一种移动式无人机机库、控制方法及巡检方法与流程

本发明涉及无人机相关，尤其涉及一种移动式无人机机库、控制方法及巡检方法。

背景技术：

1、无人机凭借其机动灵活、响应迅速、可高空作业等优势，已广泛应用于电力巡检、风机叶片检测、安防巡逻、物流配送等领域。在风力发电场场景中，风机塔筒高度可达百米以上，叶片跨度大，传统的人工攀爬巡检方式存在安全性低、检测效率低和检测成本高等缺点。无人机巡检已成为风电场运维的重要手段。 然而，现有无人机作业模式仍存在以下技术问题：

2、目前，多数无人机机库为固定式部署，无法随作业任务灵活转移，作业范围受到严重制约。部分车载机库采用固定安装方式，机库与车体不可拆卸分离，一方面限制了车辆的复用性，另一方面当需要将机库转运至不同车辆或独立存放时极为不便。此外，现有车载机库多为单层单机位结构，仅能容纳一架无人机，当需要完成多项巡检任务时，单机作业耗时长、效率低。

3、现有技术中的无人机机库通常仅容纳一台无人机，难以满足多任务并行作业的需求。部分已出现的双机库方案，两个机位多采用并排水平布置，占用较大的车载空间；或采用叠放方式但上下层相互干涉，影响无人机的独立起降。两个升降平台之间缺乏真正意义上的独立控制，难以实现两架无人机同步起飞、回收及互不干扰的停放作业。

4、车载机库在行驶过程中面临路面颠簸、车辆启停及转弯等复杂工况，容易对机库内部的无人机精密设备造成冲击和损伤。现有车载机库普遍缺乏系统化的多级减震防颠簸设计，难以有效隔绝路面震动对无人机的影响。同时，无人机在转运过程中的固定方式多为简单绑扎或卡扣限位，缺乏自动化的夹紧锁止功能，在车辆剧烈颠簸时易发生滑移、倾倒甚至碰撞。

5、无人机自主精准降落是车载机库的核心技术难点。现有技术中，无人机降落多依赖gps定位，精度较低（米级），难以满足车载平台有限降落面积的精度要求。部分方案采用视觉引导降落，但标识物功能单一，未能将平台坐标、高度及校准参数等多维信息集成于单一标识中，视觉对位算法的鲁棒性和降落精度仍有不足。

6、在风电场巡检场景中，风机分布范围广、道路条件复杂，无人机受电池续航限制难以一次性完成全部巡检任务。现有技术缺乏对无人机电量状态、飞行位置与车辆位置的协同感知与动态调度能力。车辆往往只能在固定位置等待无人机返航，无法根据无人机的实时电量和位置动态调整自身位置以实现双向汇合，导致无人机频繁返航、巡检效率低下。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种移动式无人机机库、控制方法及巡检方法，旨在解决现有的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种移动式无人机机库，包括：机库壳体、机库滑盖、上层提升装置、飞机升降平台、下层伸缩装置以及控制系统；

3、所述飞机升降平台包含第一升降平台和第二升降平台，所述第一升降平台布置于机库上层，所述第二升降平台布置于机库下层伸缩端；两个升降平台独立控制、互不干涉，可同步完成两架无人机的停放、起飞和回收作业；

4、所述机库滑盖安装于机库顶部，用于实现机库顶部开合密封；

5、所述上层提升装置驱动所述第一升降平台垂直升降；

6、所述下层伸缩装置驱动所述第二升降平台水平伸缩及垂直调平。

7、进一步地，所述机库与运载车体之间采用嵌入式滑道滑动连接，所述滑道内部设置有限位锁紧组件；所述滑道固定安装于车体承载平台上端面，所述机库底部匹配设置有滑动卡槽；所述机库两端固定安装有可拆卸支架连接装置，所述支架连接装置内置滑轮组与锁止卡扣；当需要拆卸转运机库时，解锁所述限位锁紧组件，控制机库沿滑道水平滑出车体，通过两端滑轮及其支架承接机库，实现机库与运载车体的快速分离；当机库安装复位时，反向推送机库沿滑道归位，卡扣锁紧固定，完成快速装配，实现车辆与机库的自由拆卸及独立移动转运。

8、进一步地，所述机库内部两侧均嵌装有图像感知装置与位置监测装置； 所述图像感知装置为高清工业摄像头，所述位置监测装置为红外测距传感器和/或激光定位传感器；所述图像感知装置和所述位置监测装置均电性连接所述控制系统，用于实时采集无人机的停放位置、偏移角度及间距数据； 所述控制系统内部预设有无人机居中停放标准阈值，当所述图像感知装置和所述位置监测装置协同检测到无人机停放位置偏移、左右不居中或间距超标时，所述控制系统在人机交互控制画面中弹出声光报警提示，同时记录偏移数据并提醒操作人员修正位置。

9、进一步地，还包括二维码视觉降落组件；所述二维码视觉降落组件包含停机定位二维码、机载高清扫描摄像头、视觉处理单元和飞行修正模块； 所述停机定位二维码印刷并粘贴于所述第一升降平台和所述第二升降平台的中心位置，所述二维码内置有平台坐标、高度及偏移校准参数；无人机返航阶段，通过机载摄像头实时扫描平台二维码，所述控制系统提取定位信息，结合视觉对位算法自动修正飞行姿态、水平偏移量与降落高度，实现无人工干预的自主识别与精准垂直降落。

10、进一步地，所述机库滑盖采用单侧或双侧对开式滑动结构，滑盖连接处设置有密封防水胶条；所述机库壳体采用轻量化高强度合金材质，具备防尘、防水及抗颠簸性能。

11、进一步地，还包括无人机固定工装； 所述无人机固定工装对称安装于所述第一升降平台和所述第二升降平台的中部位置，所述固定工装包含电动夹紧卡座、弹性缓冲夹块、自锁限位卡扣以及驱动电机；所述夹紧卡座对称布置且正对无人机起落架，夹块内侧粘贴有柔性防滑减震垫层；无人机落位完成后，所述控制系统控制驱动电机带动两侧卡座同步向内夹紧，对无人机起落架进行机械式限位锁止；转运状态下保持夹紧锁定，起降作业时自动松开，防止车辆颠簸、启停或转弯造成无人机滑移、倾倒或错位。

12、进一步地，所述固定工装端部设置有微型阻尼缓冲座，夹紧锁定后同步削弱竖向震动与横向晃动，限定无人机在x、y、z三轴方向的位移。

13、进一步地，还包括智能随行控制系统，所述系统包括：

14、风场数据库，预存储目标风电场内各风机的经纬度坐标、风场道路、机舱朝向及塔筒高度参数；

15、车载定位模块，用于实时获取机库运载车辆的当前位置信息；

16、无人机电量监测及定位模块，用于实时获取无人机的剩余电量及当前位置；

17、智能路径规划模块，用于根据无人机剩余电量、无人机当前位置与移动机库当前位置，采用智能优化算法自动规划行驶路径，实现无人机与移动机库的双向动态跟随，提高巡检效率；

18、自动驾驶控制模块，用于控制运载车辆沿规划路径自主行驶至系统设定的泊车位置；

19、行驶状态监测模块，用于实时监测车辆行驶速度、方向及周围障碍物信息。

20、一种移动式无人机机库的控制方法，应用于上述移动式无人机机库，包括以下步骤：

21、待机收纳阶段：所述控制系统控制所述机库滑盖闭合，所述上层提升装置带动所述第一升降平台回落至收纳工位，所述下层伸缩装置收缩使所述第二升降平台收纳于机库内部，整机锁紧固定，完成车载移动转运；

22、作业展开阶段：运载车辆抵达作业场地后，所述控制系统解锁整机锁止结构，所述下层伸缩装置驱动所述第二升降平台水平向外伸出，伸出到位后自动启动液压升降支腿落地支撑并调平；随后所述机库滑盖侧向滑移开启，所述上层提升装置将所述第一升降平台抬升至起飞作业高度；

23、起降作业阶段：两个升降平台分别承载一架无人机，所述控制系统下发起飞指令，双平台独立完成无人机起飞作业；无人机回收时，图像感知装置与位置监测装置实时监测无人机降落姿态并定位停靠位置；

24、偏移预警阶段：当监测到无人机降落停放偏移或位置不居中时，所述控制系统立即触发声光报警，在控制终端标注偏移方位与偏移距离，辅助操作人员修正或自动微调平台位置；

25、收纳撤离阶段：无人机回收完成后，所述提升装置和所述伸缩装置依次复位，所述滑盖闭合；如需拆分转运，解锁滑道锁紧结构，利用滑轮支架将机库从车体滑出，完成分离存放。

26、一种基于移动式无人机机库的风机巡检控制方法，应用于上述移动式无人机机库，包括以下步骤：

27、任务获取与路径规划：控制系统从远程运维中心获取巡检任务列表，所述任务列表包含待巡检风机的编号、位置坐标及巡检优先级；路径规划单元根据机库当前位置与各目标风机位置，生成覆盖全部待巡检风机的最优行驶路径；

28、自主寻迹行驶：自动驾驶控制单元控制运载车辆沿规划路径自主行驶，行驶过程中环境感知子模块持续监测周围环境，遇障碍物时自动减速、避让或停车等待；

29、风机到达与识别验证：车辆抵达目标风机预设作业位置后，风机识别验证模块通过图像采集设备对目标风机进行识别验证，确认风机编号与巡检计划一致；若不一致，触发声光报警并上报远程运维中心；

30、机库自动展开：确认风机无误后，控制系统自动执行机库展开流程，包括滑盖开启、升降平台抬升及液压支腿调平，进入作业待命状态；

31、无人机巡检与机库动态跟随： 控制系统下发起飞指令，无人机从升降平台起飞执行当前风机叶片巡检任务； 当前风机巡检完成后，无人机根据预设路径进入下一台风机执行巡检任务； 机库控制系统实时监测无人机剩余电量和当前位置，并根据无人机剩余电量和位置计算判断车辆的目标行驶位置； 自动驾驶控制单元控制车辆驶往所述目标行驶位置； 当无人机剩余电量低于预设阈值时，无人机自动返航至移动机库进行充电或换电，充电/换电完成后重复步骤s3至s5；

32、任务完成与返航：全部风机巡检完成后，控制系统规划返航路径，控制车辆自主返回预设的基地或下一任务出发点。

33、本发明的有益效果体现在：

34、本发明采用上下双层独立升降平台结构，第一升降平台布置于机库上层、第二升降平台布置于机库下层伸缩端，两个平台由各自独立的驱动装置控制、互不干涉。相比现有单机位机库和并排式双机库，本发明在相同车载空间内实现了双无人机同步停放、独立起飞与回收作业，可并行执行巡检任务，巡检效率提升一倍以上。

35、本发明采用嵌入式滑道滑动连接结构配合两端滑轮支架连接装置，实现了机库与运载车体的快速拆卸与装配。机库既可固定于车体上进行车载移动部署，也可快速滑出车体进行独立转运存放。相比现有固定安装式车载机库，本发明极大提升了车辆底盘的复用性和机库部署的灵活性。

36、本发明在机库内部设置多级减震防颠簸组件，有效缓冲行车震动与起降冲击，保护无人机精密设备。同时，升降平台中部安装电动夹紧减震工装，无人机落位后自动对起落架进行机械式限位锁止，并在x、y、z三轴方向设置微型阻尼缓冲座进行全方位限位。转运状态下保持夹紧锁定、起降时自动松开，从根本上防止车辆颠簸、启停或转弯造成的无人机滑移、倾倒或碰撞，填补了现有车载机库在自动化固定方面的技术空白。

37、本发明在升降平台中心设置内置平台坐标、高度及偏移校准参数的定位二维码，配合机载高清扫描摄像头与视觉处理单元，实现无人机自主识别与精准垂直降落。同时，机库内部集成高清工业摄像头与红外/激光定位传感器，实时监测无人机停放位置，出现偏移时自动报警。视觉引导降落与位置监测的双重保障机制，使降落精度达到厘米级，显著优于现有gps引导方案。

38、本发明构建了包含风场数据库、车载定位模块、无人机电量监测及定位模块、智能路径规划模块和自动驾驶控制模块的智能随行控制系统。通过多参量耦合优化算法，系统根据无人机实时位置和剩余电量动态决策“无人机主动巡检、机库被动跟随”“双向动态趋近”和“应急返航”三种运行模式。车辆不再是固定等待点，而是可主动向无人机方向移动的“移动母港”，有效解决了无人机续航瓶颈问题，巡检覆盖范围较固定式机库扩大数倍以上。

39、本发明以最小化全部风机巡检总完成时间为目标构建联合优化模型，并采用滚动时域优化策略在每个决策周期内根据实时状态重新求解最优计划。遇突发状况时立即触发重规划，不等待当前决策周期结束。相比现有静态路径规划方案，本发明具备实时自适应能力，巡检任务的鲁棒性和完成效率显著提升。