CN114164776B - 一种无人机机巢及其作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无人机机巢及其作业方法，包括设于机巢主体内的承载机构、竖向固定机构和横向固定机构；承载机构包括可伸缩的降落平台和第一电机；竖向固定机构包括第一回中杆，一端通过转动轴设于机巢主体的侧壁上，第一回中杆设齿轮，降落平台设与齿轮啮合的齿条，通过齿轮齿条啮合驱动第一回中杆绕轴转动；横向固定机构包括转动杆、第二回中杆和第二电机，转动杆的两端设于机巢主体的侧壁上，第二回中杆设于转动杆上；转动杆由第二电机驱动，以沿降落平台移动方向的反方向转动，从而驱动第二回中杆沿降落平台移动方向的垂直方向移动。在无人机下降至降落平台时实现对无人机的横向和竖向的约束；且在不同地形下均可设置，实现场景多样化。

Description

一种无人机机巢及其作业方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机机巢及其作业方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

无人机进行线路巡检时需要长时间飞行，以执行巡检任务，在非任务期间需要完成无人机的巡检数据交换及充电任务。随着无人机技术不断应用，无人机的作业场景越来越多样化。多数现场对于无人机产品都有一定的距离，驱车到现场进行作业，能够让无人机在现场直接等待作业任务，根据任务需求及时进行巡检作业是一种更为有效且节约人力的方式，所以需要在现场设置承载无人机的机巢。

发明人认为，目前的无人机机巢产品至少存在以下问题：

(1)由于无人机机巢既要满足一定区域内的巡检要求，又需占用一定的空间，所以选址难度大，故大多数无人机机巢选址后，不轻易改变选址位置，位置固定且大多设于空旷且平稳的位置，例如部署在变电站内的无人机机巢仅适用于变电站的巡检环境，由于变电站场地大，机巢尺寸对选址的影响小，但是却不易移动到如杆塔等其他场景下使用，所以机巢选址受限，其作业范围同样受到限制。

(2)应用场景单一，当无人机需在多场景下执行巡检任务时，如当面临特殊场地、山地附近或搭载车辆使用时，固定式机巢由于受场景的影响，无法满足任意场景下的实施。

(3)相对于平地设置的机巢，在特殊场地、山地附近、搭载车辆使用或依托不同地形下的杆塔设置时，存在无人机停放稳定性的问题，存在无人机降落后，因对无人机约束不当而造成损坏等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种无人机机巢及其作业方法，通过竖向固定机构和横向固定机构，在无人机下降至降落平台，并被驱动复位时，实现对无人机的横向和竖向的约束；且本发明的无人机机巢可作为通用型机巢，实现应用场景多样化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种无人机机巢，包括：机巢主体，以及设于机巢主体内的承载机构、竖向固定机构和横向固定机构；所述承载机构包括第一电机和由第一电机驱动的降落平台；

所述竖向固定机构和横向固定机构用于进行双驱动式的降落平台的侧推和无人机的回中；其中，所述竖向固定机构包括第一回中杆，第一回中杆的一端通过转动轴设于机巢主体的侧壁上，第一回中杆上设有齿轮，降落平台上设有与齿轮啮合的齿条，通过齿轮和齿条的啮合驱动第一回中杆绕转动轴转动；

所述横向固定机构包括转动杆、第二回中杆和第二电机，转动杆的两端设于机巢主体的侧壁上，第二回中杆设于转动杆上；转动杆由第二电机驱动，以相对机巢主体，沿降落平台移动方向的反方向转动，从而驱动第二回中杆沿降落平台移动方向的垂直方向移动。

作为可选择的实施方式，在机巢主体相对的两个侧壁上均设有第一回中杆，在齿轮和齿条的啮合下，两侧的第一回中杆绕轴转动，以使第一回中杆的另一端均向中间位置移动或向两侧方向打开。

作为可选择的实施方式，所述转动杆的两端各设一个第二回中杆，在降落平台被驱动复位时，转动杆正向转动，两端的第二回中杆沿转动杆向中间位置移动，以横向约束固无人机；通过齿条和齿轮的啮合，带动两侧的第一回中杆向中间位置移动，以竖向约束无人机。

作为可选择的实施方式，所述转动杆的两端各设一个第二回中杆，在降落平台被推出机巢主体时，转动杆逆向转动，两端的第二回中杆沿转动杆向两侧移动，以解除对无人机的横向约束；通过齿条和齿轮的啮合，带动两侧的第一回中杆向两侧打开，以解除对无人机的竖向约束。

作为可选择的实施方式，所述机巢主体为矩形框架结构，在机巢主体的顶端设有斜坡式顶盖，所述斜坡式顶盖上设有太阳能光伏板。

作为可选择的实施方式，在所述机巢主体相对的两个侧壁上均设有滑轨，所述转动杆的两端通过滚动滑轮设于滑轨上。

作为可选择的实施方式，所述转动杆上设有螺纹，第二回中杆随转动杆的转动沿螺纹单向移动。

作为可选择的实施方式，所述第二回中杆通过滑槽设于转动杆上。

作为可选择的实施方式，在所述机巢主体内还设有充电杆，所述充电杆上设有若干充电端口。

第二方面，本发明提供一种利用第一方面所述的无人机机巢的作业方法，包括：

在无人机下降至降落平台时，由第二电机驱动转动杆相对机巢主体沿降落平台移动方向的反方向转动，从而驱动第二回中杆沿转动杆向中间位置移动，以横向约束固定无人机；同时通过齿条和齿轮的啮合，带动第一回中杆向中间位置移动，以竖向约束固定无人机；

在降落平台被推出时，由第二电机驱动转动杆相对机巢主体沿降落平台移动方向的反方向转动，从而驱动第二回中杆沿转动杆向两侧移动，以解除对无人机的横向约束；同时通过齿条和齿轮的啮合，带动第一回中杆向两侧打开，解除对无人机的竖向约束。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明创新性研制一种通用型无人机机巢，设计对无人机横向约束和纵向约束的双约束技术，提出回中杆组固定机构与齿轮齿条机构相配合的方法进行无人机回中，解决无人机机巢单一场景的局限性以及无人机停放稳定性的问题；提高无人机在不同巡检环境下降落的稳定性，且无人机机巢作为通用型机巢，支持远程遥控作业，显著提升巡检作业效率，实现应用场景多样化，实现无人机在更大范围内的覆盖。

本发明创新性研制一种无人机机巢的作业方法，设计双驱动式的降落平台侧推技术，提出回中杆组固定机构与齿轮齿条机构相配合的方法进行无人机回中，降落平台的推拉式设计减少机巢的占用面积，解决无人机机巢选址受限，作业范围受限，以及单一场景的局限性问题，机巢选址灵活，作业范围更广。

本发明提出的无人机机巢中，转动杆设于机巢主体的两侧壁的滑轨上，且转动杆上设有螺纹，第二回中杆通过滑槽随转动杆的转动沿螺纹移动，实现第二回中杆的单向移动。

本发明的无人机机巢在顶盖上设有太阳能光伏板，通过太阳能光伏板吸收光能，并将光能转化为电能储存，以作为机巢的电量支撑，同时将顶盖设计为斜坡式，以防止机巢顶部积水。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的无人机机巢示意图；

图2为本发明实施例1提供的无人机机巢主体示意图；

图3为本发明实施例1提供的第一回中杆底部齿轮驱动示意图；

图4为本发明实施例1提供的第一回中杆和第二回中杆的复位示意图；

图5(a)-5(b)为本发明实施例1提供的无人机回中示意图；

图6(a)-6(b)为本发明实施例1提供的无人机降落示意图；

图7为本发明实施例1提供的无人机机巢安装示意图；

其中，1、杆塔，2、机巢底撑，3、机巢，4、降落平台，5、顶盖，6、机巢主体，7、转动杆，8、第二电机，9、第一电机，10、第二回中杆，11、充电杆，12、充电端口，13、第一回中杆，14、齿条，15、固定座。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供一种小型化无人机机巢，包括：机巢主体，以及设于机巢主体内的承载机构、竖向固定机构和横向固定机构；所述承载机构包括第一电机和由第一电机驱动的降落平台；

所述竖向固定机构和横向固定机构用于进行双驱动式的降落平台的侧推和无人机的回中；其中，所述竖向固定机构包括第一回中杆，第一回中杆的一端通过转动轴设于机巢主体的侧壁上，第一回中杆上设有齿轮，降落平台上设有与齿轮啮合的齿条，通过齿轮和齿条的啮合驱动第一回中杆绕转动轴转动；

所述横向固定机构包括转动杆、第二回中杆和第二电机，转动杆的两端设于机巢主体的侧壁上，第二回中杆设于转动杆上；转动杆由第二电机驱动，以相对机巢主体，沿降落平台移动方向的反方向转动，从而驱动第二回中杆沿降落平台移动方向的垂直方向移动。

在本实施例中，所述机巢主体6为矩形框架结构，所述机巢主体6的顶端设有顶盖5；所述顶盖5上设有太阳能光伏板，通过太阳能光伏板吸收光能，并将光能转化为电能储存，以作为机巢的电量支撑。

优选地，所述顶盖5为斜坡式设计，以防止机巢顶部积水。

在本实施例中，所述机巢主体6内设有可伸缩的降落平台4，在无人机降落时，降落平台4在机巢主体6内部被推出以承载无人机，无人机降落后，降落平台4回收至机巢主体6内；在无人机执行巡检任务时，降落平台4在机巢主体6内部被推出，无人机起飞，随后降落平台4被回收至机巢主体6内。

在本实施例中，所述机巢主体6三面封闭，前向面与降落平台4形成封闭面，保证机巢整体的防护性能。

在本实施例中，所述第一电机9通过杆与降落平台4连接，以驱动降落平台4推出机巢主体6外，或回收至机巢主体6内。

优选地，第一电机9设为2个。

在本实施例中，如图2所示，在所述机巢主体6的两端设有滑轨，所述转动杆7两端通过滚动滑轮设于机巢主体6的滑轨上，由第二电机8控制转动杆7转动；所述转动杆7的转动方向与降落平台4的移动方向相反。

所述第二回中杆10的端部设有滑槽，在转动杆7的两端各设一个第二回中杆10，所述第二回中杆10通过滑槽设于转动杆7上，随转动杆7的转动，沿转动杆7方向做单向运动，即沿与转动杆7转动方向的垂直方向做横向运动。

所述转动杆7上设有螺纹，第二回中杆10通过滑槽随转动杆7的转动沿螺纹单向移动。

优选地，所述转动杆7采用丝杠。

所述转动杆7在第二电机8的驱动下在滑轨上转动，根据转动杆7的转动方向控制第二回中杆10的运动方向；

优选地，在转动杆7正向转动时，两侧的第二回中杆10做回中运动，即向中间位置移动；在转动杆7逆向转动时，两侧的第二回中杆10向反方向移动，即往两侧打开；通过转动杆7在滑轨的转动配合第二回中杆10通过滑槽的移动，平衡第二回中杆10随转动杆7进行往复运动的作用力，保证第二回中杆10是单向自由度的位移。

优选地，在降落平台4推出时，转动杆7逆向转动时，两侧的第二回中杆10向反方向移动，即往两侧打开；此时，也用于第二回中杆10打开后，降落平台4上的无人机能够飞出；

在降落平台回收复位时，转动杆7正向转动时，两侧的第二回中杆10做回中运动，即向中间位置移动；此时，也用于无人机在降落平台上的横向复位，横向约束固定无人机。

在本实施例中，在机巢主体6相对的两个侧壁上均设有第一回中杆13，在齿轮和齿条的啮合下，两侧的第一回中杆13绕轴转动，以使第一回中杆13的另一端均向中间位置移动或向两侧方向打开。

在本实施例中，如图3所示，所述第一回中杆13上设有齿轮，降落平台4上通过螺丝连接齿条14，齿条14与齿轮啮合；在降落平台推出和回退时，齿轮转动，通过齿轮齿条的啮合，带动第一回中杆13绕轴转动；第一回中杆13绕轴转动时，通过齿轮齿条传动将移动动力转换为转动动力力矩。

优选地，第一回中杆13用于对无人机的竖向复位，第一回中杆13通过转动轴做绕轴心的圆周转动，经转动另一端绕轴心向中间位置转动，以固定无人机。

在本实施例中，通过第二回中杆10与第一回中杆13共同推动完成对无人机的复位；如图4所示，无人机复位分为两个部分，一部分通过第二回中杆10的推动横向复位，一部分通过第一回中杆13的转动完成竖向复位。

优选地，在无人机起飞前，第一电机9推动降落平台4，以将机巢主体6的前侧打开，在打开的过程中，打开第二回中杆10，通过转动杆7的逆向转动，两侧的第二回中杆10向反方向移动，即往两侧打开，解除对无人机的横向固定；同时与降落平台4相连接的齿条与降落平台4同步前推，通过降落平台4中齿条14和第一回中杆13中齿轮的啮合，带动第一回中杆13的转动，两侧的第一回中杆13通过绕轴转动，也向两侧打开，解除对无人机的竖向固定，从而使得无人机根据规划航线自主起飞，进行巡检作业。

无人机完成巡检任务以后，通过视觉辅助进行精准降落到降落平台4上，然后第一电机9带动降落平台4进行关舱动作，关闭舱门的过程中，通过转动杆7的正向转动，两侧的第二回中杆10做回中运动，即向中间位置移动，以完成对无人机的横向复位；同时通过齿条14和齿轮的啮合，带动第一回中杆13转动，两侧的第一回中杆13通过绕轴转动，向中间移动，以固定无人机，完成无人机的竖向复位。如图5(a)-5(b)和图6(a)-6(b)所示为无人机回中与降落示意图。

在本实施例中，在机巢主体6的两端还设有充电杆11，所述充电杆上设有若干充电端口12，无人机复位后，无人机底部的充电触板接触充电端口12，通过机巢控制指令进行充电。

当无人机执行巡检任务时，首先检测电池剩余电量，当电量不足时，通过充电端口12为无人机动力电池充电；当无人机电量充足时，推出降落平台4，以使无人机起飞。

在更多实施例中，上述无人机机巢作为一种通用型无人机机巢，可应用于杆塔上，其安装过程如图7所示，机巢3通过机巢底撑2安装在杆塔1上，机巢3通过螺丝与机巢底撑连接，机巢底撑2通过螺栓固定安装于杆塔1上。在不同地形下均可依托杆塔设置，能够实现场景多样化。

在更多实施例中，上述无人机机巢可搭配车载无人机使用，将无人机机巢通过机巢底撑安装于车顶。

在更多实施例中，上述无人机机巢的作业方法，包括：

在无人机下降至降落平台，并被驱动复位时，由第二电机驱动转动杆相对机巢主体沿降落平台移动方向的反方向转动，从而驱动第二回中杆沿转动杆向中间位置移动，以横向约束固定无人机；同时通过齿条和齿轮的啮合，带动第一回中杆向中间位置移动，以竖向约束固定无人机；

在降落平台被推出时，由第二电机驱动转动杆相对机巢主体沿降落平台移动方向的反方向转动，从而驱动第二回中杆沿转动杆向两侧移动，以解除对无人机的横向约束；同时通过齿条和齿轮的啮合，带动第一回中杆向两侧打开，解除对无人机的竖向约束。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种无人机机巢作业方法，其特征在于，使用一种无人机机巢，所述无人机机巢包括：机巢主体，以及设于机巢主体内的承载机构、竖向固定机构和横向固定机构；所述承载机构包括第一电机和由第一电机驱动的降落平台；

所述竖向固定机构和横向固定机构用于进行双驱动式的降落平台的侧推和无人机的回中；其中，

所述竖向固定机构包括第一回中杆，在机巢主体相对的两个侧壁上均设有第一回中杆，第一回中杆的一端通过转动轴设于机巢主体的侧壁上，第一回中杆上设有齿轮，降落平台上设有与齿轮啮合的齿条，在降落平台被驱动复位和被推出时，齿轮转动，通过齿轮和齿条的啮合驱动两侧的第一回中杆绕转动轴转动，以使第一回中杆的另一端均向中间位置移动或向两侧方向打开；

所述横向固定机构包括转动杆、第二回中杆和第二电机，转动杆的两端设于机巢主体的侧壁上，转动杆的两端各设一个第二回中杆；转动杆由第二电机驱动，以相对机巢主体，沿降落平台移动方向的反方向转动，从而驱动第二回中杆沿降落平台移动方向的垂直方向移动；

所述转动杆上设有螺纹，第二回中杆随转动杆的转动沿螺纹单向移动，通过转动杆的转动配合第二回中杆的移动，平衡第二回中杆随转动杆进行往复运动的作用力，保证第二回中杆单向自由度的位移；

该作业方法包括：

在无人机下降至降落平台时，由第二电机驱动转动杆相对机巢主体沿降落平台移动方向的反方向转动，从而驱动第二回中杆沿转动杆向中间位置移动，以横向约束固定无人机；同时通过齿条和齿轮的啮合，带动第一回中杆向中间位置移动，以竖向约束固定无人机；

在降落平台被推出时，由第二电机驱动转动杆相对机巢主体沿降落平台移动方向的反方向转动，从而驱动第二回中杆沿转动杆向两侧移动，以解除对无人机的横向约束；同时通过齿条和齿轮的啮合，带动第一回中杆向两侧打开，解除对无人机的竖向约束。

2.如权利要求1所述的一种无人机机巢作业方法，其特征在于，所述机巢主体为矩形框架结构，在机巢主体的顶端设有斜坡式顶盖，所述斜坡式顶盖上设有太阳能光伏板。

3.如权利要求1所述的一种无人机机巢作业方法，其特征在于，在所述机巢主体相对的两个侧壁上均设有滑轨，所述转动杆的两端通过滚动滑轮设于滑轨上。

4.如权利要求1所述的一种无人机机巢作业方法，其特征在于，所述第二回中杆通过滑槽设于转动杆上。

5.如权利要求1所述的一种无人机机巢作业方法，其特征在于，在所述机巢主体内还设有充电杆，所述充电杆上设有若干充电端口。