用于无人驾驶飞行器的具有自动存放的智能停靠系统 |
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| 申请号 | CN201680016056.3 | 申请日 | 2016-04-29 | 公开(公告)号 | CN107428418A | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 傅崇杰; 傅崇豪; | 发明人 | 傅崇杰; 傅崇豪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 总体上涉及一种用于固定翼无人驾驶 飞行器 的停靠系统(1)或诸如旋翼航空器的非固定翼 无人驾驶飞行器 (2)或其组合的系统和方法，至少包括能够以阵列或交错方式布置的停靠和/或启动垫；所述垫具有用于所述飞行器停靠和启动的表面(6)，所述停靠和启动表面包括闩 锁 机构，其包括能够通电以捕获停靠飞行器(2)的电磁体；并且另一 能量 收集表面(4)具有光伏面板以利用 太阳能 发电或用于各种机载应用的氢 燃料 以对所述飞行器(2)充电，从而为停靠系统或无人驾驶的海洋飞行器供电，前提是如果本发明正在 水 上施用时。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于固定或非固定翼无人驾驶飞行器(2)的停靠系统(1)，包括： |
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| 说明书全文 | 用于无人驾驶飞行器的具有自动存放的智能停靠系统技术领域[0001] 本发明总体上涉及一种用于固定翼无人驾驶飞行器的停靠系统或诸如旋翼航空器的非固定翼无人驾驶飞行器或其组合的系统和方法，至少包括能够以阵列或交错方式布置的停靠和/或启动垫；所述垫具有用于所述飞行器停靠和启动的表面，所述停靠和启动表面包括闩锁机构，其包括能够通电以捕获停靠飞行器的电磁体；并且另一能量收集表面具有光伏面板以利用太阳能发电或用于各种机载应用的氢燃料以对所述飞行器(2)充电，从而为停靠系统或无人驾驶的海洋飞行器供电，前提是如果本发明正在水上施用时。 背景技术[0002] 固定翼无人驾驶飞行器在飞行耐力方面胜过非固定/旋翼无人驾驶飞行器，这对许多应用比如监视来说是非常有价值的属性。然而，固定翼飞机的主要缺点是，它们通常需要跑道，用于以约30kmh-1及以上的空速起飞和着陆，这取决于翼载荷。与飞机的前进速度相关的动能(KE)必须在着陆阶段之前逐渐耗散，以防止对机身的结构性损坏。 [0003] 一直在努力开发可以进行垂直起降(VTOL)的飞机，从而消除对跑道的需要以及在着陆时KE的耗散。然而，解决方案通常涉及飞机的机械复杂性的显著增加，这又降低了飞机的可靠性和安全操作。本发明认识到将复杂机械部件数量保持在最小值的机身对于任务成功至关重要。 发明内容[0004] 因此，本发明的主要目的是提供一种用于固定和非固定翼无人驾驶飞行器的全自动停靠系统，其具有停靠、安全存放、补充机载能量存储并且在没有人介入的情况下重新启动的能力。 [0005] 本发明的目的是处理能够进行“猎兔犬”操纵和VTOL(垂直起降)操纵的固定翼无人驾驶飞行器。 [0007] 本发明的目的是提供能量收集表面以收集太阳能来对飞行器能量存储系统进行充电。 [0008] 本发明的目的是在停靠和启动表面上提供基于电磁体的机构，以允许飞行器在起飞和停靠过程中牢固地附接在该表面上。 [0010] 通过了解本发明的以下详细描述或者在实际实践中使用本发明，本发明的其它目的将变得显而易见。 [0011] 根据本发明的优选实施例，提供以下内容： [0012] 一种用于固定或非固定翼无人驾驶飞行器(2)的停靠系统(1)，包括： [0013] 至少一个停靠和启动表面(6)，以使所述飞行器(2)能够停靠和启动； [0014] 其特征在于， [0015] 至少一个能量收集表面(4)设置成与所述停靠和启动表面(6)相对，以收集太阳能来对所述飞行器(2)储能系统充电； [0016] 其特征还在于， [0017] 所述停靠系统(1)包括多个收发器，以在停靠过程期间检验从飞行器(19)发射的信号，以使所述飞行器(2)能够进行自对准并且停靠在所述表面(6)上。 [0018] 在本发明的一方面，提供了： [0019] 一种用于起飞过程(50)的用于固定或非固定翼无人驾驶飞行器(2)的停靠系统(1)的方法，包括以下步骤： [0020] 将所述飞行器推进系统通电到适当的预定起飞动力(503)；以及 [0021] 在所述停靠表面上释放闩锁机构以使所述飞行器能够被释放(504)。 [0022] 在本发明的另一方面，提供了： [0023] 一种用于停靠过程(51)的用于固定或非固定翼无人驾驶飞行器(2)的停靠系统(1)的方法，包括以下步骤： [0024] 激活收发器以在所述飞行器上发送和接收信号以进行停靠系统的检测和测距(506)； [0025] 关闭所述飞行器推进(512)；以及 [0027] 在结合附图研究详细描述之后，将看出本发明的其它方面及其优点，其中： [0028] 图1示出了本发明的示例性侧视图，其中无人驾驶飞行器处于安全存放和太阳能收集的初始位置。 [0029] 图2-A示出了无人驾驶飞行器的底视图。 [0030] 图2-B示出了由停靠系统的图像处理器所看到的示例图像。这些信息用于建立正确的最终接近。 [0031] 图3-A示出了由电磁体和闩锁机构组成的三个动态接触垫的透视图。 [0032] 图3-B示出了具有电磁体和闩锁机构的接触垫的闭合视图。 [0033] 图3-C示出了在接触垫上的飞行器起落架的闭合视图。 [0034] 图3-D示出了由闩锁机构锁定的飞行器起落架的闭合视图。 [0035] 图3-E示出了具有可以独立缩回的各个闩锁的闩锁机构的闭合视图。 [0036] 图4-A示出了处于安全存放位置的多个本发明的侧视图。 [0037] 图4-B示出了通过枢轴旋转以允许多个飞行器起飞/启动过程的多个本发明的侧视图。 [0038] 图4-C示出了从本发明起飞的多个飞行器的侧视图。 [0039] 图4-D示出了返回到安全存放的初始位置的多个本发明的侧视图。 [0040] 图4-E示出了接近本发明的停靠表面的无人驾驶飞行器的侧视图，其包括在该过程中进行“猎兔犬”操纵的无人驾驶飞行器，以实现小于15kmh-1的最终前进空速。 [0041] 图5-A示出了以阵列形式布置的多个本发明的俯视图。 [0042] 图5-B示出了以V形布置的多个本发明的俯视图。 [0043] 图6-A示出了本发明的固定翼无人驾驶飞行器的起飞过程的图。 [0044] 图6-B示出了本发明的固定翼UAV的着陆或停靠过程的图。 具体实施方式[0045] 在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将会理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，未详细描述公知的方法、过程和/或部件，以免使本发明变得模糊。 [0046] 从下面对其实施例的描述中将更清楚地理解本发明，这些实施例仅通过参考附图的示例给出，这些附图未按比例绘制。 [0047] 参考图1，其示出了用于固定或非固定翼无人驾驶飞行器(2)的停靠系统(1)的本发明的侧视图，包括至少一个停靠和启动表面(6)，以使飞行器(2)能够停靠和启动，并且至少一个能量收集表面(4)设置成与表面(6)相对，优选地是光伏太阳能电池，以收集太阳能(10)，从而通过起落架(7)或经由电缆(14)对飞行器(2)储能系统(未示出)充电来驱动飞行器推进系统。太阳能(10)也可用于向母飞行器(未示出)供电或驱动电解反应器(未示出)以产生作为能量载体的氢，用于飞行器(2)。优选地，飞行器推进系统是电力驱动的推进器或同轴推进器。在停靠系统上提供至少一个枢转装置(8)，以允许系统根据要执行的过程旋转，比如飞行器的安全存放的初始阶段、飞行器的启动或飞行器的停靠。停靠系统(1)优选地允许安装在敞开的顶部隔室(3)中的停靠和启动表面(6)和能量收集表面(4)保护任何飞行器(2)免受诸如阵风、雨水和紫外线等的有害天气因素的影响。 [0048] 停靠系统(1)包括能够发送和/或接收信号或其组合的多个收发器，以检验从飞行器收发器(19)发射的信号，其安装在起落架(7)、翼段或机身上，如图2-A所示。发射的信号主要用于在停靠过程期间飞行器(2)的自对准目的，以停靠在所述表面(6)上。类似地，表面(6)还能够自对准以允许所述飞行器(2)停靠。相反，对于非固定翼飞行器停靠，表面(2)将处于接地表面的大致平行平面。 [0049] 信号被定义为诸如红外线等的可见光或不可见光、可听声波、诸如超声等的不可听声波、或诸如射频(RF)等的无线电波、或者它们的组合。根据环境条件，系统(1)和飞行器(2)可以选择适合条件的信号类型，例如在雾天，可见光信号的发送和接收将受到影响，因此可以使用L波段(1至2GHz)，因为它们在很大程度上不受雾、雨和云的影响。 [0050] 飞行器(2)在最终接近开始时将其飞行器信息传送到停靠系统(1)，停靠表面(6)将被设置为该特定类型的飞机的正确角度。参考图2-B，示出了由停靠系统(1)的图像处理器所看到的示例图像。这种信息用于建立所述飞行器(2)的正确的最终接近。系统(1)上的机载计算机指示闩锁机构在停靠之前与飞机自对准。 [0051] 现在参考图3A，示出了停靠和启动表面(6)，其包括与至少一个接触垫(31)配合的多个凹口(30)，当飞行器(2)执行停靠过程时，所述接触垫能够从所述凹口穿过。在飞行器(2)由于空气湍流而偏离过程的情况下，所述接触垫(31)的来回移动是自对准的并且与飞行器(2)的停靠路径匹配。 [0052] 现在参考图3-B，示出了处于分离模式的单个接触垫(31)，其包括电磁体(37)、至少一个由沿着引导槽(35)延伸的闩锁(33)组成的闩锁机构。电磁体(37)在闩锁机构脱开时被断电，例如在接近的无人直升机的情况下。 [0053] 现在参考图3-C，示出了飞行器(未示出)的一部分，起落架(7)牢固地附接在电磁体表面(37)上。电磁体(37)被通电以将起落架(7)拉到电磁体表面(37)上并且在闩锁系统处于分离模式的同时在起落架(7)上提供临时保持。 [0054] 现在参考图3D，示出了沿槽(35)移动并且固定起落架(7)的闩锁(33)。一旦闩锁(33)已经固定起落架，电磁体(37)就被断电。 [0055] 现在参考图3-E，当必要时，闩锁(33)可以独立地缩回到接触垫(31)中，并且该特征在固定翼无人驾驶飞行器的启动阶段特别有用。 [0056] 现在参考图4-A，示出了本发明的侧视图，其中多个飞行器(2)处于倒立位置或初始的安全存放位置。飞行器(2)通过闩锁机构保持在停靠和启动表面(6)上。在起飞/启动过程中，参考图4-B，停靠和启动表面(6)旋转以将飞行器(2)从隔室(3)露出。在起飞过程中，参考图4-C，飞行器(2)推进系统接合，并且停靠和启动表面(6)上的闩锁机构被设定为“释放”位置，以允许飞行器起飞。参考图4-D，在飞行器(2)从表面(6)离开之后，可以将表面(6)旋转到初始的安全存放位置。这个位置也有助于太阳能收集。参考图4-E，在停靠过程中，飞行器(2)接近表面(6)，它以预定的距离(18)执行“猎兔犬”操纵，以实现缓慢和受控的向前飞行。停靠表面(6)通过倾斜倾角执行自动对准，激活电磁体并且随后通过闩锁机构在停靠时固定所述飞行器(2)。 [0057] 现在参考图5-A和5-B，示出了以阵列形式布置的多个本发明。然而，本领域技术人员将理解，诸如单行、多行或交错阵列的其它布置也是可能的。 [0058] 参考图6-A和6-B，示出了本发明在固定翼无人驾驶飞行器的安全存放、启动和停靠过程中操作的图。执行起飞过程(50)，在步骤(500)中，在系统和飞行器之间进行数据交换，在步骤(501)中，加油、再充电线路以及数据链路与所述飞行器脱离，在步骤(502)中，停靠表面倾斜成使飞行器暴露一角度以允许高α起飞或垂直起飞；在步骤(503)中，将所述飞行器推进系统通电到合适的预定起飞动力；在步骤(504)中，在所述停靠表面上释放闩锁机构或使电磁体断电，以使所述飞行器能够被释放。 [0059] 执行停靠过程(51)，在步骤(505)中，在停靠系统和飞行器之间建立无线通信，以将停靠表面(6)自动设置为正确的倾斜角度；在步骤(506)中，激活所述飞行器上的收发器进行检测和测距；在步骤(507)中，启动朝向所述停靠表面的最终接近，由此所述飞行器被远程引导或完全自主；在步骤(508)中，飞行器在朝向停靠和启动表面的最终接近时进行“猎兔犬”操纵或高角度飞行，在步骤(509)中，检测由所述飞行器在所述停靠系统收发器上发射的信号，并连续微调闩锁机构的横向位置直到所述飞行器完成停靠过程；在步骤(510)中，通电停靠表面电磁体以将所述飞行器起落架拉向所述停靠表面，从而防止所述飞行器反弹着陆；在步骤(511)中，接合停靠表面闩锁机构以锁定在所述飞行器起落架上，并且所述停靠表面电磁机构被断电；在步骤(512)中，关闭所述飞行器推进；在步骤(513)中，围绕枢轴旋转所述停靠表面以安全地存放所述飞行器；在步骤(514)中，加油/再充电以及在系统和飞行器之间建立数据交换。 |
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