阅读说明：本技术 一种多旋翼无人机自动回收释放装置及方法 (Automatic recovery and release device and method for multi-rotor unmanned aerial vehicle ) 是由 邓伟 刘鹏 马永杰 褚东志 蒋庆林 温京亚 张天鹏 李显昭 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多旋翼无人机自动回收释放装置及方法,该装置包括固定于多旋翼无人机顶部的收放杆和固定于回收平台上的收放装置；收放杆的杆体上设置弹性垫层一,弹性垫层一区域铺设有压力应变片一；收放装置包括固定底板、固定环、移动环和驱动装置,固定底板底面设置弹性垫层二,弹性垫层二区域设有压力应变片二,固定底板底部圆周通过多根连杆连接固定环,固定环和移动环均具有弧形条幅,且两个弧形条幅方向相反；驱动装置包括安装于固定环上的电机和蜗杆,移动环外圈设置涡轮,涡轮和蜗杆啮合。本发明所公开的装置结构简单,夹持和释放动作迅速可靠,对无人机定位精度要求低,可作为一个模块整体装卸,在作业时间段并可以多次回收释放。(The invention discloses an automatic recovery and release device and method for a multi-rotor unmanned aerial vehicle, wherein the device comprises a retraction rod fixed at the top of the multi-rotor unmanned aerial vehicle and a retraction device fixed on a recovery platform; a first elastic cushion layer is arranged on the rod body of the folding and unfolding rod, and a first pressure strain gauge is laid in the first elastic cushion layer; the winding and unwinding device comprises a fixed bottom plate, a fixed ring, a movable ring and a driving device, wherein the bottom surface of the fixed bottom plate is provided with a second elastic cushion layer, a second pressure strain gauge is arranged in the second elastic cushion layer area, the circumference of the bottom of the fixed bottom plate is connected with the fixed ring through a plurality of connecting rods, the fixed ring and the movable ring are provided with arc-shaped scroll strips, and the directions of the two arc-shaped scroll strips are opposite; the driving device comprises a motor and a worm which are arranged on the fixing ring, the outer ring of the moving ring is provided with a turbine, and the turbine is meshed with the worm. The device disclosed by the invention has the advantages of simple structure, rapid and reliable clamping and releasing actions, low requirement on positioning precision of the unmanned aerial vehicle, capability of being integrally assembled and disassembled as a module, and capability of being recycled and released for multiple times in an operation time period.)

一种多旋翼无人机自动回收释放装置及方法

技术领域

本发明涉及无人机回收释放技术领域，特别涉及一种多旋翼无人机自动回收释放装置及方法。

背景技术

无人机发展迅猛，已广泛应用于娱乐、物流、监测、救援等民用领域和军事领域。特别是对于诸如地震等地质灾害等现场采用无人机探测可以迅速侦判灾情，为后续救援提供科学依据。但大型无人机受制于体积，不能深入受损建筑内部；采用小型多旋翼无人机可进入受损建筑内部探测，但是其受制于续航和有效载荷，需要尽可能接近现场后再开展探测。若能将小型多旋翼无人机与大型移动平台(如车辆或大型无人机等)结合使用将轻易地克服上述不足，极大地拓展应用场景。

同时随着需求的不断扩大和成本理念的不断深入，除无人靶机外，绝大多数无人机在执行完任务后，都通过不同的方式进行回收再利用以更充分实现它的价值。目前，无人机回收还主要集中在固定翼无人机的回收，回收方式也主要集中在撞网、撞线、降落伞、气囊等方向，很少涉及多旋翼无人机，而且在回收之后也不再考虑二次释放的问题。比如一种阻尼可控无人机撞网回收装置(专利号：2017219007196)，采用对无人机撞网实时回收。而多旋翼无人机相应的回收技术依然集中在垂直着陆回收方式上，没有再次释放的能力，比如专利子母式无人机信包箱及其派件方法中提出采用将带有球形保护罩的降落在母舱内的方法，不能再次释放(专利号：2018110305930)。现阶段的子母无人机回收的智能化和自主化水平仍然很低，无法适应行业的发展。

因此，迫切需要一种可以应用于空中移动平台并有效回收、固定和再次释放子无人机的系统，同时由于移动平台的位移不确定性及复杂环境下多旋翼无人机飞行状态下不易精确定位，故该装置还必须具有足够的回收容错能力。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多旋翼无人机自动回收释放装置及方法，以达到体积小，结构简单，夹持和释放动作迅速可靠，对无人机定位精度要求低，可作为一个模块整体装卸，在作业时间段并可以多次回收释放的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多旋翼无人机自动回收释放装置，包括固定于多旋翼无人机顶部的收放杆和固定于回收平台上的收放装置；所述收放杆的杆体上设置弹性垫层一，所述弹性垫层一区域的杆体上铺设有压力应变片一；

所述收放装置包括与回收平台连接的固定底板、固定环、移动环和驱动装置，所述固定底板底面设置弹性垫层二，所述弹性垫层二区域的固定底板上设有压力应变片二，所述固定底板底部圆周通过多根连杆连接固定环，所述固定环和移动环均具有弧形条幅，且两个弧形条幅方向相反，固定环和移动环中心通过推力轴承和螺栓连接；所述驱动装置包括安装于固定环上的电机和蜗杆，所述移动环外圈设置涡轮，所述涡轮和蜗杆啮合。

上述方案中，所述收放杆顶部设置环形凸台。

上述方案中，回收释放装置还包括控制系统和通讯系统，所述控制系统连接通讯系统和电机。

进一步的技术方案中，所述通讯系统包括设置于多旋翼无人机上的定位通讯装置、与压力应变片一连接的应变通讯模块一，以及与压力应变片二连接的应变通讯模块二。

进一步的技术方案中，所述收放杆的杆体为中空结构，内部布设有连接压力应变片一和应变通讯模块一的通讯线路。

上述方案中，所述固定环上设置支撑架，所述支撑架上安装有涡轮保护壳和蜗杆保护壳，所述电机和蜗杆位于蜗杆保护壳内，所述蜗杆一端通过轴承座安装于所述蜗杆保护壳上，所述涡轮位于涡轮保护壳内。

上述方案中，所述涡轮内圈设置台阶，所述移动环的圆周端面通过固定圈压在所述台阶上，并用螺栓固定。

上述方案中，所述回收平台包括固定平台和移动平台。

优选地，所述固定环和移动环上弧形条幅的数量相同，均为3-4根。

一种多旋翼无人机自动回收释放方法，采用上述的多旋翼无人机自动回收释放装置，包括回收过程和释放过程，所述回收过程如下：

多旋翼无人机到达收放装置下方，并缓慢上升，插入任意两个弧形条幅之间，触碰固定底板上弹性垫层二内的压力应变片二，控制系统接收线路电流变化信号后，启动电机正转，带动涡轮旋转，使固定环和移动环上两个相邻的弧形条幅的空间距离变小，直至两根弧形条幅抱住收放杆，并挤压收放杆上弹性垫层一区域铺设的压力应变片一，控制系统接收到线路电流变化信号后，停止电机旋转，多旋翼无人机停止旋翼旋转，回收完成；

所述释放过程如下：

控制系统接收到释放控制指令后，启动电机反转，抱住多旋翼无人机收放杆的弧形条幅分开，通过移动环的旋转，使相邻的下一个弧形条幅将收放杆推出，多旋翼无人机在重力作用下，脱离收放装置；同时，多旋翼无人机旋翼启动，飞往既定目的地；电机停止旋转，释放完成。

通过上述技术方案，本发明提供的多旋翼无人机自动回收释放装置及方法具有如下有益效果：

1、本发明的自动回收释放装置可作为一个模块整体装卸，既可以实现多旋翼无人机的回收，同时还能灵活实现多旋翼无人机的多次释放。

2、本发明的装置既适合于固定平台上多旋翼无人机的回收与释放，同时还适合于空中移动平台上多旋翼无人机的回收与释放，比如子母无人机的回收与释放。

3、本发明的装置通过固定环和移动环上反向安装的弧形条幅实现对多旋翼无人机上收放杆的抱紧和松开，从而实现对多旋翼无人机的回收与释放，结构简单，体积小，同时，弧形条幅之间的空间大，对飞行状态下的多旋翼无人机的定位精度要求低，特别适合于空中移动平台上的多旋翼无人机回收。

4、本发明采用步进电机带动蜗轮蜗杆运动，夹持和释放动作迅速可靠，同时，借助于涡轮蜗杆自锁，多旋翼无人机的收放杆将不会从装置中脱落。

5、本发明的收放杆顶部设置环形凸台，环形凸台可以勾住弧形条幅，可以进一步保证多旋翼无人机的收放杆不会从装置中脱落。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种多旋翼子无人机回收状态示意图；

图2为本发明实施例所公开的多旋翼子无人机与收放装置连接示意图；

图3为本发明实施例所公开的多旋翼子无人机结构示意图；

图4为本发明实施例所公开的收放装置结构示意图；

图5为本发明实施例所公开的固定底板和固定环部分结构示意图；

图6为本发明实施例所公开的移动环结构示意图；

图7为本发明实施例所公开的固定环和移动环连接结构图。

图中，1、子无人机；2、母无人机；3、收放杆；4、弹性垫层一；5、环形凸台；6、固定底板；7、固定环；8、移动环；9、弹性垫层二；10、连杆；11、弧形条幅；12、步进电机；13、蜗杆；14、涡轮；15、固定圈；16、支撑架；17、涡轮保护壳；18、蜗杆保护壳；19、轴承座；20、定位通讯装置；21、收放装置。

具体实施方式

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。

本发明提供了一种多旋翼子无人机1自动回收释放装置，包括固定于子无人机1顶部的收放杆3和固定于回收平台上的收放装置3。回收平台可以为固定平台或者空中移动平台，本实施例显示固定于母无人机2上，如图1和图2所示，实现子母无人机的回收与释放。

如图3所示，收放杆3的杆体上设置弹性垫层一4，弹性垫层一4区域的杆体上铺设有压力应变片一(图中未显示)，在弧形条幅11挤压杆体时，压力应变片一会发生变形，进而将信号通过通讯线路传输给控制系统。收放杆3顶部设置环形凸台5，环形凸台5可以勾住弧形条幅11，可以进一步保证子无人机1的收放杆3不会从装置中脱落。收放杆3的杆体为中空结构，内部布设有连接压力应变片一和应变通讯模块一的通讯线路。

如图4所示，收放装置3包括与母无人机2连接的固定底板6、固定环7、移动环8和驱动装置，固定底板6底面设置弹性垫层二9，弹性垫层二9区域的固定底板6上设有压力应变片二(图中未显示)，当子无人机1的收放杆3触碰到弹性垫层二9区域的压力应变片二时，压力应变片二会发生变形，进而将信号通过通讯线路传输给控制系统。固定底板6底部圆周上通过多根连杆10连接固定环7。

如图5和图6所示，固定环7和移动环8均具有弧形条幅11，且两个弧形条幅11方向相反，固定环7和移动环8中心通过推力轴承和螺栓连接，移动环8可以在固定环7上旋转。本实施例中，固定环7和移动环8上弧形条幅11的数量分别为4根。

驱动装置包括步进电机12(带有减速器)和蜗杆13，移动环8外圈设置涡轮14，涡轮14和蜗杆13啮合。涡轮14内圈设置台阶，移动环8的圆周端面通过固定圈15压在台阶上，并用螺栓固定。通过步进电机12、蜗杆13和涡轮14可以带动移动环8旋转。固定环7上设置支撑架16，支撑架16上安装有涡轮保护壳17和蜗杆保护壳18，步进电机12和蜗杆13位于蜗杆保护壳18内，如图7所示，蜗杆13一端通过轴承座19安装于蜗杆保护壳18上，涡轮14位于涡轮保护壳17内。

回收释放装置还包括控制系统和通讯系统，控制系统连接通讯系统和电机。通讯系统包括设置于多旋翼无人机上的定位通讯装置20、与压力应变片一连接的应变通讯模块一，以及与压力应变片二连接的应变通讯模块二。

一种多旋翼子无人机1自动回收释放方法，包括回收过程和释放过程，回收过程如下：

子无人机1机载GPS导航到达母无人机2上收放装置3下方，并缓慢上升，插入任意两个弧形条幅11之间，触碰固定底板6上弹性垫层二9内的压力应变片二，控制系统接收线路电流变化信号后，启动步进电机12正转，带动涡轮14旋转，使固定环7和移动环8上两个相邻的弧形条幅11的空间距离变小，直至两根弧形条幅11抱住收放杆3，并挤压收放杆3上弹性垫层一4区域铺设的压力应变片一，控制系统接收到线路电流变化信号后，停止步进电机12旋转，子无人机1停止旋翼旋转，回收完成。

释放过程如下：

控制系统接收到释放控制指令后，启动电机反转，抱住子无人机1收放杆3的弧形条幅11分开，通过移动环8的旋转，使相邻的下一个弧形条幅11将收放杆3推出，子无人机1在重力作用下，脱离收放装置3；同时，子无人机1旋翼启动，飞往既定目的地；步进电机12停止旋转，释放完成。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。