CN106828941B - 无人机定点着陆系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种无人机定点着陆系统及方法，系统包括降落伞，其与所述机体连接；辅助动力设备，其设置在所述机翼的尖端；驱动电路，其设置在所述机翼的内部，所述驱动电路与所述辅助动力设备连接，开启和关闭所述辅助动力设备；控制系统，其与所述驱动电路和降落伞连接，控制驱动电路和降落伞；电池组件，其与所述控制系统和驱动电路电连接，为无人机定点着陆系统供电，无人机定点着陆方法在无人机定点着陆系统的基础上，进行定点着陆，本发明实现了固定翼无人机伞降定点回收，降低了无人机飞行成本。

Description

无人机定点着陆系统及方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体的涉及一种无人机定点着陆系统及方法。

背景技术

固定翼飞机是一种高效的飞行器形式，具有航程长、效率高、飞行速度快等优点。固定翼无人机同样具有固定翼飞机的优点。这些优点使得固定翼无人机在航拍、测绘、侦查、巡线等多个领域应用广泛。

固定翼无人机需要通过滑跑起飞，需要一定长度的跑道以及净空来获得足够的速度起飞。同样，固定翼无人机降落时也需要足够的空域和跑道长度进行减速，但是固定翼无人机起飞和降落的难度非常高，操作失误可能会导致飞机飞行事故。飞行事故增加了财产损失，有时甚至会导致人员伤亡，固定翼无人机起飞和降落的问题直接影响了固定翼无人机的推广和应用，主要表现在专业的飞机操作人员数量少、工资高、心理负担重；相应的试错成本过高，一旦飞行失败损失惨重，多次打击容易放弃飞行；每次作业寻找合适的起降地点困难，导致作业时间拉长、作业成本升高，一般的固定翼无人机通过滑跑方式降落，通过图1所示的五边航线进行降落，但是这种降落方式使得无人机降落对跑道要求高，场地不好找；降落对操作人员要求高；风险较高，容易造成摔机；效率低下。

另外，也可以使用小型降落伞回收固定翼无人机，但是最大的问题是无法控制落地点，在风大时，无人机不受控制，距离降落点误差过大，会导致无人机损坏，以及增加额外的成本。

为了解决上述问题，本发明提供了一种无人机定点着陆系统及方法，其实现了固定翼无人机伞降定点回收，降低了无人机飞行成本。

发明内容

本发明提供一种无人机定点着陆系统及方法，其解决了无人机采用降落伞回收，不能控制落地点的问题。

本发明提供一种无人机定点着陆系统及方法，其解决了现有技术对降落跑道要求高、降落对操作人员要求高的问题。

本发明提供了一种无人机定点着陆系统，包括无人机机体，及设置在机体上的机翼，还包括：

降落伞，其与所述机体连接；

辅助动力设备，其设置在所述机翼的尖端；

驱动电路，其设置在所述机翼的内部，所述驱动电路与所述辅助动力设备连接，开启和关闭所述辅助动力设备；

控制系统，其与所述驱动电路和降落伞连接，控制驱动电路和控制释放降落伞；

电池组件，其与所述控制系统和驱动电路电连接，为无人机定点着陆系统供电。

优选的是，所述辅助动力设备为三相无刷电机。

优选的是，还包括螺旋桨，其设置在所述机翼的尖端，所述螺旋桨与所述辅助动力设备连接，由所述辅助动力设备提供动力。

优选的是，所述螺旋桨为可折叠结构。

优选的是，还包括涵道式风扇，其设置在所述机翼的尖端，所述涵道式风扇与所述辅助动力设备连接，由所述辅助动力设备提供动力。

优选的是，还包括地面站，其与所述控制系统通讯连接，所述地面站根据降落目的地的风向，计算出飞机的开伞位置和高度，并将开伞位置和高度发送至所述控制系统。

优选的是，还包括主发动机，其设置在无人机的内部，所述主发动机与所述控制系统连接，所述控制系统控制所述主发动机的开启与关闭。

本发明还提供了一种无人机定点着陆方法，包括：

地面站根据降落目的地的风向，计算出无人机的开伞位置和高度，并将开伞位置和高度发送至无人机的控制系统；

所述控制系统控制无人机飞到所述开伞位置和高度后，所述控制系统控制主发动机关闭，同时打开降落伞，使无人机匀速下落；

所述控制系统开启驱动电路，所述驱动电路开启辅助动力设备，通过调整所述辅助动力设备的旋转方向和转速，控制无人机按照预定航线降落到制定地点；

其中，电池组件，其与所述控制系统和驱动电路电连接，为无人机定点着陆系统供电。

优选的是，通过调整所述辅助动力设备的旋转方向和转速，控制无人机按照预定航线降落到制定地点包括：

左侧的辅助动力设备推力向前，右侧的辅助动力设备推力向后，实现无人机左旋转；右侧的辅助动力设备推力向前，左侧的辅助动力设备推力向后，实现无人机右旋转；左侧和右侧的辅助动力设备推力同时向后，实现无人机向前移动；左侧和右侧的辅助动力设备推力同时向前，实现减速以及向后方移动；

调节左侧和右侧的辅助动力设备之间的转速差异，微调无人机的旋转方向，无人机旋转到一定角度前，启动相反的旋转过程，使无人机到达一定角度时停止旋转；

利用GPS获得无人机当前位置坐标及速度，判断无人机距离落点的位置，结合实时风速，调整辅助动力设备予以一定的速度旋转，或者向前，或者减速，来修正无人机与落点的坐标之间的误差，控制无人机按照预定航线降落到制定地点。

优选的是，所述辅助动力设备为三相无刷电机。

有益效果

1、本发明提供的无人机定点着陆系统，其能够实现无人机伞降定点回收。

2、本发明提供的无人机定点着陆系统，其增加的两个辅助动力设备可在滑跑起飞时助力，缩短无人机滑跑距离。

3、本发明提供的无人机定点着陆系统，其增加的两个辅助动力设备在滑跑降落时，反向运转，起到刹车的作用。

4、本发明提供的无人机定点着陆系统，其采用的辅助动力设备，在主发动机发生故障时，辅助动力设备可协助无人机到备降点安全降落或者开伞。

5、本发明提供的无人机定点着陆系统，其采用的辅助动力设备，能够在打开降落伞后，调整无人机的姿态和位置。

6、本发明提供的无人机定点着陆方法，其在无人机定点着陆系统的基础上，实现无人机伞降定点着陆回收。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的现有技术的五边航线的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的无人机定点着陆系统的结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的无人机点点着陆系统的结构示意图；

图4为本发明提供的无人机定点着陆系统的左旋转的示意图；

图5为本发明提供的无人机定点着陆系统的右旋转的示意图；

图6为本发明提供的辅助动力设备同时向前的示意图；

图7为本发明提供的辅助动力设备同时向后的示意图；

图8是本发明提供的驱动电路和其他部件的连接图；

图2中：1降落伞，2螺旋桨，3辅助动力设备，4驱动电路，5电池组件，6控制系统，7主发动机，8机体，9机翼；

图3中：1降落伞，3辅助动力设备，4驱动电路，5电池组件，6控制系统，7主发动机，8机体，9机翼，10涵道式风扇。

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。

本发明关于无人机定点着陆系统提供了两个实施例，在实施例1中，本发明提供了一种无人机定点着陆系统，包括无人机的机体8，及设置在机体上的机翼9，还包括：降落伞1，其与所述机体8连接；辅助动力设备3，其设置在所述机翼9的尖端；螺旋桨2，其设置在所述机翼9的尖端，所述螺旋桨2与所述辅助动力设备3连接，由所述辅助动力设备3提供动力，所述螺旋桨2为可折叠结构；驱动电路4，其设置在所述机翼9的内部，所述驱动电路4的输出端与所述辅助动力设备3连接，开启和关闭所述辅助动力设备3；控制系统6，其与所述驱动电路4的输入端连接，所述控制系统6和降落伞1连接，所述控制系统6控制驱动电路6和降落伞1；电池组件5，其与所述控制系统6和驱动电路4电连接，为无人机定点着陆系统供电。

其中，所述辅助动力设备3为三相无刷电机；

其中，还包括地面站，其与所述控制系统6通讯连接，所述地面站根据降落目的地的风向，计算出飞机的开伞位置和高度，并将开伞位置和高度发送至所述控制系统6；

其中，还包括主发动机7，其设置在无人机的内部，所述主发动机7与所述控制系统6连接，所述控制系统6控制所述主发动机7的开启与关闭。

所述辅助动力设备可以为电动马达，在需要使用电动马达时，螺旋桨会在旋转力的作用下打开并提供推力或者拉力。当电动马达不工作时，螺旋桨收起，避免引入过大的风阻，影响飞机飞行效率。

在实施例2中，本发明提供了一种无人机定点着陆系统，包括无人机的机体8，及设置在机体上的机翼9，还包括：降落伞1，其与所述机体8连接；辅助动力设备3，其设置在所述机翼9的尖端；涵道式风扇10，其设置在所述机翼9的尖端，所述涵道式风扇10与所述辅助动力设备3连接，由所述辅助动力设备3提供动力；驱动电路4，其设置在所述机翼9的内部，所述驱动电路4的输出端与所述辅助动力设备3连接，开启和关闭所述辅助动力设备3；控制系统6，其与所述驱动电路4的输入端连接，所述控制系统6和降落伞1连接，所述控制系统6控制驱动电路6和降落伞1；电池组件5，其与所述控制系统6和驱动电路4电连接，为无人机定点着陆系统供电。

其中，所述辅助动力设备3为三相无刷电机；

其中，还包括地面站，其与所述控制系统6通讯连接，所述地面站根据降落目的地的风向，计算出飞机的开伞位置和高度，并将开伞位置和高度发送至所述控制系统6；

其中，还包括主发动机7，其设置在无人机的内部，所述主发动机7与所述控制系统6连接，所述控制系统6控制所述主发动机7的开启与关闭。

所述辅助动力设备可以为电动马达，实施例2采用涵道式风扇10，可以避免使用大尺寸的螺旋桨，使得无人机的维护和运输方面变得方便。

两个实施例中的驱动电路和其他部件的连接结构示意图如附图7，具体的电路图都是经典电路，有现成的模块可用，其中，换向电路用于改变无人机的方向。

本发明提供的无人机定点着陆系统，解决了固定翼无人机通过降落伞实现定点着陆的问题。

本发明提供的无人机定点着陆系统中，无人机包括主发动机7，一般是油动的内燃机或者电动机，为整个无人机提供主要动力，在无人机的主动力系统(主发动机)之外，设置有辅助动力设备3，辅助动力设备3在主发动机7关闭后，仍然能够工作并提供一定的推力和拉力，这个推力和拉力可用于无人机降落伞回收时调整飞机的姿态和位置。

具体原理是：无人机在完成任务后，地面站根据降落目的地的风向计算出飞机的最佳开伞位置和高度并发送给无人机。无人机上的控制系统6(是无人机的飞行控制计算机，一般是一个小型计算机系统，实现对飞机姿态以及位置的控制)控制飞机飞到特定的位置后关主发动机7，然后打开降落伞1，随后无人机开始在降落伞的作用下减速并匀速下落，在无人机匀速下落过程中，无人机受气流影响有可能偏离预定的降落地点，此时，控制系统6打开两个马达(辅助动力设备3)，通过调整马达的转速和旋转方向控制飞机按照预定航线降落到指定地点。这其中的控制方法和步骤如下：通过左侧和右侧的两个辅助动力设备的推力，可实现无人机的旋转，无人机旋转到合适角度之前，启动相反的旋转过程，从而保证飞机到达合适角度时停止旋转；利用GPS获得当前位置坐标及速度，判断飞机距离落点的位置，考虑当前风速，驱动电动机以合适的速度旋转，使飞机与落点坐标的误差逐渐缩小。在此过程中，通过调节两个电机之间的转速差异，可实现飞机方向的微调，抵抗侧风对飞机姿态的影响；如果需要减速，使两个电动马达同时反转，可实现无人机的减速，使两个马达同时正转，可实现无人机向前加速。

通过两个辅助动力设备3，可实现利用少量的能源调整无人机姿态和位置，从而实现精准的降落伞着陆。

本发明在无人机上增加辅助动力设备3，通过辅助动力设备3的控制，在打开降落伞调整无人机的姿态和位置，另外，辅助动力装置在无人机起飞、降落、故障时可起到一定的辅助作用。

本发明提供的无人机定点着陆系统，能实现无人机伞降定点回收；降低对操作人员的要求，系统自动运行，提高了系统自动化程度；降低飞机飞行成本；增加的两个辅助动力可在滑跑起飞时助力，缩短飞机滑跑距离；辅助动力也可在滑跑降落时反向运转，起到刹车的作用；在主发动机故障时，辅助动力可协助飞机到备降点安全降落或者开伞；在飞行过程中，辅助动力可转化为发电机，为飞行系统提供备份电力；对于后三点式飞机，在起飞和降落的中间阶段，尾轮离地后方向控制度变差。辅助动力装置可协助调整飞机方向，对方向舵舵效进行补充；如果方向舵发生故障，辅助动力装置可代替方向舵，甚至可设计成无方向舵机型。

本发明还提供了一种无人机定点着陆方法，包括：

地面站根据降落目的地的风向，计算出无人机的开伞位置和高度，并将开伞位置和高度发送至无人机的控制系统；

所述控制系统控制无人机飞到所述开伞位置和高度后，所述控制系统控制主发动机关闭，同时打开降落伞，使无人机匀速下落；

所述控制系统开启驱动电路，所述驱动电路开启辅助动力设备，通过调整所述辅助动力设备的旋转方向和转速，控制无人机按照预定航线降落到制定地点。

其中，电池组件与所述控制系统和驱动电路电连接，为无人机定点着陆系统供电。

其中，通过调整所述辅助动力设备的旋转方向和转速，控制无人机按照预定航线降落到制定地点包括：

左侧的辅助动力设备推力向前，右侧的辅助动力设备推力向后，实现无人机左旋转；右侧的辅助动力设备推力向前，左侧的辅助动力设备推力向后，实现无人机右旋转；左侧和右侧的辅助动力设备推力同时向后，实现无人机向前移动；左侧和右侧的辅助动力设备推力同时向前，实现减速以及向后方移动；

调节左侧和右侧的辅助动力设备之间的转速差异，微调无人机的旋转方向，无人机旋转到一定角度前，启动相反的旋转过程，使无人机到达一定角度时停止旋转；

利用GPS获得无人机当前位置坐标及速度，判断无人机距离落点的位置，结合实时风速，调整辅助动力设备予以一定的速度旋转，或者向前，或者减速，来修正无人机与落点的坐标之间的误差，控制无人机按照预定航线降落到制定地点。

其中，所述辅助动力设备为三相无刷电机。

本发明提供的无人机定点着陆方法，其是在无人机定点着陆系统的基础上实现的方法，在无人机上增加辅助动力设备3，通过辅助动力设备3的控制，在打开降落伞调整无人机的姿态和位置，另外，辅助动力装置在无人机起飞、降落、故障时可起到一定的辅助作用，而且，通过两个辅助动力设备，可实现利用少量的能源调整无人机姿态和位置，从而实现精准的降落伞着陆。

本发明提供的无人机定点着陆方法，能实现无人机伞降定点回收；降低对操作人员的要求，系统自动运行，提高了系统自动化程度；降低飞机飞行成本；增加的两个辅助动力可在滑跑起飞时助力，缩短飞机滑跑距离；辅助动力也可在滑跑降落时反向运转，起到刹车的作用；在主发动机故障时，辅助动力可协助飞机到备降点安全降落或者开伞；在飞行过程中，辅助动力可转化为发电机，为飞行系统提供备份电力；对于后三点式飞机，在起飞和降落的中间阶段，尾轮离地后方向控制度变差。辅助动力装置可协助调整飞机方向，对方向舵舵效进行补充；如果方向舵发生故障，辅助动力装置可代替方向舵，甚至可设计成无方向舵机型。

一些自带降落伞的轻型载人飞机也可采用本发明提供的方法利用降落伞精确着陆。

另外，除了在机翼尖端安装辅助动力，还可在机尾水平尾翼安装辅助动力，实现机尾的抬升和下压从而改变机翼与水平面的夹角，产生加速和减速的控制效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种无人机定点着陆系统，包括无人机机体，及设置在机体上的机翼，其特征在于，还包括：

降落伞，其与所述机体连接；

辅助动力设备，其设置在所述机翼的尖端；

驱动电路，其设置在所述机翼的内部，所述驱动电路与所述辅助动力设备连接，开启和关闭所述辅助动力设备；

控制系统，其与所述驱动电路和降落伞连接，控制驱动电路和控制释放降落伞；

电池组件，其与所述控制系统和驱动电路电连接，为无人机定点着陆系统供电；

其中，通过左侧和右侧的两个辅助动力设备的推力，可实现无人机的旋转，无人机旋转到合适角度之前，启动相反的旋转过程，从而保证飞机到达合适角度时停止旋转；利用GPS获得当前位置坐标及速度，判断飞机距离落点的位置，考虑当前风速，驱动电动机以合适的速度旋转，使飞机与落点坐标的误差逐渐缩小， 在此过程中，通过调节两个电机之间的转速差异，可实现飞机方向的微调，抵抗侧风对飞机姿态的影响；如果需要减速，使两个电动马达同时反转，可实现无人机的减速，使两个马达同时正转，可实现无人机向前加速。

2.如权利要求1所述的无人机定点着陆系统，其特征在于，所述辅助动力设备为三相无刷电机。

3.如权利要求1所述的无人机定点着陆系统，其特征在于，还包括螺旋桨，其设置在所述机翼的尖端，所述螺旋桨与所述辅助动力设备连接，由所述辅助动力设备提供动力。

4.如权利要求3所述的无人机定点着陆系统，其特征在于，所述螺旋桨为可折叠结构。

5.如权利要求1所述的无人机定点着陆系统，其特征在于，还包括涵道式风扇，其设置在所述机翼的尖端，所述涵道式风扇与所述辅助动力设备连接，由所述辅助动力设备提供动力。

6.如权利要求1所述的无人机定点着陆系统，其特征在于，还包括地面站，其与所述控制系统通讯连接，所述地面站根据降落目的地的风向，计算出飞机的开伞位置和高度，并将开伞位置和高度发送至所述控制系统。

7.如权利要求1所述的无人机定点着陆系统，其特征在于，还包括主发动机，其设置在无人机的内部，所述主发动机与所述控制系统连接，所述控制系统控制所述主发动机的开启与关闭。

8.一种无人机定点着陆的方法，其特征在于，包括：

地面站根据降落目的地的风向，计算出无人机的开伞位置和高度，并将开伞位置和高度发送至无人机的控制系统；

所述控制系统控制无人机飞到所述开伞位置和高度后，所述控制系统控制主发动机关闭，同时打开降落伞，使无人机匀速下落；

所述控制系统开启驱动电路，所述驱动电路开启辅助动力设备，通过调整所述辅助动力设备的旋转方向和转速，控制无人机按照预定航线降落到制定地点包括：

左侧的辅助动力设备推力向前，右侧的辅助动力设备推力向后，实现无人机左旋转；右侧的辅助动力设备推力向前，左侧的辅助动力设备推力向后，实现无人机右旋转；左侧和右侧的辅助动力设备推力同时向后，实现无人机向前移动；左侧和右侧的辅助动力设备推力同时向前，实现减速以及向后方移动；

调节左侧和右侧的辅助动力设备之间的转速差异，微调无人机的旋转方向，无人机旋转到一定角度前，启动相反的旋转过程，使无人机到达一定角度时停止旋转；

利用GPS获得无人机当前位置坐标及速度，判断无人机距离落点的位置，结合实时风速，调整辅助动力设备予以一定的速度旋转，或者向前，或者减速，来修正无人机与落点的坐标之间的误差，控制无人机按照预定航线降落到制定地点；

其中，电池组件，其与所述控制系统和驱动电路电连接，为无人机定点着陆系统供电。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述辅助动力设备为三相无刷电机。