此，可在起降板21上设置有gps定位装置，在无人机3上也设置有gps定位装置，无人机3在进行起降板21寻找定位时，通过差分两个gps传递的位置信号，便可实现起降板21位置在数米范围内的寻找，当无人机3寻找到起降板21后，无人机3利用现有的图像识别定位技术，持续处理无人机3实时获取的第一光学识别图案，并依据处理的结果实时调整飞行姿态，从而在第一光学识别图案的导航下，实现在起降板21上的精准降落，继而便于实现无人机3的自动回收技术，上述回收原理，既可适用与多旋翼无人机的自动回收，也可适用于立式垂直起降固定翼无人机的自动回收；所述第一支撑台22设置在所述升降板41上，所述起降板21设置在所述第一支撑台22上，所述无人机辅助固定机构包括四个夹持机构，每一个所述夹持机构均包括夹持杆23和夹持杆驱动机构24，四个所述夹持杆23两两对称分布在所述起降板21上，通过夹持杆驱动机构24驱动夹持杆动作，可实现四个夹持杆23的夹持靠近动作或向起降板21的外缘分散动作，在本具体实施例中，控制器依据控制命令，控制夹持杆驱动机构24的运行，继而实现四个夹持杆23的夹持或释放动作。
29.在无人机3降落时，为提高无人机3降落的安全性及为便于实现四个夹持杆23之间的夹持区域与无人机姿态对正，在此，将起降板21设置成圆形，进一步地，在所述升降板41上设置一旋转支撑座411，在所述旋转支撑座411上设置一支撑板412，所述第一支撑台22设置在所述支撑板412上，一旋转驱动机构可通过带动支撑板412的转动实现第一支撑台22的转动，所述控制器控制旋转驱动机构的运行，在本具体实施例中，旋转驱动机构可为一步进电机，控制器通过接受到的转动定位信号(在本具体实施例中，转动定位信号由正在进行降落的无人机3发送)，来驱动旋转支撑座411进行定向转动，从而使得四个夹持杆23的夹持区域与无人机3对正，在大风条件下，实现无人机的降落夹持，继而利于实现无人机在大风条件下的成功降落，在所述起降板21的外围与车厢1的侧壁之间设置一辅助起降板413，所述辅助起降板413固定设置在升降板41上，辅助起降板413的设置，可提高无人机3降落时的安
全保证性；在辅助起降板413与起降板21之间设置有转动间隙，继而利于起降板21的顺利转动。
30.当将基站放置在野外作业环境中时，为便于提高无人机3的防护能力及进一步提高无人机3的安全降落保障性，在此，在所述车厢1上部设置有两个顶盖11，当起降板21在最高位置定位后，所述辅助起降板413和顶盖11的上平面均处于同一水平面内，处于张开状态的两个顶盖11的上平面和辅助起降板413的上平面组成一个更大的支撑平面，从而提高了无人机3降落的安全性；为进一步提高无人机3的精准降落可靠性，在此，在每一个所述顶盖11上部均设置一第二光学识别图案，在本具体实施例中，第二光学识别图案的具体实施例与第一光学识别图案的实施例技术方案相同，唯一却别在于第二光学识别图案的尺寸要大，从而便于无人机3在较远距离时，便可能够识别第二光学识别图案，从而实现无人机3的初步精准降落定位。两个顶盖11各自通过一顶盖驱动机构实现相向或背向移动，当两个顶盖11相向移动时，实现车厢1上部的封盖，从而为车厢1内的无人机3进行遮风挡雨；当需要进行无人机3起飞或回收时，两个顶盖11进行背向运动，从而使得车厢1处于张开状态，继而利于实现无人机起降平台2的升起，顶盖驱动机构为一往复移动执行机构即可，在本具体实施例中，顶盖驱动机构为一电动推杆或同步带线性模组，控制器用于控制顶盖驱动机构的运行，从而便于实现顶盖的自动开启与关闭。两个顶盖11合并后，实现对车厢1内部的密封，从而实现基站的基本防水、防尘功能。
31.为便于实现第一光学识别图案在起降板21上的显著设置，降低夹持杆23对第一光学识别图案的遮挡影响，从而便于无人机3在降落导航过程中，实现第一光学识别图案的精确识别，在此，使得起降板21的具体实施方式为：所述起降板21包括上平板211和下平板212，所述上平板211和下平板212上下连接在一起，在上平板211和下平板212之间留有夹持杆活动间隙，所述第一光学识别图案设置在所述上平板211上，所述夹持杆23为一l形杆，所述l形杆设置在所述下平板212上，且l形杆的横杆231能够在所述夹持杆活动间隙内自由转动，在所述上平板211上设置有，与所述l形杆的竖杆的弧线运动轨迹相配合的弧形槽2112，所述夹持杆驱动机构24为一步进电机，所述步进电机设置在所述下平板212的下部，且步进电机的输出轴与所述l形杆的横杆231一端相连接，通过步进电机的转动，实现l形杆的转动。在起降板21采用上平板211和下平板212组合设计方案时，辅助起降板413的上平面和上平板211的上平面可以采用处于同一水平面设计方案或采用辅助起降板413的上平面位于横杆231下方的设计方案进行实施，当采用辅助起降板413的上平面和上平板211的上平面处于同一水平面设计方案进行实施时，为便于夹持杆23的充分展开，在此，可在辅助起降板413上设置有与夹持杆23的竖杆的运行轨迹相配合的弧形槽，夹持杆23的竖杆在弧形槽内运动，继而使得辅助起降板413不影响夹持杆23的展开和收缩运动；当采用辅助起降板413的上平面位于横杆231下方的设计方案进行实施时，此时，横杆231位于上平板211的下方，辅助起降板413位于横杆231的下方，从而使得辅助起降板413不会影响夹持杆23的展开和收缩运动，继而便于夹持杆23的充分展开。
32.当控制器通过控制步进电机使得l形杆进行夹紧动作时，l形杆进行指定转动动作，当转动到位后，四个l形杆的竖杆可恰好形成对无人机3的前后夹持效果，继而实现无人机3的辅助固定，在l形杆的竖杆处于夹持定位状态时，其侧壁与立式垂直起降固定翼无人机的主翼侧壁之间存在一定间隙或与旋翼无人机降落支撑腿之间有一定的间隙；上述间隙
的设置，利于无人机3的下次顺利起飞，当无人机3起飞后，控制器通过控制步进电机使得l形杆进行向外摆动，从而扩大了无人机3下次降落区域，为下次无人机3的顺利夹持提供保障。
33.在实际应用过程中，在基站内只设置一组无人机起降平台2的条件下，此时，无人机3只有一架，当无人机3为主翼可折叠的立式垂直起降固定翼无人机时，在立式垂直起降固定翼无人机已经完成主翼的折叠及降落在起降板21上后，需要进入到车厢1内时，为便于实现无人机的螺旋桨的归位处理(即，使得无人机的螺旋桨的长度方向与对应的车厢1侧壁的长度方向基本一致)，以便实现基站结构的最小化设计，在此，在所述车厢1内，设置有两组分别对称分布在车厢内部上侧的螺旋桨归位机构，每一组所述螺旋桨归位机构均包括半圆形推动板52和归位驱动电机51，所述归位驱动电机51设置在车厢1侧壁上，所述归位驱动电机51能够带动半圆形推动板52进行转动，所述控制器控制归位驱动电机51的运行，具体的，当无人机跟随起降板21降落到，需要启动归位驱动电机51位置时，控制器则立即启动归位驱动电机51，从而实现半圆形推动板52的转动，在无人机的继续降落及半圆形推动板52的转动配合过程中，半圆形推动板52可推动与其接触的螺旋桨的转动，并使得螺旋桨的摆动方向与对应的车厢1的侧壁方向基本一致，方向基本一致后，在无人机继续降落过程中，可避免螺旋桨与车厢1侧壁干涉，从而实现了无人机的保护；在基站内设置有多组无人机起降平台2时，此时，车厢1内包含有多架无人机3，在考虑车厢结构尺寸大小需要优化时，可在车厢1内设置有多组用于多架无人机3螺旋桨归位的螺旋桨归位机构，每一架无人机3通过两组螺旋桨归位机构进行归位，对于多组螺旋桨归位机构在车厢1内的设计，可依据多架无人机3在车厢1内的具体的分布位置进行具体设计。
34.在实际应用中，车厢1可采用固定式设计方式，设置放置在指定区域内，如地面或轮船上；车厢1也可采用移动式设计方式，依据需求进行机动移动，例如，将车厢1设置在一移动的汽车上，通过汽车的移动实现车厢1的移动，或者在车厢1下部设置移动轮，通过移动工具拖动车厢1进行移动，或者将车厢1直接设置成为一个指挥车，在指挥车内设置有多组无人机起降平台2，在指挥车内设置有人工控制台，工作人员通过人工控制台可向控制器发送指令，以便实现无人机3的自动起飞、巡航及回收；应用时，可对指挥车内的多架无人机3进行间歇飞行控制，继而可提高指挥车连续户外作业能力，满足野外长时间连续飞行任务的执行；进一步地，指挥车内可实现立式垂直起降固定翼无人机及多旋翼无人机的共存，利用立式垂直起降固定翼无人机飞行距离远的优点可进行远距离飞行任务的执行，利用多旋翼无人机灵活机动的优点，可进行多方位定区域任务的执行，指挥车可利用跟踪天线实现对一台或多台无人机3的飞行通讯，跟踪天线可依据实际需求设置在指挥车内或在指定区域内独立架设。
35.为便于提高基站的连续作业能力，在此，在所述车厢1内设置有车载发电机，在起降板21上设置有可与立式垂直起降固定翼无人机的充电端口或多旋翼无人机的充电端口相配合的充电接口，当无人机降落到起降板21上后，依据无人机的电池电量情况，进行是否充电的选择，从而可提高无人机的长期作业能力，车载发电机用于提供充电电源，继而便于实现无人机的充电供应。
36.为提高基站在野外的适应能力，在此，可在车厢1内设置一温湿度控制系统，温湿度控制系统可控制车厢1内的温度、湿度都处于合理的范围内，从而可保证车厢1内部各执
行机构在野外极端条件下的正常运行；还可在基站上设置有风向风速测定系统，在应用中，基站可依据风向风速测定系统的监测情况，进行实时判定是否具备无人机3的飞行条件。
37.本基站实现无人机3自动起飞、巡航和回收的控制流程为：工作人员向控制器发送飞行指令，当控制器接收到飞行指令后，首先，使得车厢1上的顶盖11打开，然后，利用升降板41将无人机起降平台2上升到设定高度，无人机起降平台2上升到设定高度后，控制器使得辅助夹持无人机3的夹持杆23展开，然后无人机3进行自动起飞，无人机3自动起飞后，按照指令规定的航线进行飞行任务执行，当飞行任务结束后，无人机3自动返航，在返航过程中，无人机3首先利用gps差分技术，实现起降板21位置的初步锁定，当无人机3首先找到顶盖11上的第二光学识别图案后，无人机3利用现有的图像识别定位技术，持续处理无人机实时获取的第二光学识别图案，并依据处理的结果实时调整飞行姿态，从而在第二光学识别图案的导航下，持续降落，在上述持续降落过程中，当无人机寻找到起降板21后，无人机3利用现有的图像识别定位技术，持续处理无人机实时获取的光学识别图案，并依据处理的结果实时调整飞行姿态，从而在光学识别图案的导航下，实现在起降板21上的精准降落，在无人机3降落到起降板21的上的一瞬间，控制器启动夹持杆23，使得夹持杆23对无人机3进行辅助定位，从而最终完成无人机3的降落，当无人机3降落完成后，控制器使得升降板41降落到初始位置，继而将无人机3回收到车厢1内，无人机3回收到位后，控制器将顶盖11关闭，从而完成飞行任务。
38.除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
39.以上所述结合附图对本实用新型的优选实施方式和实施例作了详述，但是本实用新型并不局限于上述实施方式和实施例，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构思的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。