本發(fā)明屬于無人機(jī)領(lǐng)域,尤其涉及一種多功能無人機(jī)智能起降站系統(tǒng)。
背景技術(shù):
隨著無人機(jī)不斷發(fā)展推廣,應(yīng)用的領(lǐng)域也逐漸廣泛化,比如農(nóng)業(yè)噴灑、電力巡檢、防災(zāi)應(yīng)急、航拍測(cè)繪和中繼通訊領(lǐng)域等。而且,地面設(shè)備已經(jīng)成為整套無人機(jī)安全、穩(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)鍵。
目前無人機(jī)應(yīng)用的主要形式是通過專業(yè)飛手在現(xiàn)場(chǎng)使用遙控器控制無人機(jī),同時(shí)配備幾名工作人員,觀察無人機(jī)飛行狀態(tài)、為無人機(jī)換電池、觀察無人機(jī)采集數(shù)據(jù)質(zhì)量等,保證無人機(jī)安全、高效完成任務(wù)。因此無人機(jī)作業(yè)一次,耗人耗時(shí),尤其對(duì)于需要無人機(jī)高頻率作業(yè)的場(chǎng)合,耗資尤為巨大,且惡劣地形難以到達(dá)。
電池發(fā)展制約無人機(jī)續(xù)航時(shí)間;無人機(jī)做不到一勞永逸,每次任務(wù)均需要校準(zhǔn);每次作業(yè)需多人配合才能順利完成;無人機(jī)操作需要現(xiàn)場(chǎng)操作,開車至現(xiàn)場(chǎng)耗費(fèi)時(shí)間,對(duì)于一些車輛難以到達(dá)的惡劣地形,需要人進(jìn)行攀爬至采集地點(diǎn)才能取得最優(yōu)的采集效果;對(duì)于需要高頻率作業(yè)的場(chǎng)合,劣勢(shì)尤為突出。同樣,制約多旋翼無人機(jī)大規(guī)模應(yīng)用的續(xù)航問題至今沒有解決。因此研發(fā)突破無人機(jī)續(xù)航能力、有人值守等問題的地面設(shè)備,成為整套無人機(jī)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中無人機(jī)作業(yè)一次資源耗費(fèi)大而制約自主無人機(jī)續(xù)航的不足,本發(fā)明提供了一種多功能無人機(jī)智能起降站系統(tǒng),其能夠配合無人機(jī)精準(zhǔn)降落、自主續(xù)航、信息中繼功能,并配有各種多功能模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化使用,從而增強(qiáng)無人機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用能力。
本發(fā)明的一種多功能無人機(jī)智能起降站系統(tǒng),包括:
視覺粗定位模塊,其包括站內(nèi)控制器,所述站內(nèi)控制器與圖像采集裝置相連,所述圖像采集裝置設(shè)置于起降站內(nèi)且用于實(shí)時(shí)采集無人機(jī)圖像,并傳送至站內(nèi)控制器進(jìn)而得到無人機(jī)空中三維坐標(biāo)點(diǎn),再經(jīng)機(jī)載控制器來控制無人機(jī)的降落高度以及無人機(jī)機(jī)頭的方向;
精定位模塊,其包括用于承載無人機(jī)的支撐架;所述支撐架上安裝有與無人機(jī)旋翼相匹配的凹槽,且每個(gè)凹槽的與無人機(jī)支架相接觸的側(cè)面上均開設(shè)有豁口,所述豁口用于支撐并固定無人機(jī);
自主續(xù)航模塊,其用于接收機(jī)載控制器傳送來的無人機(jī)電池倉的電量信息及電池位置信息,對(duì)低于或等于預(yù)設(shè)電量信息的無人機(jī)電池倉進(jìn)行自主充電,來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自主續(xù)航。
進(jìn)一步的,所述凹槽的形狀為U型,或V型,或漏斗型。
這些凹槽的形狀設(shè)計(jì)有利于無人機(jī)快速且準(zhǔn)確降落。
進(jìn)一步的,所述支撐架與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連,所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與站內(nèi)控制器相連。
本發(fā)明還通過站內(nèi)控制器來控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)支撐架運(yùn)動(dòng)來準(zhǔn)確承接無人機(jī)降落。
進(jìn)一步的,所述自主續(xù)航模塊包括自動(dòng)更換電池模塊,所述自動(dòng)更換電池模塊包括三維直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),所述三維直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括在第一軸方向運(yùn)動(dòng)的第一平移機(jī)構(gòu)、在第二軸方向運(yùn)動(dòng)的第二平移機(jī)構(gòu)以及在第三軸方向運(yùn)動(dòng)的第三平移機(jī)構(gòu),其中,第一軸方向、第二軸方向和第三軸方向構(gòu)成三維直角坐標(biāo)系;所述第一平移機(jī)構(gòu)、第二平移機(jī)構(gòu)和第三平移機(jī)構(gòu)的一端分別與站內(nèi)控制器相連,另一端分別與用于抓取電池的電池夾取裝置相連。
本發(fā)明利用站內(nèi)控制器驅(qū)動(dòng)第一平移機(jī)構(gòu)、第二平移機(jī)構(gòu)和第三平移機(jī)構(gòu),進(jìn)而帶動(dòng)電池夾取裝置遍訪立體空間內(nèi)各點(diǎn)位,實(shí)現(xiàn)機(jī)械抓手抓取不同機(jī)型機(jī)位電池,提高了電池更換的效率和準(zhǔn)確性。
進(jìn)一步的,所述自主續(xù)航模塊包括無線充電模塊,其設(shè)置于智能起降站內(nèi);且當(dāng)無人機(jī)保持穩(wěn)定后,無線充電模塊用于對(duì)無人機(jī)電池倉內(nèi)電池進(jìn)行自主無線充電。
進(jìn)一步的,所述自主續(xù)航模塊包括有線充電模塊,其設(shè)置于智能起降站內(nèi);且當(dāng)無人機(jī)保持穩(wěn)定后,無人機(jī)電池倉內(nèi)電池恰好固定于有線充電模塊處,用于實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)電池倉內(nèi)電池進(jìn)行自主有線充電。
進(jìn)一步的,該智能起降站系統(tǒng)還包括外部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊,其包括氣象傳感器,用于實(shí)時(shí)測(cè)量外界環(huán)境信息并傳送至站內(nèi)控制器,所述站內(nèi)控制器與預(yù)警裝置相連。
氣象傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量外界環(huán)境,包括風(fēng)向、風(fēng)速、降水量、溫度和濕度,傳送至站內(nèi)控制器,通過與網(wǎng)絡(luò)氣象要素對(duì)照,實(shí)時(shí)分析環(huán)境影響,決定無人機(jī)作業(yè)與否以及作業(yè)時(shí)間、路徑和方式進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。
進(jìn)一步的,所述站內(nèi)控制器通過云端服務(wù)器與監(jiān)控中心服務(wù)器相互通信。
監(jiān)控中心服務(wù)器還與顯示模塊相連,通過監(jiān)控中心服務(wù)器來實(shí)時(shí)監(jiān)控智能起降站系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息。
進(jìn)一步的,該智能起降站系統(tǒng)還包括站內(nèi)外視頻監(jiān)控模塊,其用于實(shí)時(shí)采集智能站內(nèi)的視頻信息,并實(shí)時(shí)上傳更新至云端服務(wù)器并存儲(chǔ),同時(shí)實(shí)現(xiàn)在無人值守作業(yè)過程中發(fā)生被破壞及被偷盜時(shí)保存相關(guān)證據(jù)信息。
進(jìn)一步的,所述機(jī)載控制器通過無線通信方式與智能起降站的站內(nèi)控制器相互通信,站內(nèi)控制器接收到機(jī)載控制器發(fā)送的無人機(jī)機(jī)型信息及降落信號(hào)后,將智能起降站自身的地理位置信息反饋至機(jī)載控制器,機(jī)載控制器根據(jù)接收到的智能起降站地理位置信息,篩選出最近距離的智能起降站進(jìn)行降落。
優(yōu)選地,所述多功能無人機(jī)智能起降站系統(tǒng)還包括天窗系統(tǒng),所述天窗設(shè)置在智能起降站的頂部;
優(yōu)選地,所述站內(nèi)控制器直接與監(jiān)控中心服務(wù)器相互通信,所述監(jiān)控中心服務(wù)器還用于將無人機(jī)航跡規(guī)劃路徑經(jīng)站內(nèi)控制器傳送至機(jī)載控制器,來控制無人機(jī)的飛行路徑。
本發(fā)明通過對(duì)智能起降站距離的遠(yuǎn)近來篩選出距離無人機(jī)最近的智能起降站,實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)快速達(dá)到智能起降站,提高了無人機(jī)自主續(xù)航的效率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明的多功能智能起降站,與無人機(jī)協(xié)同工作構(gòu)成任務(wù)系統(tǒng),突破現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),不受地形地勢(shì)的限制,做到一次安裝,多次運(yùn)行;自主續(xù)航與存儲(chǔ),遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控,剔除飛手限制,真正無人值守化作業(yè);無人機(jī)及載荷數(shù)據(jù)交互及信息中繼,實(shí)時(shí)掌握無人機(jī)采集數(shù)據(jù)質(zhì)量。
(2)本發(fā)明采用圖像采集裝置實(shí)時(shí)采集無人機(jī)圖像信息并傳送至站內(nèi)控制器,在站內(nèi)控制器對(duì)無人機(jī)圖像信息進(jìn)行處理后生成無人機(jī)降落控制指令,再傳送至機(jī)載控制器,這樣減少了機(jī)載控制器運(yùn)算過程的消耗,從而提高了無人機(jī)續(xù)航的能力。
(3)本發(fā)明通過先利用圖像采集裝置實(shí)現(xiàn)無人機(jī)粗降,再利用精定位模塊實(shí)現(xiàn)無人機(jī)精準(zhǔn)降落且保持穩(wěn)定,最終保證了無人機(jī)電池更換的準(zhǔn)確性,實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)快速自主續(xù)航;解決了限制無人機(jī)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的續(xù)航問題,通過穩(wěn)定可靠的直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)完成整套更換電池并充電續(xù)航過程,破除了無人機(jī)“無人化”應(yīng)用的一大壁壘,自主作業(yè)完成電池更換。
(4)而且還參數(shù)調(diào)用方式可使電池更換系統(tǒng)靈活應(yīng)用于通用的各類無人機(jī)機(jī)型,以便于不同無人機(jī)機(jī)型在智能起降站上降落更換電池,提高智能起降站的通用能力。
附圖說明
構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解,本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng),并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。
圖1是本發(fā)明的一種多功能無人機(jī)智能起降站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明精定位模塊的整體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本發(fā)明限位槽的示意圖;
圖4為本發(fā)明精定位模塊的整體結(jié)構(gòu)示意圖二;
圖5為本發(fā)明電池夾取裝置俯視圖;
圖6為本發(fā)明電池夾取裝置主視圖;
圖7為本發(fā)明卡塊示意圖。
其中,1.固定臺(tái),2.第一限位槽,3.滑塊,4.滑桿,5.固定樁,6.降落面,7.平撐,8.卡槽,9.豎直面,10.第二限位槽,11.支架;12.夾爪本體,13.第一夾爪部件,14.第二夾爪部件,15.第一抓手,16.第二抓手,17.鋸齒狀塊體,18.卡塊,19.緊固件,20.伺服電機(jī),21.第一凹槽,22.按動(dòng)塊,23.卡槽,24絲杠滑塊。
具體實(shí)施方式
應(yīng)該指出,以下詳細(xì)說明都是例示性的,旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明,本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。
需要注意的是,這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式,而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的,除非上下文另外明確指出,否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式,此外,還應(yīng)當(dāng)理解的是,當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí),其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
圖1是本發(fā)明的一種多功能無人機(jī)智能起降站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示,本發(fā)明的一種多功能無人機(jī)智能起降站系統(tǒng),包括:
(1)視覺粗定位模塊,其包括站內(nèi)控制器,所述站內(nèi)控制器與圖像采集裝置相連,所述圖像采集裝置設(shè)置于起降站內(nèi)且用于實(shí)時(shí)采集無人機(jī)圖像,并傳送至站內(nèi)控制器進(jìn)而得到無人機(jī)空中三維坐標(biāo)點(diǎn),再經(jīng)機(jī)載控制器來控制無人機(jī)的降落高度以及無人機(jī)機(jī)頭的方向。
在具體實(shí)施例中,圖像采集裝置包括攝像頭和照明設(shè)備,所述照明設(shè)備用于為攝像頭提供光源,所述攝像頭用于實(shí)時(shí)拍攝無人機(jī)圖像信息。
站內(nèi)控制器接收到無人機(jī)圖像信息后,利用站內(nèi)控制器視覺算法高速處理圖像,重建無人機(jī)空中三維坐標(biāo)點(diǎn)位。通過無線傳輸將三維坐標(biāo)點(diǎn)位傳輸至機(jī)載控制器內(nèi),機(jī)載控制器內(nèi)分析處理得到最優(yōu)降落策略,最終降落精度可控制在預(yù)設(shè)高度范圍(比如:5cm)內(nèi),同時(shí)無人機(jī)機(jī)頭朝向可人為指定。
無人機(jī)粗降至距離智能起降站預(yù)設(shè)高度范圍的過程包括:
a).無人機(jī)飛行至待降區(qū),無人機(jī)根據(jù)事先存儲(chǔ)的無人機(jī)地面站的GPS位置信號(hào),飛行至引導(dǎo)降落系統(tǒng)相對(duì)高度h1半徑為r1的待降區(qū);
b).無人機(jī)在待降區(qū)內(nèi)無人機(jī)地面站的攝像頭視野范圍外時(shí),攝像頭拍攝圖片,獲取背景圖像;
c).無人機(jī)進(jìn)入待降區(qū)內(nèi)無人機(jī)地面站的攝像頭視野范圍內(nèi),攝像頭按照固定的延時(shí)拍攝圖片,獲取前景圖像;
d).無人機(jī)地面站的控制單元通過獲取的前景與背景圖像進(jìn)行一定的圖像處理,從而獲取無人機(jī)的水平位置,水平速度及高度信息。
當(dāng)無人機(jī)降落在預(yù)設(shè)高度范圍(比如:5cm)內(nèi)后,無人機(jī)下降,再通過精定位模塊來引導(dǎo)無人機(jī)機(jī)體降落在指定點(diǎn)位。
(2)精定位模塊,其包括用于承載無人機(jī)的支撐架;所述支撐架上安裝有與無人機(jī)旋翼相匹配的凹槽,且每個(gè)凹槽的與無人機(jī)支架相接觸的側(cè)面上均開設(shè)有豁口,所述豁口用于支撐并固定無人機(jī)。
具體地,如圖3所示的精定位模塊包括用于對(duì)無人機(jī)機(jī)臂進(jìn)行限位的第一限位槽,第一限位槽對(duì)立的兩側(cè)呈V型形狀布置,第一限位槽另兩側(cè)各自豎直設(shè)置為豎直面,其中,第一限位槽豎直設(shè)置的一側(cè)設(shè)有用于支撐無人機(jī)機(jī)臂的卡槽,卡槽為圓弧形形狀,在卡槽內(nèi)設(shè)置橡膠墊,以對(duì)機(jī)臂進(jìn)行保護(hù),同時(shí),通過橡膠墊的設(shè)置,因橡膠墊的彈性作用,可進(jìn)一步牢固固定無人機(jī),卡槽的高度可以根據(jù)無人機(jī)的具體型號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié),一般情況下,卡槽的高度與大于等于無人機(jī)機(jī)臂的半徑,因此卡槽的形狀與無人機(jī)機(jī)臂的形狀是相近的,為圓弧形狀。
第一限位槽2包括平撐7,平撐呈長條矩形狀,平撐7的兩側(cè)各設(shè)置一降落面6,另兩側(cè)各設(shè)置所述的豎直面9。
上述第一限位槽2構(gòu)成一個(gè)頂部開口的容納空間,當(dāng)無人機(jī)降落時(shí),第一限位槽中的降落面6內(nèi)表面與無人機(jī)機(jī)臂支撐腿底部發(fā)生接觸,支撐腿受力向下降落落入到平撐上進(jìn)行支撐,而兩邊的降落面6也就是V型形狀設(shè)置的原因,對(duì)支撐腿進(jìn)行限位,有效保障無人機(jī)降落的位置。
此外,降落面相對(duì)于平撐的角度A在30度至80度,這樣即使無人機(jī)機(jī)臂底部支撐腿偏離位置較遠(yuǎn),也能保證有效落入到平撐上,保證了無人機(jī)的精確降落,限位槽高度H可變化,具體值取決于無人機(jī)支撐腿的高度。
限位槽底部平撐的寬度可變化,具體值取決于無人機(jī)支撐腿的寬度,優(yōu)選方案是該寬度與無人機(jī)支撐腿的直徑相同。
限位槽卡槽寬度可變化,具體值取決于無人機(jī)機(jī)臂的直徑,優(yōu)選方案是該寬度與無人機(jī)機(jī)臂的直徑相同。
若降落面的水平投影距離為L,L=H/TanA,限位槽高度H和角度A相互制約。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)翼底部支撐腿的限制,所述限位槽為U型形狀或者漏斗形狀或者上部為方形,下部為漏斗形狀。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明還提供了一種輔助無人機(jī)降落的精確定位槽,該定位槽通過限位槽的設(shè)置,對(duì)無人機(jī)機(jī)臂進(jìn)行限位,以提高降落的精度,該定位槽結(jié)構(gòu)簡單,定位精度高。
本發(fā)明還體用了另一種精定位模塊結(jié)構(gòu),其包括用于對(duì)無人機(jī)機(jī)臂進(jìn)行限位的第二限位槽,第二限位槽包括平撐,平撐對(duì)立的兩側(cè)各設(shè)置一降落面,兩降落面構(gòu)成V型形狀,在平撐的一側(cè)豎直設(shè)置支架,支架為L型形狀,底部便于固定,支架頂部開有用于支撐無人機(jī)機(jī)臂的卡槽,此外,為了避免降落面對(duì)更換電池產(chǎn)生干涉,降落面的一個(gè)面部分彎折朝向機(jī)臂設(shè)置,如圖4所示。
上述第二限位槽構(gòu)成一個(gè)頂部開口的容納空間,當(dāng)無人機(jī)降落時(shí),第二限位槽中的降落面內(nèi)表面與無人機(jī)機(jī)臂支撐腿底部發(fā)生接觸,支撐腿受力向下降落落入到平撐上進(jìn)行支撐,而兩邊的降落面也就是V型形狀設(shè)置的原因,對(duì)支撐腿進(jìn)行限位,支架頂部的卡槽在無人機(jī)位置降落后,對(duì)機(jī)臂進(jìn)行有效支撐,有效保障無人機(jī)降落的位置,支架與所述的平撐相接設(shè)置。
此外,本申請(qǐng)另一種實(shí)施方式,還提供了一種精定位模塊,該裝置包括上述兩個(gè)方案中的定位槽,通過多個(gè)限位槽的設(shè)置,對(duì)無人機(jī)的機(jī)翼位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
如圖2和圖4所示的精定位模塊,包括至少兩個(gè)所述的一種輔助無人機(jī)降落的精確定位槽,所述限位槽的底部設(shè)于固定臺(tái)上,平撐通過螺栓與固定臺(tái)進(jìn)行固定,固定臺(tái)為凹槽結(jié)構(gòu)設(shè)置,便于對(duì)后續(xù)固定樁、滑桿的容納。
該定位裝置中,無人機(jī)利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了粗定位,粗定位在距離降落平臺(tái)垂直距離5--10cm的區(qū)間內(nèi)自由下落。精確定位裝置中的限位槽可引導(dǎo)無人機(jī)利用慣性降落達(dá)到精確定位并固定,這樣在兩個(gè)限位槽之間,可人工或者采用機(jī)械設(shè)備對(duì)無人機(jī)的電池進(jìn)行更換,或者進(jìn)行其他的后續(xù)工作。
作為最優(yōu)實(shí)施例,所述限位槽的數(shù)量與無人機(jī)機(jī)臂的數(shù)量相同,通過對(duì)每一個(gè)機(jī)翼的限位,可保證無人機(jī)位置降落的精度,控制在亞毫米級(jí)別。
另一實(shí)施方式中,限位槽為兩個(gè)時(shí),相鄰的兩個(gè)限位槽間隔一無人機(jī)機(jī)臂設(shè)置,如四翼無人機(jī),限位槽可對(duì)稱設(shè)置兩個(gè),若為六翼無人機(jī),限位槽可設(shè)置兩個(gè)或者三個(gè),間隔一個(gè)機(jī)翼或者兩個(gè)機(jī)翼進(jìn)行設(shè)置。
在所述固定臺(tái)1的中部設(shè)置固定樁5,在所述固定臺(tái)的中部設(shè)置固定樁,所述標(biāo)識(shí)點(diǎn)設(shè)于固定樁的中部,通過一個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的設(shè)置,可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)機(jī)芯的粗定位,在固定樁表面設(shè)置攝像設(shè)備,攝像設(shè)備與控制器連接,以對(duì)無人機(jī)進(jìn)行粗定位,再配合限位槽的設(shè)置,實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)機(jī)臂支撐腿位置的定位,并通過卡槽有效地對(duì)無人機(jī)機(jī)臂進(jìn)行支撐,所述固定臺(tái)的底部與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定以通過固定臺(tái)的旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)限位槽的位置,旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以是旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
控制器設(shè)于殼體內(nèi),以進(jìn)行防風(fēng)防塵,控制器與氣象傳感器連接,氣象傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量外界環(huán)境,包括風(fēng)向、風(fēng)速、降水量、溫度和濕度,傳送至站內(nèi)控制器,通過與網(wǎng)絡(luò)氣象要素對(duì)照,實(shí)時(shí)分析環(huán)境影響,決定無人機(jī)降落控制與否。控制器通過云端服務(wù)器與監(jiān)控中心服務(wù)器相互通信,監(jiān)控中心服務(wù)器還與顯示模塊相連,通過監(jiān)控中心服務(wù)器來實(shí)時(shí)監(jiān)控智能起降站系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息。
此外,為了提高該定位裝置的適應(yīng)性,適應(yīng)不同機(jī)臂長度的無人機(jī),在所述固定樁的圓周固定有滑桿4,滑桿4與滑塊3固定,滑塊3相對(duì)于滑桿4可滑動(dòng),限位槽固定于滑塊3上;所述滑塊上設(shè)置緊固件,緊固件穿過滑塊3將滑塊3固定于滑桿4上,這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)置,可根據(jù)機(jī)臂的長度,調(diào)整滑塊3相對(duì)于滑桿4的位置,也就實(shí)現(xiàn)了限位槽相對(duì)于機(jī)芯位置的調(diào)整。
具體地,多功能無人機(jī)智能起降站系統(tǒng)還包括載物臺(tái),所述載物臺(tái)安放在地面上,所述載物臺(tái)上面安裝云臺(tái),所述云臺(tái)上安裝攝像頭,所述攝像頭鏡頭朝上,所述攝像頭的光軸豎直向上,所述攝像頭與站內(nèi)控制器連接;所述站內(nèi)控制器控制攝像頭進(jìn)行拍照;所述站內(nèi)控制器通過第一無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與無人機(jī)進(jìn)行通信;所述站內(nèi)控制器還與顯示終端連接;
所述無人機(jī)包括機(jī)載數(shù)據(jù)處理模塊,所述機(jī)載數(shù)據(jù)處理模塊與飛行控制系統(tǒng)和第二無線數(shù)據(jù)傳輸模塊連接,所述飛行控制系統(tǒng)與無人機(jī)上搭載的GPS接收模塊連接,所述無人機(jī)機(jī)臂上全部覆蓋熒光貼紙,在無人機(jī)垂直下降的過程中,無人機(jī)向站內(nèi)控制器發(fā)出降落引導(dǎo)請(qǐng)求,站內(nèi)控制器接收到降落引導(dǎo)請(qǐng)求后,站內(nèi)控制器控制攝像頭拍攝無人機(jī)的圖像,然后站內(nèi)控制器對(duì)圖像進(jìn)行處理,得到無人機(jī)當(dāng)前位置,站內(nèi)控制器根據(jù)無人機(jī)當(dāng)前位置向無人機(jī)發(fā)出降落指令;所述無人機(jī)依據(jù)降落指令最后降落在承接機(jī)構(gòu)上,所述機(jī)載數(shù)據(jù)處理模塊還通過第二無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與無人機(jī)起落站的第一無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通信。
其中,云臺(tái)為自穩(wěn)定云臺(tái)。所述攝像頭拍攝照片的上方為實(shí)際方向南方。
所述攝像頭的廣角為90度或90度以上,所述攝像頭的分辨率為800*600。
所述無人機(jī)為多旋翼無人機(jī),無人機(jī)的軸距為L1。
所述無人機(jī)起落站設(shè)有霧燈光源,所述霧燈光源的照射方向是正上方在起落站檢測(cè)到背景能見度差時(shí)打開。
所述熒光貼紙起到反光作用。
本發(fā)明的無人機(jī)飛行降落方法,包括如下步驟:
步驟(a1):無人機(jī)進(jìn)入無人機(jī)起落站攝像頭拍攝范圍內(nèi)之前,無人機(jī)起落站的攝像頭拍攝背景圖像;
步驟(a2):無人機(jī)完成工作任務(wù)后,無人機(jī)根據(jù)事先存儲(chǔ)的無人機(jī)起落站的GPS位置信息,返航飛行至無人機(jī)起落站相對(duì)高度h1的攝像頭拍攝范圍內(nèi);
步驟(a3):無人機(jī)向無人機(jī)起落站的站內(nèi)控制器發(fā)出降落引導(dǎo)請(qǐng)求指令,站內(nèi)控制器接收到降落引導(dǎo)請(qǐng)求指令后,站內(nèi)控制器控制攝像頭拍攝前景圖像,然后站內(nèi)控制器對(duì)背景圖像與前景圖像進(jìn)行圖像處理,獲取無人機(jī)的水平位置、無人機(jī)速度信息和無人機(jī)相對(duì)于無人機(jī)起落站的高度信息;
步驟(a4):站內(nèi)控制器通過計(jì)算,運(yùn)用PID控制方法計(jì)算出無人機(jī)下一步將要進(jìn)行的飛行指令;
步驟(a5):站內(nèi)控制器與無人機(jī)進(jìn)行通信,將下一步將要進(jìn)行的飛行指令發(fā)送給無人機(jī);
步驟(a6):無人機(jī)根據(jù)飛行指令調(diào)整水平位置及姿態(tài),同時(shí),按照設(shè)定的速率下落,到達(dá)高度h2時(shí),無人機(jī)向站內(nèi)控制器發(fā)出無人機(jī)位置調(diào)整指令;
步驟(a7):站內(nèi)控制器計(jì)算出無人機(jī)的每個(gè)腳架相對(duì)于承接機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的固定限位槽的位置關(guān)系,計(jì)算出無人機(jī)位置調(diào)整參數(shù),將計(jì)算出的無人機(jī)飛行指令發(fā)送給無人機(jī);
步驟(a8):無人機(jī)調(diào)整角度后,繼續(xù)下降,直到最終平穩(wěn)降落在引導(dǎo)降落及固定裝置中。
站內(nèi)控制器對(duì)背景圖像與前景圖像進(jìn)行圖像處理之前的步驟為:
步驟1.1):采用平面棋盤格標(biāo)定對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定,從而獲取相應(yīng)攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù):焦距f;
步驟1.2):將無人機(jī)置于攝像頭正上方1米處,攝像頭拍攝圖像,此時(shí)圖像中無人機(jī)軸距為L2個(gè)像素點(diǎn)。
站內(nèi)控制器對(duì)背景圖像與前景圖像進(jìn)行圖像處理的步驟為:
步驟2.1):將前景圖像與背景圖像進(jìn)行灰度化,并將灰度化的二圖作差,得到無人機(jī)的灰度圖;
步驟2.2):將無人機(jī)的灰度圖用最大類間方差法進(jìn)行二值化,得到無人機(jī)二值圖;
步驟2.3):對(duì)無人機(jī)二值圖進(jìn)行開操作處理,去除噪聲;
步驟2.4):對(duì)無人機(jī)的二值圖進(jìn)行概率霍夫直線檢測(cè),由此可以獲取圖像中無人機(jī)的軸距為L3個(gè)像素點(diǎn)及機(jī)臂的交點(diǎn)為(x,y);
步驟2.5):根據(jù)實(shí)際無人機(jī)的軸距、攝像頭焦距、圖像中的無人機(jī)的軸距及機(jī)臂交點(diǎn)計(jì)算出無人機(jī)的水平位置,水平速度及高度信息。
步驟2.5)中計(jì)算水平位置,水平速度及高度信息的具體方法是:
以攝像機(jī)光軸與攝像頭鏡頭表面的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),實(shí)際方向正東方向?yàn)樽鴺?biāo)軸x軸正方向,實(shí)際方向正北方向?yàn)閥軸正方向。
無人機(jī)水平位置,水平速度及高度信息的計(jì)算公式為:
無人機(jī)高度為L3/L2,單位:米;
無人機(jī)水平位置為(-(x-400)*L3/(L2*f),-(y-300)*L3/(L2*f));
設(shè)前次獲取的無人機(jī)圖像中機(jī)臂交點(diǎn)為(x',y'),軸距為L3',那么,
無人機(jī)的x軸水平速度:
Vx=[-(x-400)*L3/(L2*f)+(x'-400)*L3'/(L2*f)]/0.3;
無人機(jī)的y軸水平速度:
Vy=[-(y-300)*L3/(L2*f)+(y'-300)*L3'/(L2*f)]/0.3。
其有益效果是:無人機(jī)通過圖像處理獲取無人機(jī)水平位置、速度信息和高度信息,一方面根據(jù)水平位置、速度信息通過PID控制的手段修正無人機(jī)中心點(diǎn)與攝像頭光軸的距離差,另一方面根據(jù)高度信息控制無人機(jī)的下降速率,實(shí)現(xiàn)了在無人機(jī)整個(gè)降落過程中的閉環(huán)控制,從而達(dá)到使無人機(jī)精準(zhǔn)降落的目的。
(3)自主續(xù)航模塊,其用于接收機(jī)載控制器傳送來的無人機(jī)電池倉的電量信息及電池位置信息,對(duì)低于或等于預(yù)設(shè)電量信息的無人機(jī)電池倉進(jìn)行自主充電,來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自主續(xù)航。
其中,自主續(xù)航模塊包括自動(dòng)更換電池模塊,所述自動(dòng)更換電池模塊包括三維直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),所述三維直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括在第一軸方向運(yùn)動(dòng)的第一平移機(jī)構(gòu)、在第二軸方向運(yùn)動(dòng)的第二平移機(jī)構(gòu)以及在第三軸方向運(yùn)動(dòng)的第三平移機(jī)構(gòu),其中,第一軸方向、第二軸方向和第三軸方向構(gòu)成三維直角坐標(biāo)系;所述第一平移機(jī)構(gòu)、第二平移機(jī)構(gòu)和第三平移機(jī)構(gòu)的一端分別與站內(nèi)控制器相連,另一端分別與用于抓取電池的電池夾取裝置相連。
本發(fā)明利用站內(nèi)控制器驅(qū)動(dòng)第一平移機(jī)構(gòu)、第二平移機(jī)構(gòu)和第三平移機(jī)構(gòu),進(jìn)而帶動(dòng)電池夾取裝置遍訪立體空間內(nèi)各點(diǎn)位,實(shí)現(xiàn)機(jī)械抓手抓取不同機(jī)型機(jī)位電池,提高了電池更換的效率和準(zhǔn)確性。
自動(dòng)更換電池模塊采用直角坐標(biāo)機(jī)器人完成取下無人機(jī)低電量電池,并放入智能電池倉的空置充電位,同時(shí)選擇滿電電池進(jìn)行更換;智能電池倉裝有均衡充電模塊及電量監(jiān)測(cè)模塊,采集站位的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)回傳控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)邏輯判斷程序?qū)崿F(xiàn)一整套電池優(yōu)化調(diào)度方案。
如圖5-圖7所示,電池夾取裝置,包括夾爪機(jī)構(gòu),夾爪機(jī)構(gòu)包括夾爪本體122,夾爪本體122連接有第一夾爪部件13和第二夾爪部件14,第一夾爪部件13與第一抓手15固定連接,第二夾爪部件14和第二抓手16固定連接;第一抓手15和第二抓手16的相對(duì)面均配合設(shè)置鋸齒狀塊體17。通過夾爪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)抓手部件來夾持電池,夾爪與電池的夾持配合更可靠;通過在兩抓手上設(shè)置鋸齒狀塊體,在夾持電池時(shí)抓手和電池的接觸摩擦力更大,夾持更加穩(wěn)固,避免電池夾取發(fā)生偏斜的問題。
夾爪機(jī)構(gòu)可以采用電動(dòng)夾爪或氣動(dòng)夾爪等,可以有效帶動(dòng)抓手開閉,同時(shí)能通過控制模塊對(duì)其進(jìn)行控制,保證電池更換的精度,使用時(shí)可以根據(jù)夾取任務(wù)所需夾持力選擇適合的電動(dòng)夾爪或氣動(dòng)夾爪,節(jié)省成本。
夾爪本體122嵌合設(shè)置于卡塊18內(nèi),卡塊18帶有與夾爪本體配合的卡槽23。在卡塊上設(shè)置卡槽,實(shí)現(xiàn)卡槽和夾爪本體的嵌裝組合,可以快速可靠連接。
為了能夠更穩(wěn)固的固定夾爪本體,夾爪本體12還通過緊固件19與卡塊18固定連接,緊固件19可以采用螺釘?shù)?;在夾爪本體12和卡塊18上都設(shè)置絲孔,將螺絲或螺釘?shù)染o固件穿過二者的絲孔完成二者的緊固固定。在卡塊通過卡槽卡緊夾爪本體前提下,使用緊固件可以牢固固定夾爪本體,有效保持移動(dòng)更換電池過程中夾爪機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定。
夾爪機(jī)構(gòu)與動(dòng)力裝置連接,本實(shí)施例中動(dòng)力裝置采用伺服電機(jī)20。通過動(dòng)力裝置帶動(dòng)夾爪機(jī)構(gòu)開合,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩抓手的開合,實(shí)現(xiàn)夾取或放下電池。當(dāng)需要夾取電池時(shí),通過控制器發(fā)出信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器,伺服電機(jī)20運(yùn)作驅(qū)動(dòng)夾爪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)第一抓手和第二抓手夾取電池進(jìn)行更換。
第一抓手15在與第一夾爪部件13配合處設(shè)置第一凹槽21,第一夾爪部件13嵌合在第一凹槽21內(nèi)。在第一抓手上設(shè)置第一凹槽,實(shí)現(xiàn)第一抓手和第一夾爪部件的嵌裝組合,可以快速可靠連接。
為了能夠更穩(wěn)固的固定第一夾爪部件,第一夾爪部件13還通過緊固件與第一抓手15緊固連接,在第一夾爪部件13和第一抓手15上都設(shè)置絲孔,將螺絲或螺釘?shù)染o固件穿過二者的絲孔完成二者的緊固固定。在第一抓手通過第一凹槽卡緊第一夾爪部件前提下,使用緊固件可以牢固固定第一夾爪部件,有效保持移動(dòng)更換電池過程中第一抓手的穩(wěn)定。
第二抓手16在與第二夾爪部件14配合處設(shè)置第二凹槽,第二夾爪部件14嵌合在第二凹槽內(nèi)。在第二抓手上設(shè)置第二凹槽,實(shí)現(xiàn)第二抓手和第二夾爪部件的嵌裝組合,可以快速可靠連接。
為了能夠更穩(wěn)固的固定第二夾爪部件,第二夾爪部件14還通過緊固件與第二抓手16緊固連接,在第二夾爪部件14和第二抓手16上都設(shè)置絲孔,將螺絲或螺釘?shù)染o固件穿過二者的絲孔完成二者的緊固固定。在第二抓手通過第二凹槽卡緊第二夾爪部件前提下,使用緊固件可以牢固固定第二夾爪部件,有效保持移動(dòng)更換電池過程中第二抓手的穩(wěn)定。
第一抓手15或第二抓手16設(shè)有與電池開關(guān)配合的按動(dòng)塊22,電池側(cè)部設(shè)置與鋸齒狀塊體17配合的鋸齒片體。在第一抓手或第二抓手上設(shè)置按動(dòng)塊,可以在更換電池前先關(guān)閉電池開關(guān),避免帶電插拔對(duì)電池的損壞;在電池側(cè)部設(shè)置與抓手上鋸齒狀塊體配合的鋸齒狀片體,可以保證抓手和電池的配合穩(wěn)固性,有效解決電池在移動(dòng)中發(fā)生偏斜的問題,電池側(cè)部的鋸齒片體既可以是貼于電池上的,也可以是與電池一體成型的。在抓手內(nèi)側(cè)帶有鋸齒狀塊體,跟電池上的齒狀片體相配合,有效的解決了實(shí)際運(yùn)行中,夾取電池發(fā)生下滑,導(dǎo)致電池夾取偏斜的問題。
如圖7所示,本申請(qǐng)的另一種典型的實(shí)施方式中,提供了一種應(yīng)用于無人機(jī)自主續(xù)航的電池更換裝置,包括如上的電池夾取裝置,電池夾取裝置配合設(shè)置于Y軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)上,Y軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)配合設(shè)置于Z軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)上,Z軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)配合設(shè)置于X軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)上。卡塊18可以為工字型,上側(cè)帶有卡槽23卡住固定夾爪本體12,卡塊18下側(cè)帶有另一卡槽卡住固定絲杠滑塊24,絲杠滑塊24與Y軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。
本發(fā)明還將視覺粗定位模塊和精定位模塊均放置于升降平臺(tái)上。在視覺粗定位過程中可調(diào)整站載攝像頭的水平度以保證定位精度,當(dāng)無人機(jī)降落時(shí)平臺(tái)提升以避免智能起落站殼體與無人機(jī)旋翼的相互影響,降落完成后下降至指定位置,使無人機(jī)位于智能站內(nèi)部并完成自主續(xù)航。
在另一實(shí)施例中,自主續(xù)航模塊包括無線充電模塊,其設(shè)置于智能起降站內(nèi);且當(dāng)無人機(jī)保持穩(wěn)定后,無線充電模塊用于對(duì)無人機(jī)電池倉內(nèi)電池進(jìn)行自主無線充電。
無線充電模塊基于電感、電容并聯(lián)的諧振耦合電路設(shè)計(jì),集成嵌入式處理器產(chǎn)生PWM波經(jīng)功率芯片驅(qū)動(dòng)CMOS全橋后推挽輸出,通過諧振耦合電路傳輸至無線電能接收端,通過合理配置感抗諧振參數(shù)可實(shí)現(xiàn)無線傳輸高效率、低損耗,滿足整體系統(tǒng)應(yīng)用需求。
在另一實(shí)施例中,自主續(xù)航模塊包括有線充電模塊,其設(shè)置于智能起降站內(nèi);且當(dāng)無人機(jī)保持穩(wěn)定后,無人機(jī)電池倉內(nèi)電池恰好固定于有線充電模塊處,用于實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)電池倉內(nèi)電池進(jìn)行自主有線充電。
有線充電模塊可經(jīng)過涓流充電、恒流充電、恒壓充電以及充電終止四個(gè)過程完成無人機(jī)充電。無人機(jī)固定好后,有線充電模塊可自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)智能起落站的放電接口,智能站識(shí)別插口無誤,則啟動(dòng)自動(dòng)充電功能。智能起落站的有線充電模塊,可以檢測(cè)無人機(jī)電池電壓,根據(jù)不同電壓值輸出特定的充電電流和充電電壓,若電池電量過低則涓流充電,充電完成則自動(dòng)關(guān)閉充電器。
進(jìn)一步的,該智能起降站系統(tǒng)還包括外部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊,其包括氣象傳感器,用于實(shí)時(shí)測(cè)量外界環(huán)境信息并傳送至站內(nèi)控制器,所述站內(nèi)控制器與預(yù)警裝置相連。
氣象傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量外界環(huán)境,包括風(fēng)向、風(fēng)速、降水量、溫度和濕度,傳送至站內(nèi)控制器,通過與網(wǎng)絡(luò)氣象要素對(duì)照,實(shí)時(shí)分析環(huán)境影響,決定無人機(jī)作業(yè)與否以及作業(yè)時(shí)間、路徑和方式進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。
進(jìn)一步的,所述站內(nèi)控制器通過云端服務(wù)器與監(jiān)控中心服務(wù)器相互通信。
監(jiān)控中心服務(wù)器還與顯示模塊相連,通過監(jiān)控中心服務(wù)器來實(shí)時(shí)監(jiān)控智能起降站系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息。
進(jìn)一步的,該智能起降站系統(tǒng)還包括站內(nèi)外視頻監(jiān)控模塊,其用于實(shí)時(shí)采集智能站內(nèi)的視頻信息,并實(shí)時(shí)上傳更新至云端服務(wù)器并存儲(chǔ),同時(shí)實(shí)現(xiàn)在無人值守作業(yè)過程中發(fā)生被破壞及被偷盜時(shí)保存相關(guān)證據(jù)信息。
進(jìn)一步的,所述機(jī)載控制器通過無線通信方式與智能起降站的站內(nèi)控制器相互通信,站內(nèi)控制器接收到機(jī)載控制器發(fā)送的無人機(jī)機(jī)型信息及降落信號(hào)后,將智能起降站自身的地理位置信息反饋至機(jī)載控制器,機(jī)載控制器根據(jù)接收到的智能起降站地理位置信息,篩選出最近距離的智能起降站進(jìn)行降落。
本發(fā)明通過對(duì)智能起降站距離的遠(yuǎn)近來篩選出距離無人機(jī)最近的智能起降站,實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)快速達(dá)到智能起降站,提高了無人機(jī)自主續(xù)航的效率。
本發(fā)明的視覺粗定位模塊和精定位模塊保證了無人機(jī)被固定在最準(zhǔn)確的位置,是后續(xù)操作穩(wěn)定、高效運(yùn)行的基礎(chǔ);自動(dòng)更換電池模塊、有線充電模塊和無線充電模塊是智能起落站的可選模塊,視無人機(jī)作業(yè)任務(wù)的頻率和要求選擇最優(yōu)方案執(zhí)行,同時(shí)實(shí)時(shí)通過串口通訊與智能站上的站內(nèi)控制器交互,相關(guān)歷史信息可以存儲(chǔ)到云平臺(tái)。
本發(fā)明的多功能無人機(jī)智能起降站系統(tǒng)還包括智能起落站生存能力保障系統(tǒng)。
其中,智能起落站生存能力保障系統(tǒng)由智能殼體、站內(nèi)部件自檢模塊、內(nèi)部運(yùn)行組態(tài)模塊、站內(nèi)外視頻監(jiān)控模塊、外部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、防水防塵模塊構(gòu)成,可最大程度保證智能起落站的使用便利性、安全性和無人機(jī)存儲(chǔ)、運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。
智能殼體具有移動(dòng)式可調(diào)底座,對(duì)智能站進(jìn)行轉(zhuǎn)移工作提供便利,無需多個(gè)人員搬動(dòng),安裝時(shí)底座四個(gè)可調(diào)支柱可保證智能站最大程度的水平型,保證智能起落站工作環(huán)境穩(wěn)定性。四周采用高強(qiáng)度材料制成,集成靈敏度可調(diào)的震動(dòng)感應(yīng)裝置,當(dāng)智能起落站受到擾動(dòng)時(shí),報(bào)警回路通電,警報(bào)響起同時(shí)向云端發(fā)送警報(bào)信息,最大程度保證智能起落站在無人機(jī)值守條件下的完整性。天窗系統(tǒng)位于在智能起降站的頂部,采用雙坡傾斜設(shè)計(jì),并設(shè)計(jì)合理的排水通道,保證內(nèi)部空間相對(duì)封閉,天窗開關(guān)通過步進(jìn)電機(jī)和齒輪齒條實(shí)現(xiàn),控制單元輸出運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),齒輪旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)辇X條的直線運(yùn)動(dòng)。為保證兩扇天窗運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)同步,兩扇天窗由四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以滿足動(dòng)力要求,四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)均為同一通道發(fā)出,對(duì)應(yīng)調(diào)換電機(jī)相線實(shí)現(xiàn)四臺(tái)電機(jī)不同方向運(yùn)動(dòng);單側(cè)天窗兩邊各安裝一個(gè)電機(jī),保證天窗平穩(wěn)克服傾斜現(xiàn)象。
站內(nèi)部件自檢模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)各電機(jī)及電力電子模塊的使用狀態(tài),反饋電機(jī)、智能充電模塊實(shí)時(shí)電流、電壓信息,傳輸至上位機(jī)界面,一方面實(shí)時(shí)預(yù)警部件狀態(tài)保障系統(tǒng)實(shí)時(shí)安全可靠,另一方面可方便故障排查與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄。
內(nèi)部運(yùn)行組態(tài)模塊對(duì)運(yùn)行的各步進(jìn)電機(jī)半閉環(huán)控制,通過光柵編碼器配合行程開關(guān)反饋電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并將轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)傳輸至上位機(jī)界面,組態(tài)對(duì)應(yīng)的天窗電機(jī)、升降平臺(tái)電機(jī)、直角坐標(biāo)機(jī)器人電機(jī)、電池站位數(shù)據(jù),智能站內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可反映在上位機(jī)界面,可遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。
站內(nèi)外視頻監(jiān)控模塊可采集智能站內(nèi)的視頻信息,通過以太網(wǎng)實(shí)時(shí)上傳更新至云平臺(tái)并存儲(chǔ),方便查看無人機(jī)及智能站內(nèi)各部件實(shí)時(shí)運(yùn)行邏輯,同時(shí)可以在無人值守作業(yè)過程中發(fā)生被破壞及被偷盜時(shí)保存相關(guān)證據(jù)信息。
外部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊通過在智能站外界安裝專業(yè)氣象傳感器,可以實(shí)時(shí)測(cè)量外界環(huán)境,包括風(fēng)向、風(fēng)速、降水量、溫度、濕度等,通過站內(nèi)控制器信號(hào)處理模塊和網(wǎng)絡(luò)氣象要素對(duì)照,實(shí)時(shí)分析環(huán)境影響,決定無人機(jī)作業(yè)與否以及作業(yè)時(shí)間、路徑、方式等;同時(shí)云平臺(tái)可實(shí)時(shí)查看智能站所在位置的氣象狀況,作為氣象監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)來源之一;集成靈敏度可調(diào)的震動(dòng)感應(yīng)裝置,當(dāng)智能站受到擾動(dòng)時(shí),報(bào)警回路通電,警報(bào)響起同時(shí)向監(jiān)控中心發(fā)送警報(bào)信息。
防水防塵模塊在智能站邊緣銜接及縫隙處粘貼防塵防水密封條,天窗采取雙開坡狀設(shè)計(jì),便于排水去塵,天窗開口處設(shè)計(jì)排水溝槽,避免雨水進(jìn)入站內(nèi);同時(shí)對(duì)電池管理倉進(jìn)行特別隔熱處理并配裝加熱片及通風(fēng)扇,保證充電倉內(nèi)冬夏都相對(duì)恒溫,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
本發(fā)明的智能起落站,一方面裝載與無人機(jī)上的機(jī)載通信設(shè)備和設(shè)置在地面的智能起落站通信設(shè)備形成的下游鏈路,包括遙控鏈路、遙測(cè)鏈路、導(dǎo)航鏈路、任務(wù)信息鏈路和轉(zhuǎn)發(fā)(分發(fā))鏈路,完成智能起落站至無人機(jī)的遙控指令的傳輸以及無人機(jī)至地面智能起落站的遙測(cè)數(shù)據(jù)以及載荷數(shù)據(jù)的傳輸。另一方面:智能起落站與云端、遙控中心形成的上游數(shù)據(jù)鏈路,包括無人機(jī)載荷數(shù)據(jù)、起落站工作狀態(tài)、無人機(jī)姿態(tài)信息、載荷數(shù)據(jù)分析處理數(shù)據(jù)等的上傳以及控制指令、任務(wù)指令的下達(dá)。
智能起落站采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)站內(nèi)控制器,配備大容量存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)無人機(jī)工作日志與智能起落站工作日志、任務(wù)載荷數(shù)據(jù)等的存儲(chǔ)。
站內(nèi)控制器可實(shí)現(xiàn)包括二維圖像/視頻、三維圖像/視頻、三維點(diǎn)云、氣象數(shù)據(jù)、紅外傳感數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)等的處理與分析,得到?jīng)Q策所需關(guān)鍵數(shù)據(jù)。包括但不限于二維長度測(cè)量,目標(biāo)物識(shí)別,變化分析,4D產(chǎn)品生成,風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè),三維高度、體積、坡度的測(cè)量,點(diǎn)云關(guān)建物提取,氣象數(shù)據(jù)校正等。
智能起落站通過以太網(wǎng),將智能站存儲(chǔ)的所有關(guān)建信息上傳至云端,其主要包括管理中心、指揮調(diào)度中心等。
管理中心:包括權(quán)限分級(jí)、權(quán)限認(rèn)證、報(bào)警管理、作業(yè)日志與報(bào)警日志的查詢、遠(yuǎn)程文件檢索等功能。
指揮調(diào)度中心:航跡規(guī)劃、遠(yuǎn)程下載、遠(yuǎn)程維護(hù)、遠(yuǎn)程控制等功能。
顯示終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化,一方面無人機(jī)參數(shù)信息,包括但不限于動(dòng)力系統(tǒng)、控制信號(hào)、數(shù)據(jù)連接、傳感器工作狀態(tài)、當(dāng)前地理位置信息、航行任務(wù)進(jìn)度條、飛行速度、姿態(tài)信息、電量、高度、任務(wù)載荷數(shù)據(jù)等;另一方面智能起落站相關(guān)信息,包括但不限于站外實(shí)時(shí)圖像、站內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、工作點(diǎn)位情況等。
數(shù)據(jù)終端:將智能起落站存儲(chǔ)的所有信息存儲(chǔ)至云端,有權(quán)限的用戶隨時(shí)隨地可訪問下載。
系統(tǒng)工作流程如下:
對(duì)待監(jiān)管地區(qū)提前進(jìn)行航跡規(guī)劃,通過智能起落站載入到無人機(jī)的機(jī)載控制器;
無人機(jī)搭載任務(wù)載荷,按照預(yù)設(shè)的航線和作業(yè)方式進(jìn)行作業(yè);
無人機(jī)將存儲(chǔ)得到的任務(wù)載荷數(shù)據(jù)傳輸至智能起落站中轉(zhuǎn),最終至操作中心并上傳至云端服務(wù)器;
任務(wù)完成后無人機(jī)自動(dòng)返回并充電或更換電池;
回傳任務(wù)載荷數(shù)據(jù)處理后可得到?jīng)Q策所需信息;
智能起落站存儲(chǔ)并保護(hù)無人機(jī)。
上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述,但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制,所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白,在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。