定制化智慧无人机的换载使用方法与流程

本发明涉及无人机领域，尤其涉及定制化智慧无人机的换载使用方法。

背景技术：

1、近年来无人机在消防救援应用领域发挥的作用呈现越来越重要的趋势，工业无人机作为一种高效便捷的辅助手段替代了原有人工消防救援巡查工作，其具有成本低、效费比好、机动性能好、使用方便等优势，降低了人工操作的风险，提高了任务执行的安全性和可换控性，除消防救援外无人机在电网巡检、交通巡逻、公安、气象、水利、安防、海事等多个领域也发挥着重要作用。

2、无人机机场，也称无人机机库或无人机机巢，是指专门为无人机设计的专用停放场所。可将无人机直接部署到作业现场，解决人工携带无人机执勤的问题，现场部署的最大优势是增强无人机应急作业能力，作业效率也得到大幅提升，无任务时无人机待机在机库内:工作时，机场舱门打开，升降平台上升至顶部，无人机自动飞出进行作业。无人机自动机场通常包括机场舱体、停放平台、自动归中系统、自动充电系统、气象站、ups、工业空调等，主要功能通常包括停放无人机、自主充电、自主巡检、一键起飞、精准降落、飞行条件监测、实时传输、飞行航线规划等。

3、在无人机自动机场的加持下，无人机能够实现“去人工化”，实现无人值守、一键起飞、自动巡航、自动换电、自动降落归巢、数据采集传输等功能，解决了无人机在飞手编制不足、技术参差补齐、续航时间短等应用壁垒，使得无人机的应用场景更加广阔。

4、无人机自动机场可根据自动化程度、产品形态、无人机形式、无人机大小、充电形式等方式进行分类。根据自动化程度可分为全自动无人机机场和半自动无人机机场:根据产品形态可分为固定式无人机机场和移动式无人机机场:根据无人机形式可分为固定翼机场和多旋翼机场:根据无人机大小可分为大型无人机机场、中型无人机机场和小型无人机机场:根据充电形式可分为无人机充电机场和无人机换电机场。

5、从2018年开始，无人机行业内的企业开始试点无人机自动机场产品，2020年开始小规模化应用，目前无人机自动机场行业仍处于发展的最初级阶段，规模较小。根据工业无人机的使用场景划分，无人机自动机场主要应用在巡检及消防监控领域。根据数据统计2021年无人机自动机场在巡检领域的市场渗透率在2％左右，在安防监控领域的市场渗透率在0.5％左右，应急救援等应用领域的渗透率则小于0.1％。

6、随着人工智能、边缘计算、5g通信、物联网等为代表的新兴技术的发展，业内提出了建立基于全自动化无人机起飞降落的平台建设即无人机机场的概念。

7、目前无人机机场在应急救援等领域的渗透率为0.1％左右，之所以无人机机场在应用场景尤其是应急救援领域的渗透率低，除了行业发展时间短等市场因素外，更重要的原因是产品使用功能尚不完善，不能全面解决应急救援中的使用需求，具体体现在如下两方面：

8、1、重量尺寸影响因素

9、受制于行业应用集中方向以及成本等因素的限制，目前多数无人机机场所对应的机型是类似大疆御系列的小型无人机进行作业，机场尺寸较小所容纳的飞机尺寸机重量较小，在作业能力以及续航能力上较为普通，仅能支持一定范围内的巡检和视频拍摄作业。

10、2、任务功能影响因素

11、目前在具体的应用场景中，无人机机场类型的选择影响着巡检以及其他任务能否有效执行。目前国内无人机机场以大疆为代表大多是集中在小型巡检类无人机的领域，主要集中的应用手段是无人机巡检、测绘、喊话等功能，针对搭载抛投器，投弹、投掷救生绳索、弹射防毒面罩等任务设备的中大型无人机目前行业内还没有较好的解决方案。因此并不能完全解决消防救援领域从日常巡检—灾情侦察—灾情干预—灾后复盘的全领域作业需求，在灾情干预的重要环节无人机尤其市无人机机场还处于缺位状态。

12、但在实际应用过程中，还存在着如下缺陷：人员编制不足、飞手技术水平参差不齐引发精度和一致性差、续航时间短等系列问题，导致工业无人机从产线到救援作业场景阻碍重重，仅成为消防救援现场拍摄及巡检巡逻的辅助工具，潜力并未真正发挥，也并未能实现无人机应用的全程无人化。

技术实现思路

1、发明的目的：为了提供效果更好的定制化智慧无人机的换载使用方法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

2、为了达到如上目的，本发明采取如下三系列技术方案：

3、方案一：

4、定制化智慧无人机机场，其特征在于，

5、该无人机机场布置有无人机换载飞行平台3，该无人机换载飞行平台3的中部布置有换载口5；

6、无人机换载飞行平台3下方布置有换载核心部件；

7、该换载核心部件包含转动部分和提升部分；

8、其中的转动包含布置在中部抛投箱中部的转动电机12，转动电机12的动力输出轴上布置有回转平台6；

9、回转平台6上布置有一组以上的提升部分，提升部分包含在回转平台6的下方且朝下固定连接有的轨道14，还布置有电缸21；

10、电缸21通过传动链能够带动滑块15升降；

11、滑块15固定连接有撑起杆9，撑起杆9端部穿过回转平台6的孔后其上布置有抛投箱7，抛投箱7中放置有挂载工件10；

12、无人机放置在无人机换载飞行平台3上，挂载工件10被升高后能够固定在无人机上。

13、本发明进一步技术方案在于，无人机换载飞行平台3为圆形结构，提升部分围绕圆形结构的中心同心布置。

14、本发明进一步技术方案在于，无人机的下方布置有安装口22，挂载工件10的顶部能够卡装在安装口22中。

15、本发明进一步技术方案在于，该转动电机12为步进电机。

16、本发明进一步技术方案在于，无人机换载飞行平台3固定在壳体1上，该翻盖2在壳体1边侧可转动安装。

17、本发明进一步技术方案在于，壳体1中布置有机场控制盒19和电池20。

18、本发明进一步技术方案在于，抛投箱7的下方通过子母扣组合结构可拆卸对接着撑起杆9的上端部分。

19、本发明进一步技术方案在于，抛投箱7的下方固定连接有自锁机构母扣25，在撑起杆9的上端布置有自锁机构子扣，自锁机构子扣中部布置有自锁结构子扣自锁插销驱动电机24，自锁结构子扣自锁插销驱动电机24启动能够带动自锁结构子扣自锁插销23卡定在自锁机构母扣25的孔中。

20、本发明进一步技术方案在于，挂载工件10为救生衣、防毒面罩、抛投式小型灭火弹、急救包、救援绳索、扩音喇叭中的任意一种或者多种。

21、本发明进一步技术方案在于，无人机换载飞行平台3上布置有能够给无人机充电的装置。

22、方案二：

23、定制化智慧无人机的换载使用方法，其特征在于，利用定制化智慧无人机机场，采用如下系统和步骤进行工作：

24、任务载荷部分为挂载工件10；

25、该换载核心部件包含转动部分和提升部分；换载核心部件采用转动部分的转动电机12启动带动回转平台6上布置有的一组以上的提升部分转动，对应的需要加载的挂载随后被提升部分转动的电缸21启动后，撑起杆9端部穿过回转平台6的孔后其上布置有的抛投箱7卡入无人机进行固定，实现挂载固定。

26、本发明进一步技术方案在于，无人机机场的控制部分包含由智能气象站、无人机机库、无人机、任务载荷部分、云端控制系统平台；

27、智能气象站包含如下传感器：

28、风速传感器：用于监测机场环境的风速信息，具备加热功能，可在低温环境下工作；用户可在云端控制系统设备小窗查看实时风速；

29、雨量传感器：用于监测机场位置的降雨信息雨量计具备加热功能，可在低温环境下工作；用户可可在云端控制系统设备小窗查看雨量信息；

30、环境温度传感器：机场空调外循环进风口位置内置环境温度传感器，用于检测机场舱外环境的空气温度:舱内内置温湿度传感器，用于检测舱内的温湿度；用户可在可在云端控制系统查看温湿度信息；

31、水浸传感器：机场下舱底部配备水浸传感器，用于检测机场内部是否浸水；若可在云端控制系统提示“机场浸水”的告警信息，运营单位需及时派遣人员到现场清理机场积水，并检查机场是否能够正常工作；如果机场仍然存在问题,确保断开交流电源开关和蓄电池开关；舱内湿度传感器：机舱内部设置有湿度传感器，当机舱内部湿度超过60％时，云端控制系统会进行后台报警，并通过空调调节确保机舱内湿度不会影响电子元器件的使用。

32、本发明进一步技术方案在于，舱体内部还布置有振动及姿态传感器：机舱内部设置有振动及姿态传感器，当机舱周围发生震动时会同坐云端控制系统进行提示，并且姿态传感器会进行实时自检，当因外力影响导致机库姿态偏离水平姿态时会进行提示，同时禁止无人机起飞。

33、本发明进一步技术方案在于，机库配备有双温控系统，定向空调，配备触点管理系统和健康度管理系统，为无人机多重保障；

34、挂载工件10为救生衣、防毒面罩、抛投式小型灭火弹、急救包、救援绳索；设备更换及安装均通过机库内置的机械抓手即换载核心部件来完成，设备更换时间3min，更换设备指令通过后天控制中心远程发送。

35、本发明进一步技术方案在于，机场配电柜内装有接线端子、交流电源开关、蓄电池电源开关、防雷器及调试端口；通过将外部线缆连接到配电柜，可实现机场的接地、供电和有线网络连接；配电柜配有usb-a和usb-c接口，可将机场连接至遥控器或电脑使用lanyve-fk对机场进行本地调试；

36、机场内置rtk模块，rtk模块支持双频多模卫星信号接收，与无人机配合使用，可将定位精度提升至厘米级。

37、本发明进一步技术方案在于，为保证精准的航线飞行，执行飞行任务前，需确保机场rtk已标定；机场安装配置时，通过遥控器标定机场rtk参数；标定成功后，只要机场位置未发生移动，无需再次标定；如果机场位置发生移动，需重新标定机场位置；

38、机场支持通过网线连接有线网络，或通过lanyve-4g-wifi模块连接4g网络”，用户可根据实际情况配置网络；当机场同时连接有线网络和4g无线网络时，优先使用有线网络；有线网络断开连接时，机场自动切换至4g无线网络；

39、机场使用4g无线网络将消耗流量，流量消耗与传输的媒体文件数量、文件类型、直播时长等密切相关，以实际为准。

40、本发明进一步技术方案在于，机场内置tec空调系统，具备制冷、制热以及除湿功能；空调系统可自动调节机场舱内的温度和湿度，为飞行器和电池提供适宜的存储环境；

41、飞行作业结束后，若智能飞行电池温度高于35c，空调系统开启制冷，为智能飞行电池降温；

42、环境温度低于0c时，空调系统开启制热，辅助飞行器奖叶除冰；

43、机舱内环境湿度高于60％，空调系统开启除湿模式，确保机舱内干燥；舱盖开启时，空调内循环风机会自动降低转速，减少灰尘、柳絮进入空调进风口；

44、机场内置容量12ah的铅酸蓄电池，满电续航时间约为5小时；机场交流电源断电后，蓄电池可继续为机场供电“，保证云端在线，确保飞行器可安全返航；此时机场无法给飞行器充电，空调系统无法运行，且舱盖加热功能无法运行，交流电源断电后机场会通过云端控制系统进行报警提示运营人员即时恢复供电；

45、机场交流电源断电后，需尽快排查故障以恢复供电，如短期内不使用机场，务必断开蓄电池开关；否则，蓄电池开关处于闭合状态超过20天，会导致蓄电池过放，此时需要更换蓄电池；

46、存储机场时，需每隔一段时间连接外部电源，充电6小时或以上，对蓄电池进行保养；

47、设备舱内部可放置无人机任务设备并配有任务设备分配模块，可通过任务分配模块自动更换任务设备。

48、本发明进一步技术方案在于，回转平台固定有4个电缸负责任务设备的安装，电缸的上部与任务设备抛投箱的底部以卡口的方式链接，抛投箱上部与任务无人机挂架部位以卡口方式链接，当任务无人机需要更换任务设备时先通过回转平台转动将空置的电缸与任务无人机底部对齐，电缸顶起顶部卡口与抛投箱底部卡口咬合后收回电缸；

49、旋转平台将目标任务设备与任务无人机挂架对齐，相应电缸顶起直至任务设备顶部接口与无人机挂架几口咬合固定后收回电缸；设备更换完毕。

50、本发明进一步技术方案在于，云端控制系统平台为无人机机场任务管理云平台，具备团队、标注信息、地图、模型库、媒体库、航线库、计划库和人员设备管理功能；云平台支持通过网页端进行航线规划，利用机场执行飞行任务，可远程获取实时作业信息，提高作业效率；云平台在云端可对机场进行任务规划和设备管理，无人机根据任务计划自动起飞作业，并将作业成果自动上传归档，实现真正的无人化值守；

51、云平台功能包含如下

52、实时态势感知：云平台通过智能气象站数据实时感知机场内外不环境态势，发现异常情况通过云端平台发出预警，并根据预警等级限制无人机起飞以免造成安全事故；

53、自主航线规划及管理：lanyve-fk可在云端绘制各种复杂航线，拍摄成果实时“预览”，提供“所见即所得”的沉浸式绘制体验，让航线飞行更安全，拍摄成果更准确；绘制完成的航线文件自动同步到服务器，高效作业；

54、机场远程管理：可通过云平台远程对机场进行自检、任务管理、任务规划等操作并能够通过平台界面实时关注作业信息；

55、远程维护：无需到作业现场，就可远程查看机场、飞行器的状态信息，同时支持远程调试设备；免去来回奔波，作业更轻松；

56、作业成果管理：作业成果自动回传、归档，一站式管理数据；作业照片均可显示在对应的地理位置上，帮助快速抵达问题现场，高效处理；

57、临时任务更改与任务接管：无人机在按照既定路线自主作业飞行过程中如遇突发警情指挥中心可通过云平台重新设置飞行任务临时路线，并通过平台指令发送至无人机，无人机将自动切换新的路线进行飞行作业，处警现场现场操作人员通过遥控器可进行现场数据切换，由人工接管飞机的操控。

58、本发明进一步技术方案在于，无人机的使用模式包含如下用途的任意一种或者多种：

59、消防救援作战侦察指挥：在消防救援场景下，云端控制系统能够快速响应，在报警中心接到警情后通过报警中心共享报警人提供的位置信息，选择就近的本无人机机场机场，生成临时航线释放巡检无人机前往疑似灾害发生区域进行巡检侦察并确认报警信息是否准确，一旦确认报警信息准确立即将准确灾害区域位置进行标注，通过网络回传指挥中心并抄送出警车辆，同时在灾害发生区域上空进行持续侦察，将灾情信息以及周边区域的道路交通情况通过视频实时传输回指挥中心，指挥中心可依据现场传回的实时信息进行作战部署，达到实现态势标绘和预案管理；

60、灾后复盘研判：从灾后减灾角度出发，利用无人机强大的信息收集和机动巡查能力，加强灾害监测、风险评估等工作，相较于传统文字、照片、视频存档，可通过无人机拍摄的现场照片，生成三维可视化模型，数字化模型可1：1还原灾情原貌，便于灾后复盘、救援方案推演；助力精准高效救援；

61、消防日常巡查：针对消防救援场景下现代化城市日常巡查的工作挑战，无人机机场补充消防应急救援高空视频监控盲点，消防站辖区内高空监测巡防全覆盖，可对辖区内的居住小区、工业企业开展日常安全巡查、监督、火灾隐患预警等；

62、巡查无人机搭载集成可见光、热成像、激光测距传感器多个模块的无人机，无论白天黑夜，通过指挥中心对机场进行任务规划和设备管理，无人机根据任务计划自动起飞作业；同时将无人机的视频数据实时传输至指挥中心；

63、应急救援物资抛投：本无人机机场得益于其定制化的功能设计，同时拥有侦察无人机和任务无人机两个机舱所以不仅能够应用于日常的消防巡查、灭火现场等侦察等方面，同时在水域救援、冰面救援、深井救援、地震救援、野外人员搜救等方面也能够起到广泛的应用作用；

64、根据侦察无人机拍摄到的救援现场的实际情况，指挥中心判断所需要的向救援区域投放的任务设备如救生衣、救援绳索等后通过云端控制平台向本无人机机场发送指令，本无人机机场自动更换所需任务设备后按照预先设置的定位进行任务作业；到达指定位置后指挥中心通过侦察无人机回传的画面以及任务无人机fpv视角画面判断物资抛投的具体位置和抛投时机，在合适位置打开抛投装置将救生器材投送至被困人员身边，保证被困人员暂时生命安全，为后续救援提供时间；

65、灭火弹抛投：侦察无人机在日常巡检过程中发现火灾预警或小范围火警，将现场数据回传指挥中心后，指挥中心通过研判对属于早期灾害隐患短时间内有进一步扩大趋势的可通过云端控制系统下发灭火弹投掷指令，机场内部自动为任务无人机更换灭火弹抛投装置，安装完成后任务无人机会按照设置位置飞抵目标隐患上空，通过精准定位配合指挥中心的指令将灭火弹进行精准抛投，此功能能够有效没避免因消防人员就位不及时等原因造成早期发现的小范围隐患蔓延成大范围灾害，给火灾的早期救援节约了时间并且能够有效的阻止灾害的进一步扩大；

66、高楼消防防毒面具发射：有数据显示城市高楼火灾中多数人员伤亡是由窒息或有害气体吸入所导致的，因此在高楼或者厂区火灾中能够快速将防毒面罩等保障被困人员呼吸的设备送至被困人员手中是救援成功的关键因素；

67、在发生高楼火灾时，侦察无人机预先在受灾区域进行楼栋间被困人员搜救，同时通过自带的喊话器进行喊话，指导被困人员将明显标识放置在窗外表明各自位置信息，并将确定有受困人员的楼层信息发送至指挥中心和现场指挥部；

68、在指挥中心的指令下，自动更换机场内置的防毒面罩发射器，通过侦察预先设置的位置信息抵达受困群众所在楼层，确定位置后通过喊话设备引导被困打开各自窗户，在特殊情况被困人员失去自主能力不能开窗的情况下使用任务机自带的破窗器进行弹射破窗后再将防毒面罩弹射至被困楼层；

69、森林防火巡护：通过云端控制系统设置无人机巡护森林路线，巡护森林的时段、重点卡口反复巡查；在巡护过程中可通过无人机广播现场喊话、播放防火命令等手段开展森林防火巡航，采取无人机空中巡航的方式巡查林区及林区周边情况，重点巡查林区是否有违规用火行为、是否有火点、烟点、黑斑等；

70、任务机可根据需求更换红外相机/激光雷达等设备，进行大范围地开展森林火情巡查与监视，在短时间内完成日常巡护工作，及时发现和处理火情的效率。

71、方案三：

72、一种专用于无人机挂载换载的换载核心部件，其特征在于，

73、换载核心部件包含转动部分和提升部分；

74、其中的转动包含布置在中部抛投箱中部的转动电机12，转动电机12的动力输出轴上布置有回转平台6；

75、回转平台6上布置有一组以上的提升部分，提升部分包含在回转平台6的下方且朝下固定连接有的轨道14，还布置有升降动力部分；

76、升降动力部分能够带动滑块15升降；

77、滑块15固定连接有撑起杆9，撑起杆9端部穿过回转平台6的孔后其上布置有抛投箱7，抛投箱7中放置有挂载工件10；

78、无人机放置在无人机换载飞行平台3上，挂载工件10被升高后能够固定在无人机上。

79、本发明进一步技术方案在于，升降动力部分为电缸21；电缸21通过链传动或者皮带传动的任意一种传动方式能够带动滑块15升降；即，链传动或者皮带传动的链条或者皮带上固定有滑块15。

80、本发明进一步技术方案在于，升降动力部分为朝上布置的气缸。

81、本发明进一步技术方案在于，抛投箱7上端采用磁吸结构或者可拆卸结构能够安装在无人机上。

82、本发明进一步技术方案在于，转动电机12为能够精确控制转动电机12的动力轴的转动角度的正反转电机。

83、本发明进一步技术方案在于，一组以上的提升部分各自包含编号，每个编号对应一种挂载。

84、采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：针对现有技术缺陷“重量尺寸影响因素”，该缺陷实现的一种重要原因就是挂载太多过于复杂，使得无人机即便在执行任务的时候，也带着大量的非必须物件，而如果人为拆放，第一是没有那么多人力，第二是非常不易；针对本段展示的缺陷，本专利能够开创性进行集成化设置，多个复杂择机更换，直接从原理上提供了更先进的方案。且功能极其多用。

85、针对现有技术的缺陷“目前国内无人机机场以大疆为代表大多是集中在小型巡检类无人机的领域，主要集中的应用手段是无人机巡检、测绘、喊话等功能，针对搭载抛投器，投弹、投掷救生绳索、弹射防毒面罩等任务设备的中大型无人机目前行业内还没有较好的解决方案。”；本专利开创性能够实现多种功能，实现多挂载随意切换进行执行任务。完全解决消防救援领域从日常巡检—灾情侦察—灾情干预—灾后复盘的全领域作业需求；填补了在灾情干预的重要环节无人机尤其市无人机机场和技术空白。

86、针对现有技术的缺陷“人员编制不足、飞手技术水平参差不齐引发精度和一致性差、续航时间短等系列问题”；本专利对人的要求很低，第一是单人即可操作，其次，都是平板进行自动化操作，系统具有很强的自动更换功能和换载功能，填补了该领域的空白。

87、针对现有技术的缺陷“工业无人机从产线到救援作业场景阻碍重重，仅成为消防救援现场拍摄及巡检巡逻的辅助工具，潜力并未真正发挥，也并未能实现无人机应用的全程无人化。”；本专利开创性让无人机功能更多样，不受制于负载，功能多样。