系留无人机精准起降设备 |
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| 申请号 | CN202010354864.9 | 申请日 | 2020-04-29 | 公开(公告)号 | CN111516895A | 公开(公告)日 | 2020-08-11 |
| 申请人 | 北京华力创通科技股份有限公司; | 发明人 | 路骏; 黄建新; 肖寒; 王硕堃; | ||||
| 摘要 | 本 申请 提供一种系留无人机精准起降设备，属于无人机技术领域。所述系留无人机精准起降设备包括：系留无人机和 起降平台 ，所述起降平台通过系留线缆与所述系留无人机连接；所述系留无人机的底部设置有起降机载端，所述起降机载端为锥体或截锥体；所述起降平台的顶部设置有起降接收端，所述起降接收端设置有与所述起降机载端形状匹配的凹槽，所述凹槽用于容置所述起降机载端，所述凹槽的底端设置有用于所述系留线缆穿过的贯穿通孔。通过起降机载端和起降接收端的形状配合，在降落偏差较大时也能实现无人机精准降落，提高了降落安全性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种系留无人机精准起降设备，其特征在于，所述系留无人机精准起降设备包括系留无人机和起降平台，所述起降平台通过系留线缆与所述系留无人机连接； |
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| 说明书全文 | 系留无人机精准起降设备技术领域[0001] 本申请涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种系留无人机精准起降设备。 背景技术[0002] 目前市面上的系留无人机，例如多旋翼无人机本身对起降场地要求不高，其精准度控制在±1米，引起降落偏差的主要原因是多旋翼无人机的桨叶在降落过程中，接近地面的时候桨叶向下的升力与重力相互作用与反作用，越接近地面力的作用越明显(牛顿第三定律)，从而导致无人机降落出现偏差。此偏差是力的相互作用引起，在条件允许的情况下可以通过RTK(Real-Time Kinematic，实时动态)载波相位差分技术设备或其他外部设备修正不能满足对降落要求极高的车载平台或指定点，但由于相关设备较为昂贵、设备使用条件较高，因此现有系留无人机通常存在降落偏差导致设备损坏的可能性较大、降落安全性较低的问题。发明内容 [0004] 本申请实施例提供了一种系留无人机精准起降设备，所述系留无人机精准起降设备包括系留无人机和起降平台，所述起降平台通过系留线缆与所述系留无人机连接；所述系留无人机的底部设置有起降机载端，所述起降机载端为锥体或截锥体；所述起降平台的顶部设置有起降接收端，所述起降接收端设置有与所述起降机载端形状匹配的凹槽，所述凹槽用于容置所述起降机载端，所述凹槽的底端设置有用于所述系留线缆穿过的贯穿通孔。 [0005] 在上述实现方式中，通过锥体或截锥体的起降机载端以及形状匹配的起降接收端的凹槽进行配合，在系留无人机降落于起降平台时，由于圆锥形的设计特点，即使降落过程偏差较大，只要不超出锥形起降平台的范围，即可实现精准降落，从而提高了无人机降落精确度和安全性。 [0006] 可选地，所述起降机载端的底面面积大于所述凹槽的底面面积，所述起降机载端的底面面积与所述凹槽的底面面积差值在预设范围内。 [0007] 在上述实现方式中，在起降机载端的底面面积略大于凹槽的底面面积时，系留无人机在降落时可以增大降落接触面积，从而降低降落对精确度的要求，提高降落安全性。 [0008] 可选地，所述起降机载端中与所述起降接收端的接触面为第一侧面，所述起降接收端与所述起降机载端的接触面为第二侧面，所述第一侧面或所述第二侧面上设置有摩擦部件，用于提高所述起降机载端和所述起降接收端接触时的摩擦力。 [0009] 在上述实现方式中，通过摩擦部件为起降机载端和起降接收端提供摩擦力，避免降落接触时滑落速度过快损坏设备。 [0010] 可选地，所述摩擦部件为所述起降机载端的第一侧面上沿顶面延伸至底面的至少一个凸条，或所述起降接收端的第二侧面上沿顶面延伸至底面的至少一个凸条；所述起降接收端还包括风机，所述风机的出风口位于所述凹槽的底面，所述风机用于沿垂直与所述凹槽的底面的方向给所述起降机载端送风。 [0011] 在上述实现方式中，通过凸条使起降机载端和起降接收端在配合接触时存在空隙，避免异物损坏设备表面材料，同时采用风机进行异物清扫，保证了设备稳定性。 [0012] 可选地，所述起降机载端的底面或所述凹槽的底面设置有预设长度的弹性件，用于避免所述起降机载端的底面与所述凹槽的底面发生刚性碰撞。 [0013] 在上述实现方式中，通过弹性件避免系留无人机在起降平台降落时由于降落速度发生刚性碰撞，提高了起降安全性。 [0015] 在上述实现方式中，系留无人机通过机载载荷设备可以具有多种功能，提高了系留无人机的适用性。 [0017] 在上述实现方式中，由供电线缆、光纤及凯夫拉纤维组成的系留线缆可以使起降平台向系留无人机同时提供电能和数据的传输功能，且具有较好的稳定性。 [0018] 可选地，所述起降平台内设置有绞盘和受力传感器，所述系留线缆盘绕在所述绞盘上，所述绞盘用于在所述受力传感器获取到所述系留线缆的张力大于预设阈值时增加所述系留线缆的释放长度，在所述受力传感器获取到所述系留线缆的张力等于所述预设阈值时保持所述系留线缆的释放长度，在所述受力传感器获取到所述系留线缆的张力小于所述预设阈值时减少所述系留线缆的释放长度。 [0019] 在上述实现方式中，基于传感器对系留线缆进行释放和收回，能够有效避免系留线缆过长产生的缠绕问题，提高了系留无人机的安全性。 [0020] 可选地，所述起降平台的顶部设置有卡扣，用于对停放在所述起降平台上的系留无人机进行固定。 [0021] 在上述实现方式中，通过卡扣对停放在起降平台上的系留无人机进行固定，提高了系留无人机的停放稳定性。 [0022] 可选地，所述起降平台设置在移动交通器具上。 [0024] 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。 [0025] 图1为本申请实施例提供的一种系留无人机精准起降设备的结构示意图； [0026] 图2为本申请实施例提供的一种系留无人机的结构示意图； [0027] 图3为本申请实施例提供的一种起降平台的结构示意图。 [0028] 图标：10-系留无人机精准起降设备；11-系留无人机；111-无人机机体；112-机载载荷设备；113-起降机载端；12-起降平台；121-起降接收端；122-支架；123-系留线缆。 具体实施方式[0029] 下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。 [0030] 近年来，伴随着人工智能和先进制造技术的进步，无人机应用范围不断拓展。除军事用途外，无人机在农业植保、电力巡检、警用执法、地质勘探、环境监测、森林防火、环境监控、应急救援以及影视航拍等民用领域都有很好的应用，其适用场景和使用方式还在快速迭代中。 [0031] 无人机由于具备无需人为干预，可以快速部署等优点，被广泛应用到各行各领域。但是，无人机的续航时间较短，这一缺点限制了无人机的大规模应用。大部分的无人机都采用机载可充电锂电池，续航时间很少有超过1个小时的。但在某些领域，比如现场监控、现场指挥等领域，要求无人机能够长时间留空作业。因此，通过导线由地面电源供电的无人机，也就是系留无人机便应运而生。 [0032] 系留无人机，又称系留式无人机，为多旋翼无人机的一种特殊形式，使用通过系留线缆传输的地面电源作为动力来源，代替传统的动力电池，最主要的特点是长时间的滞空悬停能力。目前市面上的系留无人机可通过地面发电机进行供电，多可实现24小时全天候滞空，72小时不间断工作，100-200米定点悬停，广泛适用于救灾抢险、边界巡视、基地安全、景区监测、地质勘测、野外作业、森林防火、应急通信、公安反恐、交通监管、新闻采访、工程监控、环境监测、影视拍摄、科学研究、国防军工等多个广阔领域。 [0033] 但是目前系留无人机地面起降平台和车载平台都使用平面起降方式，平面起降方式在降落过程中越接近降落点，受到地效的影响越大，在降落过程中存在的风险也越大，机载设备一般都较贵，一旦出现事故，经济损失较大。而现有的无人机起降平台多为平面平台，需要无人机和平台精准配合才能完成降落，对无人机的控制精度要求极高，或需通过RTK等其他外部设备进行精准定位爱能满足降落精确度，但是相关设备较为昂贵，多数情况下系留无人机并未配备相关设备，因此存在降落精度不足，降落安全性较差及降落后稳定性较差的问题。 [0034] 为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种系留无人机精准起降设备10。请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种系留无人机精准起降设备的结构示意图。 [0035] 系留无人机精准起降设备10包括系留无人机11和起降平台12，起降平台12通过线缆与系留无人机11电连接，系留无人机11在起飞前或降落后稳定放置与起降平台12上。 [0036] 请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种系留无人机的结构示意图。 [0037] 系留无人机11包括无人机机体111、机载载荷设备112和起降机载端113。无人机机体111上设置有机载载荷设备112，两者通过螺纹、铰链、卡扣或其他固定连接方式连接，亦或是无人机机体111和机载载荷设备112一体成型。 [0038] 无人机机体111用于为系留无人机11提供飞行功能，通常为系留无人机中常见的多旋翼无人机，在其他实施方式中无人机机体111还可以是垂直起降固定翼、小型电动无人直升机等类型的无人机。 [0039] 机载载荷设备112用于完成一种或多种功能，例如光电吊舱、光电云台、移动基站机载设备、干扰设备等等，不同的系留无人机11中的机载载荷设备112可以根据具体载荷类型对载荷量、载荷方式进行灵活调整。 [0040] 由于系留无人机11在飞行状态下处于起降平台12的上方，因此起降机载端113设置于系留无人机11的底部更便于系留无人机11的起降以及线缆的设置。 [0041] 起降机载端113可以是通过铰接、螺纹连接、卡扣连接或其他连接方式固定在系留无人机11底部的锥体或截锥体。具体地，该锥体的底面或截锥体面积较大的底面与系留无人机11的底部固定连接，例如机载载荷设备112处于无人机机体111下方时，该锥体的底面或截锥体面积较大的底面与机载载荷设备112的底部固定连接。可选地，起降机载端113也可以直接通过支架等方式与无人机机体111连接，但其所处位置为系留无人机11整体的最底部，以便起降机载端113配合起降平台12完成系留无人机11的起降动作。 [0042] 请参考图3，图3为本申请实施例提供的一种起降平台的结构示意图。 [0043] 起降平台12包括起降接收端121、支架122和系留线缆123，起降接收端121位于起降平台12的顶部，以便和起降机载端113配合完成系留无人机11的起降。支架122位于起降平台12的底部，可以与起降平台12一体化生成或通过铰链、螺纹等方式固定连接，用于将起降平台12固定在移动交通器具或底面等物体上。系留线缆123从起降接收端121中贯穿而出，与系留无人机11连接。 [0044] 起降接收端121设置有与起降机载端113形状匹配的凹槽，例如起降机载端113为面积较小的底面朝下的截锥体时，凹槽也为面积较小的底面朝下的截锥体，且系留线缆123可以从凹槽的底面贯穿通孔中穿设连接至系留无人机11。 [0045] 可选地，起降机载端113的底面面积略大于凹槽的底面面积，且两者底面面积的差值在预设范围内，具体地，该预设范围应当使两者底面的直径差距在厘米或分米量级上，具体数值可以根据系留无人机精准起降设备10的整体大小尺寸进行调整。进一步地，为了保证起降机载端113能够几乎整体配合稳定卡入凹槽，起降机载端113的顶面面积应当大于凹槽的底面面积，以使系留无人机11不需要使用辅助定位设备进行降落时，即使降落过程偏差较大，只要不超出起降机载端113和凹槽的范围，也可实现精准降落。 [0046] 系留无人机11降落时需要起降机载端113和起降接收端121配合完成整个降落过程，在起降机载端113和起降接收端121的接触表面摩擦力过小时，可能会存在系留无人机11下落速度过快撞击起降接收端121造成设备损坏的问题。因此起降机载端113中与起降接收端121接触的第一侧面，以及起降接收端121中与起降机载端113接触的第二侧面中的一个或两个设置有摩擦部件，用于提高起降机载端113与起降接收端121的相对摩擦力，避免系留无人机11下落速度过快。可选地，摩擦部件可以是蚀刻在第一侧面或第二侧面的防滑纹理，还可以是覆盖在第一侧面或第二侧面的防滑橡胶等。 [0047] 进一步地，为了避免起降机载端113与起降接收端121发生刚性碰撞，除了上述摩擦部件，还可以在起降接收端121的凹槽底面设置预设长度的弹性件。该预设长度应当使弹性件不触及正常降落卡入起降接收端121的系留无人机11的起降机载端113的底面。此外，该摩擦部件可以为弹簧、橡胶条等具有一定弹性的材料制成。 [0048] 应当理解的是，除了刚性碰撞，起降机载端113与起降接收端121之间还有可能因为接触面之间的硬颗粒物等物体造成设备表面划伤等，因此本实施例中的第一侧面或第二侧面上还可以设置有至少一个沿接触面顶面至底面延伸的凸条。可选地，上述凸条还可以用凸点等能够支撑起起降机载端113与起降接收端121之间存在间隙的部件。 [0049] 进一步地，为了清除起降机载端113与起降接收端121之间的异物，起降接收端121还可以设置有风机，风机的出风口位于起降接收端121的凹槽的底面，沿垂直于凹槽的底面的方向给起降机载端113送风，将起降机载端113与起降接收端121的缝隙之中的异物吹扫出接触面。 [0050] 起降平台12通常还包括地面供电装置，地面供电装置提供的高压直流电通过系留线缆123传输至系留无人机11，系留无人机11端的供电设备将高压电流降至无人机可使用的电压范围为系留无人机11中的电气元件进行供电。 [0051] 支架122可以是一体化设置在起降平台12上，也可以是顶端通过螺纹连接、卡扣连接等、焊接等连接方式固定在起降平台12下部，底端固定在地面或移动交通器具上。 [0052] 可选地，支架122可以采用镂空加工，在保证强度的基础上，重量减轻，以使一般的杂质从缝隙或镂空处排除。 [0053] 其中，系留线缆123可以连接在系留无人机11的起降机载端113上，通过起降机载端113将电能或数据传输至无人机机体111和机载载荷设备112，也可以是沿起降机载端113的轴线开设有贯穿通孔，系留线缆123通过该贯穿通孔穿过起降机载端113与无人机机体111和机载载荷设备112电连接。 [0054] 可选地，系留线缆123由供电线缆、光纤及凯夫拉纤维组成，在保证系留线缆123的拉伸力、稳定性的同时能够进行数据和电能的传输。 [0055] 本实施例中起降平台12还可以设置有绞盘和受力传感器，系留线缆123盘绕在绞盘上，绞盘则用于在受力传感器获取到系留线缆123的张力大于预设阈值时增加系留线缆123的释放长度，在受力传感器获取到系留线缆123的张力等于预设阈值时保持系留线缆 123的释放长度，在受力传感器获取到系留线缆123的张力小于预设阈值时减少系留线缆 123的释放长度。 [0056] 上述受力传感器可以是张力传感器，其预设阈值一般为系留线缆123空载悬坠时所受的张力。 [0057] 具体地，系留线缆123在绞盘中，当系留线缆123被系留无人机11拉着向上时，受力传感器接收到系留线缆123拉紧信号，受力传感器生成松线信号，系留无人机11拉着系留线缆123向高空飞行；当系留无人机11不再上升，受力传感器停止发送信号，系留线缆123的长度与系留无人机11的高度保持不变，进入工作模式；当系留无人机11向下降落时，受力传感器接收到系留线缆123松动信号，绞盘进行收线，收线速度最大为2m/s。 [0058] 作为一种可选的实施方式，起降平台12可以设置在地面以及车辆、船舶或其他移动交通器具上。 [0059] 起降平台12通过支架122与移动交通器具朝上的表面固定连接，在该移动交通器具为小货车类型的车辆时，起降平台12可以通过支架122与小货车后半部车厢的顶棚外表面固定，支架122的下端可以是焊接在顶棚外表面上。 [0060] 应当理解的是，在本实施例中考虑到系留无人机精准起降设备10的整体可移动性和灵活性等，系留无人机11和起降平台12均可采用部分镂空设计，降低整体重量。 [0061] 综上所述，本申请实施例提供了一种系留无人机精准起降设备，所述系留无人机精准起降设备包括系留无人机和起降平台，所述起降平台通过系留线缆与所述系留无人机连接；所述系留无人机的底部设置有起降机载端，所述起降机载端为锥体或截锥体；所述起降平台的顶部设置有起降接收端，所述起降接收端设置有与所述起降机载端形状匹配的凹槽，所述凹槽用于容置所述起降机载端，所述凹槽的底端设置有用于所述系留线缆穿过的贯穿通孔。 [0062] 在上述实现方式中，通过锥体或截锥体的起降机载端以及形状匹配的起降接收端的凹槽进行配合，在系留无人机降落于起降平台时，由于圆锥形的设计特点，即使降落过程偏差较大，只要不超出锥形起降平台的范围，即可实现精准降落，不需要采用昂贵的辅助定位设备即可将降落误差控制在0.1米的范围内，从而提高了无人机降落精确度和安全性。 [0063] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的框图显示了根据本申请的多个实施例的设备的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图中的每个方框、以及框图的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。 [0064] 另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。 [0065] 以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。 [0067] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 |
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