一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置及其使用方法。


背景技术：

2.随着无人机、船等智能无人系统的发展，以及无人机航拍技术和无人船测量技术的普及，以无人机(uavuav)、无人艇(usvusv)为代表的无人自治平台具备智能、灵活、快速机动的特点，是测量技术的前沿发展方向，近年来得到了飞速发展。在水利水电工程测绘中，无人机航空摄影测量技术、无人船水下地形测量技术被广泛地应用，使得人工野外作业时间减少、效率提高大了航测的作量。但目前这些平台搭载传感器的类型和数量有限，针对我国丰富的地理信息资源及大量工程需求信息，单使用单架无人机、单艘无人船参与工作，仍然存在提高效率量不显著、成本偏高及操作复杂的问题，难以满足水利电测绘和智慧建设等对多源数据产品的需求。另外，虽然无人机、无人船技术经过几十年的发展取得了进步，但是单体作业的各项数据与性能以及工效率有限，且受天气、环境等制约影响较大。
3.无人船可以替代人工在水域中完成耗费时间长、大范围、危险性高的任务。传统无人平台设计是采用无人船平台与测量传感器分开设计的方法，可能会导致无人平台航行产生气泡，由于气泡对声衰减及散射影响大，导致测量传感器无法工作；以及由于安装结构设计不合理、刚性不足或测量换能器安装不牢固，受航行时风、浪、流冲击影响，换能器自身与测量平台产生高频共振，导致测深换能器真实姿态与姿态传感器所测量数据不一致，产生系统偏差的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置及其使用方法，从而解决其一传统的测量船的驱动易产生水波及气泡问题；其二单体的无人机、无人船无法集群问题等。
5.本发明解决其上述的技术问题所采用以下的技术方案：一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置，包括架设于两只船体上的减震机构，以及安装在船体两侧的麻花状螺旋桨；其特征在于：船体内中空，在船体前后两端部分设有滚轴，所述的滚轴两端末分别固定有摆件，并且靠近其中一侧摆件位置处还设有滚盘；所述的滚轴被抱箍件所缚；在抱箍件与滚轴接触的圆周表面上设有滚珠；所述的抱箍件中间位置上开有槽口，所述的槽口内设有限位杆，限位杆一端末拧接于滚轴上；
6.所述的第一无刷电机的转轴外套接有空心管，空心管与滚轴通过空心连接板相拉结，并且空心连接板与滚轴之间采用活动连接，且滚轴为中空，在滚轴一侧面上设有方便万向软轴穿入及限位幅度内移动的方形槽口；
7.所述的船体上设有钢覆板；在钢覆板上固定有单体减震机构；两个所述的单体减震机构镜像拼接构成减震机构，并且在两个单体减震机构拼接之处采用抱箍环锁定；
8.所述的同轴多旋翼机顶部本体设有第二铰链，所述的第二铰链与第一铰链相铰
接，且其铰接的活动方向为竖直；在第一铰链外铰接扇叶，且其铰接的活动方向为水平。
9.进一步地，所述的堵球被桨杆所贯通，并且桨杆与堵球之间设有轴承；所述的桨杆末端固定有麻花状螺旋桨。
10.进一步地，所述的船体内中心位置另一侧固定有第二无刷电机，第二无刷电机通过齿轮传动于固定在其上的气泵，气泵的转子通过联轴器传动于与之镜像对称布置的第二机械气泵。
11.进一步地，所述的船体底部侧面开有船体侧槽，并且与之船体侧槽对应位置设有空腔，在空腔内固定了气囊收纳机构；所述的气囊收纳机构构成：圆筒内置有卷轴电机，在卷轴电机滚轴上绕有气囊，所述的气囊的气管与气泵或第二机械气泵相连通，并且气囊外表层紧固有钢丝网；所述的气囊从圆筒侧壁开口穿出后，再穿入船体侧槽。
12.进一步地，所述的单体减震机构的构成：第一减震架自身通过直联板构成闭环结构，并且在第一减震架延伸端焊接有o型构件；第二减震架开口方向的顶端活动铰接有三角联板，开口方向的下端活动铰接有抱箍铰件，在抱箍铰件背面铰接有气柱的一端，而气柱的另一端活动铰接于三角联板的另一端上；所述的气柱位于直联板内部。
13.进一步地，所述的同轴多旋翼机底部设有设备夹持机构，在侧面还固定有磁吸钩；所述的磁吸钩与电磁板想匹配；所述的设备夹持机构与同轴多旋翼机本体之间还设有减震盘，所述的减震盘构成：其组件分为悬挂盘、四角撑架；并且四角撑架的四个端角的夹角位置通过气柱与悬挂盘相拉结，而四角撑架的四个端角顶面均设有减震球；所述的四角撑架与设备夹持机构紧固，而悬挂盘与同轴多旋翼机本体相紧固；
14.进一步地，所述的船体侧面开有孔槽，在孔槽内嵌入有堵球，所述的桨杆一端末插入于摆件内后与万向软轴相连接，所述的万向软轴由摆件穿出，途经空心连接板、空心管后与第一无刷电机的转轴相连接。
15.进一步地，所述的单体减震机构顶部分别设有第一布网管、第二布网管；两个所述的减震机构分别构成两对第一布网管、第二布网管；在其两对第一布网管、第二布网管之间拉结有方格网，并且在方格网底部固定有电磁板；所述的电磁板产磁区划分为若干个方格区，且单体方格区磁体可控，其方格位置与方格网的网格相同；并且电磁板的每个方格区底部还设有单独的电动升降台。
16.进一步地，所述的船体内中心位置设有步进电机，所述的步进电机通过皮带同步驳接了前后两个所述的滚盘上；所述的船体内安装有第一电子模块；所述的同轴多旋翼机内安装有第二电子模块。
17.一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置的使用方法：
18.s1、将带有麻花状螺旋桨的桨杆一端末插入摆件内，并且确保与万向软轴相连接紧固；启动步进电机进行正向或者反向的旋转检测，确保四个所述的麻花状螺旋桨能够船体外摆幅正常；显然这里所讲的摆幅是通过限位杆在抱箍件的槽口长度所决定的；
19.s2、通过步进电机的控制使得四个所述的麻花状螺旋桨浸没于水下；然后启动第一无刷电机，通过万向软轴传动于桨杆使得麻花状螺旋桨开始工作；由于船体通过四个麻花状螺旋桨驱动，因此在满足设计航速的要求下相比单一螺旋桨其转速可以慢且可以产生同样的推力。此外麻花状螺旋桨特殊斜向划动、桨叶成麻花状的结构使其产生的水花较小，因此不易产生气泡；
20.s3、船体航行可以满足部分测量的需求；当需要将船体作为设备的浮体时；其关闭第一无刷电机的工作；然后再次启动步进电机使其麻花状螺旋桨脱离水面进行悬空；接着启动第二无刷电机使得气泵、机械气泵同步工作；与此同时卷轴电机开始反向旋转，从而使得卷轴电机内卷入的气囊通过船体侧槽吐出；由于气泵、机械气泵同步工作将气体注入气囊内，因此在船体两侧形成平毯状的气囊浮体；作为气囊的放气回收步骤：则再次启动气泵、机械气泵同步工作，使其反向抽气将气囊的气体抽出，并且卷轴电机反向卷收气囊；在这里需要说明的：气囊上覆有的钢丝网其目的是为了提高其展开状态的平整度及一定的刚性需求；
21.s4、减震机构的工作：由于第一减震架、第二减震架之间设有气柱，因此当第二减震架被固定于船体的钢覆板，而第一减震架作为方格网平台的支撑件时，其可以达到方格网平台稳定效果，大大降低海浪的影响；
22.s5、同轴多旋翼机的起飞、回收：由于同轴多旋翼机的设计特性，当起飞时由于离心力的缘故，其耷拉下来的扇叶会水平工作；因此当同轴多旋翼机飞至方格网的指定的格子内时，其同轴多旋翼机关停电机，其会掉落于方格网格子下方，而在方格网下端设有电磁板，其启动工作的电磁板产生的电磁与其磁吸钩相磁吸，从而固定同轴多旋翼机；固定同轴多旋翼机后，其电磁板对应位置的电动升降台开始降落实现回收；反之起飞则需要将电动升降台升起，断开电磁板所在区域的磁场，使其起飞。
23.本发明的有益效果：其一采用船体上设有钢覆板；在钢覆板上固定有单体减震机构；两个单体减震机构镜像拼接构成减震机构的结构，实现了两个单体的船体通过一套减震机构，构成了一套无人机的平台；方便了无人机群的启停；其二采用船体底部侧面开有船体侧槽，气囊从圆筒侧壁开口穿出后，再穿入船体侧槽的技术方案，实现了船体两侧可以自由出现或者消失浮体的功能，从而为承载于其上的无人机启停平台提供你稳固的平台；其三采用方格网底部固定有电磁板；电磁板产磁区划分为若干个方格区，且单体方格区磁体可控，其方格位置与方格网的网格相同；并且电磁板的每个方格区底部还设有单独的电动升降台的技术方案，实现同轴多旋翼机可以同一时间依次多个的启停于平台上，并且通过磁吸的方式可以将回收的同轴多旋翼机紧固于平台。
附图说明
24.图1为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置整体装配结构图。
25.图2为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置单个减震机构结构图。
26.图3为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置单个减震机构分解图。
27.图4为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置单个减震机构减震原理示意图。
28.图5为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置方格网布置结构示意图。
29.图6为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置方格网及电磁板结构示意图。
30.图7为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置无人船单体内部结构图。
31.图8为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置无人船单体底部结构图。
32.图9为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置气囊及气囊收纳装置的结构示意图。
33.图10为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置无人船动力系统的原理结构图。
34.图11为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置同轴多旋翼机主视图。
35.图12为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置同轴多旋翼机结构图。
36.图13为图12的a处结构放大图。
37.图14为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置滚轴结构示意图。
38.图15为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置减震盘与设备夹持机构的结构图。
39.图16为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置减震盘的结构图。
40.图17为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置的数据传输原理系统图。
41.图18为本发明一种采用无人机、无人船组网集群的测量装置的无人机、无人船工作系统图。
42.图中1-麻花状螺旋桨，2-桨杆，3-堵球，4-摆件，5-滚盘，6-抱箍件，7-滚轴，71-限位杆，72-方型槽口，8-第一无刷电机，9-空心管，10-万向软轴，11-空心连接板，12-船体，121-船体侧槽，13-第二无刷电机，14-气泵，15-步进电机，16-气囊收纳机构，161-卷轴电机，162-气囊，1621-钢丝网，17-同轴多旋翼机，171-磁吸钩，172-第一铰链，173-第二铰链，18-悬挂盘，19-四角撑架，191-减震球，20-气柱，21-设备夹持机构，22-第一减震架，221-第一布网管，222-第二布网管，23-第二减震架，24-三角联板，25-气柱，26-直联板，27-o型构件，28-抱箍铰件，29-方格网，30-电磁板。
具体实施方式
43.下面结合附图1-17对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
44.实施例：如图2中所述采用了第一减震架22、第二减震架23联结构成单体的减震机构，其两者之间主要通过气柱25实现了缓冲，此外从结构中o型构件27上铰接的抱箍铰件28起到了限位作用，确保第一减震架22、第二减震架23在相互运动的过程中不超出控制的额外范围；
45.如附图1中所示，上述的两套单体的减震结构通过抱箍环方式锁定构成一套完整减震机构；并且通过一套完成的减震机构可以架立安装于两只船体12上；结合附图5可知，两套完整的减震机构可以布置方格网29；结合附图6可知，在方格网29下端安装电磁板30可以多个的对同轴多旋翼机17的起飞、回收提供平台；具体的工作过程：首先由于设计的结构为：电磁板30产磁区划分为若干个方格区，且单体方格区磁体可控，其方格位置与方格网29的网格相同；并且电磁板30的每个方格区底部还设有单独的电动升降台；因此同轴多旋翼
机17巡航回程时，其根据无人船与同轴多旋翼机17数据信息的交换后确定方格网29的具体位置，此时针对确定位置的方格网29的网格处下方的升降台升起，并且启动电磁板；当同轴多旋翼机17停入预设的网格处时，其同轴多旋翼机17关机；同轴多旋翼机17底部设有的磁吸钩171会与电磁板30进行磁吸；然后对应位置的升降台降下；完成了同轴多旋翼机17的回收；反之，当需要将同轴多旋翼机17起飞时，则反向操作上述的步骤即可。
46.如附图7以及附图10中描述了无人船的构造：设计的结构中摒弃了传统的螺旋桨模式，而是采用了无人船体两侧麻花状螺旋桨1的结构进行转动的驱动系统；其工作原理通过第一无刷电机8驱动万向软轴10，而万向软轴10另一端直接连接了桨杆2的顶部；值得注意的是万向软轴10是现有技术，目前这种结构最多的应用如可以转向的螺丝批头或者用于地下管道疏通上；再比如建筑工程中的振动泵连接的振动头也是此结构；由于是现有技术因此不累赘性的描述其原理结构。其中置在船体12中间位置的步进电机15通过双向的皮带驳接，可以同步的驱动滚盘5；从而实现麻花状螺旋桨1浸没于海面以及悬空的目的。
47.如附图8以及附图9中描述了无人船的浮体构造，在设计的结构中船体12底部两侧均开有气囊收纳机构16；其气囊收纳机构16核心是卷轴电机161，由于卷轴电机161结构上为棍状部件，因此其在需要将气囊162收纳时，只需要正向转动卷轴电机161就将其气囊162以包裹的形式收纳于圆筒163内；反之需要释放气囊162时则需要反向转动卷轴电机161，并且配套气泵14、机械气泵的充气工作；值得注意的是，在气囊162上覆有钢丝网1621，其钢丝网1621除了发明内容中提到可以为展开状态的气囊162作为浮体需要一定刚性之外，还有另外方面的作用是：在反转释放气囊162时由于气囊162具有一定刚性，因此不会发生由于柔性的气囊162缘故堵塞了圆筒侧壁开口，导致展开气囊162失败的问题。
48.如附图11以及附图12、13中描述了同轴多旋翼机17结构，同轴多旋翼机17总体结构上分为了螺旋桨部分，以及底座部分；其螺旋桨扇叶的结构：顶部设有第二铰链，第二铰链与第一铰链相铰接，且其铰接的活动方向为竖直；在第一铰链外铰接扇叶，且其铰接的活动方向为水平。通过一套水平、竖直两个方向的铰链铰接结构，可以实现当扇叶停止旋转时，其能够自然的耷拉下来，方便方格网29的网格内回收，并且减少回收所产生的占用空间。当需要起飞时，由于扇叶旋转产生离心力的作用，可以将耷拉下来的扇叶甩飞成工作状态。
49.如附图15以及附图16中描述的是同轴多旋翼机17挂载的测量电子设备的减震器设计，其核心在于悬挂盘18与四角撑架19相互抵触以及相互拉结的过程，具体的说，拉结部分在于通过四边位置的气柱20使得两者之间相互拉结，而通过四角撑架19顶部设有的减震球191与同轴多旋翼机17底部的抵触产生弹力；一个方向的抵触弹力，一个方向的拉结力，两者之间构成了稳定减震器。值得注意是的设备夹持机构21为现有技术，专业术语叫做云台，目前较多的用于视频监控等；由于是现在技术其结构原理不在本案展开描述。
50.需要补充的结构是滚轴7；结合附图14中可知，滚轴7内部为空心，并且在首尾两端均开有方形槽口72，显然方形槽口72的开口弧度大小与抱箍件6上的开口弧度一致；其滚轴7承担两方面的作用，其一作为传动轴为两端末固定摆件4提供幅度内的摆动；其二为万向软轴10穿入提供通道空间。
51.结合附图17以及附图18中，是关于船体12内安装有第一电子模块；同轴多旋翼机17内安装有第二电子模块的应用。本案申请保护的内容是关于无人机、无人船组网集群的
测量装置的硬件部分，其电子控制模块这部分已另案申请，其主要原因是电子模块以及通信方式扩展性高，以及迭代升级比较快；因此在本案的具体实施方式中针对电控、电子原理部分描述只作为上述硬件部分适配的举例而已；
52.通过第一电子模块、第二电子模块：实现可见光传感器的挂载控制，所谓“可见光传感器”一般可以是摄像头等拍摄电子产品；此类产品硬件安装于设备夹持机构21上；通过两大电子模块的相互信息数据交换可以实现同轴多旋翼机17的“高精度起降”；而不管是无人机还是无人船均是可以远程控制的，这里的控制的通讯方法通常为4g/5g，以及微波据模链通讯协议实现；
53.以方格网29、电磁板30为骨架构成的“智能基巢”可以通过外加的模块实现自主充电等功能；在第一电子模块中还集成了“自动避障算法模块”、“导航定位模块”从而为无人船的航行提供保障。此外船体12的第一电子模块中还集成了多波束设备。
54.本案中通过方格网29、电磁板30等骨架构成的平台可以集群多个同轴多旋翼机17；
55.通过第二电子模块的各个设备集成使得同轴多旋翼机17可以多架协同，在功能上实现：航空摄影、点云扫测等作业；通过上述的作业可以生成照片、视频、正射影像、点云、三维实景模型等有用的数据及电子模型。然后通过第二电子模块内的自动识别提取系统得到图像异常特征识别。
56.同理通过第一电子模块的各个设备集成使得无人船可以多艘协同；实现：水文测验、地形测量等作业，通过上述的作业可以生成照片、视频、水文数据、水下点云；通过数据分析处理得到地形成果、dem、dom、三维点云、三维实景模型、水文成果。
57.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。