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原文传递一种可重构无人机

专利名称：	一种可重构无人机
摘要：	本发明提供一种可重构无人机，能够实现无人机单元(即无人机最小重构单元)之间的自主动态对接和解体，从而快速实现无人机的拓扑重构，实现多架无人机间的机械层面、信息层面和能量层面的互联和重构。该可重构无人机包含感知系统、控制系统、自主对接系统、能量系统、动力系统和运输系统等多个子系统，可以满足无人机的基本飞行需求和无人机单元之间的动态对接与解体需求，可以保证可重构无人机可以在单体和组合体状态下均能稳定飞行并完成任务。其中自主对接系统采用抓捕式对接机构，实现高精度对接。能量系统之间采用多电源低能保护管理策略，实现低能量无人机的充电保护，避免其电池过放及返航困难等问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京理工大学
发明人：	杨芃芊;倪俊;金紫涵;吴紫怡;郑泽浩;吕文成;杨续;王浩龙
专利状态：	有效
申请日期：	2022-10-12T00:00:00+0800
发布日期：	2023-01-03T00:00:00+0800
申请号：	CN202211248940.3
公开号：	CN115556931A
代理机构：	北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	周蜜
分类号：	B64C37/02;B64D27/24;B;B64;B64C;B64D;B64C37;B64D27;B64C37/02;B64D27/24
申请人地址：	100081 北京市海淀区中关村南大街5号
主权项：	1.一种可重构无人机，其特征在于，包括两个以上无人机单元；每架所述无人机单元均具有感知系统、自主对接系统、控制系统、能量系统、动力系统和运输系统；所述无人机单元间通过所述自主对接系统对接或解体，切换无人机单元的单体和组合体工作模式；所述感知系统用于感知待对接的两架无人机单元的运动状态和相对位置、姿态变化，为动态对接提供基础；所述控制系统用于无人机单体的飞行控制以及多架无人机单元组合体工作模式下的飞行控制；所述能量系统为所述无人机单元的动力系统供能，并能够通过自主对接系统实现组合体工作模式下各架无人机单元间的能量互通，为无人机单元所搭载的负载供能；所述动力系统为所述无人机单元提供动力；所述运输系统用于搭载无人机单元的载荷。 2.如权利要求1所述的可重构无人机，其特征在于，所述无人机单元为具有矩形外框架的四旋翼无人机，其矩形外框架四周的侧面上均设置有自主对接系统。 3.如权利要求1或2所述的可重构无人机，其特征在于，所述自主对接系统包括：捕捉模块和锁定模块；所述捕捉模块包括：外壳、动力单元、钩爪和活动圆盘；所述活动圆盘同轴安装在外壳内部，与外壳内圆周面滑动配合；所述动力单元用于驱动活动圆盘在外壳内部沿其轴向移动；沿所述活动圆盘的周向均匀间隔铰接有三个以上钩爪，外壳中部与每个所述钩爪对应的位置设置有用于使钩爪的爪端伸出外壳的开口槽；开口槽所在位置通过销轴连接有限位块；当所述动力单元驱动活动圆盘沿轴向向外移动时，带动所述钩爪向外移动，所述钩爪向外移动过程中，挤压对应开口槽处的限位块，使限位块绕销轴转动，使所述钩爪边向外移动边张开；所述锁定模块的外圆周面上分布有与所述钩爪一一对应的锥形槽用以提供抓取点；所述捕捉模块通过所述述钩爪完成对锁定模块上抓取点的抓取后，通过自锁紧单元进行捕捉模块和锁定模块的锁紧；所述捕捉模块的对接面上还设置有激光测距传感器和多对金属触点；所述锁定模块的对接面上，与所述捕捉模块上金属触点对应的位置也设置有金属触点；当所述捕捉模块和所述锁定模块锁紧后，两个对接面上的金属触点接触，实现控制信号和电源能量的有线连接；所述激光测距传感器用于在对接过程中，实时监测两架无人机单元之间的距离。 4.如权利要求3所述的可重构无人机，其特征在于，所述自锁紧单元包括设置在锁定模块对接面上由伺服电机驱动的环形插销以及设置在捕捉模块对接面上的环形锁槽；所述环形插销能够在伺服电机驱动下绕其自身轴线转动；所述环形插销沿周向均匀间隔分布有三个以上弧形锁定销；所述锁定模块对接面上设置有与所述弧形锁定销一一对应的弧形保护罩，未对接时，所述弧形锁定销分别位于与之对应的弧形保护罩内的弧形槽内；所述捕捉模块对接面上与所述弧形保护罩对应的位置设置弧形槽，每两个弧形槽之间的部位作为锁定块，所述锁定块内部加工有用于使所述弧形锁定销插入的限位孔。 5.如权利要求3所述的可重构无人机，其特征在于，所述无人机单元矩形外框架四周的每个侧面上均设置有捕捉模块和锁定模块；由此每架无人机单元的对接面上均具有两个对接点，两架无人机单元对接时，其中一架无人机单元对接面上的捕捉模块和锁定模块分别与另一架无人机单元对接面上的锁定模块和捕捉模块配合，实现两架无人机单元的对接。 6.如权利要求3所述的可重构无人机，其特征在于，所述捕捉模块的对接面上还设置有力传感器；所述力传感器用于实时监测对接过程中的接触力，当接触力超过设定值时，停止对接。 7.如权利要求1或2所述的可重构无人机，其特征在于，两架以上所述无人机单元组合形成组合式无人机后，对各无人机单元上的能量系统采用多电源低能保护管理的综合管理方法：在满足组合体执行任务正常能量需求以及满足各电源输入/输出功率约束条件的前提下，只利用组合式无人机中电源SOC值高于设定值的无人机单元的电源对电源SOC值小于返航所需能量的无人机单元进行空中充电。 8.如权利要求7所述的可重构无人机，其特征在于，在进行多电源低能保护管理的综合管理时：令充电的无人机单元为受能飞机，放电的无人机单元为供能飞机；受能飞机或供能飞机电源的输入或输出功率为： PBi＝kp(SoCBi-SoCdes) 其中：n为组合式无人机中电源的个数；SoCBi为组合式无人机中第i个飞机的电源SoC值，SoCdes为组合式无人机的平均电源SoC，kp为比例系数；PBi为电源输入或输出功率，当SoCBi＜SoCdes时，PBi为输入功率；当SoCBi＞SoCdes时，PBi为输出功率。