一种限制空间内使用的小体积易维护低成本自动机场

航空航天装置制造技术1.本发明涉及移动机器人领域，尤其是涉及一种限制空间内使用的小体积易维护低成本自动机场。背景技术：2.近年来，无人系统技术作为改变未来社会生活方式和战争规则的颠覆性技术，在世界范围内得到快速发展，不仅成为当前国际学术界和产业界的研究热点，而且已经上升为我国国家战略的核心内容。3.无人机是陆海空地四类无人系统中应用较为广泛的无人系统。无人机与有人机相比具有相当大的优势，比如，成本较低、无人员伤亡风险、功能多样和使用方便等，特别适合在有成本限制或危险等环境下执行任务，所以受到各个国家的重视。在军用领域，无人机已被用于执行电子侦察、军事监视、通信中继和战场攻击等任务。在民用领域，无人机已被用于抢险救援、物流快递、农业植保、环境监测、卫生防疫等用途。在新冠疫情防控工作中，多旋翼无人机因为其灵活便捷、可避免直接接触传播病毒等特点，被用于运输物资、喊话、喷洒消毒试剂和监测城市环境等。但是多旋翼无人机在防疫以及其他应用中面临两个挑战。首先，无人机的续航能力有限，飞行时间大都只有二十多分钟，需要操作人员冒着感染风险换电池。其次，无人机操作难度大，需要专业人员操作，没有培训过的社区人员难以完成操作任务。这两个挑战可通过采用自动机场来解决。自动机场无需专业人员操纵无人机，可对无人机进行一键控制。无人机可自动起飞、自动巡逻、自动返航、自动充电和再次持续执行任务。4.现有专利或产品的机库技术方案大都采用平移式或张开式机场盖，平移式机场盖包括单向张开式和双向张开式两种，如图1所示，图(1a)是单向张开平移式机场盖，机场盖依靠电机配合皮带或者链条等传动机构进行开合，由于需要安装传动机构，其在垂直方向需要占用一定无效空间，由于向一侧移动时需要与下部柜体有一定的重叠，所以在水平方向上需要占用一定无效空间，无效空间不能为无人机降落平台利用，会压缩无人机降落平台的面积，增大无人降落的难度，同时无效空间也会增加自动机场的体积、重量和成本；图(1b)是双向张开平移式机场盖，其在垂直方向需要占用的无效空间与单向张开平移式机场盖类似，但由于需要向两侧移动，所以在水平方向上占用的无效空间通常大于单向张开平移式机场盖。5.由图1可以看到，平移式机场盖在打开时，需要占用柜体以外的空间，如果自动机场安置在空旷空间时，尽管空间足够使用，但是有碰撞到附近物体或者人员的潜在危险，如果在车船等有限的空间内使用，也会受到很大限制，车船上可能会没有足够的工作空间供平移式机场盖打开。6.如图2所示，张开式机场盖包括完全张开式和半张开式两种，图(2a)是完全张开式机场盖，机场盖依靠电机配合传动杆等传动机构进行开合，由于传动杆长度固定，其在垂直方向需要占用一定无效空间，由于机场盖完全打开时落在下部柜体两侧，所以在水平方向上需要占用较大的无效空间，此类机场盖的厚度通常比平移式机场盖大，需要自动机场周边有比较充裕的工作空间；图(2b)是半张开式机场盖，机场盖依靠电机配合传动杆等传动机构向两侧反转，该机场盖与完全张开式机场相比，在垂直方向所占无效空间类似，而在水平方向上所占的空间略小。7.由图2中可以看到，张开式机场盖在打开时，需要占用柜体以外较大的空间，如果在车船等有限的空间内使用会受到很大限制。8.无论是图1中的自动机场还是图2中的自动机场，都需要复杂的传动机构或者较多的电机驱动机场盖，这些机构一方面占用了自动机场内的有限空间，加大了机场的高度，另外一方面也增加了系统的重量和成本，以及维护难度；都需要一个升降台，包括台面和升降机构，在现有的专利或产品中，经常采用的升降台台面是铁板或孔板或类似的金属板，对无人机导航、通信或固定方式有一定限制，例如，孔板有利于锁定无人机，但是难以用于视觉导航；金属板则对自动机场无线通信有一定影响，也不方便部署无线或者红外等导航方式，且需要配备较为复杂的机械结构，如通过井字平推杆或m推板等固定无人机。在现有的专利或者产品中，经常采用的升降机构是单轴或多轴伸缩杆，有的是电动，有的是液压驱动，由于伸缩杆在极限压缩位置仍有一定高度，使得升降台所占的无效空间较大，导致自动机场整体高度过高，如果在车船等有限的空间内使用，高度过高可能会导致车船重心不稳，严重时，可能会在船舶发生摇摆时造成船只倾覆。技术实现要素：9.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种限制空间内使用的小体积易维护低成本自动机场。10.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：11.该自动机场包括用以容纳自动机场内部装置和无人机的柜体、设置在柜体上侧的伸缩式机场盖以及设置在柜体内部用以升降无人机的升降台，所述的伸缩式机场盖包括设置在柜体上侧左边缘部的收纳盒、嵌设在柜体上侧前后边缘部预留的嵌入槽内用以导向的内嵌式导轨以及安装在内嵌式导轨内的软体机场盖，所述的升降台为剪叉式升降台，包括支撑底座、设置在支撑底座上的剪切架以及设置在剪切架上的降落平台。12.所述的柜体为一体式或拼装式的柜体，具体为无盖的金属材质或非金属材质壳体，所述的柜体的侧面设有用以取放无人机的柜门，所述的柜门尺寸大于无人机尺寸。13.所述的软体机场盖一侧与收纳盒连接，另一侧设有用以保持软体机场盖平整的前沿。14.所述的收纳盒中设有用以收放软体机场盖的管状电机。15.所述的升降台的驱动方式包括电动驱动、电动/液压推杆和电动/液压缸驱动，所述的降落平台为采用有机玻璃材料的平台。16.所述的柜体和降落平台分别设有用以增加强度的加强筋。17.所述的柜体底部四角和中心设有用以避免积水的排水孔。18.所述的柜体底部安装用以方便移动的滑轮。19.该自动机场还包括用以对无人机进行插入式充电或无线充电的充电装置。20.应用该自动机场对无人机进行控制的过程包括以下步骤：21.步骤1：在地面监控站设置无人机的飞行路径；22.步骤2：一键启动自动机场和无人机，且自动机场和无人机自动按顺序执行任务；23.步骤3：自动机场的软体机场盖开启；24.步骤4：软体机场盖开启后，升降台将无人机抬升至自动机场的上平面或高出自动机场的上平面；25.步骤5：升降台到设定位置后，无人机的锁定装置释放；26.步骤6：无人机的锁定装置释放后，无人机起飞，并按预设的飞行路径进行巡逻；27.步骤7：无人机起飞后，降落平台下降，软体机场盖关闭，以避免上浪进水；28.步骤8：无人机能源耗尽时，向自动机场发出请求降落信号；29.步骤9：自动机场接收到请求降落信号后，降落平台上升，软体机场盖打开；30.步骤10：无人机通过自主导航自主降落到降落平台；31.步骤11：无人机自主降落后触发锁定装置，将无人机锁定；32.步骤12：无人机锁定后，降落平台下降；33.步骤13：降落平台下降到柜体底部后，软体机场盖关闭，以避免上浪进水；34.步骤14：自动机场的充电装置对无人机进行插入式充电或无线充电；35.步骤15：无人机充满电后继续进入到下一飞行循环，直至接收到停止飞行指令。36.与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：37.1、本发明体积小、成本低、重量轻、易维护，采用了收缩式自动机场盖，机场盖打开时不会占用比关闭时更多的空间；38.2、本发明采用剪切式起降平台提升无人机，结构简单；39.3、本发明采用非金属材料降落平台，适用范围更广；40.4、本发明既可用于地面固定位置，亦可用于行进中的船体或车体，既可用于视觉导航方式，亦可用于无线或者红外导航方式，即可配合井字推杆等无人机固定方式，亦可用于电磁吸附等无人机固定方式，具有更大的应用范围和更强的适用性。附图说明41.图1为平移式机场盖结构示意图，其中，图(1a)为单向张开平移式机场盖结构示意图，图(1b)为双向张开平移式机场盖结构示意图。42.图2为张开式机场盖结构示意图，其中，图(2a)为完全张开式机场盖结构示意图，图(2b)为半张开式机场盖结构示意图。43.图3a为本发明的正视图。44.图3b为本发明的侧视图。45.图4为本发明的伸缩机场盖结构示意图。46.图5为本发明的剪叉式升降台结构示意图。47.图6为本发明使用的实施过程示意图。48.附图标记：1、柜体，2、伸缩式机场盖，21、收纳盒，22、内嵌式导轨，23、软体机场盖，24、前沿，3、升降台，31、支撑底座，32、剪切架，33、降落平台，4、无人机，5、柜门，6、管状电机。具体实施方式49.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。50.本发明提供了一种限制空间内使用的小体积易维护低成本自动机场，为了克服多旋翼无人机在应用中面临的续航时间短和操作难度大的挑战，本发明在分析了现有专利和产品后，对自动机场进行了实质性改进，具有更加突出的优点，如图3所示，自动机场包括用以容纳自动机场内部装备和无人机4的柜体1、采用电动收放的伸缩式机场盖2以及设置在柜体1内的升降台3，伸缩式机场盖2包括设置在柜体1上侧左边缘部的收纳盒21、嵌设在柜体1上侧前后边缘部的内嵌式导轨22以及嵌设在内嵌式导轨22内的软体机场盖23，软体机场盖23一侧与收纳盒21连接，另一侧设有前沿24。51.该自动机场的柜体1采用一定强度的金属板，柜体1侧面设有柜门5，方便取放无人机4，自动机场的柜门5的尺寸大于无人机4尺寸，以方便取放无人机4，若需要加强柜体1的强度，亦可取消柜门5。52.如图4所示，软体机场盖23的材质包括涤纶、法拉利和亚克力，典型的材质为涤纶，能够防雨防晒抗风，适合长期使用，软体机场盖23由安装在收纳盒21中的管状电机6进行收放，收放时软体机场盖23沿内嵌在柜体1上侧中的内嵌式导轨22进行导向，由软体机场盖23的前沿24保持软体机场盖23的平整。53.本发明提出的软体机场盖23有几个方面的优点：54.成本低，维护方便，软体机场盖23借鉴了遮阳棚中广泛采用的技术，电机、导轨和传动机构非常成熟，生产厂家众多，成本很低，维护方便；55.体积小，重量轻，软体机场盖23的厚度非常小，能够显著降低自动机场的高度，对于在车船等有限的空间内使用是非常有利的，能够避免提升整体重心，降低摇摆带来的倾覆风险；软体机场盖23的重量非常小，可以显著降低自动机场的重量；56.占用空间小，软体机场盖23处于打开状态时，能够显著降低对工作空间的要求，以用于车船等没有足够空间的应用场景，即便是在陆地使用，也能够规避碰撞到附近移动的物体或人员的潜在风险。57.如图5所示，自动机场的剪叉式升降台机械结构简单，通过电机驱动，包括支撑底座31、设置在支撑底座31上的剪切架32以及设置在剪切架32上的降落平台33，降落平台33采用有机玻璃或其他非金属材料。58.自动机场考虑到剪叉式升降台在工业上应用广泛，技术成熟，有很多生产厂家，其动作可靠，成本低，容易维护，由于升降台3只用于支撑无人机4、导航设备和锁定装置，重量较轻，因此将剪叉式升降台设计的非常轻薄。59.剪叉式升降台上部的降落平台33采用有机玻璃或其他非金属材料，考虑到现有的自动机场采用金属板或孔板作为降落平台33，对导航方式和无人机4固定方式有一定限制，采用非金属材质则可避免这些问题，既可用于视觉导航方式，亦可用于无线或者红外导航方式，即可配合井字推杆等无人机4固定方式，亦可用于电磁吸附等无人机4固定方式。60.本发明提出的自动机场与现有的专利或产品相比，高度和体积得到大幅缩减，主要是因为两个方面的原因：一方面，本发明提出的软体机场盖23非常轻薄，没有无效空间，也没有占用空间的齿轮或者复杂的传动机构；另外一方面，本发明采用的是剪叉式升降台，由于升降台3用以支撑降落平台33、无人机4和导航固定装置(锁定装置)的重量，属于轻载荷，因此可以设计的非常轻薄。采用本发明的设计，自动机场的高度可降低到无人机4高度的1.2倍左右，约为现有产品的2/3左右，重量约为现有产品的1/2～2/3左右，成本亦大幅下降。61.设备加工装配实施过程的注意事项包括以下几个方面：62.1、本发明提出的自动机场的柜体1能够加工为一体式的，亦可加工为拼装式的，柜体1的材质包括薄钢板、其他金属或非金属材质；63.2、本发明提出的自动机场的柜体1前后两侧分别预留伸缩式机场盖2的内嵌式导轨22的嵌入槽；64.3、本发明提出的自动机场的伸缩式机场盖2的收放方式包括管状电机6收放、拉索、链条或其他方式收放；65.4、本发明提出的自动机场的升降台3的驱动方式包括电机驱动，若对自动机场的高度限制不严，升降台3亦可采用电动/液压推杆或电动/液压缸驱动；66.5、本发明提出的自动机场的降落平台33根据需要安装不同的无人机4导航装置或固定装置；67.6、本发明提出的自动机场的柜体1侧面设有取放无人机4的柜门5，若要加强柜体1的强度，可取消设置柜门5；68.7、本发明提出的自动机场的柜体1和降落平台33通过设置加强筋增加强度；69.8、本发明提出的自动机场的柜体1底部四角和中心设有排水孔，以避免积水。70.9、本发明提出的自动机场的柜体1底部安装滑轮，以方便移动；71.10、现有的自动机场的导航方式包括rtk gps和视觉导航，但是这两种方式单独使用不很可靠：gps不是一直稳定；视觉导航容易受强光和复杂背景的干扰，可靠的方式是融合几种导航信息，本发明提出的自动机场对常见的导航方式没有限制；72.11、本发明提出的自动机场并不限于单独使用，还能在设计阶段嵌入到车体或船体中，作为车体或船体的有机组成部分进行使用。73.如图6所示，自动机场的使用实施过程包括以下步骤：74.步骤1：在地面监控站设置无人机4的飞行路径；75.步骤2：操作员一键启动系统，启动后自动机场和无人机4自主按顺序执行任务；76.步骤3：系统启动后，自动机场的软体机场盖23首先打开；77.步骤4：软体机场盖23打开后，升降台3将无人机4抬升至自动机场的上平面，亦可高出自动机场的上平面；78.步骤5：升降台3到位后，无人机4的锁定装置释放；79.步骤6：无人机4的锁定装置释放后，无人机4起飞，按预定航迹巡逻；80.步骤7：无人机4起飞后，降落平台33下降，软体机场盖23关闭，以免上浪进水(该步骤不是必须的)；81.步骤8：无人机4能源耗尽时，向自动机场发出请求降落信号；82.步骤9：自动机场接收到请求降落信号后，降落平台33上升，软体机场盖23打开；83.步骤10：无人机4通过自主导航，自主降落到降落平台33；84.步骤11：无人机4自主降落后触发锁定装置，将无人机4锁定；85.步骤12：无人机4锁定后，降落平台33下降；86.步骤13：降落平台33下降到柜体1底部后，软体机场盖23关闭，以免上浪进水；87.步骤14：自动机场的充电装置对无人机4进行插入式充电或无线充电；88.步骤15：无人机4充满电后继续进入到下一飞行循环，直到接收到停止飞行指令。89.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。









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