一种移动式机巢及柔性复位控制方法与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种移动式机巢及柔性复位控制方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.目前，无人机已成为电力巡检的可靠手段，极大提高了设备巡检作业质量与效率，随着无人机与通讯技术的迅猛发展，无人机已由独立作业逐步向多种产品融合式应用演变，其中最具代表性的为机巢产品。
4.发明人发现，现有的机巢产品大多选用刚性杆式复位，通过复位杆刚性对无人机进行复位回中，需要对复位杆的移动尺寸进行更精细的监测和控制，以保证复位精度，不仅存在精细控制较为困难且控制成本较高的问题，还容易发生推力过量后的飞机损伤。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种移动式机巢及柔性复位控制方法，对柔性复位组件增加拉力，使其具备一定刚性，在推力过量复位时能够有效保护无人机，避免因推力过大锁导致的飞机损伤。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明第一方面提供了一种移动式机巢。
8.一种移动式机巢，包括：起降平台以及位于起降平台上的柔性复位组件；
9.柔性复位组件用于推动无人机承载脚架时，处于张紧状态。
10.作为本发明第一方面进一步的限定，柔性复位组件包括：沿第一方向布置相互平行的第一杆件和第二杆件，以及沿第二方向布置相互平行的第三杆件和第四杆件，第一方向与第二方向垂直。
11.作为本发明第一方面更进一步的限定，柔性复位组件的材质为橡胶或者水凝胶。
12.本发明第二方面提供了一种移动式机巢柔性复位控制方法。
13.一种移动式机巢柔性复位控制方法，利用本发明第一方面所述的移动式机巢，包括以下过程：
14.获取无人机承载脚架与起降平台的摩擦力理论值；
15.将摩擦力理论值与摩擦力实测值进行对比，得到无人机推力阈值；
16.当柔性复位组件的张力大于无人机推力阈值时，判定无人机复位受阻，降低柔性复位组件的推力，推力降低时柔性材料收缩变形。
17.作为本发明第二方面进一步的限定，根据承载脚架以及起降平台之间的摩擦系数，得到无人机承载脚架的摩擦力理论值。
18.作为本发明第二方面进一步的限定，将摩擦力理论值与实测值进行对比，得到无人机推力阈值，包括：
19.无人机推力阈值为柔性复位组件无推动情况下张紧力阙值与摩擦力的加和；
20.其中，摩擦力真实值大于摩擦力理论值时，摩擦力为摩擦力真实值，否则，摩擦力为摩擦力理论值。
21.作为本发明第二方面进一步的限定，根据中心差分格式对柔性多体多体动力学求时间域解，确定柔性复位组件的张力。
22.作为本发明第二方面进一步的限定，采用变阻式柔性传感器进行柔性复位组件的受力检测。
23.作为本发明第二方面更进一步的限定，柔性复位组件中，变阻式传感器按照蛇形网状形式分布。
24.作为本发明第二方面更进一步的限定，通过位于起降平台的驱动机构带动柔性复位组件的移动。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.本发明创新性提出了一种移动式机巢柔性复位控制方法，柔性复位组件用于推动无人机承载脚架时，处于张紧状态，使得柔性复位组件其具备一定刚性，在推力过量复位时能够有效保护无人机，兼具了现有刚性材料所提供的复位运动，同时通过其材料特性保证了无人机在复位过程中的安全性；当柔性复位组件的张力大于无人机推力阈值时，判定无人机复位受阻，降低柔性复位组件的推力，推力降低时柔性材料收缩变形，实现了无人机的双层保护，避免了因推力过大所导致的无人机挤压损伤，提高了无人机的安全性。
27.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
28.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。
29.图1为本发明实施例1提供的移动式机巢的示意简图；
30.图2为本发明实施例1提供的变阻式传感器正弦分布示意图；
31.图3为本发明实施例2提供的移动式机巢柔性复位控制方法的原理示意图；
32.其中，1-左右复位柔性体；2-前后复位柔性体；3-驱动电机。
具体实施方式
33.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
34.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。
35.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，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
36.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。
37.实施例1：
38.如图1所示，本发明实施例1提供了一种移动式机巢，包括：起降平台以及位于起降平台上的柔性复位组件；
39.柔性复位组件用于推动无人机承载脚架时，处于张紧状态。
40.柔性复位组件包括左右复位柔性体1和前后复位柔性体2，其中，左右复位柔性体1包括沿第一方向布置相互平行的第一杆件和第二杆件，前后复位柔性体2包括沿第二方向布置相互平行的第三杆件和第四杆件，第一方向与第二方向垂直。
41.本实施例中，左右复位柔性体1和前后复位柔性体2分别通过起降平台上的驱动机构驱动，优选的，本实施例中采用电机驱动，例如图1中，左右复位柔性体1采用电机3驱动，同样的，前后复位柔性体2也可以通过电机驱动。
42.本实施例中，柔性复位组件的材质为橡胶或者水凝胶；可以理解的，在其他一些实现方式中，柔性材料也可以选用其他的具备柔性功能的材料，例如聚乙烯醇(pva)、聚酯(pet)、聚酰亚胺(pi)、聚萘二甲酯乙二醇酯(pen)，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
43.本实施例中，采用变阻式柔性传感器进行张力检测，如图2所示，柔性体中变阻式传感器按照蛇形网状形式分布，从最终实现结果上来看，本发明兼具了现有刚性材料所提供的复位运动，同时通过其材料特性保证了无人机在复位过程中的安全性。
44.实施例2：
45.本发明实施例2提供了一种移动式机巢柔性复位控制方法，应用柔性体(橡胶、水凝胶类)物理特性，在无人机复位过程中对柔性材料增加拉力，使其具备一定刚性，同时在过量复位时能够有效保护无人机，避免因推力过大所导致的飞机损伤；
46.本实施例中，采用机械混合法，将石墨烯纳米片分散到柔性材料中，制作的应变和压力敏感的柔性压阻传感器，再通过机械混合法所测算的拉力，根据拟定好的柔性多体系统动力学算法，设定推力阈值，当受力超过阈值时判定无人机复位受阻，降低动力系统推力，避免飞机因推力过大所导致的挤压损伤；同时，由于动力系统推力缩减，柔性材料收缩变形，对无人机推力降低，实现无人机复位的双层保护。
47.柔性多体系统的动力学方程：
[0048][0049]
其中x、m、d、k、q和f分别为系统变量、质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵、惯性耦合力项和外力项，它们是由每一个个体的对应项组成，c、λ分别是系统约束方程的端项、约束方程的矩阵和拉氏乘子。
[0050]
利用中心差分格式对系统动力学方程进行在时间域离散最终求解，获得当前柔性体所受张力值，因作用效果是通过绳张紧后的刚性推动无人机复位，因此实际测量过程类似完全约束的绳牵引力计算，张力t求解方式具体如下：
[0051][0052]
其中，m为动力学方程质量相关矩阵，n为动力学方程速度相关矩阵，we末端执行器外力旋量向量，wg为末端执行器广义重力向量，为末端执行器速度向量，为执行器加速
度向量，ts为由结构矩阵的moore-penrose广义逆决定的张力的特解项，定义为外张力，其解唯一，结合柔性多体系统动力学方程可得；th为张力的通解项，表现为对外不做功，仅改变系统内张力分布；j为结构矩阵。n(j)∈rm×1为结构矩阵j的一维零空间基底，λ为任意标量。
[0053]
将张力算法与柔性多体系统动力学方程结合，可得ts＝f(f表示的是柔性多体系统动力学方程汇总的外力项)，柔性体张紧后的力设定为fz，柔性体(绳)应用特点是当fz张紧后，其作用效果等同于杆的推动，对无人机保护重点在于其受到各方向力低于阙值f
max
时，说明系统是正常运转，此时无人机状态正常。
[0054]
无人机推力f1的核算是根据无人机重量m1(包含脚架)，脚架材料a1，平台材料a2，根据两种材料之间摩擦力系数f1，获取系统最大推拉力f2＝f1m1g，因理论值可能会出现一定量的计算偏差，单纯以该数字作为阈值容易造成系统误判，因此需要对力进行试验测量f3对比，同时考虑平面存在微量落差时，柔性复位可正常作业。
[0055][0056]fmax
＝f1+fz[0057]
结合通过中心差分法计算柔性体动力学推力值，并根据测算无人机推力阈值f
max
对输出力进行修正，从而实现对无人机闭环保护。
[0058]
如图3所示，首先依靠中心差分格式对柔性多体多体动力学求时间域解，确定柔性体(绳)张力，然后确定无推动情况下张紧力阙值fz，再通过摩擦力计算公式求得摩擦力理论值f2，并通过实测平面实际受阻力阙值f3，将f2与f3进行比对计算，确认最终阙值f
max，
设定测定值与阙值进行比对，当超出阙值时，系统降低动力输出，避免机械损伤。
[0059]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种移动式机巢，其特征在于，包括：起降平台以及位于起降平台上的柔性复位组件；柔性复位组件用于推动无人机承载脚架时，处于张紧状态。2.如权利要求1所述的移动式机巢，其特征在于，柔性复位组件包括：沿第一方向布置相互平行的第一杆件和第二杆件，以及沿第二方向布置相互平行的第三杆件和第四杆件，第一方向与第二方向垂直。3.如权利要求1或2所述的移动式机巢，其特征在于，柔性复位组件的材质为橡胶或者水凝胶。4.一种移动式机巢柔性复位控制方法，其特征在于，利用权利要求1-3任一项所述的移动式机巢，包括以下过程：获取无人机承载脚架与起降平台的摩擦力理论值；将摩擦力理论值与摩擦力实测值进行对比，得到无人机推力阈值；当柔性复位组件的张力大于无人机推力阈值时，判定无人机复位受阻，降低柔性复位组件的推力，推力降低时柔性材料收缩变形。5.如权利要求4所述的移动式机巢柔性复位控制方法，其特征在于，根据承载脚架以及起降平台之间的摩擦系数，得到无人机承载脚架的摩擦力理论值。6.如权利要求4所述的移动式机巢柔性复位控制方法，其特征在于，将摩擦力理论值与实测值进行对比，得到无人机推力阈值，包括：无人机推力阈值为柔性复位组件无推动情况下张紧力阙值与摩擦力的加和；其中，摩擦力真实值大于摩擦力理论值时，摩擦力为摩擦力真实值，否则，摩擦力为摩擦力理论值。7.如权利要求4所述的移动式机巢柔性复位控制方法，其特征在于，根据中心差分格式对柔性多体多体动力学求时间域解，确定柔性复位组件的张力。8.如权利要求4所述的移动式机巢柔性复位控制方法，其特征在于，采用变阻式柔性传感器进行柔性复位组件的受力检测。9.如权利要求8所述的移动式机巢柔性复位控制方法，其特征在于，柔性复位组件中，变阻式传感器按照蛇形网状形式分布。10.如权利要求8所述的移动式机巢柔性复位控制方法，其特征在于，通过位于起降平台的驱动机构带动柔性复位组件的移动。

技术总结
本发明提供了一种移动式机巢及柔性复位控制方法，移动式机巢包括：起降平台以及位于起降平台上的柔性复位组件；柔性复位组件用于推动无人机承载脚架时，处于张紧状态；所述柔性复位控制方法，包括：获取无人机承载脚架与起降平台的摩擦力理论值；将摩擦力理论值与摩擦力实测值进行对比，得到无人机推力阈值；当柔性复位组件的张力大于无人机推力阈值时，判定无人机复位受阻，降低柔性复位组件的推力，推力降低时柔性材料收缩变形；本发明对柔性复位组件增加拉力，使其具备一定刚性，在推力过量复位时能够有效保护无人机，避免因推力过大锁导致的飞机损伤。锁导致的飞机损伤。锁导致的飞机损伤。


技术研发人员：吕建红 孙磊 周大洲 魏来福 李豹 赵辰宇 颜嘉栋 刘敦秀 王涛 高绍楠 聂大川 刘镇远 耿凯伦
受保护的技术使用者：国网智能科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/9/12