小体积式物流无人机用停机装置的制作方法

本实用新型属于无人机技术领域，具体涉及一种小体积式物流无人机用停机装置。

背景技术：

随着无人机在物流运输、农业植保以及军事侦查等领域的应用，无人机在运输货物过程中，需要降落在机场的指定位置并将货物放置在该位置，否者不能完成货物的自主运输，现有的无人机在降落过程中经常会出现降落位置有偏差的情况需要人工调整位置，给无人机的使用造成了很大的不便。同时，现有的无人机机场为了保证无人机正常的停放，常常把机场设计的尺寸远大于物流无人机的轴距加上桨叶直径所占的空间，这样不仅造成物流无人机机场体积过于庞大，搬运不便，而且还造成很多空间和资源的浪费同时也为无人机的精准降落或者降落后的位置调整带来诸多不便。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种小体积式物流无人机用停机装置，该其能尽可能减少无人机占地面积且能在降落后进行居中对位，便于后续的装卸货物等。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种小体积式物流无人机用停机装置，包括中心为停机区的坪台体、前后正位机构、左右正位机构、以及用于控制所述的物流无人机停落时达到占地面积最小的桨叶正位机构；

所述的前后正位机构包括两个设置在所述的坪台体上表面位于停机区前后两侧且受驱动前后相向运动的推板；

所述的左右正位机构包括两个设置在坪台体上表面位于停机区左右两侧且受驱动沿左右相向运动的推块；

所述的桨叶正位机构包括用于检测所述的物流无人机的每一个旋翼的桨叶的桨叶位置检测机构，马达电机与所述的桨叶位置检测机构控制连接以驱动所述的桨叶停靠在设定位置，其中，所述的设定位置分别位于同一个多边形的边上。

在上述技术方案中，所述的前后正位机构还包括两个左右延伸的第一丝杠驱动机构，两个所述的第一丝杠驱动机构设置在所述的坪台体的上表面并驱动所述的推板运动，所述的左右正位机构还包括两个前后延伸用以驱动所述的推块的第二丝杠驱动机构，两个所述的第二丝杠驱动机构设置在所述的坪台体的下底面上，所述的坪台体设置有两个限位孔，所述的推块自所述的限位孔穿出至坪台体上表面以与物流无人机的货仓底部接触。

在上述技术方案中，所述的物流无人机为多旋翼无人机。

在上述技术方案中，所述的桨叶位置检测机构为编码器或反射式红外位置传感器。

在上述技术方案中，所述的桨叶位置检测机构包括对应与所述的旋翼的转轴固定设置的磁环以及与所述的磁环对应地设置的磁编码器或两个呈90°布局的霍尔传感器，其中，所述的磁编码器或所述的霍尔传感器固定在电路板上。

在上述技术方案中，还包括为所述的物流无人机充电的充电机构，其包括设置在所述的物流无人机的货仓的充电座以及安装在所述的推块上且与所述的充电座对应的充电接头，所述的充电接头与供电电源连接。

在上述技术方案中，所述的供电电源通过继电器与所述的充电接头连接。

在上述技术方案中，所述的充电座的内底面设置有弹针孔，所述的充电接头上设置有与所述的弹针孔一一对应的分布的弹针。

在上述技术方案中，所述的充电座为四棱台形的凹腔结构以用于引导所述的充电接头插入，其中，所述的充电座的周侧设置有固定耳以与货仓固定连接。

在上述技术方案中，所述的货仓为方体镂空框架结构且其下部的横梁的下底面均设置为弧面结构。

一种小体积式物流无人机用停机装置的控制方法，包括以下步骤，

1)控制物流无人机降落在坪台体上后进行桨叶正位；

2)驱动前后正位机构和左右正位机构进行物流无人机的居中对中。

在上述技术方案中，所述的步骤1)中采用两个霍尔传感器进行桨叶正位，其控制的方法包括：

11)以顺时针方向为正方向，逆时针方向为负方向，将特定时刻两个霍尔传感的测量角度归一化并根据归一化后的正负判断该特定时刻桨叶相位，

12)将两霍尔传感器归一化的测量角度的正弦值相比得到特定时刻桨叶角度对应的正切值的大小；

13)根据特定时刻桨叶的相位和所述的正切值的大小确定该特定时刻的位置角；

14)控制马达并使所述的位置角达到桨叶正位时对应的正位角；

其中，所述的特定时刻为无人机停靠后桨叶停止后启动正位进程的时刻或无人机低速旋转时启动正位进程的时刻。

本实用新型的优点和有益效果为：

本实用新型的一种小体积式物流无人机用停机装置结构简单，使用方便，通过正位机构能够完成对物流无人机进行正位居中以使无人机能够达到指定的位置。本实用新型的小体积式物流无人机用停机装置以及其控制方法采用检测机构和桨叶的电机配合使用通过对桨叶正位控制方法能够敏锐发现造成无人机停靠占用面积多大的一个原因，通过将无人机各旋翼的桨叶规整到同一个正多边形上或近似一个正多边形上实现了桨叶的正位停放，避免了由于桨叶停放的不规则造成占地面积增大的情况，这样实际占用面积为该正多边形的外接圆，从而减少了桨叶直径对无人机机场造成的体积变大的情况，对于短时、长久停放或停放后无人机的继续动作带来空间占据上的便利。而且收拢式桨叶的停放，避免了外部因素可能对桨叶的干涉或撞击，提高了整体无人机的使用安全性和寿命。

附图说明

图1是本实用新型的小体积式物流无人机用停机装置的结构示意图。

图2是本实用新型的小体积式物流无人机用停机装置的桨叶正位机构的(检测机构为两个霍尔传感器)结构示意图。

图3是本实用新型的物流无人机的桨叶正位控制方法的归一化的象限分布图。

图4是本实用新型的物流无人机的桨叶正位控制方法的两个霍尔传感器的采样数据图。

其中：

1：前后正位机构，1-1：推板，1-2：第一丝杠驱动机构，2：左右正位机构，2-1：推块， 2-2：第二丝杠驱动机构，3：充电机构，3-1：充电座，3-2：充电接头，4：坪台体，4-1：限位孔，5：桨叶正位机构，5-1：桨叶，5-2：马达电机，5-3：磁环，5-4：电路板，5-5：第一霍尔传感器，5-6：第二霍尔传感器，6：物流无人机，7：货仓，A为第一霍尔传感器检测的位置点的采集数据线，B为第二霍尔传感器检测的位置点的采集数据线。

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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图1-4以及具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1

一种小体积式物流无人机用停机装置，包括中心为停机区的坪台体4、前后正位机构1、左右正位机构2、以及用于控制所述的物流无人机6停落时达到占地面积最小的桨叶正位机构5；

前后正位机构1包括两个设置在坪台体4上表面位于停机区前后两侧且受驱动前后相向运动的推板1-1；

左右正位机构2包括两个设置在坪台体4上表面位于停机区左右两侧且受驱动沿左右相向运动的推块2-1；

所述的桨叶正位机构5包括用于检测所述的物流无人机6的每一个旋翼的桨叶5-1的桨叶位置检测机构，马达电机5-2与所述的桨叶位置检测机构控制连接以驱动所述的桨叶5-1停靠在设定位置，其中，所述的设定位置分别位于同一个多边形的边上。

本实用新型的一种小体积式物流无人机用停机装置结构简单，使用方便，通过正位机构能够完成对物流无人机进行正位居中以使无人机能够达到指定的位置。本实用新型的小体积式物流无人机用停机装置以及其控制方法采用检测机构和桨叶的电机配合使用通过对桨叶正位控制方法能够敏锐发现造成无人机停靠占用面积多大的一个原因，通过将无人机各旋翼的桨叶规整到同一个正多边形上或近似一个正多边形上实现了桨叶的正位停放，避免了由于桨叶停放的不规则造成占地面积增大的情况，这样实际占用面积为该正多边形的外接圆，从而减少了桨叶直径对无人机机场造成的体积变大的情况，对于短时、长久停放或停放后无人机的继续动作带来空间占据上的便利。而且收拢式桨叶的停放，避免了外部因素可能对桨叶的干涉或撞击，提高了整体无人机的使用安全性和寿命。

进一步，所述的前后正位机构1还包括两个左右延伸的第一丝杠驱动机构1-2，两个所述的第一丝杠驱动机构1-2设置在所述的坪台体4的上表面并驱动所述的推板运动，所述的左右正位机构2还包括两个前后延伸用以驱动所述的推块的第二丝杠驱动机构2-2，两个所述的第二丝杠驱动机构2-2设置在所述的坪台体4的下底面上，所述的坪台体4设置有两个限位孔4-1，所述的推块2-1自所述的限位孔4-1穿出至坪台体上表面以与物流无人机的货仓底部接触。其中，前后正位机构1和左右正位机构2均与控制机通信连接。

其中，坪台体4的两个第二丝杠驱动机构2-2上设置有两个限位孔4-1，限位孔4-1的长度与第二丝杠驱动机构2-2的丝杠长度相同，推块2-1限位在限位孔4-1内，其中，两个限位孔4-1均设置在停机区内。

进一步，前后正位机构1、左右正位机构2和桨叶正位机构均受控于控制器，控制器为PLC控制器。

实施例2

以实施例1为基础，为了保证物流无人机6的居中正位情况，坪台体4上设置有用于保证物流无人机6正位情况的限位机构其包括两个分别设置在两个第一丝杠驱动机构1-2上的第一位置传感器和两个分别设置在两个第二丝杠驱动机构2-2上的第二位置传感器，两个第一位置传感器与两个第二位置传感器均与控制器通信连接，其中，两个第一位置传感器分别用于对两个推板1-1的两端的起始位置进行限位(该两个推板1-1在移动过程中能够对物流无人机6推动实现前后居中正位)，并将该限位信号传输到控制器，控制器根据接收到的该限位信号对应停止第一丝杠驱动机构1-2的工作，两个推板1-1停止运动，然后控制器控制两个第二丝杠驱动机构2-2的电机启动，两个第二位置传感器分别检测两个第二丝杠驱动机构 2-2的推块2-1的位置信号(该两个推块2-1在移动过程中能够对物流无人机6推动实现左右正位)，当该信号被触发时，控制器控制两个第二丝杠驱动机构2-2的电机停止转动，两个推块2-1同时停止运动，其中，该两个第一丝杠驱动机构1-2和两个第二丝杠驱动机构2-2 均可采用滚珠丝杠驱动机构，其中，该控制器为PLC控制器。

本实用新型的小体积式物流无人机用停机装置采用限位机构与两个第一丝杠驱动机构 1-2和两个第二丝杠驱动机构2-2配合使用对物流无人机6进行居中正位，使用方便。

优选地，两个推块2-1分别由两个第二丝杠驱动机构2-2驱动，当推板1-1完成居中定位后，首先由一侧，如左侧的推块2-1推动物流无人机6进行左右方向上的位置调整直至触发到其对应的第二位置传感器，然后再驱动另一侧，即右侧的推块2-1动作以实现充电接头 3-2的对接，减少充电侧的推块2-1的移动距离，提高对接精度。

实施例3

优选的，还包括为所述的物流无人机6充电的充电机构，充电机构3也可以设置为包括两个分别设置货仓7的两侧且用于对物流无人机6充电的充电座3-1以及两个分别安装在两个推块2-1上且与两个充电座3-1一一对应的充电接头3-2，两个充电接头3-2均与供电电源连接。采用两个充电座3-1能够保证其中一个充电座3-1出现问题时，仍能正常充电。两个插接头还可实现正极负极的分开设置。

本实用新型的小体积式物流无人机6用停机装置物流无人机6的结构简单，使用方便，采用桨叶正位机构将桨叶正位后再采用推板1-1和推块2-1对停留在停机区内的物流无人机 6进行调整居中以使无人机能够达到指定的位置，以方便装卸货仓7架内的货物，采用推块 2-1既能够完成物流无人机6的对位，又能够对物流无人机6进行充电。

具体来说，充电座3-1设置为四棱台形的凹腔结构以用于引导充电接头3-2插入，充电座3-1的周侧设置有固定耳，该固定耳能够将充电座3-1卡装在货仓7的下部横梁上，其中，该凹腔结构的四周均设置有相对于充电接头3-2的1cm的容错距离，用于保证充电接头3-2 插装在充电座3-1上；充电座3-1的内底面设置有弹针孔，充电接头3-2上设置有与弹针孔一一对应的弹针，方便充电接头3-2与充电座3-1对接；弹针孔为充电弹针孔或通信弹针孔，弹针为充电弹针或通信弹针。充电接头3-2通过安装座(该安装座为L型结构方便推块2-1 将充电接头3-2插装在充电座3-1上)安装在与其对应的推块2-1上且穿过限位孔4-1活动设置在坪台体4的上表面上，物流无人机6的下方安装有用于装货的货仓7，货仓7为方体镂空框架结构且其下方的四周横梁的下底面均设置为弧面结构以减少了与坪台体4接触面积，便于被推动定位；供电电源通过继电器与充电接头3-2连接，继电器与控制器通信连接，其中，该供电电源可以采用蓄电池。

具体实施方式如下：两个第二丝杠驱动机构2-2对物流无人机6进行左右正位，控制器控制对物流无人机6的左侧正位的第二丝杠驱动机构2-2工作，当该第二丝杠驱动机构2-2 的推块2-1推动物流无人机6进行左右方向上的位置调整直至触发到其对应的第二位置传感器，该第二位置传感器将限位信号传输到控制器，控制器根据该限位信号控制推块2-1停止 (当两侧均设置有充电接头3-2时，此时，该侧的充电接头3-2与该侧的充电座3-1对接完成，即该充电接头3-2上的弹针插入该充电座3-1的弹针孔内)；控制器控制对物流无人机6 的右侧正位的第二丝杠驱动机构2-2工作，该第二丝杠驱动机构2-2的推块2-1带动该侧的充电接头3-2向该侧的充电座3-1的方向移动，当该侧的推块2-1触发到该侧的第二传感器，该第二位置传感器将限位信号传输到控制器，控制器根据该限位信号控制该侧的推块2-1停止(此时，该侧的充电接头3-2与该侧的充电座3-1对接完成，即该充电接头3-2上的弹针插入该充电座3-1的弹针孔内)，控制器控制继电器动作，供电电源与充电接头3-2连通并向物流无人机6进行充电。

本实用新型的小体积式物流无人机用停机装置采用控制器通过继电器控制供电电源对物流无人机6进行蓄电补给，避免为了延续物流无人机6的工作时间抛洒货物的情况，减少了人员操作，降低了大量的人力成本，安全方便，采用两个第二丝杠驱动机构2-2对物流无人机6进行左右居中正位及充电。

实施例4

本实用新型的物流无人机6为一种多旋翼无人机，其中，该多旋翼物流无人机6包括与每个旋翼对应设置的桨叶位置检测机构，马达电机5-2位置检测机构与旋翼的马达电机5-2可控连接以使桨叶5-1停靠在设定位置，设定位置分别位于与物流无人机6同中心的正多边形的边上。

其中，马达电机5-2位置传感器为编码器或反射式红外位置传感器。或者，马达电机5-2 位置传感器包括对应与旋翼的转轴固定设置的磁环5-3，与磁环5-3对应地设置的磁编码器或两个呈90°布局的霍尔传感器，磁编码器或霍尔传感器固定在电路板5-4上。

采用各种类型的桨叶5-1位置检测机构，基于多旋翼的结构特性，实现了停放时的桨叶5-1 正位，有效的降低了物流多旋翼无人机降落之后所使用的空间，解决了机场的必须设计大体积来收纳无人机的痛点。尤其是采用霍尔传感器体积小，是集成芯片，可以直接嵌入电路板 5-4，结构方便；价格便宜，节约成本，而且改造便利，易于在现有无人机上实现。

具体控制如下，桨叶正位机构5包括用于检测物流无人机6的每一个旋翼的桨叶5-1的位置的检测机构和用于驱动旋翼的桨叶5-1的马达电机5-2，检测机构与马达电机5-2受控连接以使桨叶5-1停靠在设定位置，用于保证物流无人机6停落在坪台体4上时占地面积最小，其中，设定位置分别位于同一个多边形如与多旋翼无人机同中心的正多边形的边上，即，各桨叶5-1 的中轴线对应围合成一个或者近似一个正多边形，如桨叶5-1的中轴线与对应的边的角度偏差不在±5°，优选±1-3°以内，其中，正多边形的边数与无人机的旋翼个数相同，如六旋翼无人机，则构成正六边形。

其中，物流无人机6的桨叶5-1的停放不规则和外界环境对桨叶5-1造成的摆动是物流无人机6停放时占用面积较大的主要原因，本实用新型的小体积式物流无人机用停机装置采用检测机构和桨叶5-1的马达电机5-2配合使用通过对桨叶5-1正位控制方法能够敏锐发现造成无人机停靠占用面积多大的一个原因，通过将物流无人机6各旋翼的桨叶5-1规整到同一个正多边形上或近似一个正多边形上实现了桨叶5-1的正位停放，避免了由于桨叶5-1停放的不规则造成占地面积增大的情况，这样实际占用面积为该正多边形的外接圆，从而减少了桨叶5-1直径对物流无人机6机场造成的体积变大的情况，对于短时、长久停放或停放后物流无人机6的继续动作带来空间占据上的便利。而且收拢式桨叶5-1的停放，避免了外部因素可能对桨叶5-1 的干涉或撞击，提高了整体物流无人机6的使用安全性和寿命。

具体地说，为实现物流无人机6降落后对各桨叶5-1的位置检测，首先控制各旋翼低速旋转或停止，然后通过马达电机5-2位置测量传感机构来实现桨叶5-1的位置检测继而控制正位。其中，需要说明的是，该控制各旋翼低速旋转可为无人机降落过程中的低速旋转，实现物流无人机6降落和桨叶5-1的同步进行，也可以在物流无人机6完全停靠后再驱动桨叶5-1很低的速度转动以实现对桨叶5-1位置的检测和驱动并停靠在设定位置，或者完全停靠桨叶5-1停止转动后，根据检测到的桨叶5-1当前位置信息进行驱动直接使桨叶5-1达到设定位置。

作为优选方案，马达电机5-2位置传感器为编码器或反射式红外位置传感器。编码器可选择的结构为中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取实现转轴位置即桨叶5-1位置的判定，当然，也可采用设置在物流无人机6机体上的反射式位置传感器，如反射式红外传感器来实现，通过利用桨叶5-1对红外线的反射也可实现正位停靠或近似正位停靠，达到最终减少占用面积的目的。

为实现对桨叶5-1位置的检测，马达电机5-2位置传感器包括对应与旋翼的转轴固定设置的磁环5-3，与磁环5-3对应地设置的两个呈90°布局的霍尔传感器(第一霍尔传感器5-5和第二霍尔传感器5-6)。

具体地说，在旋翼的转轴，如马达电机5-2轴的正下方安装一个磁环5-3，通过磁力计找出其NS极，在距磁环5-3距离为35mm的位置，如电路板5-4上安装霍尔传感器，磁环5-3随着马达电机5-2转动，但是电路板5-4是固定的，当马达电机5-2转动后，霍尔传感器上方的磁场场强就会变化，霍尔传感器通过检测这种变化，霍尔传感器上方的场强也会变化，从而引起霍尔传感器上的电压变化，即可以通过检测霍尔传感器的电压变化，来测量马达电机5-2位置(即桨叶5-1的实际位置)。利用AD转化，将霍尔传感器测量的电压输入到飞控系统，进行马达电机5-2位置的控制，即实现正位。

其中，由于磁环5-3变化呈正弦曲线变化，但是在每个π里，一个值对应着两个角度，这样是无法确定角度的，所以还需要另外一个霍尔传感器来进一步确定是哪个角度，结合正弦余弦关系，就能很好的判断出桨叶5-1真实位置及桨叶5-1的位置角。

具体分析步骤包括：在标有角度的转盘上，转动马达电机5-2，飞控得到对应位置上两个霍尔传感器对应的ADC数据后，经过采样电路转换，将其转换为电压值，并且将转换结果记录下来，利用matlab数学工具，对数据进行归一化处理后，得到马达电机5-2位置与两霍尔传感器ADC采样数据关系，从采样的数据分析的结果来看，在磁环5-3的不同位置，两霍尔传感器对应的电压关系为正余弦关系。而且正好余弦曲线和正弦曲线相位角相差90度，相位差正好与摆放位置差一致。因此即可根据磁环5-3位置获知马达电机5-2相对位置。而且确保马达电机5-2对磁环5-3没有干扰，能够拟合出理想的正弦曲线。

当物流无人机6降落在机场停机台上，需要将所有桨叶5-1正位，具体控制方法如下，

1)以顺时针方向为正方向，逆时针方向为负方向，将特定时刻两个霍尔传感的测量角度归一到±π并根据归一化后的正负判断该特定时刻桨叶角度的正负，即判断该特定时刻桨叶 5-1的相位，可根据两个霍尔传感器检测的角度值的正负进行象限判断；

2)将两霍尔传感器归一化的测量角度的正弦值相比得到特定时刻桨叶角度对应的正切值的大小；

3)根据特定时刻桨叶相位和正切值的大小确定该特定时刻的位置角；

4)控制马达电机5-2并使位置角达到桨叶正位时对应的正位角；如，可以根据位置角和正位角的差值进行马达电机5-2的正反转控制。

其中，特定时刻为无人机停靠后桨叶5-1停止后启动正位进程的时刻或物流无人机6低速旋转时启动正位进程的时刻。正弦余弦函数在极值附近分辨率低，而正切函数正好弥补了这两个缺点，在±π/2处存在极值，但是计算tan(89°)为57.29，属于正常浮点数，能有效满足正位精度要求。

上述采用正弦值来作为计算，当然也可采用对应余弦值，而且，当存在不可比时，即，对应±π/2处时，可以直接赋值对应的正切值，如直接赋值为57.29，或者更大的合理数值以提高精度。

同时，为了获取桨叶5-1步骤4中的正位位置对应的正位角，先将桨叶5-1拨到正位位置，采用上述步骤的1-3即可得到正位对应的角度即为正位角，该正位角为初始设定值。

当采用磁编码器时，具体控制如上述类似，具体不再赘述。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。