CN111688942A - 一种机械手主动捕捉协助无人机降落的方法与装置 - Google Patents

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范学领
黄隆宁
周靖淦
李辉
胡娜
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Abstract

本发明公开了一种机械手主动捕捉协助无人机降落的方法与装置，该装置包括降落平台基座(1)、竖直高度调节机构、无人机水平捕获架(4)、X轴向夹持杆距离调节丝杠(5)、X轴向调节丝杠固定端座(6)、X向夹持杆(7)、Y轴向调节丝杠固定端座(8)、Y轴向移动快调节丝杠(9)和Y轴向移动夹持块(10)；其中，无人机(11)的无人机降落架(12)上设置有无人机协助降落对接架(13)。该方法利用多轴旋翼飞行在距地面较远时地面效应较弱，易于控制的特点。通过机械手主动捕捉正在降落的无人机飞行器，解决了降装置解决多轴旋翼飞行器由于近地时，旋翼地面效应强，高精度降落速度慢、难度高的问题。

Description

一种机械手主动捕捉协助无人机降落的方法与装置
技术领域
本发明属于无人机领域，具体为一种机械手主动捕捉协助无人机降落的方法与装置，通过机械手主动捕捉在近地面的无人机，以减少无人机由于近地效应导致的在降落时自动化策略的复杂与不可靠，为多轴旋翼无人机在高速移动平台上快速准准确降落提供方案。
背景技术
无人机被广泛地应用于航空测绘、资源运输、预警安保等领域。现代电子商务的发展，使得物流行业的运输压力增加。由于地球中空域范围大、无人机运载潜能高、无人机运输速度快等优点，采用无人机完成物流任务成为主流的解决方案之一，拥有大量的需求。多轴旋翼无人机具有良好地飞行与降落稳定性和可操作性，被认为时目前最有前景的物流运输方式之一。当前无人机室外定位大多采用全球定位系统和惯性组合导航，室内定位多采用光流传感器、计算机项目视觉、超声波测距、无线电三坐标定位等方式完成无人机的导航任务。无人机在距离降落平台较近时，考虑到：未来降落平台的高速运动、降落平台的倾斜与抖动、无人机复杂的地面效应、降落环境的恶劣电磁环境、偶然的干扰因素，无人机降落速度将会放缓，便于复杂的控制算法的执行与实施。四旋翼无人机在近地降落、导航与控制时，将采用光流传感器、超声波传感器、二维码图像识别、SLAM地图等测绘手段完成末端辅助定位降落。因此在经典的无人机降落自动化任务中，控制算法复杂、控制任务艰巨、降落步骤缓慢等问题将会显著影响无人机的自动化任务效率与健壮性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足与空白，提供了一种机械手主动捕捉协助无人机降落的方法与装置，为复杂环境下的无人机，在高速移动的平台上高速精准的降落任务提供方案，以提高多轴旋翼无人机降落的效率、降落的精度、降落任务的可靠性，在未来无人机多架次、高频率的起降应用场景中，对无人机运载与调度效率的提升具有重要的意义。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种机械手主动捕捉协助无人机降落的装置，包括降落平台基座、竖直高度调节机构、无人机水平捕获架、X轴向夹持杆距离调节丝杠、X轴向调节丝杠固定端座、X向夹持杆、Y轴向调节丝杠固定端座、Y轴向移动快调节丝杠和Y轴向移动夹持块；其中，
无人机的无人机降落架上设置有无人机协助降落对接架；
竖直高度调节机构的底部设置在降落平台基座上，顶部设置有无人机水平捕获架，无人机水平捕获架上通过X轴向调节丝杠固定端座设置有两个平行布置的X轴向夹持杆距离调节丝杠，两个平行布置的X向夹持杆两端分别与两个X轴向夹持杆距离调节丝杠螺纹连接，每个X向夹持杆上均通过Y轴向调节丝杠固定端座设置有一个Y轴向移动快调节丝杠，每个Y轴向移动快调节丝杠上均螺纹连接有两个Y轴向移动夹持块，Y轴向移动夹持块(10)用于对无人机的无人机协助降落对接架夹持。
本发明进一步的改进在于，竖直高度调节机构包括竖直高度调节推缸以及套装在竖直高度调节推缸内的竖直高度调节推杆，竖直高度调节推缸设置在降落平台基座上，竖直高度调节推杆与无人机水平捕获架连接。
本发明进一步的改进在于，X向夹持杆与Y轴向移动夹持块均开设有V型对接槽，无人机协助降落对接架设置有三角形对接块。
本发明进一步的改进在于，X向夹持杆与Y轴向移动加持块所开设的V型对接槽在同一水平面上。
一种机械手主动捕捉协助无人机降落的方法，该方法基于上述一种机械手主动捕捉协助无人机降落的装置，包括以下步骤：
步骤一、无人机降落在降落平台基座上方高度H处，H为多轴旋翼飞行高度不会显著产生近地效应的高度；此时，无人机在空中对准降落目的横向误差为X1，纵向误差为Y1，高度误差为Z1，远小于近地时候的横向误差X2，纵向误差Y2，高度误差；
步骤二、竖直高度调节机构推动无人机水平捕获架主动升起，使无人机的水平位置在水平捕获架捕获范围内；
步骤三、无人机水平捕获架上的X向夹持杆距离调节丝杠分别转动，带动X向夹持杆X向运动，限制住无人机上的无人机协助降落对接架其X向位置；
步骤四、无人机水平捕获架上的Y轴向移动夹持块做Y向移动，限制住无人机上的无人机协助降落对接架的Y向位置；
步骤五、无人机捕捉完成后，竖直高度调节推缸收起竖直高度调节推杆，当无人机的无人机降落架接触到降落平台基座后，X轴向夹持杆与Y轴向的夹持杆依次松开，无人机降落完成。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供了一种机械手主动捕捉协助无人机降落的装置，该装置通过利用多轴旋翼飞行在距地面较远时地面效应较弱，易于控制的特点。通过机械手主动捕捉正在降落的无人机飞行器，解决了降装置解决多轴旋翼飞行器由于近地时，旋翼地面效应强，高精度降落速度慢、难度高的问题。同时为无人机与降落平台在高速伴飞的情况下也能降落。
本发明提供了一种机械手主动捕捉协助无人机降落的方法，通过该方法可以使得在无人机在悬停过程中，直接通过降落端平台的机械手捕获无人机。从而保证在复杂降落环境、复杂电磁干扰的情况下对重要的大型旋翼式无人机的辅助降落。
附图说明
图1为本发明一种机械手主动捕捉协助无人机降落的装置俯视图。
图2为本发明一种机械手主动捕捉协助无人机降落的装置主视图。
附图标记说明：
1、降落平台基座，2、竖直高度调节推缸，3、竖直高度调节推杆，4、无人机水平捕获架，5、X轴向夹持杆距离调节丝杠，6、X轴向调节丝杠固定端座，7、X向夹持杆，8、Y轴向调节丝杠固定端座，9、Y轴向移动快调节丝杠，10、Y轴向移动夹持块，11、无人机，12、无人机降落架，13、无人机协助降落对接架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明提供的一种机械手主动捕捉协助无人机降落的装置，包括降落平台基座1、竖直高度调节推缸2、竖直高度调节推杆3、无人机水平捕获架4、X轴向夹持杆距离调节丝杠5、X轴向调节丝杠固定端座6、X向夹持杆7、Y轴向调节丝杠固定端座8、Y轴向移动快调节丝杠9、Y轴向移动夹持块10、无人机11、无人机降落架12和无人机协助降落对接架13。
固定在任务装置上的降落平台基座1、固定在降落平台上的竖直高度调节推缸2、滑动副连接在降落平台上的高度调节推杆3、固定在高度调节推杆3上的无人机水平捕获架4、固定在无人机水平捕获架的X轴向调节丝杠固定端座6、分别旋转副连接在X轴向调节丝杠固定端座6上的X轴向夹持杆距离调节丝杠5、螺旋副连接在X轴向夹持杆距离调节丝杠5的X向夹持杆7、固定在X向夹持杆7的Y轴向调节丝杠固定端座8、旋转副连接在Y轴向调节丝杠固定端座8上的Y轴向移动快调节丝杠9、螺旋副连接在Y轴向移动快调节丝杠9上的Y轴向移动夹持块10、移动飞行的多轴无人机11、无人机上降落用的无人机降落架12、固定在无人机降落架上的无人机协助降落对接快13。
优选的，X向夹持杆7与Y轴向移动夹持块10均开设有V型对接槽，无人机协助降落对接架13设置有三角形对接块，且X向夹持杆7与Y轴向移动加持块10所开设的V型对接槽在同一水平面上。
为了对本发明进一步的了解，现对本发明提供的一种机械手主动捕捉协助无人机降落的方法，说明如下：
实验时：
步骤一、无人机11降落在降落平台基座1上方高度H处，H为多轴旋翼飞行高度不会显著产生近地效应的高度。此时，无人机11在空中对准降落目的横向误差为X1，纵向误差为Y1，高度误差为Z1，远小于近地时候的横向误差X2，纵向误差Y2，高度误差。
步骤二、竖直高度调节推缸2推动竖直高度调节推杆3，无人机水平捕获架4主动升起，使无人机11的水平位置在水平捕获架捕获范围内。
步骤三、无人机水平捕获架4上的X向夹持杆距离调节丝杠5分别转动，带动X向夹持杆7X向运动，限制住无人机11上的无人机协助降落对接架13其X向位置。
步骤四、无人机水平捕获架4上的Y轴向移动夹持块10做Y向移动，限制住无人机11上的无人机协助降落对接架13的Y向位置。
步骤五、无人机捕捉完成后，竖直高度调节推缸2收起竖直高度调节推杆3，当无人机11的无人机降落架12接触到降落平台基座1后，X轴向夹持杆与Y轴向的夹持杆依次松开，无人机11降落完成。

Claims (5)

1.一种机械手主动捕捉协助无人机降落的装置，其特征在于，包括降落平台基座(1)、竖直高度调节机构、无人机水平捕获架(4)、X轴向夹持杆距离调节丝杠(5)、X轴向调节丝杠固定端座(6)、X向夹持杆(7)、Y轴向调节丝杠固定端座(8)、Y轴向移动快调节丝杠(9)和Y轴向移动夹持块(10)；其中，
无人机(11)的无人机降落架(12)上设置有无人机协助降落对接架(13)；
竖直高度调节机构的底部设置在降落平台基座(1)上，顶部设置有无人机水平捕获架(4)，无人机水平捕获架(4)上通过X轴向调节丝杠固定端座(6)设置有两个平行布置的X轴向夹持杆距离调节丝杠(5)，两个平行布置的X向夹持杆(7)两端分别与两个X轴向夹持杆距离调节丝杠(5)螺纹连接，每个X向夹持杆(7)上均通过Y轴向调节丝杠固定端座(8)设置有一个Y轴向移动快调节丝杠(9)，每个Y轴向移动快调节丝杠(9)上均螺纹连接有两个Y轴向移动夹持块(10)，Y轴向移动夹持块(10)用于对无人机(11)的无人机协助降落对接架(13)夹持。
2.根据权利要求1所述的一种机械手主动捕捉协助无人机降落的装置，其特征在于，竖直高度调节机构包括竖直高度调节推缸(2)以及套装在竖直高度调节推缸(2)内的竖直高度调节推杆(3)，竖直高度调节推缸(2)设置在降落平台基座(1)上，竖直高度调节推杆(3)与无人机水平捕获架(4)连接。
3.根据权利要求1所述的一种机械手主动捕捉协助无人机降落的装置，其特征在于，X向夹持杆(7)与Y轴向移动夹持块(10)均开设有V型对接槽，无人机协助降落对接架(13)设置有三角形对接块。
4.根据权利要求3所述的一种机械手主动捕捉协助无人机降落的装置，其特征在于，X向夹持杆(7)与Y轴向移动加持块(10)所开设的V型对接槽在同一水平面上。
5.一种机械手主动捕捉协助无人机降落的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至4中任一项所述的一种机械手主动捕捉协助无人机降落的装置，包括以下步骤：
步骤一、无人机(11)降落在降落平台基座(1)上方高度H处，H为多轴旋翼飞行高度不会显著产生近地效应的高度；此时，无人机(11)在空中对准降落目的横向误差为X1，纵向误差为Y1，高度误差为Z1，远小于近地时候的横向误差X2，纵向误差Y2，高度误差；
步骤二、竖直高度调节机构推动无人机水平捕获架(4)主动升起，使无人机(11)的水平位置在水平捕获架捕获范围内；
步骤三、无人机水平捕获架(4)上的X向夹持杆距离调节丝杠(5)分别转动，带动X向夹持杆(7)X向运动，限制住无人机(11)上的无人机协助降落对接架(13)其X向位置；
步骤四、无人机水平捕获架(4)上的Y轴向移动夹持块(10)做Y向移动，限制住无人机(11)上的无人机协助降落对接架(13)的Y向位置；
步骤五、无人机捕捉完成后，竖直高度调节推缸(2)收起竖直高度调节推杆(3)，当无人机(11)的无人机降落架(12)接触到降落平台基座(1)后，X轴向夹持杆与Y轴向的夹持杆依次松开，无人机(11)降落完成。
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