CN106774430A - 一种机电一体化无人机着陆导航系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机电一体化技术领域的一种机电一体化无人机着陆导航系统，包括机翼固定座，所述机翼固定座的四周均设有机翼，四组所述机翼的表面中央均设有激光接收单元，通过基准站GPS系统可以计算出无人机坐标与着陆平台坐标之间的X和Y方向之间的误差，利用基准站通讯单元将误差信息传递给平台通讯单元和无人机通信系统，通过坐标拾取单元和信息输入单元分别输入着陆平台坐标和无人机的坐标，再通过信息处理单元计算出两者之间X和Y方向的差值，最后利用信息发送单元将误差传递给平台控制主机和飞控处理器，让飞控处理器通过控制无人机的舵机系统进而控制无人机的飞行姿态，使其在室内外准确着陆。

Description

一种机电一体化无人机着陆导航系统及控制方法

技术领域

本发明涉及机电一体化技术领域，具体为一种机电一体化无人机着陆导航系统及控制方法。

背景技术

无人机是一种拥有动力装置的无人驾驶飞行系统，它具有广泛的应用。无人机在某些使用领域需要定点着陆，然而目前很多无人机还做不到准确的定点着陆，达不到用户的需求。目前一般无人机在基于GPS下进行室外定位着陆时，易受建筑物和树木的阻隔而被干扰，并且由于多路径效应，接收装置接收到经过建筑物或者水面等一系列反射面反射后的干扰信号，使得信号的路径变长，会产生系统偏差，最后导致定位不准，另外即使不受障碍物干扰在空旷位置接收到的位置信息与实际位置信息也还存在一些偏差；无人机在基于GPS下进行室内定位着陆时也会存在与室外定位着陆相同的情况，为此，我提出一种机电一体化无人机着陆导航系统及控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机电一体化无人机着陆导航系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的在基于GPS下现有无人机室内外定位着陆会产生位置偏差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机电一体化无人机着陆导航系统，包括机翼固定座，所述机翼固定座的四周均设有机翼，四组所述机翼的表面中央均设有激光接收单元，所述激光接收单元的输出端电性连接有无人机控制系统的输入端，所述无人机控制系统的输入端电性连接有无人机GPS单元的输出端，所述无人机控制系统的输出端电性连接有无人机通信系统的输入端，所述无人机通信系统的输出端电性连接有着陆平台系统的输入端，所述着陆平台系统的输入端电性连接有基准站系统的输出端。

优选的，所述无人机控制系统包括电源单元，所述电源单元的输出端电性连接有飞控处理器的输入端，所述飞控处理器双向电性连接有控制电路模块，所述飞控处理器的输出端电性连接有舵机系统的输入端，所述舵机系统信号连接有控制电路模块。

优选的，所述无人机通信系统包括信息接收单元，所述信息接收单元的输出端电性连接有信息保真单元的输入端，所述信息保真单元的输出端电性连接有中央处理器的输入端，所述中央处理器的输出端电性连接有无线传输单元的输入端，所述无线传输单元的输出端电性连接有记忆存储单元的输入端。

优选的，所述着陆平台系统包括激光发射单元，所述激光发射单元的输出端电性连接有平台控制主机的输入端，所述平台控制主机的输出端分别电性连接有平台通讯单元和平台GPS单元的输入端，所述平台控制主机的输入端电性连接有地图监控单元的输出端。

优选的，所述基准站系统包括基准站GPS系统，所述基准站GPS系统的输出端电性连接有基准站控制单元的输入端，所述基准站控制单元的输出端电性连接有基准站通讯单元的输入端。

优选的，所述基准站GPS系统包括微处理器，所述微处理器的输入端分别电性连接有坐标拾取单元和信息输入单元的输出端，所述微处理器的输出端电性连接有信息处理单元的输入端，所述信息处理单元的输出端电性连接有信息发送单元的输入端。

优选的，该机电一体化无人机着陆导航控制方法具体包括以下步骤：

S1：确定无人机和着陆平台的位置坐标，控制无人机向着陆平台移动：通过无人机GPS单元和平台GPS单元可以分别确定无人机和着陆平台的位置坐标，再通过坐标拾取单元和信息输入单元分别接收着陆平台坐标和无人机的坐标，利用信息处理单元计算出两者之间X和Y方向的差值，再利用信息发送单元将误差传递给平台控制主机和飞控处理器，让飞控处理器通过控制无人机的舵机系统进而控制无人机的飞行姿态，使无人机在原来高度上向着陆平台的垂直方向的上空移动；

S2：控制无人机捕捉着陆平台发射的激光信号：通过飞控处理器和控制电路模块控制无人机的舵机系统，使其改变飞行姿态，让机翼上的四组激光接收单元捕捉到着陆平台上的激光发射单元发射的激光信号；

S3：无人机捕捉到着陆平台发射的激光信号后，并调整自身的位置：通过基准站GPS系统可以计算出无人机坐标与着陆平台坐标之间的X和Y方向上的误差，利用基准站通讯单元将误差信息传递给无人机通信系统，再利用无人机通信系统中的无线传输单元将误差信息传递给飞控处理器，飞控处理器通过控制无人机的舵机系统进而控制无人机的飞行姿态，使无人机和着陆平台X和Y方向上的参数相同，即无人机位于着陆平台的垂直方向上；

S4：控制无人机准确着陆：当无人机位于着陆平台的垂直方向上时，利用飞控处理器和控制电路模块通过控制无人机的舵机系统进而控制无人机下降，同时利用地图监控单元、平台控制主机和无人机通信系统在无人机下降的过程中时刻防止X和Y方向上发生新的误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过电源单元给飞控处理器供电，飞控处理器控制无人机舵机系统可以使其改变飞行姿态，控制电路模块接收舵机系统的反馈信号，进而调整飞控处理器的工作状态，使无人机室内外定位着陆的误差减小，通过信息接收单元可以与平台通讯单元和基准站通讯单元进行信号传递，信号保真单元可以防止接收的信号发生失真，利用无线传输单元可以将无人机的工作状态参数传递给着陆平台系统和基准站系统，利用激光发射单元发出信号给无人机上的激光接收单元接收，引导无人机着陆，通过平台GPS单元可以确定着陆平台的位置坐标，并利用平台通讯单元将坐标传递给基准站系统，通过地图监控单元，将着陆平台坐标和无人机GPS单元确定的无人机坐标进行对比，最后通过平台控制主机和基准站控制单元消除两者之间误差，通过基准站GPS系统可以计算出无人机坐标与着陆平台坐标之间的X和Y方向之间的误差，利用基准站通讯单元将误差信息传递给平台通讯单元和无人机通信系统，通过坐标拾取单元和信息输入单元分别输入着陆平台坐标和无人机的坐标，再通过信息处理单元计算出两者之间X和Y方向的差值，最后利用信息发送单元将误差传递给平台控制主机和飞控处理器，让飞控处理器通过控制无人机的舵机系统进而控制无人机的飞行姿态，使其在室内外准确着陆。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明原理框图；

图3为本发明无人机控制系统原理框图；

图4为本发明无人机通信系统原理框图；

图5为本发明着陆平台系统原理框图；

图6为本发明基准站系统原理框图；

图7为本发明基准站GPS系统原理框图；

图8为本发明控制方法流程图。

图中：1机翼固定座、2机翼、3激光接收单元、4无人机GPS单元、5无人机控制系统、50电源单元、51飞控处理器、52舵机系统、53控制电路模块、6无人机通信系统、60信息接收单元、61信息保真单元、62中央处理器、63无线传输单元、64记忆存储单元、7着陆平台系统、70激光发射单元、71平台通讯单元、72平台控制主机、73地图监控单元、74平台GPS单元、8基准站系统、80基准站GPS系统、81基准站控制单元、82基准站通讯单元、801坐标拾取单元、802信息输入单元、803微处理器、804信息处理单元、805信息发送单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种机电一体化无人机着陆导航系统，包括机翼固定座1，所述机翼固定座1的四周均设有机翼2，四组所述机翼2的表面中央均设有激光接收单元3，所述激光接收单元3的输出端电性连接有无人机控制系统5的输入端，所述无人机控制系统5的输入端电性连接有无人机GPS单元4的输出端，所述无人机控制系统5的输出端电性连接有无人机通信系统6的输入端，所述无人机通信系统6的输出端电性连接有着陆平台系统7的输入端，所述着陆平台系统7的输入端电性连接有基准站系统8的输出端。

其中，无人机控制系统5包括电源单元50，电源单元50的输出端电性连接有飞控处理器51的输入端，飞控处理器51双向电性连接有控制电路模块53，飞控处理器51的输出端电性连接有舵机系统52的输入端，舵机系统52信号连接有控制电路模块53，通过电源单元50给飞控处理器51供电，飞控处理器51控制无人机舵机系统52可以使其改变飞行姿态，控制电路模块53接收舵机系统52的反馈信号，进而调整飞控处理器51的工作状态，使无人机定位着陆的误差减小；

无人机通信系统6包括信息接收单元60，信息接收单元60的输出端电性连接有信息保真单元61的输入端，信息保真单元61的输出端电性连接有中央处理器62的输入端，中央处理器62的输出端电性连接有无线传输单元63的输入端，无线传输单元63的输出端电性连接有记忆存储单元64的输入端，通过信息接收单元60可以与平台通讯单元71和基准站通讯单元82进行信号传递，信号保真单元61可以防止接收的信号发生失真，利用无线传输单元63可以将无人机的工作状态参数传递给着陆平台系统7和基准站系统8；

着陆平台系统7包括激光发射单元70，激光发射单元70的输出端电性连接有平台控制主机72的输入端，平台控制主机72的输出端分别电性连接有平台通讯单元71和平台GPS单元74的输入端，平台控制主机72的输入端电性连接有地图监控单元73的输出端，利用激光发射单元70发出信号给无人机上的激光接收单元3接收，引导无人机着陆，通过平台GPS单元74可以确定着陆平台的位置坐标，并利用平台通讯单元71将坐标传递给基准站系统8，通过地图监控单元73，将着陆平台坐标和无人机GPS单元4确定的无人机坐标进行对比，最后通过平台控制主机72和基准站控制单元81消除两者之间误差，使着陆更加准确；

基准站系统8包括基准站GPS系统80，基准站GPS系统80的输出端电性连接有基准站控制单元81的输入端，基准站控制单元81的输出端电性连接有基准站通讯单元82的输入端，通过基准站GPS系统80可以计算出无人机坐标与着陆平台坐标之间的X和Y方向上的误差，利用基准站通讯单元82将误差信息传递给平台通讯单元71和无人机通信系统6；

基准站GPS系统80包括微处理器803，微处理器803的输入端分别电性连接有坐标拾取单元801和信息输入单元802的输出端，微处理器803的输出端电性连接有信息处理单元804的输入端，信息处理单元804的输出端电性连接有信息发送单元805的输入端，通过坐标拾取单元801和信息输入单元802分别接收着陆平台坐标和无人机的坐标，再通过信息处理单元804计算出两者之间X和Y方向的差值，最后利用信息发送单元805将误差传递给平台控制主机72和飞控处理器51，让飞控处理器51通过控制无人机的舵机系统52进而控制无人机的飞行姿态，使其准确着陆。

本发明还提供一种机电一体化无人机着陆导航控制方法，该机电一体化无人机着陆导航控制方法具体包括以下步骤：

S1：确定无人机和着陆平台的位置坐标，控制无人机向着陆平台移动：通过无人机GPS单元4和平台GPS单元74可以分别确定无人机和着陆平台的位置坐标，再通过坐标拾取单元801和信息输入单元802分别接收着陆平台坐标和无人机的坐标，利用信息处理单元804计算出两者之间X和Y方向的差值，再利用信息发送单元805将误差传递给平台控制主机72和飞控处理器51，让飞控处理器51通过控制无人机的舵机系统52进而控制无人机的飞行姿态，使无人机在原来高度上向着陆平台的垂直方向的上空移动；

S2：控制无人机捕捉着陆平台发射的激光信号：通过飞控处理器51和控制电路模块53控制无人机的舵机系统52，使其改变飞行姿态，让机翼2上的四组激光接收单元3捕捉到着陆平台上的激光发射单元70发射的激光信号；

S3：无人机捕捉到着陆平台发射的激光信号后，并调整自身的位置：通过基准站GPS系统80可以计算出无人机坐标与着陆平台坐标之间的X和Y方向上的误差，利用基准站通讯单元82将误差信息传递给无人机通信系统6，再利用无人机通信系统6中的无线传输单元63将误差信息传递给飞控处理器51，飞控处理器51通过控制无人机的舵机系统52进而控制无人机的飞行姿态，使无人机和着陆平台X和Y方向上的参数相同，即无人机位于着陆平台的垂直方向上；

S4：控制无人机准确着陆：当无人机位于着陆平台的垂直方向上时，利用飞控处理器51和控制电路模块53通过控制无人机的舵机系统52进而控制无人机下降，同时利用地图监控单元73、平台控制主机72和无人机通信系统6在无人机下降的过程中时刻防止X和Y方向上发生新的误差。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种机电一体化无人机着陆导航系统，包括机翼固定座(1)，其特征在于：所述机翼固定座(1)的四周均设有机翼(2)，四组所述机翼(2)的表面中央均设有激光接收单元(3)，所述激光接收单元(3)的输出端电性连接有无人机控制系统(5)的输入端，所述无人机控制系统(5)的输入端电性连接有无人机GPS单元(4)的输出端，所述无人机控制系统(5)的输出端电性连接有无人机通信系统(6)的输入端，所述无人机通信系统(6)的输出端电性连接有着陆平台系统(7)的输入端，所述着陆平台系统(7)的输入端电性连接有基准站系统(8)的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种机电一体化无人机着陆导航系统，其特征在于：所述无人机控制系统(5)包括电源单元(50)，所述电源单元(50)的输出端电性连接有飞控处理器(51)的输入端，所述飞控处理器(51)双向电性连接有控制电路模块(53)，所述飞控处理器(51)的输出端电性连接有舵机系统(52)的输入端，所述舵机系统(52)信号连接有控制电路模块(53)。

3.根据权利要求1所述的一种机电一体化无人机着陆导航系统，其特征在于：所述无人机通信系统(6)包括信息接收单元(60)，所述信息接收单元(60)的输出端电性连接有信息保真单元(61)的输入端，所述信息保真单元(61)的输出端电性连接有中央处理器(62)的输入端，所述中央处理器(62)的输出端电性连接有无线传输单元(63)的输入端，所述无线传输单元(63)的输出端电性连接有记忆存储单元(64)的输入端。

4.根据权利要求1所述的一种机电一体化无人机着陆导航系统，其特征在于：所述着陆平台系统(7)包括激光发射单元(70)，所述激光发射单元(70)的输出端电性连接有平台控制主机(72)的输入端，所述平台控制主机(72)的输出端分别电性连接有平台通讯单元(71)和平台GPS单元(74)的输入端，所述平台控制主机(72)的输入端电性连接有地图监控单元(73)的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种机电一体化无人机着陆导航系统，其特征在于：所述基准站系统(8)包括基准站GPS系统(80)，所述基准站GPS系统(80)的输出端电性连接有基准站控制单元(81)的输入端，所述基准站控制单元(81)的输出端电性连接有基准站通讯单元(82)的输入端。

6.根据权利要求1所述的一种机电一体化无人机着陆导航系统，其特征在于：所述基准站GPS系统(80)包括微处理器(803)，所述微处理器(803)的输入端分别电性连接有坐标拾取单元(801)和信息输入单元(802)的输出端，所述微处理器(803)的输出端电性连接有信息处理单元(804)的输入端，所述信息处理单元(804)的输出端电性连接有信息发送单元(805)的输入端。

7.一种机电一体化无人机着陆导航控制方法，其特征在于：该无人机着陆导航控制方法具体包括以下步骤：

S1：确定无人机和着陆平台的位置坐标，控制无人机向着陆平台移动：通过无人机GPS单元(4)和平台GPS单元(74)可以分别确定无人机和着陆平台的位置坐标，再通过坐标拾取单元(801)和信息输入单元(802)分别接收着陆平台坐标和无人机的坐标，利用信息处理单元(804)计算出两者之间X和Y方向的差值，再利用信息发送单元(805)将误差传递给平台控制主机(72)和飞控处理器(51)，让飞控处理器(51)通过控制无人机的舵机系统(52)进而控制无人机的飞行姿态，使无人机在原来高度上向着陆平台的垂直方向的上空移动；

S2：控制无人机捕捉着陆平台发射的激光信号：通过飞控处理器(51)和控制电路模块(53)控制无人机的舵机系统(52)，使其改变飞行姿态，让机翼(2)上的四组激光接收单元(3)捕捉到着陆平台上的激光发射单元(70)发射的激光信号；

S3：无人机捕捉到着陆平台发射的激光信号后，并调整自身的位置：通过基准站GPS系统(80)可以计算出无人机坐标与着陆平台坐标之间的X和Y方向上的误差，利用基准站通讯单元(82)将误差信息传递给无人机通信系统(6)，再利用无人机通信系统(6)中的无线传输单元(63)将误差信息传递给飞控处理器(51)，飞控处理器(51)通过控制无人机的舵机系统(52)进而控制无人机的飞行姿态，使无人机和着陆平台X和Y方向上的参数相同，即无人机位于着陆平台的垂直方向上；

S4：控制无人机准确着陆：当无人机位于着陆平台的垂直方向上时，利用飞控处理器(51)和控制电路模块(53)通过控制无人机的舵机系统(52)进而控制无人机下降，同时利用地图监控单元(73)、平台控制主机(72)和无人机通信系统(6)在无人机下降的过程中时刻防止X和Y方向上发生新的误差。