CN105786018A - 一种无人机用自动返航激光定位系统、无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机用自动返航激光定位系统，所述系统包括设置于无人机机体上的主控模块、激光定位仪、感光传感器，以及设置于无人机返航点的用于供所述激光定位仪进行识别并定位的激光识别仪，所述激光定位仪与感光传感器均与主控模块连接。本发明提供的无人机用自动返航激光定位系统，其具有返航降落定位准确、自动化程度高、降落安全性高等优点，可使无人机在自动返航、失控返航和低光返航等返航模式下均可准确安全降落到返航点位置上，并可有效避免人员伤亡和无人机丢失的情况的出现。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机用自动返航激光定位系统及具有该激光定位系统的无人机。
背景技术
目前，现有的无人机用自动返航系统仅仅依靠GPS和飞控记录的起飞点经纬度来返航，其降落过程为：无人机返航到返航点上空，悬停几秒，然后降落。因此，无人机返回返航点（即无人机起飞前记录的起飞点）的精准度极低，误差达到两至三米，有时甚至会直接返回到驾驶员的正上方，需要驾驶员不断调整无人机的空中位置来让无人机安全降落在某一区域上，其根本达不到定位降落的效果；当无人机失控返航，遥控器无法对无人机操控，若无人机返回到驾驶员的正上方时就直接降落，会造成人员伤亡；或者，当无人机在晚上或能见度极低的情况下自动返航，驾驶员无法看见无人机，无人机返航回来降落就会不知去向，万一返回到驾驶员或其他地面人员的正上方并降落，也会造成人员伤亡。因此，有必要提供一种返航降落定位准确、安全的定位系统。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种无人机用自动返航激光定位系统及具有该激光定位系统的无人机，以克服现有无人机现有返航定位系统定位不够准确和安全的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种无人机用自动返航激光定位系统，包括设置于无人机机体上的主控模块、激光定位仪，以及设置于无人机返航点的用于供所述激光定位仪进行识别并定位的激光识别仪，所述主控模块与所述激光定位仪连接；
所述主控模块用于当无人机返航并在返航点附近上空悬停时，向所述激光定位仪发出发射激光的控制指令；所述激光定位仪接收到所述发射激光的控制指令后发出激光光束，并对所述激光识别仪进行识别；
当所述激光定位仪识别出所述激光识别仪后，向所述主控模块反馈相应的位置信息，所述主控模块根据接收到的位置信息进行处理并确定所述激光识别仪的位置，然后发出相应的控制指令，调整无人机在空中的位置，并使无人机降落在所述返航点的位置上。
进一步地，所述激光定位系统还包括设置于无人机机体上的感光传感器，该感光传感器与所述主控模块连接，所述感光传感器用于检测无人机所处环境的光线信息并将其反馈至所述主控模块；
所述主控模块根据接收到的所述光线信息判断无人机是否处于低光环境状态，当主控模块判断无人机处于低光环境状态时，主控模块发出自动返航指令，使无人机自动返航并降落在所述返航点的位置上。
较佳地，所述感光传感器包括相互连接的光线感应眼与感光芯片，所述感光芯片还与所述主控模块连接。
优选地，所述激光定位仪包括相互连接的激光发射器与归中定位模块，所述归中定位模块还与所述主控模块连接；
所述激光发射器用于发射激光光束并识别所述激光识别仪，所述归中定位模块用于确定无人机所在位置并向所述主控模块发出相应的指令，以使所述主控模块根据接收到指令后，发出相应的控制指令，调整无人机在空中的位置，并使无人机降落在所述返航点的位置上。
进一步地，所述激光定位仪还包括一设置于所述无人机机身底部的聚光外壳，所述激光发射器、归中定位模块均安装于该聚光外壳上。
优选地，所述聚光外壳的内壁与所述激光发射器的中轴线形成的夹角W为10o～15o。较佳地，所述激光发射器发射的激光光束向所述返航点所在地面投射形成一圆形的激光投影区域，该激光投影区域用于作为提示所述无人机降落所在位置的降落区域。
优选地，所述主控模块根据所述激光定位仪反馈的位置信息确定所述激光识别仪的位置后，判断该激光识别仪所在位置与所述激光投影区域的圆心位置是否重合，若不重合则发出相应的控制指令，使所述归中定位模块记录所述激光投影区域的圆心位置与所述激光识别仪所在位置的方位差异，所述归中定位模块反馈相应的方位差异信息至所述主控模块，所述主控模块根据接收到的方位差异信息发出相应的控制指令，不断调整无人机在空中的位置，直至所述激光识别仪所在位置与所述激光投影区域的圆心位置重合；当所述激光识别仪所在位置与所述激光投影区域的圆心位置重合后，所述主控模块发出降落指令，使无人机降落在所述返航点的位置上。
本发明还提供了一种无人机，，所述无人机配置有如上所述的激光定位系统。
优选地，所述无人机的返航模式包括一键返航模式、失控返航模式和/或低光返航模式。
本发明提供的无人机用自动返航激光定位系统及具有所述激光定位系统的无人机，具有返航降落定位准确、自动化程度高、降落安全性高等优点，可使无人机在自动返航、失控返航和低光返航等返航模式下均可准确安全降落到返航点位置上，并可有效避免人员伤亡和无人机丢失的情况的出现。
附图说明
附图1为本发明实施例中所述无人机及其自动返航激光定位系统的结构示意图；
附图2为本发明实施例中所述感光传感器的结构示意图；
附图3为附图2中A-A处的剖面结构示意图；
附图4为本发明实施例中所述激光定位仪的侧面结构示意图；
附图5为本发明实施例中所述激光定位仪的俯视结构示意图；
附图6为附图4中B-B处的剖面结构示意图；
附图7为所述激光识别仪的结构示意图；
附图8为所述激光发射器向地面投射激光光束形成的降落区域的示意图。
其中，附图标号为：1-无人机机体，2-感光传感器，21-光线感应眼，22-感光芯片，3-激光定位仪，31-聚光外壳，32-激光发射器，33-归中定位模块，4-激光光束，5-激光识别仪，51-金属圆饼，52-激光识别标志，6-降落区域。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如附图1所示，一种无人机用自动返航激光定位系统，包括设置于无人机机体1上的主控模块、激光定位仪3，以及设置于无人机返航点的用于供所述激光定位仪3进行识别并定位的激光识别仪5，所述主控模块与所述激光定位仪3连接；
所述主控模块用于当无人机返航并在返航点附近上空悬停时，向所述激光定位仪3发出发射激光的控制指令；所述激光定位仪3接收到所述发射激光的控制指令后发出激光光束4，并对所述激光识别仪5进行识别；
当所述激光定位仪3识别出所述激光识别仪5后，向所述主控模块反馈相应的位置信息，所述主控模块根据接收到的位置信息进行处理并确定所述激光识别仪5的位置，然后发出相应的控制指令，调整无人机在空中的位置，并使无人机降落在所述返航点的位置上。
作为优选的实施例，所述激光定位系统还包括设置于无人机机体1上的感光传感器2，该感光传感器2与所述主控模块连接，所述感光传感器2用于检测无人机所处环境的光线信息并将其反馈至所述主控模块；所述主控模块根据接收到的所述光线信息判断无人机是否处于低光环境状态，当主控模块判断无人机处于低光环境状态时，主控模块发出自动返航指令，使无人机自动返航并降落在所述返航点的位置上。所述主控模块在判断无人机是否处于低光环境状态，可根据判断接收到的所述光线信息的光线亮度是否低于预设的阈值来进行判断。通过设置该感光传感器2，可使得当无人机在低光环境状态飞行时自动返航。
如附图2-图3所示，本实施例中所述的感光传感器2优选包括相互连接的光线感应眼21与感光芯片22；其中，所述感光芯片22还与所述主控模块连接。
如附图4-图6所示，本实施例中所述的激光定位仪3包括相互连接的激光发射器32与归中定位模块33，所述归中定位模块33还与所述主控模块连接；所述激光发射器32用于发射激光光束4并识别所述激光识别仪5，所述归中定位模块33用于确定无人机所在位置并向所述主控模块发出相应的指令，以使所述主控模块根据接收到指令后，发出相应的控制指令，调整无人机在空中的位置，并使无人机降落在所述返航点的位置上。本实施例中，所述激光定位仪3还包括一设置于所述无人机机身底部的聚光外壳31，所述激光发射器32、归中定位模块33均安装于该聚光外壳31上。优选地，所述聚光外壳31的内壁与所述激光发射器32的中轴线形成的夹角W为10o～15o，以保证形成的所述降落区域6不会很大，只要保证无人机在降落时可安全降落在降落区域6内即可。
如附图7所示，本实施例中的激光识别仪5由一金属圆饼51和在金属圆饼51表面设置的激光识别标志52组成，所述激光识别标志52是由唯一能让激光识别的材料构成，以使无人机在返航降落时定位更精确。所述激光识别仪5的直径大小优选约为10cm，在实际应用时，将激光识别仪5稳定地安放于返航点位置处，甚至可挖一个小坑放置并固定此激光识别仪5，将具有激光识别标志52的一面朝上，并使之与地面平齐，即使无人机逐渐靠近地面而产生很大的地面效应，其气流也不会将此激光识别仪5吹走。
如附图8所示，所述激光发射器32发射的激光光束4向所述返航点所在地面投射形成一圆形的激光投影区域，该激光投影区域用于作为提示所述无人机降落所在位置的降落区域6。激光投影区域的圆圈内的“UAV”是无人机的英文缩写，用于提示说明圆圈内的区域是无人机的降落区域6，从而可有效提醒地面人员远离该降落区域6，使得无人机可安全降落，从而可有效避免因无人机降落而造成的人员伤亡的情况出现。当然，激光光束4形成的降落区域6的大小是可随着无人机降落过程中的高度变化的。
本实施例中，所述主控模块根据所述激光定位仪3反馈的位置信息确定所述激光识别仪5的位置后，判断该激光识别仪5所在位置与所述激光投影区域的圆心位置是否重合，若不重合则发出相应的控制指令，使所述归中定位模块33记录所述激光投影区域的圆心位置与所述激光识别仪5所在位置的方位差异，所述归中定位模块33反馈相应的方位差异信息至所述主控模块，所述主控模块根据接收到的方位差异信息发出相应的控制指令，不断调整无人机在空中的位置，直至所述激光识别仪5所在位置与所述激光投影区域的圆心位置重合；当所述激光识别仪5所在位置与所述激光投影区域的圆心位置重合后，所述主控模块发出降落指令，使无人机降落在所述返航点的位置上。本发明中，将所述激光投影区域的圆心位置与所述激光识别仪5所在位置的重合，称之为归中；相应地，所述归中定位模块33发出所述方位差异信息至所述主控模块的指令，称之为归中指令，该归中指令用于使所述主控模块发出相应的控制指令，不断调整无人机在空中的位置，使得所述激光投影区域的圆心位置与所述激光识别仪5所在位置不断靠近，直至所述激光识别仪5所在位置与所述激光投影区域的圆心位置重合。
本实施例中，所述归中定位模块33为具有记录某一物体（本实施例为激光识别仪5）相对于某一基准点（本实施例中，归中过程以激光投影区域的圆心位置为方位判断基准点）的地理方位信息，然后发出此地理方位信息指令的功能模块。
本发明实施例还提供了一种无人机，如附图1所示，所述无人机配置有如上所述的激光定位系统。该激光定位系统可由无人机在返航回来悬停时自动开启，并在完成降落后自动关闭，也可由驾驶员在遥控器上进行手动开启与关闭。
在本实施例中，所述无人机的返航模式包括有多种返航模式，如包括一键返航模式、失控返航模式以及低光返航模式中的任意一种或任意多种。
以下简要说明所述无人机利用所述激光定位系统在自动返航过程中安全、准确降落在返航点的工作过程：
首先在返航点（即无人机起飞前记录的起飞点）的地面上安装固定好所述激光识别仪5；具体以低光返航模式为例，无人机在飞行过程中，其感光传感器2不断检测无人机所处环境的光线信息，当检测到无人机处于低光环境状态时，主控模块发出自动返航指令，当无人机返回到返航点附近上空并悬停时，主控模块发出暂停降落指令，激光定位仪3发射激光光束4寻找并识别激光识别仪5，当激光定位仪3识别出激光识别仪5后，所述归中定位模块33向主控模块发出归中指令，主控模块发出相应的控制指令，调整无人机在空中的位置，以使所述激光投影区域的圆心位置与激光识别仪5所在位置不断靠近，直至所述激光识别仪5所在位置与所述激光投影区域的圆心位置重合，此时归中定位模块33将停止发出归中指令，并向主控模块发出相应的“已归中”的确认信息，主控模块在收到“已归中”的确认信息后发出降落指令；如此，无人机即可安全、准确地降落在返航点所在位置，其精确度可控制在10cm之内，从而实现了无人机的自动化返航和定位降落。在降落过程中，由于激光定位仪3中的激光发射器32发出的激光光束4为高强度（但不足以伤人）的、高亮度的光束，且不易扩散，即使无人机在100米之上的高空，依然可以清晰地投射到地面，并可形成如图8那样的降落区域6，因此可及时提醒地面人员远离无人机降落区域6，从而可有效避免人员伤亡的情况出现；同时，若无人机在晚上或能见度极低的情况下自动返航下时，也可让驾驶员清楚地知道无人机何时返航降落，可很好地避免了无人机丢失的情况出现。
假如驾驶员在无人机的遥控器上按下了相应的按钮，启用了一键返航模式返航时，或者当无人机失去遥控器的控制启动失控返航模式返航时，当无人机返回到返航点附近上空并悬停时的降落过程与上述低光返航模式中的降落过程相同或相似，在此不再详述。
利用本实施例提供的激光定位系统，可实现无人机的完全自动化返航和定位降落功能，使得无人机在一键返航模式、失控返航模式以及低光返航模式下等各种返航模式均能降落在起飞点所在位置上，使起飞点与返航点的位置几乎完全重合，其精确度可在10cm之内；使得无人机的自动返航具有定位降落准确、自动化程度高、降落安全性高等优点，并可有效避免人员伤亡和无人机丢失的情况的出现。
上述实施例中提到的内容为本发明较佳的实施方式，并非是对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无人机用自动返航激光定位系统，其特征在于：所述激光定位系统包括设置于无人机机体（1）上的主控模块、激光定位仪（3），以及设置于无人机返航点的用于供所述激光定位仪进行识别并定位的激光识别仪（5），所述主控模块与所述激光定位仪连接；
所述主控模块用于当无人机返航并在返航点附近上空悬停时，向所述激光定位仪发出发射激光的控制指令；所述激光定位仪接收到所述发射激光的控制指令后发出激光光束（4），并对所述激光识别仪进行识别；
当所述激光定位仪识别出所述激光识别仪后，向所述主控模块反馈相应的位置信息，所述主控模块根据接收到的位置信息进行处理并确定所述激光识别仪的位置，然后发出相应的控制指令，调整无人机在空中的位置，并使无人机降落在所述返航点的位置上。
2.根据权利要求1所述的激光定位系统，其特征在于：所述激光定位系统还包括设置于无人机机体上的感光传感器（2），该感光传感器与所述主控模块连接，所述感光传感器用于检测无人机所处环境的光线信息并将其反馈至所述主控模块；
所述主控模块根据接收到的所述光线信息判断无人机是否处于低光环境状态，当主控模块判断无人机处于低光环境状态时，主控模块发出自动返航指令，使无人机自动返航并降落在所述返航点的位置上。
3.根据权利要求2所述的激光定位系统，其特征在于：所述感光传感器（2）包括相互连接的光线感应眼（21）与感光芯片（22），所述感光芯片还与所述主控模块连接。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的激光定位系统，其特征在于：所述激光定位仪（3）包括相互连接的激光发射器（32）与归中定位模块（33），所述归中定位模块还与所述主控模块连接；
所述激光发射器用于发射激光光束并识别所述激光识别仪，所述归中定位模块用于确定无人机所在位置并向所述主控模块发出相应的指令，以使所述主控模块根据接收到指令后，发出相应的控制指令，调整无人机在空中的位置，并使无人机降落在所述返航点的位置上。
5.根据权利要求4所述的激光定位系统，其特征在于：所述激光定位仪（3）还包括一设置于所述无人机机身底部的聚光外壳（31），所述激光发射器、归中定位模块均安装于该聚光外壳上。
6.根据权利要求5所述的激光定位系统，其特征在于：所述聚光外壳的内壁与所述激光发射器的中轴线形成的夹角W为10o～15o。
7.根据权利要求6所述的激光定位系统，其特征在于：所述激光发射器发射的激光光束向所述返航点所在地面投射形成一圆形的激光投影区域，该激光投影区域用于作为提示所述无人机降落所在位置的降落区域（6）。
8.根据权利要求7所述的激光定位系统，其特征在于：所述主控模块根据所述激光定位仪反馈的位置信息确定所述激光识别仪的位置后，判断该激光识别仪所在位置与所述激光投影区域的圆心位置是否重合，若不重合则发出相应的控制指令，使所述归中定位模块记录所述激光投影区域的圆心位置与所述激光识别仪所在位置的方位差异，所述归中定位模块反馈相应的方位差异信息至所述主控模块，所述主控模块根据接收到的方位差异信息发出相应的控制指令，不断调整无人机在空中的位置，直至所述激光识别仪所在位置与所述激光投影区域的圆心位置重合；当所述激光识别仪所在位置与所述激光投影区域的圆心位置重合后，所述主控模块发出降落指令，使无人机降落在所述返航点的位置上。
9.一种无人机，其特征在于：所述无人机配置有如权利要求1～8中任一项所述的激光定位系统。
10.根据权利要求9所述的无人机，其特征在于：所述无人机的返航模式包括一键返航模式、失控返航模式和/或低光返航模式。
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