一種多功能無人機智能起降站系統技術方案

本發明專利技術公開了一種多功能無人機智能起降站系統，包括視覺粗定位模塊，其包括站內控制器，其與圖像采集裝置相連，圖像采集裝置設置于起降站內且用于實時采集無人機圖像，并傳送至站內控制器，再經機載控制器來控制無人機的降落高度及無人機機頭的方向；精定位模塊，其包括用于承載無人機的支撐架；所述支撐架上安裝有與無人機旋翼相匹配的凹槽，且每個凹槽的與無人機支架相接觸的側面上均開設有豁口，所述豁口用于支撐并固定無人機；自主續航模塊，其用于接收機載控制器傳來的無人機電池倉的電量信息及電池位置信息，對低于或等于預設電量信息的無人機電池倉進行自主充電，來實現無人機的自主續航。

【技術實現步驟摘要】
一種多功能無人機智能起降站系統
本專利技術屬于無人機領域，尤其涉及一種多功能無人機智能起降站系統。
技術介紹
隨著無人機不斷發展推廣，應用的領域也逐漸廣泛化，比如農業噴灑、電力巡檢、防災應急、航拍測繪和中繼通訊領域等。而且，地面設備已經成為整套無人機安全、穩定高效運行的關鍵。目前無人機應用的主要形式是通過專業飛手在現場使用遙控器控制無人機，同時配備幾名工作人員，觀察無人機飛行狀態、為無人機換電池、觀察無人機采集數據質量等，保證無人機安全、高效完成任務。因此無人機作業一次，耗人耗時，尤其對于需要無人機高頻率作業的場合，耗資尤為巨大，且惡劣地形難以到達。電池發展制約無人機續航時間；無人機做不到一勞永逸，每次任務均需要校準；每次作業需多人配合才能順利完成；無人機操作需要現場操作，開車至現場耗費時間，對于一些車輛難以到達的惡劣地形，需要人進行攀爬至采集地點才能取得最優的采集效果；對于需要高頻率作業的場合，劣勢尤為突出。同樣，制約多旋翼無人機大規模應用的續航問題至今沒有解決。因此研發突破無人機續航能力、有人值守等問題的地面設備，成為整套無人機系統安全、穩定高效運行的關鍵。
技術實現思路
為了解決現有技術中無人機作業一次資源耗費大而制約自主無人機續航的不足，本專利技術提供了一種多功能無人機智能起降站系統，其能夠配合無人機精準降落、自主續航、信息中繼功能，并配有各種多功能模塊實現系統優化使用，從而增強無人機系統的廣泛應用能力。本專利技術的一種多功能無人機智能起降站系統，包括：視覺粗定位模塊，其包括站內控制器，所述站內控制器與圖像采集裝置相連，所述圖像采集裝置設置于起降站內且用于實時采集無人機圖像，并傳送至站內控制器進而得到無人機空中三維坐標點，再經機載控制器來控制無人機的降落高度以及無人機機頭的方向；精定位模塊，其包括用于承載無人機的支撐架；所述支撐架上安裝有與無人機旋翼相匹配的凹槽，且每個凹槽的與無人機支架相接觸的側面上均開設有豁口，所述豁口用于支撐并固定無人機；自主續航模塊，其用于接收機載控制器傳送來的無人機電池倉的電量信息及電池位置信息，對低于或等于預設電量信息的無人機電池倉進行自主充電，來實現無人機的自主續航。進一步的，所述凹槽的形狀為U型，或V型，或漏斗型。這些凹槽的形狀設計有利于無人機快速且準確降落。進一步的，所述支撐架與驅動機構相連，所述驅動機構與站內控制器相連。本專利技術還通過站內控制器來控制驅動機構進行驅動支撐架運動來準確承接無人機降落。進一步的，所述自主續航模塊包括自動更換電池模塊，所述自動更換電池模塊包括三維直角坐標運動系統，所述三維直角坐標運動系統包括在第一軸方向運動的第一平移機構、在第二軸方向運動的第二平移機構以及在第三軸方向運動的第三平移機構，其中，第一軸方向、第二軸方向和第三軸方向構成三維直角坐標系；所述第一平移機構、第二平移機構和第三平移機構的一端分別與站內控制器相連，另一端分別與用于抓取電池的電池夾取裝置相連。本專利技術利用站內控制器驅動第一平移機構、第二平移機構和第三平移機構，進而帶動電池夾取裝置遍訪立體空間內各點位，實現機械抓手抓取不同機型機位電池，提高了電池更換的效率和準確性。進一步的，所述自主續航模塊包括無線充電模塊，其設置于智能起降站內；且當無人機保持穩定后，無線充電模塊用于對無人機電池倉內電池進行自主無線充電。進一步的，所述自主續航模塊包括有線充電模塊，其設置于智能起降站內；且當無人機保持穩定后，無人機電池倉內電池恰好固定于有線充電模塊處，用于實現對無人機電池倉內電池進行自主有線充電。進一步的，該智能起降站系統還包括外部環境監測模塊，其包括氣象傳感器，用于實時測量外界環境信息并傳送至站內控制器，所述站內控制器與預警裝置相連。氣象傳感器實時測量外界環境，包括風向、風速、降水量、溫度和濕度，傳送至站內控制器，通過與網絡氣象要素對照，實時分析環境影響，決定無人機作業與否以及作業時間、路徑和方式進行實時報警。進一步的，所述站內控制器通過云端服務器與監控中心服務器相互通信。監控中心服務器還與顯示模塊相連，通過監控中心服務器來實時監控智能起降站系統的工作狀態信息。進一步的，該智能起降站系統還包括站內外視頻監控模塊，其用于實時采集智能站內的視頻信息，并實時上傳更新至云端服務器并存儲，同時實現在無人值守作業過程中發生被破壞及被偷盜時保存相關證據信息。進一步的，所述機載控制器通過無線通信方式與智能起降站的站內控制器相互通信，站內控制器接收到機載控制器發送的無人機機型信息及降落信號后，將智能起降站自身的地理位置信息反饋至機載控制器，機載控制器根據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行降落。優選地，所述多功能無人機智能起降站系統還包括天窗系統，所述天窗設置在智能起降站的頂部；優選地，所述站內控制器直接與監控中心服務器相互通信，所述監控中心服務器還用于將無人機航跡規劃路徑經站內控制器傳送至機載控制器，來控制無人機的飛行路徑。本專利技術通過對智能起降站距離的遠近來篩選出距離無人機最近的智能起降站，實現了無人機快速達到智能起降站，提高了無人機自主續航的效率。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：(1)本專利技術的多功能智能起降站，與無人機協同工作構成任務系統，突破現有技術的缺點，不受地形地勢的限制，做到一次安裝，多次運行；自主續航與存儲，遠程實時監控，剔除飛手限制，真正無人值守化作業；無人機及載荷數據交互及信息中繼，實時掌握無人機采集數據質量。(2)本專利技術采用圖像采集裝置實時采集無人機圖像信息并傳送至站內控制器，在站內控制器對無人機圖像信息進行處理后生成無人機降落控制指令，再傳送至機載控制器，這樣減少了機載控制器運算過程的消耗，從而提高了無人機續航的能力。(3)本專利技術通過先利用圖像采集裝置實現無人機粗降，再利用精定位模塊實現無人機精準降落且保持穩定，最終保證了無人機電池更換的準確性，實現了無人機快速自主續航；解決了限制無人機系統廣泛應用的續航問題，通過穩定可靠的直角坐標運動系統完成整套更換電池并充電續航過程，破除了無人機“無人化”應用的一大壁壘，自主作業完成電池更換。(4)而且還參數調用方式可使電池更換系統靈活應用于通用的各類無人機機型，以便于不同無人機機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。附圖說明構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。圖1是本專利技術的一種多功能無人機智能起降站系統結構示意圖；圖2為本專利技術精定位模塊的整體結構示意圖；圖3為本專利技術限位槽的示意圖；圖4為本專利技術精定位模塊的整體結構示意圖二；圖5為本專利技術電池夾取裝置俯視圖；圖6為本專利技術電池夾取裝置主視圖；圖7為本專利技術卡塊示意圖。其中，1.固定臺，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，21.第一凹槽，22.按動塊，23.卡槽，24絲杠滑塊。具體實施方式應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多功能無人機智能起降站系統，其特征在于，包括：視覺粗定位模塊，其包括站內控制器，所述站內控制器與圖像采集裝置相連，所述圖像采集裝置設置于起降站內且用于實時采集無人機圖像，并傳送至站內控制器進而得到無人機空中三維坐標點，再經機載控制器來控制無人機的降落高度以及無人機機頭的方向；精定位模塊，其包括用于承載無人機的支撐架；所述支撐架上安裝有與無人機旋翼相匹配的凹槽，每個凹槽的與無人機支架相接觸的側面上均開設有豁口，所述豁口用于支撐并固定無人機；自主續航模塊，其用于接收機載控制器傳送來的無人機電池倉的電量信息及電池位置信息，對低于或等于預設電量信息的無人機電池倉進行自主充電，來實現無人機的自主續航。

【技術特征摘要】
1.一種多功能無人機智能起降站系統，其特征在于，包括：視覺粗定位模塊，其包括站內控制器，所述站內控制器與圖像采集裝置相連，所述圖像采集裝置設置于起降站內且用于實時采集無人機圖像，并傳送至站內控制器進而得到無人機空中三維坐標點，再經機載控制器來控制無人機的降落高度以及無人機機頭的方向；精定位模塊，其包括用于承載無人機的支撐架；所述支撐架上安裝有與無人機旋翼相匹配的凹槽，每個凹槽的與無人機支架相接觸的側面上均開設有豁口，所述豁口用于支撐并固定無人機；自主續航模塊，其用于接收機載控制器傳送來的無人機電池倉的電量信息及電池位置信息，對低于或等于預設電量信息的無人機電池倉進行自主充電，來實現無人機的自主續航。2.如權利要求1所述的一種多功能無人機智能起降站系統，其特征在于，所述凹槽的形狀為U型，或V型，或漏斗型。3.如權利要求1所述的一種多功能無人機智能起降站系統，其特征在于，所述支撐架與驅動機構相連，所述驅動機構與站內控制器相連。4.如權利要求1所述的一種多功能無人機智能起降站系統，其特征在于，所述自主續航模塊包括自動更換電池模塊，所述自動更換電池模塊包括三維直角坐標運動系統，所述三維直角坐標運動系統包括在第一軸方向運動的第一平移機構、在第二軸方向運動的第二平移機構以及在第三軸方向運動的第三平移機構，其中，第一軸方向、第二軸方向和第三軸方向構成三維直角坐標系；所述第一平移機構、第二平移機構和第三平移機構的一端分別與站內控制器相連，另一端分別與用于抓取電池的夾爪相連。5.如權利要求1所述的一種多功能無人機智能起降站系統，其特征在于，所述自主續航模塊包括無線充電模塊，其設置于智能起降站內；且當無人機保持...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬思樂，馬曉靜，孫文旭，王軍峰，王興元，丁為飛，孫景余，張佰順，陳祥海，丁為杰，陳遠方，趙月，李金剛，王勇，
申請(專利權)人：山東大學，濟南華奧控制系統有限公司，
類型：發明
國別省市：山東,37