[0001] 本发明涉及无人机设备技术领域，具体涉及为一种船用无人机进出协同的柔性轨道装置及方法。

[0002] 随着科技的飞速发展，无人机技术在各个领域都展现出了巨大的潜力和应用前景。在航运行业，尤其是船用无人机领域，无人机的运用已经成为提高效率、降低成本、增强安全性的重要手段；在中国发明专利CN107450568B提出“群组无人机协同下的船舶进出港辅助系统”，该系统由环境感知模块、数据中央处理模块、通讯模块、信息实时发布模块组成，环境感知模块通过无人机群组实时采集港口航道内碍航物及港口航道的视频影像等数据，结合激光雷达模块重构的航行环境三维地理信息，数据中央处理模块进行数据实时处理，获得船舶进出港口的实时距离、角度、速度、影像、航行环境参数、航行环境三维地理信息、预警信息及进出港安全建议等，通过通讯模块实时传递到岸基港口指挥中心和船舶驾驶台。本发明为海空一体化的立体实时协同进出港辅助系统，适用于各类船舶进出不同规格港口，可实现辅助船舶高效地进出港口水域，适应性广、稳定性好、安全性高、可靠性强；但是该船用无人机运输储存装置体积大，占用的舰船的空间较多，需要通过搭建柔性轨道和一体化机库实现空间的优化组合；在复杂、恶劣海况条件下，船体会发生左右横摇、前后纵摇以及上下升沉，严重影响无人机运输入库以及发射调度工作，导致人工操作效率低下，无法及时响应下达指令。

[0016] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0017] 为了解决现有技术中无人机储存装置体积过大，占用舰船空间较多，导致在恶劣海域航行时，导致无人机入库以及发射调度工作较低的技术问题，本发明提供了一种无人机进出协同的柔性轨道装置，能够实现在恶劣海域航行时，无人机入库以及发射调度工作效率更高的技术效果。

[0018] 需要说明的是，本发明所述的无人机进出协同的柔性轨道装置用于但不限于无人机领域等，为了方便说明，在本发明中，仅以无人机进出协同的柔性轨道装置应用于无人机领域设备为例进行说明，而无人机进出协同的柔性轨道装置应用于其他类型的设备中的原理与应用于无人机设备中的原理实质相同，在此不一一赘述。

[0019] 请参阅图1，图1为本发明一实施例中无人机进出协同的柔性轨道装置的结构示意图，无人机进出协同的柔性轨道装置，包括无人机机库1、柔性轨道系统2和智能控制终端3；无人机机库1上开设有进仓口和出仓口；柔性轨道系统2包括轨道本体21、无人机传动轿厢
22和无人机运输机构23；轨道本体21包括钢索211、支撑塔架212和动力端213，钢索211通过支撑件设置于无人机机库1上，且动力端213与钢索211连接，支撑塔架212布置于无人机机库1外侧；无人机传动轿厢22连接于钢索211上，并用于带动无人机位移至进仓口或出仓口；
无人机运输机构23设置于无人机机库1内部，用于将无人机传动轿厢22内部的无人机运输至无人机机库1内；智能控制终端3设置于无人机机库1上，并用于控制动力端213和无人机运输机构23运行。

[0020] 本实施例中，通过柔性轨道优化了空间利用率，满足海上大规模运输无人机的需求，且在无人机传动轿厢22中采用箱壁柔性材料，提高无人机运输过程中的安全性和稳定性，保证了整体装置运行的工作效率，达到回收维检和发射调度过程的连贯性，且通过设置智能控制终端3，充分利用了软件模块与硬件装置的配合，实现了无人机从回收到发射调度的流程闭环，满足了无人机回收调度的自动化、无人化需求。

[0021] 在其中一个实施例中，请参阅图2，动力端213包括动力轮2131、电动绞车2132和导向滑轮2133；动力轮2131通过支撑件设置于无人机机库1上方，且电动绞车2132的输出端与动力轮2131连接，导向滑轮2133设置于无人机机库1的转角处，用于使钢索211转向。

[0022] 本实施例中，柔性轨道系统2设于无人机机库1外围，与无人机机库1形成一个闭环的双通道系统以提供无人机进出的连续路径，其中一个通道进行无人机回收运输，另一通道进行无人机发射运输；该柔性轨道系统2包括动力牵引轮、钢索211、导向滑轮2133、支撑塔架212、减速器、轿厢换向机构、紧固器及智能传感装置；动力牵引轮包括动力轮2131与电动绞车2132，设置于无人机机库1顶部，动力牵引轮负责提供轨道系统的主要动力输出，通过电动绞车2132调节钢索211张力，实现柔性轨道系统2的动力传输，导向滑轮2133设置于无人机机库1外转角处，用于指导柔性轨道系统2的方向转换，确保轨道平稳转向；轿厢换向机构通过紧固器实现，紧固器设计用于在柔性轨道的双通道交汇点处稳定和调整轿厢的方向，保证无人机顺利进出；该换向机制与减速器协同工作，确保轿厢在换向过程中的平稳与安全；支撑塔架212根据地形和需要设置不同高度，阶梯式布置在无人机机库1外壁，用于支撑和张紧柔性轨道系统2，同时配合智能传感装置监测轨道张力和运行状态，实现动态调整和安全监控；智能传感装置，如位移传感器、压力传感器等，安装于各支撑塔架212与导向滑轮2133处，用于实时监控轨道的运行状态，通过数据分析确保运行效率和安全，同时在紧急情况下启动安全应急保护机制，包括自动停机和警报系统，其中，自动停机由智能传感器将数据反馈至智能控制管理终端，若数据异常，由智能调度系统32控制减速器和动力轮2131减速并停止，然后进行人工检查，以保障无人机和设备的安全。

[0023] 在其中一个实施例中，请参阅图3，无人机传动轿厢22包括抱索器221、连接杆222、箱体223、方向旋转盘224和系留机构225；抱索器221连接于钢索211上，抱索器221下端通过连接杆222连接有箱体223，箱体223内腔的底部设置有方向旋转盘224，且箱体223内部还设置有系留机构225，箱体223内腔的顶部设置有摄像头2231，系留机构225包括连接板2251、前挡块2252和卡箍件2253；连接板2251设置于箱体223内，且连接板2251上设有前挡块2252，前挡块2252上铰接有卡箍件2253，箱体223内壁还设置有聚乙烯泡沫塑料层。

[0024] 本实施例中，箱壁聚乙烯泡沫塑料EPE缓冲材料覆盖轿厢内侧，因其具有吸水性能差，缓冲性能强的特点，便于保护无人机；连接杆222通过四个紧固装置与抱索器221和轿厢厢体链接；360°二维码识别的摄像头2231设置于轿厢内厢顶中心并可360°旋转，可以识别无人机型号以及实时监控无人机状态和调整无人机朝向；抱索器221用于将无人机传动轿厢22与钢索211抱紧进行传动，并保持轿厢平面水平；直流电机设置于轿厢外顶部，用于驱动轿厢门开关，方向旋转圆盘包括无人机快速系留装置、连接板2251组件、前档块组件、卡箍组件、支架和无人机信息检测装置，快速系留装置成三角形分布在方向旋转圆盘上，用于无人机的快速系留，固定无人机；卡箍件2253用于无人机轮胎；支架，设置在转接板组件上，且位于卡箍件2253的两侧，支架用于限制无人机轮胎的横向位移。

[0025] 在其中一个实施例中，请参阅图5、6和7；无人机运输机构23包括无人机运载车231，无人机运载车231包括运载板2311、若干运输导轨2312和减震轮2313；若干运输导轨
2312铺设于无人机机库1内，且分别与进仓口和出仓口连接，运载板2311滑动连接于运输导轨2312上，且运载板2311上还设置有减震轮2313。

[0026] 无人机运载系统包括：无人机运载车231、凹形运输轨道、减震固定轮组、二维码识别摄像头2231、快速系留装置；无人机运载车231布置于凹形运输轨道中进行无人机运输；减震轮2313包括驱动轮和从动轮，驱动轮安装有电机，能够提供运输动力，驱动无人机运载车231前行；从动轮不提供动力，主要起支撑和承压作用，避免无人机运输过程中大幅度摇晃，确保稳定性；无人机运载车231设有信息发射端、信息接收端，各机库设有信号发射端，各个运动的平台都设有信息接收平台，无人机运载车231在确定目标位置后，将不断发送自身储存位置的信息，使各个板块作出相应的响应，信号命令发射模块322发射命令控制装置各部件，可根据运载车搭载的模块改变轨道方向，保证无人机安全高效送进、送出对应无人机传动轿厢22。

[0027] 在其中一个实施例中，请参阅图11‑14，无人机运载车231上还设置有信息发射端、信息接收端和信号发射端，各个运动的平台都设有信息接收平台，无人机运载车231在确定目标位置后，将不断发送自身储存位置的信息，使各个板块作出相应的响应，信号命令发射模块322发射命令控制装置各部件，可根据运载车搭载的模块改变轨道方向，保证无人机安全高效送进、送出对应无人机传动轿厢22，信息处理系统31包括信息处理系统31，信息处理系统31包括无人机信息处理模块311和轿厢位置信息处理模块312；无人机信息处理模块311用于监测无人机当前位置，轿厢位置信息处理模块312用于监测无人机传动轿厢22当前位置，信息处理系统31还包括智能调度系统32，智能调度系统32包括路径优化模块321和信号命令发射模块322；路径优化模块321用于控制无人机运输机构23，信号命令发射模块
322，用于对轿厢进行智能调度，控制柔性轨道的运行，实现无人机进出协同。

[0028] 信息处理系统31包括无人机信息处理模块311、轿厢位置信息处理模块312，接收轿厢内无人机信息、轿厢位置信息、在库无人机信息及无人机运载车231信息并进行处理递交至智能调度系统32；下位机系统设置于旋转圆盘上，接收控制信号调整方向，并准确、灵活地调整方向；位置传感器设置在无人机机库1口、轿厢和无人机运载车231上，用于感知无人机轿厢的接近，并将位置信息传送至智能信息控制系统；智能信息控制系统通过轿厢评估算法计算轿厢的停靠点位，以确保无人机进出时不会与装置其他部件碰撞或发生意外；路径优化模块321智能规划无人机传动轿厢22和运载车的运行路径，保证无人机安全高效地进出。

[0029] 智能调度系统32包括路径优化模块321、信号命令发射模块322，对轿厢进行智能调度，控制柔性轨道的运行，实现无人机进出协同。

[0030] 无人机智能调度系统32中入库路径优化模块321通过以下方法进行无人机运输 路径选择，从而在保证船身平衡安全性的前提下使得等待队列中所有无人机以最高的效率完成无人机传动轿厢22的调度操作，使整个系统达到安全与高效的动态最佳；作为进一步的技术方案，无人机智能调度系统32中路径模块通过以下轿厢评估算
法在保证船身平衡安全性的前提下保持高效的无人机运输，
使整个系统达到安全与均衡调度的动态最佳： 在选择轿厢进行无人机运输时，对所有可用轿厢进行遍历，获得编号序列i，对于每一个轿厢i，分别有无人机所在的仓库编号j； 根据轿厢和整体机库的参数，评估不同的轿厢的优劣，评估准则包括：无人机型号、无人机健康状态、运输路径距离长短；根据实际情况的重要程度，给予各个评估准则权重值，根据权重值和无人机与仓库的参数，定义一个评估分函数，用于计算每个轿厢的优劣，如下所示：

[0031] 其中： 分别表示无人机型号、无人机健康状态、运输路径距离长短；对于每一批次需要进行无人机运输的轿厢（按编号设为 1，2，3……n‑1，n），对其评估分 求和以达到总体最优，其函数为：

[0032] 根据评估分函数值，选取评估分函数值最高的无人机，完成这一批次所有的无人机出入库，并更新无人机和机库的相关参数，以便于下次出入库时进行评估分函数的计算。

[0033] 为了更好地理解本发明，以下结合图1至图14对本发明的技术方案进行详细说明：根据实际的运输需求，规划出具体运输线路，然后在船舱壁合适处架设支撑塔架212和导向滑轮2133，在机库上搭建动力轮2131；然后将柔性轨道钢索211安装至动力轮2131和各支撑塔架212、导向滑轮2133；将轿厢箱体223与连接杆222相连并固定，然后连接抱索器221并将其紧抱于柔性轨道钢索211；
回收平台至无人机机库1；
S1：接收无人机回收指令，无人机运载车231与回收平台上位置传感器感应无人机运载车231距离，并将信息反馈至智能控制管理终端进行处理，待无人机运载车231到指定位置后，通过回收平台传送带将目标无人机运送到无人机运载车231上并进行快速系留，路径优化模块321基于船身平衡影响、距机库距离等特征对轿厢进行评估，选择评估分最高的轿厢进行无人机的运输，然后无人机运载车231通过凹形运输轨道将无人机送入轿厢中，轿厢底部方向旋转圆盘快速系留装置进行无人机系留；
S2：通过360°二维码识别摄像头2231，识别无人机型号以及实时监控无人机状态
并将信息反馈至智能控制管理终端进行处理，同时方向旋转圆盘无人机信息检测装置检测无人机信息并调整无人机朝向；
S3：由信号命令发射模块322发射命令控制动力轮2131转动，通过柔性轨道动力轮
2131带动运输缆车移动，轿厢位置传感器不断反馈自身位置信息至轿厢位置信息处理模块
312；
S4：在运输到达机库时，无人机机库1口位置传感器感应轿厢距离并传递给智能控制管理终端进行处理，然后信号命令发射模块322发射命令使动力轮2131减速并停止，解除方向旋转圆盘上无人机系留装置，无人机运载车231进入轿厢进行无人机快速系留，然后无人机运载车231将无人机运入机库，入库完成后无人机运载车231返回至初始位置，准备下一次任务。

[0034] 无人机机库1至发射平台；S1：机库接收无人机发射指令，无人机运载车231对指定无人机进行人工快速系
留，同时无人机运载车231不断反馈自身位置信息至智能控制终端3，然后路径优化模块321基于轿厢评估算法对船身平衡影响、距机库距离等特征对轿厢进行评估，选择合适的机库口和评估分最高的轿厢，然后无人机运载车231通过凹形运输轨道将无人机送入轿厢中，轿厢底部方向旋转圆盘快速系留装置进行无人机系留；
S2：通过360°二维码识别摄像头2231，识别无人机型号以及实时监控无人机状态
并将信息反馈至智能控制管理终端进行处理，同时方向旋转圆盘无人机信息检测装置检测无人机信息并调整无人机朝向，防止无人机在运输时发生损坏，并提高无人机运输的效率且便于直接发射；
S3：由信号命令发射模块322发射命令控制动力轮2131转动，通过柔性轨道动力轮
2131带动运输缆车移动，轿厢位置传感器不断反馈自身位置信息至轿厢位置信息处理模块
312；
S4： 当轿厢运输到达发射台时，通过位于发射台上的激光位置传感器测量轿厢与发射台之间的距离，将位置数据传输至智能控制管理终端；智能控制管理终端根据预设的距离阈值和位置算法对数据进行处理，并在轿厢达到预设位置时发出相应指令；该指令被发射模块接收并执行，通过调整动力轮2131速度使轿厢逐渐减速并停止运动。在轿厢停稳后，操作人员解除方向旋转圆盘上的无人机系留装置。同时，无人机运载车231配备激光位置传感器，用于感知其与发射台之间的距离，并将数据传输至智能控制管理终端；当无人机运载车231到达指定位置时，智能控制管理终端触发发射模块发出指令，启动发射台传送带；通过运载车和传送带之间的相对运动，无人机被移送至传送带上，为后续发射流程做准备。一旦无人机成功发射，智能控制管理终端自动触发无人机运载车231返回初始位置，准备进行下一次任务。

[0035] 以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。