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CN104583078A - 用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备及其方法 - Google Patents

用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备及其方法 Download PDF

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CN104583078A CN201380009952.3A CN201380009952A CN104583078A CN 104583078 A CN104583078 A CN 104583078A CN 201380009952 A CN201380009952 A CN 201380009952A CN 104583078 A CN104583078 A CN 104583078A
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Abstract

提供一种用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备及其方法。该设备可包括：收容飞行机的装置；降落单元，配置在所述装置的外侧，用于飞行机降落；容载单元，将所述飞行机容载或充电并进行状态数据监测；传感器单元，使所述飞行机与所述装置通信，从而进行降落。该设备可在将飞行机容载及充电的同时进行移动，来缩短飞行机的移动时间，从而可增加运作的效率性。

Description

用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备及其方法
技术领域
本发明涉及一种用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备及其方法，特别是，涉及一种不仅是在停留场被固定的场所，在具机动性的移动状态下也可具充电及容载功能的用于垂直起降无人飞行机的充电及容载设备及其方法。
背景技术
目前，没有一种移动式停留场可使垂直起降的无人飞行机自动起飞和降落并进行充电及容载。
发明内容
技术课题
本发明的目的在于，提供一种用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备及其方法，可使多个垂直起降的无人飞行机自动起飞和降落并进行充电及容载。
本发明的另一个目的在于，提供一种用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备及其方法，来移动式地实现飞行机的充电及容载，缩短飞行机的活动半径，减少飞行机的移动时间。
本发明的又另一个目的在于，提供一种用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备及其方法，实现多个飞行机的自动容载及充电，减少人力消耗，运作更多的飞行机。
技术方案
根据本发明的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备及方法，可包括：收容飞行机的装置；降落单元，配置在所述装置的外侧，用于飞行机降落；容载单元，将飞行机容载或充电并进行状态数据监测；传感器单元，使飞行机与所述装置通信，从而进行降落。
传感器单元，包括以下中的至少一个：相位阵列天线、红外线灯、激光雷达(Lidar)、视觉传感器(Vision Sensor)、声纳(Sonar)、警示灯(Beacon)、全球定位系统GPS或差分全球定位系统DGPS、LED/IR发光阵列灯。为了与飞行机通信可在降落单元安装全向天线或用于卫星通信的反射器天线、跟踪飞行机的相位阵列天线、DGPS天线。在此，相位阵列天线的内部可配置激光雷达(Lidar)，激光雷达上下移动来实现周边环境的3D立体地图，从而提供降落的信息，未使用时被插入相位阵列天线中。
此外，移动式装置具备：移动式集装箱，用来收容多个飞行机；上部降落单元，位于集装箱上端，具备相位阵列雷达或激光雷达；侧部降落单元，位于集装箱侧面，具备降落地；后部降落单元，位于集装箱后面，具备降落地，且侧部降落单元或后部降落单元具开闭功能，当侧部降落单元或后部降落单元关闭时，降落地中收容的飞行机被收容至集装箱的内部。
降落地进一步包括固定器单元，用来与飞行机机械地结合。固定器单元中配置有挂钩，挂钩被插入结合至飞行机内。降落地的外表面配备有电源提供单元，可提供电源。此外，飞行机的充电，是利用太阳热或集装箱自身引擎所生产的电力，或是外部电力来进行充电。
装置的一侧具备轴，降落单元可以是以轴为中心水平方向地左右移动，从而以水平方向往所述装置的外部展开的结构，以及降落单元以抽屉形式的垂直方向位于不同的位置，被水平地展开的结构。
此外，固定式容载及充电装置包括：将多个飞行机置位的塔台；多个展开式降落单元，以水平方向展开；电桥，使展开式降落单元往塔台的外侧展开；机械手，位于塔台的一侧，使飞行机移动至容载单元；和升降机，配置在塔台内，使机械手水平或垂直移动。
展开式降落单元，不是全部以相同的位置展开，而是分别具有相位差地被展开。该设备进一步包括维修室，位于塔台的内部，用户可直接维护飞行机，或是在飞行机异常时进行保修。
此外，用于充电及容载垂直起降无人飞行机的方法，可包括以下步骤：识别飞行机来获取飞行机的位置信息；将飞行机引导至装置侧；降落单元接收到飞行机的位置信息后展开；飞行机降落在降落单元中；容载飞行机并进行充电，来监测状态数据。飞行机降落的步骤，包括激光雷达、视觉传感器(Vision Sensor)、声纳(Sonar)、警示灯(Beacon)、GPS或DGPS、LED/IR发光阵列灯。
将飞行机引导至装置侧的步骤，包括：全向天线或用于卫星通信的反射器天线、可跟踪多个飞行机的相位阵列天线、GPS或DGPS天线、红外线灯、激光雷达、视觉传感器(Vision Sensor)、声纳(Sonar)、警示灯(Beacon)、GPS或DGPS、LED/IR发光阵列灯。
飞行机降落的步骤，是考虑所述飞行机之间的冲突回避，计算最佳路径，将使用路径传送给各飞行机，直到飞行机降落至降落单元。识别飞行机来获取飞行机的位置信息的步骤或将飞行机引导至所述装置侧的步骤，是利用飞行机内置的GPS或DGPS，获取飞行机的位置信息来决定降落路径，并利用飞行机内置的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit)、姿态航向基准系统AHRS(Attitude Heading Reference System)接收姿势、航向角等信息，从而接收飞行机的位置信息，来决定飞行机的能动控制及降落地路径。
该装置，可将多个飞行机容载及充电，并可移动车辆，因此，可缩短飞行机的移动时间。此外，可将多个飞行机配置在装置内，因此，可提高空间使用度，增加充电及容载的效率。
技术效果
根据本发明，可容载多个飞行机并充电，同时进行移动，从而减少了飞行机的移动时间，因此，可增加运作的效率性。
此外，由于可配置多个飞行机，因此，可提高空间使用度。
此外，由于可使多个飞行机自动容载及充电，因此，可减少人力消耗，从而可运作更多的飞行机。
附图说明
图1是移动式充电及容载装置的立体图。
图2是外壁展开式打开的移动式充电及容载装置的示意图。
图3是图2的另一个实施例，降落单元以抽屉形式打开的抽屉型移动式充电及容载装置的结构图。
图4是图2的另一个实施例，降落单元以铰链(hinge)形式打开的铰链型移动式充电及容载装置的结构图。
图5是示出上部降落单元的运作过程的示意图。
图6是降落地中配置的固定器单元的详细示图。
图7是图6的另一个实施例，第二固定器单元的结构图。
图8是图6的另一个实施例，第三固定器单元的结构图。
图9是示出移动式装置的充电及容载方法的流程图。
图10是引导远距离的飞行机降落在降落地中的顺序图。
图11是塔台型充电及容载装置的整体结构图。
图12是根据本发明的塔台型充电及容载装置的内部结构图。
图13是示出使无人飞行机降落在容载单元的示意图。
图14是示出塔台型充电及容载装置的各层配置的结构图。
具体实施方式
根据图1至图9，移动式充电及容载装置是一种可进行容载和充电的移动式停留站，使具充电及容载功能的集装箱移动，同时使飞行机自动地起飞和降落。
图1是移动式充电及容载装置100的立体图。图2是外壁展开形式打开的移动式充电及容载装置的示意图。以下，参照附图进行说明。集装箱上部和侧面以及后面配置有降落单元。降落单元可由集装箱上端的上部降落单元10、侧面的侧部降落单元20、后面的后部降落单元73构成。集装箱上端的上部降落单元10可由上部降落地12、开闭单元11、固定器单元23构成，飞行机降落在上部降落地12中配置的固定器单元23中并被容载及充电，并使飞行机50可在上部降落地中上下移动。飞行机50起飞时，由于上部降落地12向上移动从而开闭单元11打开，相反，在容载飞行机时，收容飞行机50的上部降落地向下移动从而开闭单元11关闭，因此可将多个飞行机50容载进行充电。
用于将飞行机50容载或充电的固定器单元23可由椭圆形或圆形来构成，其两侧配置有挂钩24来固定飞行机从而可进行充电及容载。
集装箱上部安装的大型LED/IR发光阵列灯31用于在远距离上空识别降落单元，来引导控制飞行机。
集装箱侧面的侧部降落单元20能够以集装箱车辆的侧面门因铰链等被收起或是关闭的展开单元70被打开的方式来构成，当与地面成90度角时，侧部降落单元20被关闭，当为0度角时，则打开侧部降落单元20。
由于第1展开单元71、第2展开单元72、后部降落单元73，侧部降落单元可展开地被构成，当侧部降落单元为0度角时，地面与侧部单元平行，则飞行机可起飞或降落，当侧部降落单元被收起时，可将飞行机容载至集装箱内部。此外，侧部降落单元20具有往集装箱的下侧展开，以及往集装箱的上侧展开的结构。为了使降落单元与车辆顶部并排地展开，可在两端使用关节构造的支架。
当侧部降落单元20被关闭时，从外观上可在车辆的侧部单元配备太阳电池板23，作为经车辆引擎自身产生电力的辅助手段来灵活使用。一侧配备有太阳电池板，且相对侧配备有多个侧部降落地22。此外，配备有通信装置、传感器等来协助飞行机50自动降落。在此，可安装红外传感器、超声波、雷达、声纳等来作为传感器。
侧部降落单元20和上部降落单元10中可配备用于飞行机50自动降落的识别用LED/IR发光阵列灯41、用于辅助飞行机自动降落的视觉传感器40、声纳55、差分全球定位系统DGPS或全球定位系统GPS57，且集装箱的上部安装有：卫星通信的反射器天线、用来跟踪并与多个无人飞行机通信的相位阵列天线53以及与多个无人飞行机通信的全向天线52、卫星天线54、生成3D地图的激光雷达。
至于相位阵列天线53、激光雷达42，激光雷达42配备在相位阵列天线的内部，激光雷达可上下移动，使用时可往上部移动来实现周边环境的三维立体地图用作飞行机降落的信息，且未使用时往下部移动。
此外，集装箱的内侧配备有用户可活动的空间来管理降落单元中的飞行机，当飞行机发生故障时，可进行维护和保修。
以下，对协助飞行机50降落的传感器进行说明。
所有飞行机的位置及状态信息通过射频RF传达至移动式装置，并手动地接收飞行机的状态信息。此外，利用相位阵列天线53能动地掌握远距离中的飞行机的位置信息。
首先利用降落单元中显示的警示灯51的电磁波，将车辆的位置信息通过射频RF传达给飞行机，来引导飞行机，并指定降落口通知给飞行机，从而飞行机50在相关降落口上空等待降落。之后，降落单元利用视觉传感器(近距离用)、超声波(近距离用)音响、DGPS/GPS、LED/IR发光阵列灯，来掌握姿势和位置信息，从而来引导降落。
图3是另一个实施例，抽屉型移动式充电及容载装置200的结构图。在此，参照附图进行说明。展开型移动式充电及容载装置200，其侧部降落单元的结构可以是开闭式地打开或关闭，也可以是降落单元往移动式集装箱的左右移动方向、车辆移动的反方向移出或移进的抽屉型结构，且保护遮盖(未示图)打开折叠进入至车辆底部时，降落单元层部60可水平方向地移出或移进。
降落单元层部60可以是由轨道式或嵌入式的形态来构成，具有空间活用度较高的优点。降落单元具备多个段，因此。层部60可层层往上来容载多个飞行机50，并以集装箱的移动方向为中心，可由降落单元往左侧方向移出的降落单元第一层部61、降落单元往右侧方向移出的降落单元第二层部62、从车辆移动的反方向移出的降落单元第三层部63来构成，且各区间分别构成，从而使层之间互不冲突，从而降落单元可垂直地层层往上，来容载更多的飞行机50并进行充电。在此，除了降落单元打开的驱动方式与图2不同，装置中的其他结构及飞行机的容载充电、传感器的运作与图2相一致。
图4是另一个实施例，降落单元以铰链(hinge)形式打开的铰链型移动式充电及容载装置300的结构图。在此，参照附图进行说明。保护遮盖打开折叠进入至车辆底部，且铰链式降落单元以轴64为中心往X轴方向地打开或收起，同时，移动式集装箱往外部打开或是往内侧收起，因此，可收容降落单元或是使其往外部移动。此外，不仅在轴64一侧中支撑铰链式降落单元81、82，还具备加强杆来支撑铰链式降落单元，因此，具有可分散负荷的结构。
轴80配置在集装箱的侧部单元两侧的棱角边，对此，铰链式降落单元往左右水平方向收起或展开，同时使降落单元往集装箱外部移动或是往集装箱内侧来收容降落单元。在此，第一铰链式降落单元81、第二铰链式降落单元82被配置在车辆的侧面，且多个铰链式降落单元与地面平行。第一铰链式降落单元81、第二铰链式降落单元82以轴80为中心被配置在不同的层中，第一铰链式降落单元81、第二铰链式降落单元82以不同的方向展开，从而可使降落单元往车辆外部或内部移动。在此，装置中的结构及飞行机的容载充电、传感器运作等与图2相一致。
图5是示出上部降落单元的运作过程的示意图。图6是降落地中配置的第一固定器单元和近距离降落引导的详细示图。以下，参照附图进行详细说明。
集装箱上部的降落单元10由上部降落地12和开闭单元11、固定器单元23、降落引导单元41来构成，飞行机50降落至上部降落单元12中配置的固定器单元23，从而被容载及充电，并可进行数据监测。
上部降落地12的结构可使飞行机上下移动。当飞行机外出时，上部将落地12可往上侧移动，从而开闭单元11打开；相反，飞行机被容载时，收容飞行机的上部降落地12往下移动从而开闭单元关闭，来容载多个飞行机。
用于容载飞行机或充电进行状态监测的固定器单元23可以是椭圆形或圆锥形，由此，飞行机降落在降落地的同时，挂钩24从两侧往飞行机50具备槽的一侧展开，从而飞行机50的槽与挂钩24被固定。椭圆形结构的优点在于当倾斜坐落时，飞行机下端的接入单元可正确地进行接触。由此，槽和飞行机被固定的同时，电源提供单元26和数据监测单元25可与飞行机连接，从而来进行充电和监测。
固定器单元23的前端配置有数据处理单元25，后端配置有电源提供单元26，来将电源提供给飞行机50，且挂钩24从固定器单元的圆锥往外突出，用来固定飞行机从而可进行电源提供和监测、充电、及容载等。
上部降落地12、侧部降落地22的边侧可具备LED/IR发光阵列灯41，进行近距离降落引导来协助飞行机的降落，并使用固定模式来区别其他的将落地，白天使用LED发光，夜间使用红外线发光，从而飞行机可进行感应来作为降落的标准。在此，如图6所示，以nxn阵列生成特定模式，从而一个单元中同时具备IR和LED阵列发光元件，昼夜生成特定模式来协助飞行机自动降落。
图7是配置在降落地的固定器单元的另一个实施例，第二固定器单元90的结构图。以下，参照附图进行说明。用于容载飞行机50或充电、进行监测的第二固定器单元90，其与第一固定器单元不同，可以是圆形。飞行机50坐落时，固定器旋转，从而使飞行机位于第二电源提供单元92、第二数据监测单元93。就位后，接触单元被插入至飞行机，起到接入及固定的作用。由此，降落单元下端具备的第二电源提供单元92和第二数据监测单元93以型挂钩形式从底部突出插入至飞行机的槽中，从而对飞行机进行充电及监测。
图8是配置在降落地的固定器单元的另一个实施例，第三固定器单元91的结构图。以下，参照附图进行说明。用于容载飞行机50或充电、进行监测的第三固定器单元91，其与第二固定器单元不同，可以是椭圆形。第三固定器单元的半径互不相同，来用于固定飞行机。
飞行机下端配备有槽，槽与椭圆形的第三固定器单元相对，从而在飞行机旋转的同时，使飞行机与第三固定器单元连接来协助飞行机找到自己的位置。在此，飞行机降落时，配备在降落单元下端的电源提供单元26和监测单元25往外突出插入至飞行机的槽中，从而对飞行机进行充电及监测。
图9是示出移动式装置的充电、容载方法的流程图。以下，参照附图进行说明。对移动式装置进行充电及容载的方法可包括以下步骤：在步骤S300中，移动车辆远距离(100m)识别飞行机来接收飞行机的位置信息；在步骤S305中，利用集装箱上端安装的大型LED/IR发光阵列灯(远距离用)，将中距离(100m<x<5m)的飞行机引导至近距离(5m以下)。
在步骤S310中，接收位置信息，从而移动车辆中配置的降落单元被展开，且在步骤S320中，降落单元中配置的降落地的传感器在近距离引导飞行机。在步骤S330中，飞行机降落在降落地上，且在步骤S340中，容载位于降落地的飞行机并充电，从而进行状态数据监测。
在移动式装置的远距离识别飞行机，接收飞行机的位置信息的步骤S300中，可利用集装箱上部的可卫星通信的反射器天线、可跟踪多个无人飞行机进行通信的相位阵列天线、以及可与多个无人飞行机通信的全向天线，来接收和发送飞行机的位置信息，且相位阵列天线内部配置有可上下移动的激光雷达，在需要时出现来扫描附近的地形，来掌握地形地物，用于计算飞行机的最佳路径。
之后，利用车辆中安装的大型LED/IR阵列发光灯来将中距离的飞行机引导至近距离，且天线与飞行机进行通信来接收位置信息，从而移动车辆中配备的降落单元展开。降落单元展开的结构与图1至图4中所示出的相同。
当降落单元与地面平行地展开，车辆基地通知并指定降落口时，飞行机在相关降落口附近等待。之后，在步骤S320中，利用激光雷达(脉冲激光近距利用精密位置确定传感器)、视觉传感器(近距离用)、声纳(近距离用)，来估计飞行机的位置，从而引导降落。用于协助飞行机自动降落的小型LED/IR发光阵列灯(近距离用)以nxn阵列在各单元中全部安装LED和IR阵列发光元件，白天LED41生成固定模式，且夜间红外线元件生成固定模式来引导飞行机降落。由此，固定的特定模式生成后，飞行机可识别自身的特定模式，降落在相应的地点中。
之后，在步骤S330中，飞行机降落在降落地中，且在步骤S340中，降落地中配备的固定器单元的挂钩24可将飞行机固定，从而进行充电、容载、状态数据监测。
移动式充电及容载装置可将多个飞行机进行充电及容载，且可充电及容载的停留场可为具机动性的移动式形态，而不是固定式的，因此，在电池不够使活动范围受限制的任务执行中十分有利，具有可运载多个飞行机的优点。
图10是示出飞行机被容载至移动式集装箱中的方法(400)的框图。以下，参照附图进行说明。在步骤410中，移动车辆识别远距离的飞行机，来接收飞行机的位置信息(能动相位阵列天线、GPS、DGPS)，并将降落单元与地面平行地展开来配置降落地。
在步骤420中，当飞行机位于距离降落单元100m以上的位置时，在步骤430中，移动式集装箱上部的相位阵列天线探索飞行机，来跟踪无人飞行机及能动位置检测进行通信，并接收飞行机中安装的GPS或DGPS中所计算的位置信息，和来自飞行机的惯性测量单元IMU(InertialMeasurement Unit)或姿态航向基准系统AHRS(Attitude Heading ReferenceSystem)的信息，来用于飞行机的能动引导。在步骤440中，考虑到各飞行机之间的冲突，以进入目标地点来计算最佳路径，并将路径信息传送给飞行机。集装箱中央基地或集装箱之间的状况可通过卫星通信天线来掌握。
当飞行机与降落单元的距离为中距离(100m<距离<5m)时，利用可创建三维视频的雷达，将降落单元地形地物制成3D立体地图，并利用LED/IR发光阵列灯、视觉传感器、超声波传感器来引导无人飞行机，并通过相位阵列天线来跟踪飞行机的位置和姿势。
当飞行机遥感勘测接收位于降落单元附近时，在步骤460中，上部的LED/IR发光阵列灯的固定模式(飞行机可获知自身的座位的特定模式)形成，接收来自飞行机的惯性测量单元IMU(Inertial Measurement Unit)或姿态航向基准系统AHRS(Attitude Heading Reference System)的信息，来用于飞行机的能动引导。在步骤470中，考虑到位于中距离的飞行机之间的冲突，可计算到达降落地的最佳路径，并将移动进入路径信息传送给飞行机。
在步骤480中，当飞行机为近距离5m以内进入降落地侧时，在步骤490中，传送等待(悬停)命令，通过视觉传感器、超声波传感器等引导降落。由此，降落地中配置的LED/IR灯进行发光来估计飞行机的姿势和位置，进行降落准备。并在步骤500中，接收来自飞行机的惯性测量单元IMU(Inertial Measurement Unit)、姿态航向基准系统AHRS(Attitude HeadingReference System)的信息，来用于飞行机的能动引导。在步骤510中，降落地中配置的LED/IR灯进行发光来引导飞行机的安全降落，并为了使飞行机与其他飞行机不冲突，可计算最佳路径，并将移动进入路径信息传送给飞行机。在步骤520中，飞行机判断降落并降落在降落地中。
当飞行降落在降落地时，在步骤530中，由圆锥或圆形构成的固定器单元两侧的挂钩插入飞行机内，从而连接数据线来监测飞行机，并经另一个挂钩与电源提供线连接，来提供电源，从而可将飞行机充电及容载。
当飞行机与飞行机所在的降落地中配置的固定器单元连接时，集装箱的侧部降落单元、后部降落单元可关闭。在步骤540中，由于集装箱的外部具备太阳电池板，因此，可通过太阳热对飞行机进行充电及监测。飞行机的充电可以是利用集装箱或运载集装箱的车辆/船等自身引擎中所产生的电力来进行充电。
与图1至图10的方法不同，飞行机充电及容载装置也可以是固定式的塔台型充电及容载装置。以下，图11是塔台型充电及容载装置600的整体结构图。在此，参照附图进行说明。当传感器感应到飞行机50完成任务回来时，可将展开式降落单元610移至降落口侧。由此，位于塔台型充电及容载装置600内侧的展开式降落单元610通过电桥630往固定式塔台型充电及容载装置600外部移动。
飞行机50通过展开式降落单元610中安装的各种传感器安全地自动降落至展开式降落单元610时，电桥630收起，且之后，机械手将飞行机与插槽结合来进行连接，从而将有问题的飞行机50送至维修室660，并将需充电及监测的飞行机50送至容载单元622。由于该过程可自动执行，因此可进行无人机的起飞降落及充电。
为了感应飞行机的靠近，降落单元中安装有视觉传感器40、声纳(Sonar)、红外线传感器(IR Sensor)、警示灯信号(Beacon)、DGPS或GPS、LED/IR发光阵列灯41、超声波传感器55，激光雷达(Lidar)则用于对周边地形进行3D扫描。此外，可安装全向天线、用于卫星通信的反射器天线、可跟踪多个飞行机进行通信的相位阵列天线、DGPS或GPS天线，用来与飞行机进行通信。
以下，参照图12，对根据本发明的可容载多个飞行机50进行充电的塔台型充电及容载装置600的内部结构进行说明。如图所示，在塔台型充电及容载装置600外侧，使飞行机50位于降落口，且展开式降落单元610移动，从而当飞行机50可降落在展开式降落单元时，电桥630收入至塔台型充电及容载装置600内部，从而使飞行机50进入塔台型充电及容载装置600内部。由此，通过塔台型充电及容载装置600内部配置的升降机640，机械手650水平、垂直地移动，同时，通过插槽或抓件进行连接，将容载及电池消耗的飞行机50充电，并进行状态数据监测。在此，机械手将有问题的飞行机50移动至维修室660进行修理。
相对横向方向，高度较高的塔台型充电及容载装置600可以使横截面为圆形或矩形的形态。对此，使电桥630相距约塔台型充电及容载装置600的直径(宽度)的距离，从而展开式降落单元610可往塔台型充电及容载装置600外侧展开，并可收入至塔台型充电及容载装置600内侧，来确保安全起飞和降落的空间。
固定式塔台型充电及容载装置600的高度方向、两侧收容有多个展开式降落单元610，展开式降落单元610之间具一定的距离，且展开式降落单元的最上端配置有大型相位阵列天线53和激光雷达42的一体式结构，且展开式降落单元下端可将飞行机容载及充电。此外，维修室660位于最下层，使工作人员可直接维护和保修经机械手运载的飞行机50。
机械手650可由多层机械手651和单层机械手652来构成。多层机械手651通过多层升降机641来移动，将有问题的飞行机50送至最下层，并利用单层升降机642来进行运作，使多个机械手配置在各个层中，从而可同时容载多个无人机。
图13是示出根据本发明的固定式塔台型充电及容载装置600的概略图，且图14是示出升降机中垂直、水平移动的机械手和塔台型各层配置的结构图。由于电桥630可收入至塔台型充电及容载装置600的内部，因此，当飞行机50进入至塔台型充电及容载装置600内部时，塔台型充电及容载装置600内部配置的水平及垂直升降机642使机械手652移动，同时通过插槽或抓件进行连接，将容载及电池消耗的飞行机50充电，并进行状态数据监测。在此，机械手通过插槽或抓件来飞行机50连接至容载单元，从而可进行充电及监测。
机械手可由多层机械手651和单层机械手652来构成。多层机械手651通过多层升降机641来移动，将有问题的飞行机50送至最下层，且利用单层升降机642的单层机械手652则进行一般的监测，或是在充电时使用，来将飞行机50容载及充电。
完成任务回来的多个飞行机50，可位于具备电桥630的展开式降落单元611侧，当通过展开式降落单元611中安装的各种传感器，飞行机50自动安全地降落在展开式降落单元611中时，电桥630收起，从而飞行机50进入至塔台型充电及容载装置600的内部。由此，利用升降机使机械手水平及垂直地移动，通过插槽或抓件将飞行机连接，从而进行容载或充电。
固定式塔台的最上端的降落单元620中，相位阵列天线53和激光雷达42以一体型被配置，其下端配置有小型飞行机展开式降落单元612，来容载飞行机并进行充电。维修室660位于最下层，使工作人员可直接维护和保修经机械手运载的飞行机50。
由于可将多个飞行机充电及容载，且可充电及容载的停留场为塔台型或具机动性的车辆型结构，因此，可通过传感器、天线等进行通信来自动降落，并可使因电池不够活动范围受限制的多个飞行机在电池充电、空间使用及运用中提高效率性。
如上所示，本发明虽然已参照有限的实施例和附图进行了说明，但是本发明并不局限于所述实施例，在本发明所属领域中具备通常知识的人均可以从此记载中进行各种修改和变形。因此，本发明的范围不受说明的实施例的局限或定义，而是由后附的权利要求范围以及权利要求范围等同内容定义。

Claims (21)

1.一种用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，包括：
收容飞行机的装置；
降落单元，配置在所述装置的外侧，用于飞行机降落；
容载单元，将所述飞行机容载或充电并进行状态数据监测；
传感器单元，使所述飞行机与所述装置通信，从而进行降落。
2.根据权利要求1所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，所述传感器单元，包括以下中的至少一个：相位阵列天线、红外线灯、激光雷达、视觉传感器、声纳、警示灯、全球定位系统GPS或差分全球定位系统DGPS、LED/IR发光阵列灯。
3.根据权利要求1所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，使所述飞行机与所述装置通信是指包括全向天线或用于卫星通信的反射器天线、跟踪所述飞行机的相位阵列天线、差分全球定位系统DGPS天线中的至少一个。
4.根据权利要求2或3所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，所述相位阵列天线、激光雷达，所述激光雷达配置在所述相位阵列天线内部，所述激光雷达上下移动，使用时往上部移动来实现周边环境的三维立体地图作为降落的信息，未使用时被插入至下部。
5.根据权利要求1所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，所述降落单元的一侧配置有LED/IR灯，使所述飞行机自动降落，并在昼夜使用时生成昼夜模式。
6.根据权利要求1所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，所述装置具备：
移动式集装箱，用来收容多个所述飞行机；
上部降落单元，位于所述集装箱上端，具备相位阵列雷达或激光雷达；
侧部降落单元，位于所述集装箱侧面，具备降落地；
后部降落单元，位于所述集装箱后面，具备降落地，以及
所述侧部降落单元或后部降落单元具有开闭功能，当所述侧部降落单元或后部降落单元关闭时，所述降落地中收容的所述飞行机被收容至所述集装箱的内部。
7.根据权利要求6所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，所述降落地进一步包括固定器单元，用来与所述飞行机机械地结合。
8.根据权利要求7所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，所述固定器单元中进一步包括挂钩，所述挂钩被插入结合至所述飞行机内。
9.根据权利要求6或8所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，所述降落地的外表面进一步包括电源提供单元，所述挂钩被结合至所述飞行机的同时，进行数据监测或提供电源。
10.根据权利要求6所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，所述飞行机的充电，是利用太阳热或所述集装箱自身引擎所生产的电力，或是外部电力来进行充电。
11.根据权利要求1所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，所述装置的一侧进一步包括轴，所述降落单元以所述轴为中心水平方向地左右移动，从而以水平方向往所述装置的外部展开。
12.根据权利要求1所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，所述降落单元为多个，分别以垂直方向位于不同的位置，且所述降落单元以抽屉形式出现在所述装置的外部。
13.根据权利要求1所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，所述装置包括：
将多个飞行机置位的塔台；
多个展开式降落单元，以水平方向展开；
电桥，使所述展开式降落单元往所述塔台的外侧展开；
机械手，位于所述塔台的一侧，使所述飞行机移动至所述容载单元；以及
升降机，配置在所述塔台内，使所述机械手水平或垂直移动。
14.根据权利要求13所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，所述展开式降落单元，不是全部以相同的位置展开，而是分别具有相位差地被展开。
15.根据权利要求13所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，进一步包括维修室，位于所述塔台的内部，用户直接维护所述飞行机，或是在所述飞行机异常时进行保修。
16.根据权利要求1或13所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的设备，其中，所述机械手进一步包括用于与所述飞行件结合的插槽或抓件中的至少一个。
17.一种用于充电及容载垂直起降无人飞行机的方法，包括以下步骤：
识别飞行机来获取飞行机的位置信息；
将所述飞行机引导至装置侧；
所述装置中具备的降落单元展开；
所述飞行机降落在所述降落单元中；
容载所述飞行机并进行充电，来监测状态数据。
18.根据权利要求17所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的方法，其中，所述飞行机降落在所述降落单元中的步骤或将所述飞行机引导至装置侧的步骤，包括以下中的至少一个：激光雷达、视觉传感器、声纳、警示灯、LED/IR发光阵列灯、全向天线、反射器天线、相位阵列天线、全球定位系统GPS或差分全球定位系统DGPS。
19.根据权利要求17所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的方法，其中，所述飞行机降落在所述降落单元中的步骤，是考虑所述飞行机之间的冲突回避，计算最佳路径，将使用路径传送给各飞行机，直到所述飞行机降落至所述降落单元。
20.根据权利要求17或18所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的方法，其中，所述识别飞行机来获取飞行机的位置信息的步骤或将所述飞行机引导至所述装置侧的步骤，是利用所述飞行机内置的全球定位系统GPS或差分全球定位系统DGPS，获取飞行机的位置信息来决定降落路径，并利用飞行机内置的惯性测量单元、姿态航向基准系统接收姿势、航向角等信息，从而接收飞行机的位置信息，来决定飞行机的能动控制及降落地路径。
21.根据权利要求17所述的用于充电及容载垂直起降无人飞行机的方法，其中，所述飞行机降落在所述降落单元中的步骤，是当所述降落单元与地面平行时，所述飞行机进行起飞和降落。
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