一种无人船载无人机起飞系统及无人机组起飞方法

摘要

本发明涉及无人船技术领域，具体涉及一种无人船载无人机起飞系统及无人机组起飞方法，其中无人船载无人机起飞系统包括无人船、无人机组和起飞平台，无人船上设有船载控制器，无人机组包括至少两个无人机，起飞平台包括纵夹系统和纵夹系统上方的滑行轨道；纵夹系统包括纵夹电机、夹杆和夹杆上的夹持臂，船载控制器通过驱动纵夹电机使夹杆移动，使夹持臂夹紧并推动辅助无人机完成起飞。本发明提供的无人船载无人机起飞系统,通过设置纵夹系统和滑行轨道，在无人机起飞时可夹持并推动无人机沿滑行轨道向前，为无人机提供辅助飞行动力，在多个无人机需要起飞时，每个无人机均可迅速起飞，提高了起飞效率。

说明书

【技术领域】

本发明涉及无人船技术领域，具体涉及一种无人船载无人机起飞系统及无人机组起飞方法。

【背景技术】

无人船是一种可以无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人，其融合了船舶、通信、自动化、机器人控制、远程监控、网络化系统等技术，实现了自主导航、智能避障、远距离通信、视频实时传输和网络化监控等功能。而无人机具有机动性能好、运动反应迅速、在高空可视角度大、侦查区域广等优点，因此，现有技术中越来越多地将无人机与无人船联合使用，以实现两者的功能互补，达到更好的应用效果。

现有技术中，通常是将无人机置于无人船的起飞平台上，使无人机在平台上进行起飞或降落，在实际巡逻作业中，有时一艘无人船上需要派出多个无人机进行多方位的巡逻，这时需要等待前一个无人机在平台上得到充足的飞行动力并起飞后，下一个无人机才能继续置于平台上进行起飞，否则容易发生无人机起飞时相互之间的碰撞，无人机起飞较慢，当无人机数量较多时，所有无人机依次等待起飞需要花费较长的时间，降低了起飞效率，难以满足大型海域执勤任务的需求。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明需要解决的技术问题是：

现有技术中，当需要无人船派出多个无人机时，前一个无人机需在平台上获取充足的飞行动力并起飞后，下一个无人机才能继续在平台上进行起飞，无人机起飞较慢，难以满足大型海域执勤任务的需求。

本发明通过如下技术方案达到上述目的：

第一方面，本发明提供了一种无人船载无人机起飞系统，包括无人船1、无人机组和无人船1上的起飞平台3，所述无人船1上设置有船载控制器11，所述无人机组包括至少两个无人机2，所述无人机2包括机轮24，所述起飞平台3包括纵夹系统31和纵夹系统31上方的滑行轨道32；

所述纵夹系统31包括纵夹电机311、夹杆312和夹杆312上的夹持臂313，所述夹持臂313在船载控制器11作用下可沿夹杆312中心轴转动，所述船载控制器11通过驱动纵夹电机311使夹杆312移动，使得夹持臂313夹紧并推动无人机2以辅助无人机2完成起飞；其中，所述无人机2被推动时，所述机轮24沿滑行轨道32运动。

优选的，所述滑行轨道32由第一滑行轨道321和第二滑行轨道322组成，所述第一滑行轨道321平行于所述起飞平台3表面，所述第二滑行轨道322与所述起飞平台3表面成5°-10°角度。

优选的，所述起飞平台3上还设置有位置传感器，以检测所述无人机2在起飞平台3上的位置，所述船载控制器11根据检测数据控制所述夹持臂313旋转，使所述夹持臂313高于或低于所述滑行轨道32的表平面。

优选的，所述夹杆312垂直于船体中轴线且设置两个，所述两个夹杆312分别位于起飞平台3的前后两端，其中，每个夹杆312上设置至少一个夹持臂313。

优选的，所述纵夹系统31对应每个夹持臂313还分别设置压力传感器，所述压力传感器用于检测对应夹持臂313与无人机2之间的压力，并将压力数据反馈至船载控制器11。

优选的，所述纵夹系统31对应每个夹杆312还分别设置传动螺杆314，在垂直于夹杆312方向还设置有导轨315，所述传动螺杆314的一端垂直铰接在对应夹杆312上，传动螺杆314的另一端套在导轨315中。

优选的，所述纵夹系统31对应每个传动螺杆314还分别设置涡轮316，所述涡轮316的外齿与所述传动螺杆314上的螺纹相耦合，所述纵夹电机311通过涡轮316带动所述传动螺杆314沿导轨315运动，从而推动对应夹杆312移动。

优选的，所述无人机2还包括机身21、支撑框22和支撑脚23，所述支撑脚23上端与机身21连接，支撑脚23下端连接在支撑框22上，所述机轮24设置在所述支撑框22底部；其中，所述夹持臂313夹持在支撑框22和/或支撑脚23上。

第二方面，本发明还提供了一种运用上述无人船载无人机起飞系统进行无人机组中多个无人机起飞的方法，包括以下步骤：

将无人机组中需要起飞的无人机2置于所述起飞平台3上；所述船载控制器11控制所述夹持臂313转动，使夹持臂313高出所述滑行轨道32；所述船载控制器11通过驱动所述纵夹电机311使夹杆312移动，使夹持臂313夹紧并推动辅助无人机2起飞；所述船载控制器11控制所述夹杆312和夹持臂313复位；将无人机组中需要起飞的下一个无人机2置于所述起飞平台3上，重复上述辅助起飞过程。

优选的，所述船载控制器11通过驱动所述纵夹电机311使夹杆312移动，使夹持臂313夹紧并推动辅助无人机2起飞，其中，所述夹杆312和夹持臂313的具体控制步骤如下：

所述两个夹杆312均向起飞平台3中间运动，直至夹持臂313将无人机2夹紧；所述两个夹杆312同向运动，使得夹持臂313推动无人机2沿第一滑行轨道321运动；所述无人机2前端滑行至第一滑行轨道321和第二滑行轨道322连接处时，夹持无人机2前端的夹持臂313旋转至滑行轨道32平面以下；所述无人机2后端的夹杆312继续移动，对应夹持臂313继续推动无人机2，直至所述无人机2完全进入第二滑行轨道322。

本发明的有益效果是：

本发明提供的无人船载无人机起飞系统及无人机组起飞方法，为无人机起飞提供一定的辅助飞行动力，使得无人机组中多个无人机需要起飞时，每个无人机均可迅速起飞，具体通过在载机平台上设置纵夹系统和滑行轨道，在无人机起飞时可夹持并推动无人机沿滑行轨道向前，在多个无人机需要起飞时，前一个无人机可迅速起飞从而为下一个无人机空出起飞平台，提高了起飞效率。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种无人船载无人机起飞系统的总成示意图；

图2为本发明实施例提供的夹持臂高出滑行轨道时起飞平台的主视示意图；

图3为本发明实施例提供的夹持臂高出滑行轨道时起飞平台的俯视示意图；

图4为本发明实施例提供的夹持臂处于原位时起飞平台的主视示意图；

图5为本发明实施例提供的夹持臂处于原位时起飞平台的俯视示意图；

图6为本发明实施例提供的无人机的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的无人机被纵夹系统夹紧推动时的示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种夹持臂高出滑行轨道时起飞平台的主视示意图；

图9为本发明实施例提供的一种无人船载无人机组的起飞方法流程图；

图10为图9步骤203中夹杆和夹持臂的具体控制流程图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

在本发明各实施例中，符号“/”表示同时具有两种功能的含义，而对于符号“A和/或B”则表明由该符号连接的前后对象之间的组合包括“A”、“B”、“A和B”三种情况。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

实施例1：

本发明实施例1提供了一种无人船载无人机起飞系统，如图1、图2和图6所示，包括无人船1、无人机组和无人船1上的起飞平台3，所述无人船1上设置有船载控制器11，所述无人机组包括至少两个无人机2，所述无人机2包括机轮24，所述起飞平台3包括纵夹系统31和纵夹系统31上方的滑行轨道32；

所述纵夹系统31包括纵夹电机311、夹杆312和夹杆312上的夹持臂313，所述夹持臂313在船载控制器11作用下可沿夹杆312中心轴转动，所述船载控制器11通过驱动纵夹电机311使夹杆312移动，使得夹持臂313夹紧并推动无人机2以辅助无人机2完成起飞；其中，所述无人机2被推动时，所述机轮24沿滑行轨道32运动。

本发明提供的无人船载无人机起飞系统，通过在载机平台上设置纵夹系统和滑行轨道，在无人机起飞时可夹持并推动无人机沿滑行轨道向前，为无人机提供一定的辅助飞行动力，在多个无人机需要起飞时，前一个无人机可迅速起飞从而为下一个无人机空出起飞平台，提高了起飞效率。

为了适应本发明实施例所提出的起飞系统，优选的，无人机2的壳体两侧设置有滑翔翼，从而提高无人机2在脱离滑行轨道后的短时间内的飞行平稳度，进一步的，所述滑翔翼还可以制作成具有伸缩功能的，从而尽可能减少对所述滑翔翼对正常无人机空中作业的影响。

如图1-图3，所述起飞平台3可设置于所述无人船1船顶面的中前端，所述滑行轨道32平行于船体中轴线设置，由第一滑行轨道321和第二滑行轨道322组成，所述第一滑行轨道321平行于所述起飞平台3表面，所述第一滑行轨道321右端与所述第二滑行轨道322连接，所述第二滑行轨道322为一倾斜轨道，第二滑行轨道322与所述起飞平台3表面之间成5°-10°角度，以便为无人机2的起飞提供一个坡度。其中，所述滑行轨道32可以设置相互平行的多个，本发明实施例中设置相互平行的两个滑行轨道32，与所述无人机2上机轮24的设置相配合。所述滑行轨道32可用支撑架固定在所述起飞平台3的上表面，所述纵夹系统31设置在所述滑行轨道32下方。结合本发明实施例，还存在一种优选的改进方案，其中，轨道322与无人船体1之间的连接结构中包括弹簧，其中，弹簧不仅能缓冲晃动和震动，而且当无人机冲上322轨道时能被向下挤压(倾斜角进一步减小)，然后反弹给无人机提供向上升力，实现辅助无人机起飞的过程。

如图2-图5，所述纵夹系统31中设置垂直于船体中轴线的两个夹杆312，所述两个夹杆312分别位于起飞平台3的前后两端，此处以附图中无人船1船头方向为前端，船尾方向为后端，其中，每个夹杆312上设置至少一个夹持臂313，所述夹持臂313可在船载控制器11的控制下以对应夹杆312为轴旋转。如图3和图5所示，本发明实施例中以每个夹杆312上设置两个夹持臂313为例进行说明，所述夹持臂313的初始状态如图4和图5所示，即所述夹持臂313平行于起飞平台3上表面水平放置，此时夹持臂313低于所述滑行轨道32，无法夹持无人机2；所述起飞平台3上设置有位置传感器，用于检测所述无人机2在起飞平台3上的位置，并将位置信息反馈给所述船载控制器11，当所述位置传感器检测到需要起飞的无人机2被放置在起飞平台3上时，具体为所述无人机机轮24放置在所述滑行轨道32上时，所述船载控制器11调节所述夹持臂313旋转为垂直于所述起飞平台3表面向上，如图2和图3所示，此时所述夹持臂313的一端高出所述滑行轨道32，则夹杆312移动时可带动夹持臂313移动，从而使夹持臂313夹持并推动滑行轨道32上的无人机2。其中，所述位置传感器为接触式传感器或霍尔传感器，可以设置在所述滑行轨道32一侧。结合本放实施例，还存在一种优选的改进方案，其中，夹持无人机2前端的夹持臂313旋转至滑行轨道32平面以下，后端的夹杆312继续移动，对应夹持臂313继续推动无人机2，直至所述无人机2完全进入第二滑行轨道322时无人机加大油门实现起飞，使无人机顺利起飞。在实际使用时，滑轨的朝向也可以是指向船尾或者指向船体两侧，即无人机的起飞方向在本发明实施例中不做特殊限定。

如图2-图5，除了所述纵夹电机311、夹杆312和夹持臂313外，所述纵夹系统31还包括传动螺杆314、导轨315和涡轮316，所述导轨315可设置两个，分别位于所述夹杆312的两端，且所述导轨315垂直于所述夹杆312；为了更好地推动夹杆312，在每个夹杆312的每一端均设置有传动螺杆314，所述传动螺杆314的一端垂直铰接在对应夹杆312上，传动螺杆314的另一端套在对应导轨315中；对应每个传动螺杆314分别设置纵夹电机311和涡轮316，且所述涡轮316的外齿与所述传动螺杆314上的螺纹相耦合，所述纵夹电机311通过涡轮316带动所述传动螺杆314沿导轨315运动，从而推动对应夹杆312移动，具体为，在所述纵夹电机311的输出端设置涡轮316，所述涡轮316与对应传动螺杆314相啮合，则当所述纵夹电机311由所述船载控制器11驱动时，带动对应涡轮316转动，涡轮316转动时推动对应传动螺杆314沿所述导轨315移动，传动螺杆314移动时推动对应夹杆312沿所述导轨315移动，从而使夹杆312上的夹持臂313一起移动。其中，所述纵夹系统31对应每个夹持臂313还分别设置有压力传感器，在所述夹持臂313夹紧无人机2的过程中，所述压力传感器用于检测对应夹持臂313与无人机2之间的压力，并将压力数据反馈至船载控制器11，由所述船载控制器11判断无人机2是否被夹紧。

如图6所示，在本发明实施例中，所述无人机2包括机身21、支撑框22、支撑脚23和机轮24，所述支撑框22和支撑脚23均选择质量轻、强度高的材料制成，以便于无人机的飞行和作业，比如碳纤维、钛合金；为便于安装，可将所述支撑脚23的数量与所述支撑框22的边数设置为相等，在本发明实施例中，所述支撑脚23设置4个，所述支撑框22为四边形，各支撑脚23上端与机身21底部连接，各支撑脚23下端连接在支撑框22的各顶角上，各支撑脚23上围小于下围，从而形成内倾斜的支撑架。其中，所述支撑框22中相对的两个边框底部安装有机轮24，且每个边框底部安装至少一个机轮24，本发明实施例以每个边框底部安装两个机轮24为例进行说明，如图6所示，安装有机轮24的两个边框相互平行，且两个平行边框之间的距离与两个滑行轨道32之间的距离相等，使得无人机2放置在起飞平台3上时，无人机两侧的机轮24能够正好分别在两个滑行轨道32上滑行。其中，所述夹持臂313夹持无人机2的具体形式如图7所示，所述夹杆312上的夹持臂313伸出，夹持臂313夹紧所述支撑框22中没有安装机轮24的两个边框，并通过推动这两个边框来推动无人机2，从而为无人机2起飞提供一定的辅助动力。

结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，所述夹持臂313的形状还可以设置为如图8所示，即所述夹持臂313的上端均向内倾斜一定角度，使得所述夹持臂313伸出时不仅可夹持在所述无人机2的支撑框22上，夹持臂313的上端倾斜部分还可以夹持在无人机2的支撑脚23上，可更加牢固地夹紧无人机2，并推动辅助无人机2完成起飞。

在本发明实施例中，所述夹持臂313的位置调整是通过控制夹持臂313绕对应夹杆312旋转来实现，在本发明实施例的基础上，还存在其他的实现方案，比如，可以将夹持臂313设置成液压缸的形式，通过控制夹持臂313的伸长与缩短来实现其位置调整，具体为：所述夹持臂313垂直于起飞平台3表面向上，且夹持臂313的初始状态为低于所述滑行轨道32，当需要夹持和推动无人机2时，所述船载控制器11控制所述夹持臂313伸长，使得所述夹持臂313高出所述滑行轨道32，以便夹持和推动无人机2；当夹持、推动无人机2结束后，所述船载控制器11再控制所述夹持臂313将长度缩短复位，使夹持臂313低于所述滑行轨道32。

实施例2：

在实施例1的基础上，本发明还提供了一种运用上述无人船载无人机起飞系统实现无人机组起飞的方法，如图9所示，包括以下步骤：将无人机组中需要起飞的无人机2置于所述起飞平台3上；所述船载控制器11控制所述夹持臂313转动，使夹持臂313高出所述滑行轨道32，其中，优选的是在可以在所述夹杆312的一端安装电机，所述电机通过所述夹杆312中空管道，利用转轴与所述夹持臂313完成机械结构连接，并实现所述夹持臂313的转动；所述船载控制器11通过驱动所述纵夹电机311使夹杆312移动，使夹持臂313夹紧并推动辅助无人机2起飞；所述船载控制器11控制所述夹杆312和夹持臂313复位；将无人机组中需要起飞的下一个无人机2置于所述起飞平台3上，重复上述辅助起飞过程。

通过本发明实施例2提供的无人机组起飞方法，为无人机起飞提供一定的辅助动力，无人机组中多个无人机需要起飞时，每个无人机均可迅速起飞，从而为下一个无人机空出起飞平台，提高了起飞效率。

步骤201，将无人机组中需要起飞的无人机2置于所述起飞平台3上。具体的，当无人机组中多个无人机2需要起飞时，首先将其中一个无人机2置于起飞平台3上，具体放置位置为所述无人机2的两侧机轮24恰好分别置于所述两个滑行轨道32上；具体放置方式可以有多种，比如，可通过在无人船1上设置机械臂，通过所述船载控制器11控制机械臂，将指定的无人机2抓取并放置在所述滑行轨道32上。

步骤202，所述船载控制器11控制所述夹持臂313转动，使夹持臂313高出所述滑行轨道32。具体的，当所述无人机2放置在滑行轨道32上时，所述位置传感器将无人机2的位置信息反馈给所述船载控制器11，则所述船载控制器11控制所述夹持臂313绕对应夹杆312旋转，使所述夹持臂313由图4中的水平放置变为图2中的垂直向上，高出所述滑行轨道32；此时，两个夹杆312上的夹持臂313均旋转为垂直向上。

步骤203，所述船载控制器11通过驱动所述纵夹电机311使夹杆312移动，使夹持臂313夹紧并推动辅助无人机2起飞。具体的，所述无人机2放置在起飞平台3上时，无人机2自身的机载动力系统即开始驱动无人机2起飞，为无人机2提供一定的飞行动力，所述船载控制器11通过对夹杆312和夹持臂313的控制为无人机2的起飞提供一定的辅助飞行动力，以便无人机2获得更充足的飞行动力从而更迅速地起飞，如图10，具体又包括以下步骤：

步骤2031，所述两个夹杆312均向起飞平台3中间运动，直至夹持臂313将无人机2夹紧。具体的，所述夹持臂313伸出后，所述船载控制器11驱动所述纵夹电机311转动，使两个夹杆312由起飞平台3前后两端向起飞平台3中间移动，即左侧的夹杆312向右移动，右侧的夹杆312向左移动，从而使夹持臂313逐渐将所述无人机2的支撑框22和/或支撑脚23夹紧。在夹持过程中，所述夹持臂313上的压力传感器将压力数据实时传送给所述船载控制器11，当压力值达到预设值时，所述船载控制器11判断所述支撑框22和/或支撑脚23被夹紧；其中，此处的压力预设值可提前根据实际试验进行设定，所述夹持臂313刚好夹紧所述无人机2时，夹持臂313与无人机2之间的压力值即为压力预设值。

步骤2032，所述两个夹杆312同向运动，使得夹持臂313推动无人机2沿第一滑行轨道321运动。具体的，所述无人机2被夹紧后，所述船载控制器11通过驱动纵夹电机311使右侧的夹杆312改变移动方向，由向左移动变为向右移动，则此时两个夹杆312同时由起飞平台3的左侧向右侧移动，且所述两个夹杆312的移动速率相同，则两个夹杆312上的夹持臂313可夹持着无人机，并推动无人机2沿第一滑行轨道321向前滑行。

步骤2033，所述无人机2前端滑行至第一滑行轨道321和第二滑行轨道322连接处时，夹持无人机2前端的夹持臂313旋转至滑行轨道32平面以下。具体的，所述无人机2在滑行过程中，所述位置传感器将无人机2的位置信息实时反馈给所述船载控制器11，当所述无人机2前端滑行至第一滑行轨道321和第二滑行轨道322连接处时，所述船载控制器11控制右侧夹杆312上的夹持臂313旋转，使右侧夹持臂313由垂直向上转为水平方向，从而解除右侧夹持臂313对无人机2的夹持，同时所述船载控制器11控制右侧夹杆312对应的纵夹电机311停止转动。

步骤2034，所述无人机2后端的夹杆312继续移动，对应夹持臂313继续推动无人机2，直至所述无人机2完全进入第二滑行轨道322。具体的，所述船载控制器11控制左侧夹杆312继续向右移动，从而使对应夹持臂313继续推动无人机2沿滑行轨道32向前滑行，当所述无人机2完全进入第二滑行轨道322之后，根据所述位置传感器的数据，所述船载控制器11控制左侧夹杆312对应的纵夹电机311停止转动，从而使左侧夹杆312停止移动，停止夹持臂313对无人机2的推动，无人机2继续沿所述第二滑行轨道322滑行，并最终脱离第二滑行轨道322完成起飞。

步骤204，所述船载控制器11控制所述夹杆312和夹持臂313复位。具体的，当所述无人机2在推动作用下完全离开第一滑行轨道321并进入第二滑行轨道322之后，所述船载控制器11通过控制纵夹电机311使两个夹杆312移动回到原位，并将左侧夹杆312上的夹持臂313旋转为水平。

步骤205，将无人机组中需要起飞的下一个无人机2置于所述起飞平台3上，重复上述辅助起飞过程。具体的，在将所述夹杆312和夹持臂313复位后，将下一个需要起飞的无人机2置于所述第一滑行轨道321上，继续重复上述夹紧无人机2并推动辅助无人机2起飞的过程，从而实现无人机组中多个无人机2的迅速起飞。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。