一种多功能无人机智能起降站系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多功能无人机智能起降站系统，包括视觉粗定位模块，其包括站内控制器，其与图像采集装置相连，图像采集装置设置于起降站内且用于实时采集无人机图像，并传送至站内控制器，再经机载控制器来控制无人机的降落高度及无人机机头的方向；精定位模块，其包括用于承载无人机的支撑架；所述支撑架上安装有与无人机旋翼相匹配的凹槽，且每个凹槽的与无人机支架相接触的侧面上均开设有豁口，所述豁口用于支撑并固定无人机；自主续航模块，其用于接收机载控制器传来的无人机电池仓的电量信息及电池位置信息，对低于或等于预设电量信息的无人机电池仓进行自主充电，来实现无人机的自主续航。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能无人机智能起降站系统
本专利技术属于无人机领域，尤其涉及一种多功能无人机智能起降站系统。
技术介绍
随着无人机不断发展推广，应用的领域也逐渐广泛化，比如农业喷洒、电力巡检、防灾应急、航拍测绘和中继通讯领域等。而且，地面设备已经成为整套无人机安全、稳定高效运行的关键。目前无人机应用的主要形式是通过专业飞手在现场使用遥控器控制无人机，同时配备几名工作人员，观察无人机飞行状态、为无人机换电池、观察无人机采集数据质量等，保证无人机安全、高效完成任务。因此无人机作业一次，耗人耗时，尤其对于需要无人机高频率作业的场合，耗资尤为巨大，且恶劣地形难以到达。电池发展制约无人机续航时间；无人机做不到一劳永逸，每次任务均需要校准；每次作业需多人配合才能顺利完成；无人机操作需要现场操作，开车至现场耗费时间，对于一些车辆难以到达的恶劣地形，需要人进行攀爬至采集地点才能取得最优的采集效果；对于需要高频率作业的场合，劣势尤为突出。同样，制约多旋翼无人机大规模应用的续航问题至今没有解决。因此研发突破无人机续航能力、有人值守等问题的地面设备，成为整套无人机系统安全、稳定高效运行的关键。
技术实现思路
为了解决现有技术中无人机作业一次资源耗费大而制约自主无人机续航的不足，本专利技术提供了一种多功能无人机智能起降站系统，其能够配合无人机精准降落、自主续航、信息中继功能，并配有各种多功能模块实现系统优化使用，从而增强无人机系统的广泛应用能力。本专利技术的一种多功能无人机智能起降站系统，包括：视觉粗定位模块，其包括站内控制器，所述站内控制器与图像采集装置相连，所述图像采集装置设置于起降站内且用于实时采集无人机图像，并传送至站内控制器进而得到无人机空中三维坐标点，再经机载控制器来控制无人机的降落高度以及无人机机头的方向；精定位模块，其包括用于承载无人机的支撑架；所述支撑架上安装有与无人机旋翼相匹配的凹槽，且每个凹槽的与无人机支架相接触的侧面上均开设有豁口，所述豁口用于支撑并固定无人机；自主续航模块，其用于接收机载控制器传送来的无人机电池仓的电量信息及电池位置信息，对低于或等于预设电量信息的无人机电池仓进行自主充电，来实现无人机的自主续航。进一步的，所述凹槽的形状为U型，或V型，或漏斗型。这些凹槽的形状设计有利于无人机快速且准确降落。进一步的，所述支撑架与驱动机构相连，所述驱动机构与站内控制器相连。本专利技术还通过站内控制器来控制驱动机构进行驱动支撑架运动来准确承接无人机降落。进一步的，所述自主续航模块包括自动更换电池模块，所述自动更换电池模块包括三维直角坐标运动系统，所述三维直角坐标运动系统包括在第一轴方向运动的第一平移机构、在第二轴方向运动的第二平移机构以及在第三轴方向运动的第三平移机构，其中，第一轴方向、第二轴方向和第三轴方向构成三维直角坐标系；所述第一平移机构、第二平移机构和第三平移机构的一端分别与站内控制器相连，另一端分别与用于抓取电池的电池夹取装置相连。本专利技术利用站内控制器驱动第一平移机构、第二平移机构和第三平移机构，进而带动电池夹取装置遍访立体空间内各点位，实现机械抓手抓取不同机型机位电池，提高了电池更换的效率和准确性。进一步的，所述自主续航模块包括无线充电模块，其设置于智能起降站内；且当无人机保持稳定后，无线充电模块用于对无人机电池仓内电池进行自主无线充电。进一步的，所述自主续航模块包括有线充电模块，其设置于智能起降站内；且当无人机保持稳定后，无人机电池仓内电池恰好固定于有线充电模块处，用于实现对无人机电池仓内电池进行自主有线充电。进一步的，该智能起降站系统还包括外部环境监测模块，其包括气象传感器，用于实时测量外界环境信息并传送至站内控制器，所述站内控制器与预警装置相连。气象传感器实时测量外界环境，包括风向、风速、降水量、温度和湿度，传送至站内控制器，通过与网络气象要素对照，实时分析环境影响，决定无人机作业与否以及作业时间、路径和方式进行实时报警。进一步的，所述站内控制器通过云端服务器与监控中心服务器相互通信。监控中心服务器还与显示模块相连，通过监控中心服务器来实时监控智能起降站系统的工作状态信息。进一步的，该智能起降站系统还包括站内外视频监控模块，其用于实时采集智能站内的视频信息，并实时上传更新至云端服务器并存储，同时实现在无人值守作业过程中发生被破坏及被偷盗时保存相关证据信息。进一步的，所述机载控制器通过无线通信方式与智能起降站的站内控制器相互通信，站内控制器接收到机载控制器发送的无人机机型信息及降落信号后，将智能起降站自身的地理位置信息反馈至机载控制器，机载控制器根据接收到的智能起降站地理位置信息，筛选出最近距离的智能起降站进行降落。优选地，所述多功能无人机智能起降站系统还包括天窗系统，所述天窗设置在智能起降站的顶部；优选地，所述站内控制器直接与监控中心服务器相互通信，所述监控中心服务器还用于将无人机航迹规划路径经站内控制器传送至机载控制器，来控制无人机的飞行路径。本专利技术通过对智能起降站距离的远近来筛选出距离无人机最近的智能起降站，实现了无人机快速达到智能起降站，提高了无人机自主续航的效率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的多功能智能起降站，与无人机协同工作构成任务系统，突破现有技术的缺点，不受地形地势的限制，做到一次安装，多次运行；自主续航与存储，远程实时监控，剔除飞手限制，真正无人值守化作业；无人机及载荷数据交互及信息中继，实时掌握无人机采集数据质量。(2)本专利技术采用图像采集装置实时采集无人机图像信息并传送至站内控制器，在站内控制器对无人机图像信息进行处理后生成无人机降落控制指令，再传送至机载控制器，这样减少了机载控制器运算过程的消耗，从而提高了无人机续航的能力。(3)本专利技术通过先利用图像采集装置实现无人机粗降，再利用精定位模块实现无人机精准降落且保持稳定，最终保证了无人机电池更换的准确性，实现了无人机快速自主续航；解决了限制无人机系统广泛应用的续航问题，通过稳定可靠的直角坐标运动系统完成整套更换电池并充电续航过程，破除了无人机“无人化”应用的一大壁垒，自主作业完成电池更换。(4)而且还参数调用方式可使电池更换系统灵活应用于通用的各类无人机机型，以便于不同无人机机型在智能起降站上降落更换电池，提高智能起降站的通用能力。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术的一种多功能无人机智能起降站系统结构示意图；图2为本专利技术精定位模块的整体结构示意图；图3为本专利技术限位槽的示意图；图4为本专利技术精定位模块的整体结构示意图二；图5为本专利技术电池夹取装置俯视图；图6为本专利技术电池夹取装置主视图；图7为本专利技术卡块示意图。其中，1.固定台，2.第一限位槽，3.滑块，4.滑杆，5.固定桩，6.降落面，7.平撑，8.卡槽，9.竖直面，10.第二限位槽，11.支架；12.夹爪本体，13.第一夹爪部件，14.第二夹爪部件，15.第一抓手，16.第二抓手，17.锯齿状块体，18.卡块，19.紧固件，20.伺服电机，21.第一凹槽，22.按动块，23.卡槽，24丝杠滑块。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能无人机智能起降站系统，其特征在于，包括：视觉粗定位模块，其包括站内控制器，所述站内控制器与图像采集装置相连，所述图像采集装置设置于起降站内且用于实时采集无人机图像，并传送至站内控制器进而得到无人机空中三维坐标点，再经机载控制器来控制无人机的降落高度以及无人机机头的方向；精定位模块，其包括用于承载无人机的支撑架；所述支撑架上安装有与无人机旋翼相匹配的凹槽，每个凹槽的与无人机支架相接触的侧面上均开设有豁口，所述豁口用于支撑并固定无人机；自主续航模块，其用于接收机载控制器传送来的无人机电池仓的电量信息及电池位置信息，对低于或等于预设电量信息的无人机电池仓进行自主充电，来实现无人机的自主续航。

【技术特征摘要】
1.一种多功能无人机智能起降站系统，其特征在于，包括：视觉粗定位模块，其包括站内控制器，所述站内控制器与图像采集装置相连，所述图像采集装置设置于起降站内且用于实时采集无人机图像，并传送至站内控制器进而得到无人机空中三维坐标点，再经机载控制器来控制无人机的降落高度以及无人机机头的方向；精定位模块，其包括用于承载无人机的支撑架；所述支撑架上安装有与无人机旋翼相匹配的凹槽，每个凹槽的与无人机支架相接触的侧面上均开设有豁口，所述豁口用于支撑并固定无人机；自主续航模块，其用于接收机载控制器传送来的无人机电池仓的电量信息及电池位置信息，对低于或等于预设电量信息的无人机电池仓进行自主充电，来实现无人机的自主续航。2.如权利要求1所述的一种多功能无人机智能起降站系统，其特征在于，所述凹槽的形状为U型，或V型，或漏斗型。3.如权利要求1所述的一种多功能无人机智能起降站系统，其特征在于，所述支撑架与驱动机构相连，所述驱动机构与站内控制器相连。4.如权利要求1所述的一种多功能无人机智能起降站系统，其特征在于，所述自主续航模块包括自动更换电池模块，所述自动更换电池模块包括三维直角坐标运动系统，所述三维直角坐标运动系统包括在第一轴方向运动的第一平移机构、在第二轴方向运动的第二平移机构以及在第三轴方向运动的第三平移机构，其中，第一轴方向、第二轴方向和第三轴方向构成三维直角坐标系；所述第一平移机构、第二平移机构和第三平移机构的一端分别与站内控制器相连，另一端分别与用于抓取电池的夹爪相连。5.如权利要求1所述的一种多功能无人机智能起降站系统，其特征在于，所述自主续航模块包括无线充电模块，其设置于智能起降站内；且当无人机保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：马思乐，马晓静，孙文旭，王军峰，王兴元，丁为飞，孙景余，张佰顺，陈祥海，丁为杰，陈远方，赵月，李金刚，王勇，
申请(专利权)人：山东大学，济南华奥控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37