CN106864763B - 一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，它解决了现有技术中无人机降落定位精度差的问题，其结构简单，有效保证无人机降落的位置，为后续工作提供便利，其方案如下：一种辅助无人机降落的精确定位槽，包括用于对无人机机臂进行限位的限位槽，限位槽包括底部设置的平撑，平撑一侧与降落面连接，降落面为平面或曲面，降落面与平撑倾斜设置，无人机机臂支撑腿与降落面发生接触后，顺着降落面落入到平撑上实现精确定位。

Description

一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置。

背景技术

无人机，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。无人机系统由飞机平台系统、信息采集系统和地面控制系统组成。多旋翼无人机由于其结构简单、易于控制等优点得到快速发展，从电缆巡检到快递送货，从生态环境监测到救灾物资输送，多旋翼无人机在越来越多的领域得到广泛应用，可承担的任务也越来越多。

现阶段，限制多旋翼无人机进一步发展的主要因素来源其续航能力。大部分四旋翼或者多旋翼无人机均采用电池为其提供动力，其续航能力有限，如何提高无人机的续航能力成为无人机发展的一个重要研究方向。部分无人机加大电池，但也增加无人机自身重量，续航时间短的问题没有得到较好的解决。

另外一个行之有效的方法是提供无人机的起落站，为其进行自动更换电池或者无人机电池无线充电。然而无论是自动更换电池或者无线充电，前条件是无人机在精确位置上被固定住，从而可以更顺利地进行自动更换电池或者进行无线充电。此外，起落站在无人机降落后，还可以有其他的后续工作，这些均需要精确定位，而现有的无人机在落地时，虽然有控制系统控制，但定位精度在厘米级，定位精度较差，从而相应对无人机后续工作产生影响，如无法实现自动对电池的更换，若针对无人机设备，工作在户外，户外风力较大时，对无人机四个机臂端部分别进行控制定位，控制难度较大，这样无人机无法实现快速降落，从而影响更换电池或者其他后续工作的进程。

因此，在无人机自主续航系统中，需要一个无人机精确定位与固定装置。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种辅助无人机降落的精确定位槽，该定位槽通过限位槽的设置，在无人机降落到一定高度后，限位槽形成一个容纳空间，因限位槽的形状设置，对偏离原始降落位置的机翼进行限位，有效提高降落的精确度。

一种辅助无人机降落的精确定位槽的具体方案如下：

一种辅助无人机降落的精确定位槽，包括：

用于对无人机机臂进行限位的限位槽，限位槽包括底部设置的平撑，平撑一侧与降落面连接，降落面为平面或曲面，降落面与平撑倾斜设置，无人机机臂支撑腿与降落面发生接触后，顺着降落面落入到平撑上实现精确定位，定位槽通过限位槽中降落面的设置，对无人机机臂进行限位，以提高降落的精度，该定位槽结构简单，定位精度高，可以达到亚毫米级。

此外，在所述限位槽中平撑的另一侧设置第一降落面，第一降落面与平撑倾斜设置，降落面、平撑与第一降落面形成V型形状，这样两降落面从两个方向对无人机机臂的支撑腿进行限位控制，拓宽了应用范围，所述限位槽为空心倒立的圆台形状。

或者，所述限位槽为U型，当无人机机臂支撑腿与U型的限位槽内壁发生碰撞，无人机机臂支撑腿顺着限位槽内部滑落至底部。

所述降落面与所述第一降落面之间设置竖直面；

进一步地，在一所述竖直面的顶部开有用于支撑无人机机臂的卡槽，通过卡槽的设置，无人机落入后，对无人机进行固定，卡槽的高度可以根据无人机的具体型号进行调节，一般情况下，卡槽的高度与大于等于无人机机臂的半径。

所述竖直面与所述降落面连接，上述限位槽构成一个顶部开口的容纳空间，或者，所述竖直面设于所述降落面与所述第一降落面之间，当无人机降落时，若无人机机臂支撑腿位置发生偏斜，限位槽中的降落面内表面与无人机机臂支撑腿底部发生接触，支撑腿受力向下降落落入到平撑上进行支撑，而两边的降落面也就是V型形状设置的原因，对支撑腿进行限位，实现了无人机的精确定位，支架顶部的卡槽在无人机位置降落后，对机臂进行有效支撑和固定，有效保障无人机降落的位置。

此外，降落面或者第一降落面相对于平撑的角度A在30度至80度，限位槽高度H可变化，具体值取决于无人机支撑腿的高度。

限位槽底部平撑的宽度可变化，具体值取决于无人机支撑腿的宽度。

限位槽卡槽宽度可变化，具体值取决于无人机机臂的直径。

若降落面的水平投影距离为L，L＝H/tanA，限位槽高度H和角度A相互制约。

此外，本申请还提供了一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，该装置包括上述的定位槽，通过多个限位槽的设置，对无人机的机翼位置进行准确定位。

一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，包括至少两个所述的一种辅助无人机降落的精确定位槽，所述限位槽的底部设于固定台上，在固定台的中部设置有标识点，无人机通过标识点对无人机机芯进行定位，固定台为凹槽结构设置，便于对后续固定桩、滑杆的容纳，竖直面或者支架沿着固定台的圆周方向布置。

该定位装置中，无人机利用控制系统实现了粗定位，粗定位在距离降落平台垂直距离5--10cm的区间内自由下落。精确定位装置中的限位槽可引导无人机利用惯性降落达到精确定位并固定，这样在两个限位槽之间，可人工或者采用机械设备对无人机的电池进行更换，或者进行其他的后续工作。

作为最优方案中，所述限位槽的数量与无人机机臂的数量相同，通过对每一个机翼的限位，可保证无人机位置降落的精度，控制在亚毫米级别。

另一实施方式中，所述限位槽为两个时，相邻的两个限位槽间隔一无人机机臂设置，如四翼无人机，限位槽可对称设置两个，若为六翼无人机，限位槽可设置两个或者三个，间隔一个机翼或者两个机翼进行设置。

若无人机携带摄像设备，在所述固定台的中部设置固定桩，所述标识点设于固定桩上，无人机携带的设想设备对标识点进行识别，识别速度快，或者，在固定桩表面设置摄像设备，摄像设备与控制器连接，以对无人机机芯进行粗定位，进一步地，所述固定台的底部与旋转机构固定以通过固定台的旋转来调节限位槽的位置，旋转机构可以是旋转电机，无人机通过标识点进行一个点的定位，相比于传统技术中对无人机机臂四个点、或者六个点均进行定位控制，实现降落速度快，有效保证了降落后的后续工作开展。

该摄像设备设于固定桩上，有效减轻了无人机的重量，提高了无人机设备的飞行时间，控制器通过摄像设备对无人机机芯位置进行定位，以对无人机机芯进行定位，一个点的定位相对四个点的定位来说，定位相对容易，再配合四个机臂的粗定位，降落位置准确度较高。

进一步地，为了提高该定位装置的适应性，适应不同机臂长度的无人机，在所述固定桩的圆周固定有滑杆，滑杆与滑块固定，滑块相对于滑杆可滑动，所述的限位槽固定于滑块上，以通过滑块的移动调节限位槽与固定桩之间的距离。

所述滑块上设置紧固件，紧固件穿过滑块将滑块固定于滑杆上，这样的结构设置，可根据机臂的长度，调整滑块相对于滑杆的位置，也就实现了限位槽相对于固定桩也就是无人机机芯的位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明装置可以亚毫米级精确定位无人机，保证无人机的降落，为后续可能对无人机的操作提供便利，对无人机的后续操作可能包含无人机的自动更换电池操作或者快速充电操作等等，装置安全可靠，使用方便。

2)本发明装置中限位槽为V型或者U型，有效保证了与机翼支撑腿的接触，进而有效利用无人机的惯性运动实现对无人机位置的精确定位。

3)本发明装置中通过支架卡槽的设置，可对无人机起到一个固定作用，保证在更换电池过程中的稳定性。

4)本发明装置通过滑杆与滑块的设置，滑块相对于滑杆可移动，有效适应于不同尺寸的无人机设备。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明固定装置的整体结构示意图；

图2为本发明限位槽的示意图；

图3为本发明固定装置的整体结构示意图二；

其中，1.固定台，2.第一限位槽，3.滑块，4.滑杆，5.固定桩，6.降落面，7.平撑，8.卡槽，9.竖直面，10.第二限位槽，11.支架。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的无人机降落速度慢、定位精度较低的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图2所示，一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，包括用于对无人机机臂进行限位的第一限位槽，第一限位槽对立的两侧呈V型形状布置，第一限位槽另两侧各自竖直设置为竖直面，其中，第一限位槽竖直设置的一侧设有用于支撑无人机机臂的卡槽，卡槽为圆弧形形状，在卡槽内设置橡胶垫，以对机臂进行保护，同时，通过橡胶垫的设置，因橡胶垫的弹性作用，可进一步牢固固定无人机，卡槽的高度可以根据无人机的具体型号进行调节，一般情况下，卡槽的高度与大于等于无人机机臂的半径，因此卡槽的形状与无人机机臂的形状是相近的，为圆弧形状。

第一限位槽2包括平撑7，平撑呈长条矩形状，平撑7的两侧各设置一降落面6，另两侧各设置所述的竖直面9。

上述第一限位槽2构成一个顶部开口的容纳空间，当无人机降落时，第一限位槽中的降落面6内表面与无人机机臂支撑腿底部发生接触，支撑腿受力向下降落落入到平撑上进行支撑，而两边的降落面6也就是V型形状设置的原因，对支撑腿进行限位，有效保障无人机降落的位置。

此外，降落面相对于平撑的角度A在30度至80度，这样即使无人机机臂底部支撑腿偏离位置较远，也能保证有效落入到平撑上，保证了无人机的精确降落，限位槽高度H可变化，具体值取决于无人机支撑腿的高度。

限位槽底部平撑的宽度可变化，具体值取决于无人机支撑腿的宽度，优选方案是该宽度与无人机支撑腿的直径相同。

限位槽卡槽宽度可变化，具体值取决于无人机机臂的直径，优选方案是该宽度与无人机机臂的直径相同。

若降落面的水平投影距离为L，L＝H/TanA，限位槽高度H和角度A相互制约。

为了实现对机翼底部支撑腿的限制，所述限位槽为U型形状或者漏斗形状或者上部为方形，下部为漏斗形状。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种辅助无人机降落的精确定位槽，该定位槽通过限位槽的设置，对无人机机臂进行限位，以提高降落的精度，该定位槽结构简单，定位精度高。

一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，包括用于对无人机机臂进行限位的第二限位槽，第二限位槽包括平撑，平撑对立的两侧各设置一降落面，两降落面构成V型形状，或者是U型形状，在平撑的一侧竖直设置支架形成竖直面，支架为L型形状，底部便于固定，支架顶部开有用于支撑无人机机臂的卡槽，此外，为了避免降落面对更换电池产生干涉，降落面的一个面部分弯折朝向机臂设置，如图3所示。

上述第二限位槽构成一个顶部开口的容纳空间，当无人机降落时，第二限位槽中的降落面内表面与无人机机臂支撑腿底部发生接触，支撑腿受力向下降落落入到平撑上进行支撑，而两边的降落面也就是V型形状设置的原因，对支撑腿进行限位，支架顶部的卡槽在无人机位置降落后，对机臂进行有效支撑，有效保障无人机降落的位置，支架与所述的平撑相接设置。

此外，本申请另一种实施方式，还提供了一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，该装置包括上述两个方案中的定位槽，通过多个限位槽的设置，对无人机的机翼位置进行准确定位。

一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，包括至少两个所述的一种辅助无人机降落的精确定位槽，所述限位槽的底部设于固定台上，平撑通过螺栓与固定台进行固定，固定台为凹槽结构设置，便于对后续固定桩、滑杆的容纳，如图1和图3所示。

该定位装置中，无人机利用控制系统实现了粗定位，粗定位在距离降落平台垂直距离5--10cm的区间内自由下落。精确定位装置中的限位槽可引导无人机利用惯性降落达到精确定位并固定，这样在两个限位槽之间，可人工或者采用机械设备对无人机的电池进行更换，或者进行其他的后续工作。

作为最优实施例，所述限位槽的数量与无人机机臂的数量相同，通过对每一个机翼的限位，可保证无人机位置降落的精度，控制在亚毫米级别。

另一实施方式中，限位槽为两个时，相邻的两个限位槽间隔一无人机机臂设置，如四翼无人机，限位槽可对称设置两个，若为六翼无人机，限位槽可设置两个或者三个，间隔一个机翼或者两个机翼进行设置。

在所述固定台1的中部设置固定桩5，在所述固定台的中部设置固定桩，所述标识点设于固定桩的中部，通过一个标识点的设置，可实现无人机机芯的粗定位，在固定桩表面设置摄像设备，摄像设备与控制器连接，以对无人机进行粗定位，再配合限位槽的设置，实现对无人机机臂支撑腿位置的定位，并通过卡槽有效地对无人机机臂进行支撑，所述固定台的底部与旋转机构固定以通过固定台的旋转来调节限位槽的位置，旋转机构可以是旋转电机。

控制器设于壳体内，壳体为方形壳体，固定台设于壳体内，以进行防风防尘，控制器与气象传感器连接，气象传感器实时测量外界环境，包括风向、风速、降水量、温度和湿度，传送至站内控制器，通过与网络气象要素对照，实时分析环境影响，决定无人机降落控制与否。控制器通过云端服务器与监控中心服务器相互通信，监控中心服务器还与显示模块相连，通过监控中心服务器来实时监控智能起降站系统的工作状态信息。

此外，为了提高该定位装置的适应性，适应不同机臂长度的无人机，在所述固定桩的圆周固定有滑杆4，滑杆4与滑块3固定，滑块3相对于滑杆4可滑动，限位槽固定于滑块3上；

所述滑块上设置紧固件，紧固件穿过滑块3将滑块3固定于滑杆4上，这样的结构设置，可根据机臂的长度，调整滑块3相对于滑杆4的位置，也就实现了限位槽相对于机芯位置的调整。

上述的一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，可应用于无人机智能起降站系统中，该系统包括控制器、视觉粗定位模块、精确定位及固定装置和自主续航模块，控制器分别与视觉粗定位模块和自主续航模块相连；视觉粗定位模块包括图像采集装置即上述的摄像设备，图像采集装置用于实时采集无人机图像并传送至控制器进而得到无人机空中三维坐标点，再经机载控制器来控制无人机的降落高度及无人机机头的方向，实现无人机的粗定位；自主续航模块用于在控制器下，对低于或等于预设电量信息的无人机电池进行自主充电，实现无人机的自主续航，其中，自主续航模块同样设于壳体内。

自主续航模块包括自动更换电池模块，自动更换电池模块包括三维直角坐标运动系统，所述三维直角坐标运动系统包括在第一轴方向运动的第一平移机构、在第二轴方向运动的第二平移机构以及在第三轴方向运动的第三平移机构，其中，第一轴方向、第二轴方向和第三轴方向构成三维直角坐标系；所述第一平移机构、第二平移机构和第三平移机构的分别与站内控制器相连，第三平移机构与用于抓取电池的夹爪相连。

自主续航模块包括有线充电模块，其设置于智能起降站内；且当无人机保持稳定后，无人机电池仓内电池恰好固定于有线充电模块处，用于实现对无人机电池仓内电池进行自主有线充电。

该智能起降站系统还包括站内外视频监控模块，其用于实时采集智能站内的视频信息，并实时上传更新至云端服务器并存储，同时实现在无人值守作业过程中发生被破坏及被偷盗时保存相关证据信息。

机载控制器通过无线通信方式与智能起降站的站内控制器相互通信，站内控制器接收到机载控制器发送的无人机机型信息及降落信号后，将智能起降站自身的地理位置信息反馈至机载控制器，机载控制器根据接收到的智能起降站地理位置信息，筛选出最近距离的智能起降站进行降落。

本发明通过对智能起降站距离的远近来筛选出距离无人机最近的智能起降站，实现了无人机快速达到智能起降站，提高了无人机自主续航的效率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，其特征在于，包括至少两个辅助无人机降落的精确定位槽，精确定位槽包括用于对无人机机臂进行限位的限位槽，限位槽包括底部设置的平撑，平撑一侧与降落面连接，降落面为平面或曲面，降落面与平撑倾斜设置，无人机机臂支撑腿与降落面发生接触后，顺着降落面落入到平撑上实现精确定位；

所述限位槽中平撑的另一侧设置第一降落面，第一降落面与平撑倾斜设置，所述限位槽为空心倒立的圆台形状；

所述降落面与所述第一降落面之间设置竖直面；进一步地，在一所述竖直面的顶部开有用于支撑无人机机臂的卡槽；

所述限位槽的底部设于固定台上，在固定台的中部设置有标识点，无人机通过标识点对无人机机芯进行定位；

在所述固定台的中部设置固定桩，所述标识点设于固定桩上，在固定桩表面设置摄像设备，摄像设备与控制器连接，以对无人机进行粗定位；

进一步地，所述固定台的底部与旋转机构固定以通过固定台的旋转来调节限位槽的位置；

在所述固定桩的圆周固定有滑杆，滑杆与滑块固定，滑块相对于滑杆可滑动，所述的限位槽固定于滑块上，以通过滑块的移动调节限位槽与固定桩之间的距离；

进一步地，所述滑块上设置紧固件，紧固件穿过滑块将滑块固定于滑杆上。

2.根据权利要求1所述的一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，其特征在于，所述的限位槽为U型形状。

3.根据权利要求1所述的一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，其特征在于，所述竖直面与所述降落面连接，或者，所述竖直面设于所述降落面与所述第一降落面之间。

4.根据权利要求1所述的一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，其特征在于，所述限位槽的数量与无人机机臂的数量相同。

5.根据权利要求1所述的一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，其特征在于，所述限位槽为两个时，相邻的两个限位槽间隔一无人机机臂设置。