一种多功能无人机系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种多功能无人机系统及其控制方法。


背景技术：

2.随着无人机领域的技术发展，越来越多的无人机被应用于农业和工业生产的过程中。现有的技术是将无人机与特定的一种机械手进行固定，以实现某种特殊功能。例如，实现智能喷涂、无人机空中回收等。但现有技术中无人机的功能单一且固定，不能实现功能的转换，容易造成无人机闲置，资源浪费的问题。
3.因此，亟需一种多功能无人机系统及其控制方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的在于提供一种多功能无人机系统，能够使一台无人机实现多种功能，且能减少人工投入，提高产品价值和经济效益。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种多功能无人机系统，包括：
7.无人机设备，所述无人机设备包括：
8.无人机；
9.摄像头，所述摄像头设置在所述无人机的侧壁上；
10.机械臂，所述机械臂的一端连接于所述无人机，所述机械臂能够折叠放置在所述无人机下方；
11.机械手，所述机械手可拆卸连接于所述机械臂的另一端，所述机械手为抓取式机械手、清洁式机械手、球式机械手或人手式机械手，以分别完成抓取任务、清洁任务、摘果实任务或精细任务；
12.控制单元，所述控制单元与所述无人机、所述摄像头、所述机械臂和所述机械手均电连接，所述控制单元能够控制所述无人机的飞行线路，接收所述摄像头拍摄的画面，控制所述机械臂和所述机械手动作；
13.通讯单元，所述通讯单元与所述控制单元电连接；
14.服务器，所述服务器能够通过所述通讯单元与所述控制单元交互数据；
15.智能机库，所述智能机库与所述服务器电连接，所述服务器能够接收任务指令，并控制所述智能机库选择相应的所述机械手安装在所述无人机设备上。
16.作为一种多功能无人机系统的优选方案，所述机械臂包括基座、第一转动件、第二转动件、第三转动件、第四转动件、第五转动件、第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述基座连接于所述无人机的底面，所述第一转动件沿z轴可转动连接于所述基座，所述第二转动件沿y轴可转动连接于所述第一转动件，所述第一连杆固定连接于所述第二转动件，所述第三转动件沿y轴可转动连接于所述第一连杆，所述第二连杆固定连接于所述第三转动件，所述第四转动件沿x轴可转动连接于所述第二连杆，所述第三连杆固定连接于所述第四转动件，
所述第五转动件沿z轴可转动连接于所述第三连杆，所述x轴与所述摄像头的长度方向重合，所述z轴垂直于所述底面，所述x轴、所述y轴和所述z轴两两垂直。
17.作为一种多功能无人机系统的优选方案，所述机械臂与所述无人机的底面螺纹连接、卡接或电磁连接。
18.作为一种多功能无人机系统的优选方案，所述抓取式机械手为钳式机械手或爪式机械手，所述钳式机械手包括两个钳爪，所述爪式机械手包括多于两个夹爪。
19.作为一种多功能无人机系统的优选方案，所述清洁式机械手包括连接杆、清洁板和清洁件，所述清洁板可转动连接于所述连接杆，所述清洁件可拆卸连接于所述清洁板。
20.作为一种多功能无人机系统的优选方案，所述球式机械手包括两个半球壳爪，两个所述半球壳爪能够相对闭合为一个空球壳，以包裹果实并切断枝子。
21.作为一种多功能无人机系统的优选方案，所述无人机设备还包括置物袋，所述无人机上设置有置袋架，所述置物袋套设在所述置袋架上。
22.本发明的另一个目的在于提供一种多功能无人机系统的控制方法，使用该控制方法能够使一台无人机实现多种功能，且能减少人工投入，提高产品价值和经济效益。
23.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
24.一种上述的多功能无人机系统的控制方法，包括以下步骤：
25.s01、服务器接收任务指令，所述任务指令包括任务类型和目标位置，所述任务类型包括抓取任务、清洁任务、摘果实任务和精细任务；
26.s02、所述服务器控制智能机库根据所述任务类型为无人机设备安装相应的机械手；
27.s03、所述服务器向所述无人机设备的通讯单元发送任务指令，所述通讯单元将所述任务指令传输至所述控制单元；
28.s04、所述控制单元控制所述无人机设备飞往所述目标位置，所述控制单元根据摄像头拍摄的图像判断任务对象，并控制所述机械臂和所述机械手进行任务操作；
29.s05、所述控制单元判断是否存在所述任务对象，存在则继续s04步骤，不存在则任务完成，所述控制单元控制所述无人机设备返回。
30.作为一种多功能无人机系统的控制方法的优选方案，步骤s03还包括所述控制单元控制所述机械臂折叠，步骤s04还包括在所述机械手进行任务操作前，所述控制单元控制所述机械臂伸展，以使所述机械手靠近所述任务对象，步骤s05还包括在所述无人机设备返回时，所述控制单元控制所述机械臂折叠。
31.作为一种多功能无人机系统的控制方法的优选方案，步骤s02还包括所述控制单元将所述无人机设备的电量数据通过所述通讯单元传输至所述服务器，当电量低于预设电量时，所述服务器控制所述智能机库为所述无人机设备更换电池。
32.本发明的有益效果：
33.本发明提供了一种多功能无人机系统，该多功能无人机系统包括无人机设备、服务器和智能机库。其中，无人机设备包括无人机、摄像头、机械臂、机械手、控制单元和通讯单元。摄像头设置在无人机的侧壁上，机械臂的一端连接于无人机，机械臂能够折叠放置在无人机下方。机械手可拆卸连接于机械臂的另一端，机械手为抓取式机械手、清洁式机械手、球式机械手或人手式机械手，以分别完成抓取任务、清洁任务、摘果实任务或精细任务。
控制单元与无人机、摄像头、机械臂和机械手均电连接，控制单元能够控制无人机的飞行线路，接收摄像头拍摄的画面，控制机械臂和机械手动作。通讯单元与控制单元电连接，通讯单元用于使控制单元与服务器交互数据。智能机库与服务器电连接，服务器能够接收任务指令，并控制智能机库选择相应的机械手安装在无人机设备上。
34.该多功能无人机系统能够通过服务器接收任务指令，并控制智能机库选择与任务类型相应的机械手安装在无人机设备上。再通过无人机设备的通讯单元，服务器将任务指令传输至无人机设备的控制单元，控制单元即可根据任务指令控制无人机的飞行，机械臂和机械手的动作，以最终完成任务。该多功能无人机系统能够使一台无人机实现多种功能，且能减少人工投入，提高产品价值和经济效益。
35.本发明还提供了多功能无人机系统的控制方法，包括以下步骤：s01、服务器接收任务指令，所述任务指令包括任务类型和目标位置，所述任务类型包括抓取任务、清洁任务、摘果实任务和精细任务。s02、所述服务器控制智能机库根据所述任务类型为无人机设备安装相应的机械手。s03、所述服务器向所述无人机设备的通讯单元发送任务指令，所述通讯单元将所述任务指令传输至所述控制单元。s04、所述控制单元控制所述无人机设备飞往所述目标位置，所述控制单元根据摄像头拍摄的图像判断任务对象，并控制所述机械臂和所述机械手进行任务操作。s05、所述控制单元判断是否存在所述任务对象，存在则继续s04步骤，不存在则任务完成，所述控制单元控制所述无人机设备返回。显然，使用该控制方法能够使一台无人机实现多种功能，且能减少人工投入，提高产品价值和经济效益。
附图说明
36.图1是本发明实施例所提供的无人机设备(不包含置物袋和机械手)的左视图；
37.图2是本发明实施例所提供的无人机设备(不包含置物袋)的正视图；
38.图3是本发明实施例所提供的无人机设备(不包含置袋架、置物袋和机械手)的俯视图；
39.图4是本发明实施例所提供的无人机设备(包含置物袋，不包含机械臂和机械手)的左视图；
40.图5是本发明实施例所提供的钳式机械手的结构示意图；
41.图6是本发明实施例所提供的爪式机械手的结构示意图；
42.图7是本发明实施例所提供的清洁式机械手的结构示意图；
43.图8是本发明实施例所提供的球式机械手的结构示意图；
44.图9是本发明实施例所提供的人手式机械手的结构示意图。
45.图中：
46.1、无人机；2、摄像头；
47.3、机械臂；31、基座；32、第一转动件；33、第二转动件；34、第三转动件；35、第四转动件；36、第五转动件；37、第一连杆；38、第二连杆；39、第三连杆；
48.4、机械手；41、钳式机械手；411、钳爪；42、爪式机械手；421、夹爪；43、清洁式机械手；431、连接杆；432、清洁板；44、球式机械手；441、半球壳爪；45、人手式机械手；
49.5、置物袋；6、置袋架。
具体实施方式
50.下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
51.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
53.现有技术中无人机1的功能单一且固定，不能实现功能的转换，容易造成无人机1闲置，资源浪费的问题。因此，本实施例提供了一种多功能无人机系统，以解决上述问题。
54.如图1-图4所示，该多功能无人机系统包括无人机设备、服务器和智能机库。其中，无人机设备与服务器通讯连接，智能机库与服务器电连接。服务器能够接收工作人员给出的任务指令，并根据任务指令控制智能机库选择相应的机械手4安装在无人机设备上。服务器也能够将任务指令传输给无人机设备，使无人机设备执行任务，实现整体流程的自动化处理。
55.具体地，该无人机设备包括无人机1、摄像头2、机械臂3、机械手4、控制单元和通讯单元。
56.机械臂3的一端可拆卸连接于无人机1，机械臂3能够折叠放置在无人机1下方。优选地，机械臂3包括基座31、第一转动件32、第二转动件33、第三转动件34、第四转动件35、第五转动件36、第一连杆37、第二连杆38和第三连杆39。x轴与摄像头2的长度方向重合，z轴垂直于底面，x轴、y轴和z轴两两垂直。基座31连接于无人机1的底面，第一转动件32沿z轴可转动连接于基座31，即可调节机械臂3整体的工作角度。第二转动件33沿y轴可转动连接于第一转动件32，第一连杆37固定连接于第二转动件33，即可使机械臂3在x轴和z轴所在的平面内转动，实现机械臂3的折叠。第三转动件34沿y轴可转动连接于第一连杆37，第二连杆38固定连接于第三转动件34，同样地，第三转动件34的转动特性可实现第三转动件34下游连接的部分机械臂3在x轴和z轴所在的平面内转动，实现这部分机械臂3的折叠。第四转动件35沿x轴可转动连接于第二连杆38，第三连杆39固定连接于第四转动件35，第四转动件35的转动特性可实现第四转动件35下游连接的部分机械臂3和机械手4在y轴和z轴所在的平面内转动，以实现机械手4在y轴方向上的伸展和收缩。第五转动件36沿z轴可转动连接于第三连杆39，机械手4可拆卸连接于第五转动件36，即可实现机械手4在x轴或y轴方向上位置的精细调整。
57.可选地，机械臂3与无人机1的底面螺纹连接、卡接或电磁连接。可知的是，上述连
接方式均可实现机械臂3与无人机1的可拆卸连接，以使无人机1具有配备机械臂3和不配备机械臂3的两种工作模式，且方便机械臂3的维修更换。可选用单反镜头与机身之间的旋转卡接的方式，以实现快速装配和拆卸。也可选用电永磁件和透磁件之间的磁力吸附的方式实现连接。可选地，电永磁件设置在无人机1的底面，透磁件设置在机械臂3的端部。智能机库控制电永磁件充磁，随着电永磁件的磁力不断增大，可对透磁件产生吸附，形成吸附力，以使机械臂3固定于无人机1下方。智能机库控制电永磁件消磁，即可使机械臂3与无人机1脱离。
58.如图5-图9所示，机械手4为抓取式机械手、清洁式机械手43、球式机械手44或人手式机械手45。不同的机械手4，可完成不同种类的任务。抓取式机械手用于执行抓取任务，清洁式机械手43用于执行清洁任务，球式机械手44用于执行摘果实任务，人手式机械手45用于执行精细任务。
59.如图5-图6所示，可选地，抓取式机械手为钳式机械手41或爪式机械手42，钳式机械手41包括两个钳爪411，爪式机械手42包括多于两个夹爪421。
60.如图7所示，可选地，清洁式机械手43包括连接杆431、清洁板432和清洁件，清洁板432可转动连接于连接杆431，清洁件可拆卸连接于清洁板432。清洁件可为清洁布料，能够夹设在清洁板432上，清洁板432起到支撑清洁布料的作用。可知的是，清洁板432设置有清洁件的一面接触待清洁的物体表面，以实现清洁。
61.如图8所示，可选地，球式机械手44包括两个半球壳爪441，两个半球壳爪441能够相对闭合为一个空球壳，以包裹果实并切断枝子。
62.为了使无人机1具有物品储放携带的功能，以携带多个物品或果实，可选地，无人机设备还包括置物袋5，无人机1上设置有置袋架6，置物袋5套设在置袋架6上。可选地，无人机1上对称设置有两个置袋架6，每个置袋架6上套设一个置物袋5。机械手4在抓取物品或摘取果实时，会依次放在两个置物袋5内，以保证重量的平衡，保证无人机1的飞行稳定性。
63.摄像头2设置在无人机1的侧壁上，当然在其他实施例中，也可以设置多个摄像头2，以拓展拍摄的角度。可选地，该无人机设备还包括识别件，识别件设置在无人机上，识别件用于识别任务对象，任务对象即为待抓取的物品或待摘取的果实等。可选地，识别件为红外传感器。
64.无人机设备的控制单元与无人机1、摄像头2、识别件、机械臂3和机械手4均电连接。控制单元能够控制无人机1的飞行线路，也能接收摄像头2拍摄的画面，以判断是否存在任务对象，或从识别件获知是否存在任务对象。控制单元还能控制机械臂3和机械手4动作。通讯单元与控制单元电连接，通讯单元用于使控制单元与服务器之间交互数据。
65.可选地，该多功能无人机系统还包括移动终端，移动终端与服务器通讯连接，服务器从无人机设备实时获取的拍摄的画面，可传输至移动终端，工作人员可通过移动终端实时进行查看。工作人员也可在移动终端上发布任务指令，也实现任务的实时创建，也可在移动终端上查看无人机设备是否完成任务，以实时了解任务进程。
66.本实施例所提供的上述多功能无人机系统的控制方法，包括以下步骤：
67.s01、创建任务阶段。
68.工作人员在移动终端上创建任务，包括选择任务类型，指定目标位置。任务类型包括抓取任务、清洁任务、摘果实任务和精细任务等。当然在其他实施例中，还包括喷涂任务
和空中回收任务等。
69.移动终端将任务指令发送给服务器，服务器接收任务指令，任务指令包括上述的任务类型和目标位置。
70.s02、任务预备阶段。
71.服务器控制智能机库根据任务类型为无人机设备安装相应的机械手4。即当任务类型为抓取任务时，安装抓取式机械手，当任务类型为清洁任务时，安装清洁式机械手43，任务类型为摘果实任务时，安装球式机械手44。在其他实施例中，还可设置其他种类的机械手4，以完成其他种类的任务。
72.可选地，无人机设备的控制单元将无人机设备的电量数据通过通讯单元传输至服务器，当电量低于预设电量时，服务器控制智能机库为无人机设备更换电池。
73.s03、接收任务阶段。
74.智能机库完成预备工作后，向服务器发送完成信号，服务器即可向无人机设备的通讯单元发送任务指令，通讯单元将任务指令传输至控制单元，控制单元控制机械臂3折叠，无人机设备准备起飞。
75.s04、任务进行阶段。
76.无人机设备的控制单元控制无人机设备飞往目标位置，控制单元根据摄像头2拍摄的图像或根据识别件的识别信息，判断目标位置区域内是否存在任务对象和任务对象的具体位置。控制单元即可控制控制机械臂3伸展，并控制机械臂3和机械手4协作进行任务操作。即机械手4抓取物品并放置到置物袋5中，或清洁物品上的目标污迹，或摘取目标果实并放置到置物袋5中。
77.可选地，当任务对象存在多个时，控制单元获得多个任务对象的位置后，即可得到任务处理的最优路径，控制单元即可控制无人机设备按照该最优路径依次处理多个任务对象。
78.s05、任务收尾阶段。
79.上述的多个任务对象处理完毕后，控制单元控制无人机1在目标位置的区域内飞行，同时控制摄像头2和/或识别件识别是否还存在任务对象。若存在则继续s04步骤，若不存在则任务完成，控制单元将任务完成的信号通过通讯单元发送至服务器，工作人员从移动终端可获知。同时，控制单元控制机械臂3折叠，并控制无人机设备返回。
80.可选地，无人机设备可返回物品或果实的收集地点，以将物品或果实运送过去。然后无人机设备返回智能机库进行检修，以备执行下一个任务。
81.上述多功能无人机系统能够使一台无人机1实现多种功能，实现一物多用，从而提高产品的价值和经济效益。而且该多功能无人机系统使用上述控制方法，即可实现多种任务类型的智能化自动化处理，有利于加速农业或工业生产的自动化进程。并且该多功能无人机系统能够实现全程监控，节省人力的同时，还能实时了解任务进程，提高使用者的使用体验。
82.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求
的保护范围之内。