一种能够精准停靠的无人机装置的制作方法

1.本发明涉及无人机系统技术领域，具体涉及一种能够精准停靠的无人机装置。


背景技术：

2.无人机作为国家电网巡线中的一种新应用，能够避免地形对巡检的限制，且费用效比低，必然用于一些复杂地形地貌区域对搭建输电线路进行辅助，但是现有的无人机续航能力差，不能大范围覆盖使用，为了弥补无人机续航能力不足的问题就需要对无人机进行快速停靠，并自主便捷更换电池，目前较多的方式采用无人机更换电池的平台，利用机器手臂和视觉定位来执行更换电池操作，也就是用机器手臂自动调整角度将旧电池拆下来更换新电池，但是在实际执行过程中，由于无人机难以精准停靠，导致机器手臂更换过程出错，不能安全稳定运行，无法满足实际需要。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种能够精准停靠的无人机装置。
4.一种能够精准停靠的无人机装置，包括地下基台组件和无人机飞行组件，所述无人机飞行组件包括机身主体，所述机身主体四周设置有旋翼结构，所述旋翼结构底部设置有上牵引模块，所述机身主体底部设置有限位结构，所述地下基台组件包括托盘平台，所述托盘平台中央设置有定位结构，所述托盘平台顶面设置有下牵引模块；其中，所述限位结构包括设置在机身主体底部并且能够沿竖向方向移动的限位体，所述限位体包括开设在其底面的限位槽，所述限位槽四周侧壁呈下大上小的锥面状；所述定位结构包括固定在托盘平台下方的升降部和设置在托盘平面上方的定位体，所述定位体四周侧壁呈下大上小的锥面状，所述升降部连接所述定位体并且能够带动所述定位体沿竖向方向移动；所述上牵引模块用于获取所述下牵引模块的位置信息并根据位置信息调节旋翼结构运行状态，以使所述上牵引模块正对所述下牵引模块，所述上牵引模块还用于在正对所述下牵引模块后控制旋翼结构降速。整个无人机装置中，通过地下基台组件和无人机飞行组件两部分组成，当无人机飞行组件停靠在地下基台组件上后，通过机器手臂和视觉定位来执行更换电池操作，机器手臂自动调整角度将旧电池拆下来更换为新电池，更换结束后，无人机飞行组件可以飞走继续执行空中作业，其中，机器手臂操作过程所需要的电池来源于充电桩。
5.优选地，旋翼结构包括沿圆周方向均匀设置在所述机身主体四周的飞行旋翼，所述上牵引模块包括多个分别设置在多个飞行旋翼底部的上牵引单元，所述下牵引模块包括呈环状的下牵引带，所述下牵引带上设置下牵引单元。飞行旋翼可以根据需要进行不同数量的安装，一般最低四个，一方面保证平衡力，另一方面保证上牵引单元可安装区域的面积，提高上牵引单元的使用可靠性。
6.优选地，上牵引单元包括位置传感器、速度控制器和姿态角控制器，所述位置传感器用于感应下牵引单元的位置信息，所述速度控制器用于根据位置信息计算位移控制量并控制飞行旋翼转动速度，所述姿态角控制器用于根据位置信息计算多个飞行旋翼的耦合位
移量并根据耦合位移量调节多个飞行旋翼的运动状态。一般地，上牵引单元和下牵引单元处于一定距离范围内后，位置传感器直接感应到下牵引单元的位置信息，该位置信息必须包含水平方向上的位置信息，然后速度控制器根据该位置信息计算飞行旋翼与该水平位置的位移量差值，位移量差值转化为位移控制量，然后再精确地控制每个单独飞行旋翼转动速度，而姿态角控制器根据该位置信息计算所有飞行自由度下飞行旋翼之间的耦合位移量，也就是需要多种姿态运动后才能到达该位置信息包含的水平方向上的位置，再控制调节多个飞行旋翼的运动状态。
7.优选地，下牵引单元包括能够与所述位置传感器形成感应机制的感应带。感应带可以是预设图像、预设文字或预设颜色等，也可以是相关信息发射源，通过在一定距离范围内，能够与位置传感器之间形成感应机制。
8.优选地，升降部包括固定于所述托盘平台下方的动力源，所述动力源连接有升降柄，所述升降柄上固定有支撑杆，所述支撑杆穿过所述托盘平台并且在其顶部固定所述定位体；其中，所述动力源用于带动所述升降部沿竖向方向做升降运动。动力源可以是推杆或电机等，能够带动升降柄沿竖向方向做升降运动，升降柄运动后带动支撑杆运动，从而使得定位体进行升降运动。
9.优选地，机身主体底部开设有滑动通道，所述滑动通道内穿设所述限位体。限位体接触滑动通道内壁，保证限位体与机身主体之间不会发生水平方向上的相对移动，限位体只能沿着滑动通道内壁滑动。
10.优选地，所述限位体顶面设置有位于机身主体内部的防撞弹簧。防撞弹簧能够保证限位体与其他结构碰撞后有一定范围空间补偿，提高结构可靠性。
11.优选地，机身主体底部设置有防护框，所述防护框围设在所述限位结构四周。防护框能够保护限位结构不会被外界物体直接碰撞，进一步地提高结构可靠性。
12.优选地，机身主体顶部设置有电池箱。电池箱用来防止电源，电源主要是锂电池。
13.优选地，机身主体底部固定有用于支撑机身主体的机架。机架能够接触地面并将机身主体支撑起来，避免机身主体底部的限位结构直接接触地面。
14.本发明的有益效果体现在：
15.在本发明中，无人机飞行组件利用机身主体的设置，提供四周旋翼结构的安装空间，从而将整个上牵引模块呈环状展开，与其对应的，地下基台组件的托盘平台上也同时设置下牵引结构，上牵引结构与下牵引结构在一定距离内后，二者之间能够形成信息交流，利用上牵引结构来对旋翼结构的运行状态进行调节，从而改变整个无人机飞行组件的位置，直至上牵引结构和下牵引结构刚好相互正对，此时降低旋翼结构速度，保证无人机装置按预设轨迹降落，使得整个定位结构与限位结构也能够相互正对，从而在一定程度内实现了停靠的精准程度，更关键的是，在这一基础上，能够使得无人机飞行组件在降落后，其底部的限位槽能够顺利包围在整个定位体四周，而限位槽四周侧壁呈下大上小的锥面状，同时定位体四周侧面也呈下大上小的锥面状，这样一来，当升降部启动后抬升定位体后，定位体倾斜会直接接触限位槽倾斜表面，由于定位体的水平位置不会被改变，在重力作用下，整个限位体会在限位槽与定位体的挤压下进行一定范围内的水平移动，随后升降部复位并完成水平位置调节过程，最终无人机飞行组件的位置基于定位体的位置来来实现，从而实现整个无人机装置无比精准地停靠，提高整个无人机装置的安全稳定性，满足各类型实际需要。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
17.图1为本发明无人机飞行组件的结构示意图；
18.图2为本发明地下基台组件的结构俯视图；
19.图3为本发明一种状态下的结构透视图；
20.图4为本发明另一种状态下的结构透视图；
21.图5为本发明又一种状态下的结构透视图。
22.附图标记：
23.1-地下基台组件，11-托盘平台，12-定位结构，121-升降部，1211-动力源，1212-升降柄，1213-支撑杆，122-定位体，13-下牵引模块，131-下牵引带，132-下牵引单元，2-无人机飞行组件，21-机身主体，211-滑动通道，212-防护框，213-电池箱，214-机架，22-旋翼结构，221-飞行旋翼，23-上牵引模块，231-上牵引单元，24-限位结构，241-限位体，242-限位槽，243-防撞弹簧。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和出示的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.如图1至图5所示，一种能够精准停靠的无人机装置，包括地下基台组件1和无人机飞行组件2，无人机飞行组件2包括机身主体21，机身主体21四周设置有旋翼结构22，旋翼结构22底部设置有上牵引模块23，机身主体21底部设置有限位结构24，地下基台组件1包括托盘平台11，托盘平台11中央设置有定位结构12，托盘平台11顶面设置有下牵引模块13；其中，限位结构24包括设置在机身主体21底部并且能够沿竖向方向移动的限位体241，限位体241包括开设在其底面的限位槽242，限位槽242四周侧壁呈下大上小的锥面状；定位结构12包括固定在托盘平台11下方的升降部121和设置在托盘平面上方的定位体122，定位体122
四周侧壁呈下大上小的锥面状，升降部121连接定位体122并且能够带动定位体122沿竖向方向移动；上牵引模块23用于获取下牵引模块13的位置信息并根据位置信息调节旋翼结构22运行状态，以使上牵引模块23正对下牵引模块13，上牵引模块23还用于在正对下牵引模块13后控制旋翼结构22降速。
29.在本实施方式中，需要说明的是，整个无人机装置中，通过地下基台组件1和无人机飞行组件2两部分组成，当无人机飞行组件2停靠在地下基台组件1上后，通过机器手臂和视觉定位来执行更换电池操作，机器手臂自动调整角度将旧电池拆下来更换为新电池，更换结束后，无人机飞行组件2可以飞走继续执行空中作业，其中，机器手臂操作过程所需要的电池来源于充电桩。具体地，无人机飞行组件2利用机身主体21的设置，提供四周旋翼结构22的安装空间，从而将整个上牵引模块23呈环状展开，与其对应的，地下基台组件1的托盘平台11上也同时设置下牵引结构，上牵引结构与下牵引结构在一定距离内后，二者之间能够形成信息交流，利用上牵引结构来对旋翼结构22的运行状态进行调节，从而改变整个无人机飞行组件2的位置，直至上牵引结构和下牵引结构刚好相互正对，此时降低旋翼结构22速度，保证无人机装置按预设轨迹降落，使得整个定位结构12与限位结构24也能够相互正对，从而在一定程度内实现了停靠的精准程度，更关键的是，在这一基础上，能够使得无人机飞行组件2在降落后，其底部的限位槽242能够顺利包围在整个定位体122四周，而限位槽242四周侧壁呈下大上小的锥面状，同时定位体122四周侧面也呈下大上小的锥面状，这样一来，当升降部121启动后抬升定位体122后，定位体122倾斜会直接接触限位槽242倾斜表面，由于定位体122的水平位置不会被改变，在重力作用下，整个限位体241会在限位槽242与定位体122的挤压下进行一定范围内的水平移动(如图3至图5所示)，随后升降部121复位并完成水平位置调节过程，最终无人机飞行组件2的位置基于定位体122的位置来来实现，从而实现整个无人机装置无比精准地停靠，提高整个无人机装置的安全稳定性，满足各类型实际需要。
30.具体地，旋翼结构22包括沿圆周方向均匀设置在机身主体21四周的飞行旋翼221，上牵引模块23包括多个分别设置在多个飞行旋翼221底部的上牵引单元231，下牵引模块13包括呈环状的下牵引带131，下牵引带131上设置下牵引单元132。
31.在本实施方式中，需要说明的是，飞行旋翼221可以根据需要进行不同数量的安装，一般最低四个，一方面保证平衡力，另一方面保证上牵引单元231可安装区域的面积，提高上牵引单元231的使用可靠性。
32.具体地，上牵引单元231包括位置传感器、速度控制器和姿态角控制器，位置传感器用于感应下牵引单元132的位置信息，速度控制器用于根据位置信息计算位移控制量并控制飞行旋翼221转动速度，姿态角控制器用于根据位置信息计算多个飞行旋翼221的耦合位移量并根据耦合位移量调节多个飞行旋翼221的运动状态。
33.在本实施方式中，需要说明的是，一般地，上牵引单元231和下牵引单元132处于一定距离范围内后，位置传感器直接感应到下牵引单元132的位置信息，该位置信息必须包含水平方向上的位置信息，然后速度控制器根据该位置信息计算飞行旋翼221与该水平位置的位移量差值，位移量差值转化为位移控制量，然后再精确地控制每个单独飞行旋翼221转动速度，而姿态角控制器根据该位置信息计算所有飞行自由度下飞行旋翼221之间的耦合位移量，也就是需要多种姿态运动后才能到达该位置信息包含的水平方向上的位置，再控
制调节多个飞行旋翼221的运动状态。
34.具体地，下牵引单元132包括能够与位置传感器形成感应机制的感应带。
35.在本实施方式中，需要说明的是，感应带可以是预设图像、预设文字或预设颜色等，也可以是相关信息发射源，通过在一定距离范围内，能够与位置传感器之间形成感应机制。
36.具体地，升降部121包括固定于托盘平台11下方的动力源1211，动力源1211连接有升降柄1212，升降柄1212上固定有支撑杆1213，支撑杆1213穿过托盘平台11并且在其顶部固定定位体122；其中，动力源1211用于带动升降部121沿竖向方向做升降运动。
37.在本实施方式中，需要说明的是，动力源1211可以是推杆或电机等，能够带动升降柄1212沿竖向方向做升降运动，升降柄1212运动后带动支撑杆1213运动，从而使得定位体122进行升降运动。
38.具体地，机身主体21底部开设有滑动通道211，滑动通道211内穿设限位体241。
39.在本实施方式中，需要说明的是，限位体241接触滑动通道211内壁，保证限位体241与机身主体21之间不会发生水平方向上的相对移动，限位体241只能沿着滑动通道211内壁滑动。
40.具体地，限位体241顶面设置有位于机身主体21内部的防撞弹簧243。
41.在本实施方式中，需要说明的是，防撞弹簧243能够保证限位体241与其他结构碰撞后有一定范围空间补偿，提高结构可靠性。
42.具体地，机身主体21底部设置有防护框212，防护框212围设在限位结构24四周。
43.在本实施方式中，需要说明的是，防护框212能够保护限位结构24不会被外界物体直接碰撞，进一步地提高结构可靠性。
44.具体地，机身主体21顶部设置有电池箱213。
45.在本实施方式中，需要说明的是，电池箱213用来防止电源，电源主要是锂电池。
46.具体地，机身主体21底部固定有用于支撑机身主体21的机架214。
47.在本实施方式中，需要说明的是，机架214能够接触地面并将机身主体21支撑起来，避免机身主体21底部的限位结构24直接接触地面。
48.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：
1.一种能够精准停靠的无人机装置，其特征在于，包括地下基台组件和无人机飞行组件，所述无人机飞行组件包括机身主体，所述机身主体四周设置有旋翼结构，所述旋翼结构底部设置有上牵引模块，所述机身主体底部设置有限位结构，所述地下基台组件包括托盘平台，所述托盘平台中央设置有定位结构，所述托盘平台顶面设置有下牵引模块；其中，所述限位结构包括设置在机身主体底部并且能够沿竖向方向移动的限位体，所述限位体包括开设在其底面的限位槽，所述限位槽四周侧壁呈下大上小的锥面状；所述定位结构包括固定在托盘平台下方的升降部和设置在托盘平面上方的定位体，所述定位体四周侧壁呈下大上小的锥面状，所述升降部连接所述定位体并且能够带动所述定位体沿竖向方向移动；所述上牵引模块用于获取所述下牵引模块的位置信息并根据位置信息调节旋翼结构运行状态，以使所述上牵引模块正对所述下牵引模块，所述上牵引模块还用于在正对所述下牵引模块后控制旋翼结构降速。2.根据权利要求1所述的能够精准停靠的无人机装置，其特征在于，所述旋翼结构包括沿圆周方向均匀设置在所述机身主体四周的飞行旋翼，所述上牵引模块包括多个分别设置在多个飞行旋翼底部的上牵引单元，所述下牵引模块包括呈环状的下牵引带，所述下牵引带上设置下牵引单元。3.根据权利要求1所述的能够精准停靠的无人机装置，其特征在于，所述上牵引单元包括位置传感器、速度控制器和姿态角控制器，所述位置传感器用于感应下牵引单元的位置信息，所述速度控制器用于根据位置信息计算位移控制量并控制飞行旋翼转动速度，所述姿态角控制器用于根据位置信息计算多个飞行旋翼的耦合位移量并根据耦合位移量调节多个飞行旋翼的运动状态。4.根据权利要求3所述的能够精准停靠的无人机装置，其特征在于，所述下牵引单元包括能够与所述位置传感器形成感应机制的感应带。5.根据权利要求1所述的能够精准停靠的无人机装置，其特征在于，所述升降部包括固定于所述托盘平台下方的动力源，所述动力源连接有升降柄，所述升降柄上固定有支撑杆，所述支撑杆穿过所述托盘平台并且在其顶部固定所述定位体；其中，所述动力源用于带动所述升降部沿竖向方向做升降运动。6.根据权利要求1所述的能够精准停靠的无人机装置，其特征在于，所述机身主体底部开设有滑动通道，所述滑动通道内穿设所述限位体。7.根据权利要求1所述的能够精准停靠的无人机装置，其特征在于，所述所述限位体顶面设置有位于机身主体内部的防撞弹簧。8.根据权利要求1所述的能够精准停靠的无人机装置，其特征在于，所述机身主体底部设置有防护框，所述防护框围设在所述限位结构四周。9.根据权利要求1所述的能够精准停靠的无人机装置，其特征在于，所述机身主体顶部设置有电池箱。10.根据权利要求1所述的能够精准停靠的无人机装置，其特征在于，所述机身主体底部固定有用于支撑机身主体的机架。

技术总结
本发明公开了一种能够精准停靠的无人机装置，涉及无人机系统技术领域，包括地下基台组件和无人机飞行组件，无人机飞行组件包括机身主体，机身主体四周设置有旋翼结构，旋翼结构底部设置有上牵引模块，机身主体底部设置有限位结构，地下基台组件包括托盘平台，托盘平台中央设置有定位结构，托盘平台顶面设置有下牵引模块，限位结构包括限位体，限位体包括开设在其底面的限位槽，定位结构包括定位体和升降部，上牵引模块用于获取下牵引模块的位置信息并根据位置信息调节旋翼结构运行状态，以使上牵引模块正对下牵引模块，上牵引模块还用于在正对下牵引模块后控制旋翼结构降速。本发明具有自动化程度高、安全稳定和停靠精准的优点。点。点。


技术研发人员：孙海亮
受保护的技术使用者：孙海亮
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/5/24