CN113359804A - 一种基于移动式停机坪的无人机降落方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于移动式停机坪的无人机降落方法和装置，包括停机坪和无人机，停机坪接收降落指令，竖起位于停机坪上一侧的盖板，盖板朝向停机坪的一侧设置有基准标记；无人机接收降落指令，移动到停机坪上方的附近空域；无人机通过摄像头识别跟踪基准标记，并实时计算降落路径；无人机根据降落路径滑落至停机坪上。本发明通过在移动式的停机坪上方一侧采用可竖起的盖板，并在盖板朝向停机坪的一侧设计基准标记，保证停机坪移动过程中无人机的摄像头无论是位于降落点垂直上方还是降落点附近的空域，都能进行识别定位，再通过摄像头识别跟踪的基准标记的位置，计算降落路径，保证无人机能精准降落到移动式的停机坪上。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种基于移动式停机坪的无人机降落方法及装置。
背景技术
随着无人机技术的发展，与无人机配套的自动停机坪也逐步出现和优化，现有常见的停机坪一般为箱体结构，采用防水防热设计，可以全天候放置在户外环境中，并通过光纤接入后台控制中心同时与无人机保持链路通讯，无人机通过后台控制或预设程序自动找到停机坪进行降落。
为了保证无人机的精准降落，现有以下两种方式：
1、基于RTK地面站(或网络RTK)的精准降落技术，通过RTK基站给无人机机场发送自身在大地坐标系下的精确位置；但基于RTK方式的降落方法需要无人机降落点处于固定的位置，针对车载、船载等移动式的停机坪，由于不易精确定位其位置，故而该方法不完全适用。
2、基于图像识别二进制方形基准标记技术，使用无人机机载图像识别设备识别地面目标降落点，获得目标降落点与无人机的相对位置，通过识别ArUco标记或April等可用于摄像机姿态估计的二进制方形基准标记解算无人机空间方位。
而基于图像识别二进制方形基准标记技术的方式实现自主降落的流程一般为：无人机通过GPS技术等方式接近降落点，查找二进制方形基准标记，无人机悬停在基准标记的正上方，然后垂直降落。但该方法对无人机的规格和停机坪所在的环境要求较高，例如：无人机进行垂直降落时，若摄像头由于视角问题无法识读基准标记，则只能依赖其他传感器进行识别降落；当在进行垂直降落时出现侧风，则无人机的降落路径可能大幅度偏离降落点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于移动式停机坪的无人机降落方法及装置，保证无人机能精准降落到移动式停机坪上。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于移动式停机坪的无人机降落方法，包括步骤：
S1、停机坪接收降落指令，竖起位于所述停机坪上一侧的盖板，所述盖板朝向所述停机坪的一侧设置有基准标记；
S2、无人机接收所述降落指令，移动到所述停机坪上方的附近空域；
S3、所述无人机通过摄像头识别跟踪所述基准标记，并实时计算降落路径；
S4、所述无人机根据所述降落路径滑落至所述停机坪上。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案为：
一种基于移动式停机坪的无人机降落装置，包括停机坪和无人机，所述停机坪内设置有第一处理器和第一信号收发模块，所述停机坪上一侧设置有可向上竖起的盖板，所述盖板竖起后朝向所述停机坪的一侧设置有基准标记，所述无人机内设置有第二处理器和第二信号收发模块，所述无人机底部设置有摄像头；
所述第一处理器通过所述第一信号收发模块接收降落指令，竖起位于所述停机坪上一侧的所述盖板；
所述第二处理器通过所述第二信号收发模块接收所述降落指令，控制所述无人机移动到所述停机坪上方的附近空域，并且通过所述摄像头识别跟踪所述基准标记，实时计算降落路径，使得所述无人机根据所述降落路径滑落至所述停机坪上。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种基于移动式停机坪的无人机降落方法及装置，通过在移动式的停机坪上方一侧采用可竖起的盖板，并在盖板朝向停机坪的一侧设计基准标记，使传统的定位标记由设置在停机坪面上改为停机坪一侧向上的垂直面上，保证停机坪移动过程中无人机的摄像头无论是位于降落点垂直上方还是降落点附近的空域，都能进行识别定位，再通过摄像头识别跟踪的基准标记的位置，计算降落路径，保证无人机能精准降落到移动式的停机坪上。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于移动式停机坪的无人机降落方法的主要流程图；
图2为本发明实施例的一种基于移动式停机坪的无人机降落方法的整体流程图；
图3为本发明实施例的一种基于移动式停机坪的无人机降落装置的结构示意图。
标号说明：
1、停机坪；2、无人机；3、盖板；4、基准标记；5、降落路径；6、滑撬式起落架；7、移动设备。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1及图2，一种基于移动式停机坪的无人机降落方法，包括步骤：
S1、停机坪接收降落指令，竖起位于所述停机坪上一侧的盖板，所述盖板朝向所述停机坪的一侧设置有基准标记；
S2、无人机接收所述降落指令，移动到所述停机坪上方的附近空域；
S3、所述无人机通过摄像头识别跟踪所述基准标记，并实时计算降落路径；
S4、所述无人机根据所述降落路径滑落至所述停机坪上。
由上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过在移动式的停机坪上方一侧采用可竖起的盖板，并在盖板朝向停机坪的一侧设计基准标记，使传统的定位标记由设置在停机坪面上改为停机坪一侧向上的垂直面上，保证停机坪移动过程中无人机的摄像头无论是位于降落点垂直上方还是降落点附近的空域，都能进行识别定位，再通过摄像头识别跟踪的基准标记的位置，计算降落路径，保证无人机能精准降落到移动式的停机坪上。
进一步地，所述步骤S2具体为：
所述无人机接收所述降落指令，之后通过GPS的引导移动到所述停机坪上方的附近空域。
由上述描述可知，通过GPS技术，实现无人机快速精准的移动到停机坪上方的附近空域。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤；
S31、所述无人机通过所述摄像头识别并跟踪所述基准标记；
S32、所述无人机通过所述基准标记的位置计算与所述停机坪的相对方位和相对距离，并根据所述相对距离的矢量变化计算相对速度；
S33、所述无人机根据所述相对速度以及所述相对距离和所述相对方位的关系计算所述降落路径，所述降落路径的末端为所述停机坪中央上方。
由上述描述可知，由于停机坪可能会进行移动，位置存在不确定性，同时停机坪的移动速度根据现场实际情况也会发生变化，通过摄像头实时检测基准标记的位置，得到无人机与停机坪之间的相对方位、相对距离以及相对速度，能够精准计算出无人机的降落路径。
进一步地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41、所述无人机采用PID算法保持所述相对速度沿着所述降落路径移动，若移动过程中所述无人机检测到移动的路径与所述降落路径的偏差大于预设阈值时，采用所述PID算法减小所述相对速度并调整降落姿态，返回所述步骤S3重新计算所述降落路径，否则继续保持所述相对速度沿所述降落路径移动；
S42、当所述无人机沿所述降落路径降落到距所述停机坪为预设高度时，所述无人机采用所述PID算法降低所述无人机的转速，依靠惯性滑落到所述停机坪中央上。
由上述描述可知，通过PID的调节方式调节无人机的降落姿态和速度，能够避免因为外界因素，例如大风等导致无人机降落过程中的路径发生偏差，偏离计算的降落路径而导致最终降落点偏离停机坪，同时无人机降落到距离停机坪一定的预设高度时，采用惯性滑落到停机坪上，在保证平稳的同时也能避免电机转动造成无人机的偏移。
进一步地，所述步骤S4之后还包括步骤：
S5、所述停机坪收起所述盖板。
由上述描述可知，无人机降落完成后，停机坪收起盖板，避免被其他无人机进行降落作业时误识别。
请参照图3，一种基于移动式停机坪的无人机降落装置，包括停机坪和无人机，所述停机坪内设置有第一处理器和第一信号收发模块，所述停机坪上一侧设置有可向上竖起的盖板，所述盖板竖起后朝向所述停机坪的一侧设置有基准标记，所述无人机内设置有第二处理器和第二信号收发模块，所述无人机底部设置有摄像头；
所述第一处理器通过所述第一信号收发模块接收降落指令，竖起位于所述停机坪上一侧的所述盖板；
所述第二处理器通过所述第二信号收发模块接收所述降落指令，控制所述无人机移动到所述停机坪上方的附近空域，并且通过所述摄像头识别跟踪所述基准标记，实时计算降落路径，使得所述无人机根据所述降落路径滑落至所述停机坪上。
由上述描述可知，本发明的有益效果在于：基于同一技术构思，配合上述的一种基于移动式停机坪的无人机降落方法，提供一种基于移动式停机坪的无人机降落装置，通过在移动式的停机坪上方一侧采用可竖起的盖板，并在盖板朝向停机坪的一侧设计基准标记，使传统的定位标记由设置在停机坪面上改为停机坪一侧向上的垂直面上，保证停机坪移动过程中无人机的摄像头无论是位于降落点垂直上方还是降落点附近的空域，都能进行识别定位，再通过摄像头识别跟踪的基准标记的位置，计算降落路径，保证无人机能精准降落到移动式的停机坪上。
进一步地，所述无人机底部设置有滑撬式起落架。
由上述描述可知，滑撬式起落架能吸收降落对无人机造成的冲击，保证无人机平稳地滑落在停机坪上，同时也可以保证无人机平稳地起飞。
进一步地，所述停机坪装设在移动设备上。
由上述描述可知，停机坪可通过移动设备移动到不同的地点，满足多场地的需要。
进一步地，所述基准标记为二进制方形标记。
由上述描述可知，便于摄像头进行精准识别。
进一步地，所述无人机内部设置有GPS定位模块和PID调节模块。
由上述描述可知，GPS定位模块用于实现无人机的定位导航，PID调节模块用于实现无人机的转速、降落姿态等调节，适应多种情境下的精准降落。
请参照图1及图2，本发明的实施例一为：
在本实施例中，停机坪为车载式停机坪，可通过小车进行移动。
在此基础上，本实施例提供的一种基于移动式停机坪的无人机降落方法及装置，如图1所示，包括步骤：
S1、停机坪接收降落指令，竖起位于停机坪上一侧的盖板，盖板朝向停机坪的一侧设置有基准标记；
在本实施例中，基准标记采用二进制的方形标记，极大方便摄像头的识别。
S2、无人机接收降落指令，移动到停机坪上方的附近空域；
其中，如图2所示，在本实施例中，步骤S2具体为：
无人机接收降落指令，之后通过GPS的引导移动到停机坪上方的附近空域。即过GPS技术，实现无人机快速精准的移动到停机坪上方的附近空域。
S3、无人机通过摄像头识别跟踪基准标记，并实时计算降落路径；
其中，步骤S3具体包括以下步骤：
S31、无人机通过摄像头识别并跟踪基准标记；
S32、无人机通过基准标记的位置计算与停机坪的相对方位和相对距离，并根据相对距离的矢量变化计算相对速度；
S33、无人机根据相对速度以及相对距离和相对方位的关系计算降落路径，降落路径的末端为停机坪中央上方。
即在本实施例中，由于不确定停机坪的移动速度及位置，故而通过采用摄像头实时检测基准标记的位置，以得到无人机与停机坪之间的相对方位、相对距离以及相对速度，能够精准计算出无人机的降落路径。
S4、无人机根据降落路径滑落至停机坪上。
其中，步骤S4具体包括以下步骤：
S41、无人机采用PID算法保持相对速度沿着降落路径移动，若移动过程中无人机检测到移动的路径与降落路径的偏差大于预设阈值时，采用PID算法减小相对速度并调整降落姿态，返回步骤S3重新计算降落路径，否则继续保持相对速度沿降落路径移动；
S42、当无人机沿降落路径降落到距停机坪为预设高度时，无人机采用PID算法降低无人机的转速，依靠惯性滑落到停机坪中央上。
即在本实施例中，无人机采用了PID算法调节降落的姿态和速度，能有效避免因为外界因素，例如大风等导致在降落过程中的路径发生偏差、偏离计算的降落路径而导致最终降落点偏离停机坪的位置，同时无人机降落到距离停机坪一定的预设高度时，采用惯性滑落到停机坪上，在保证平稳的同时也能避免电机转动造成无人机的偏移。
S5、停机坪收起盖板。
由此，以避免被其他无人机进行降落作业时误识别。
即本实施例通过在移动式的停机坪上方一侧采用可竖起的盖板，并在盖板朝向停机坪的一侧设计基准标记，使传统的定位标记由设置在停机坪面上改为停机坪一侧向上的垂直面上，保证停机坪移动过程中无人机的摄像头无论是位于降落点垂直上方还是降落点附近的空域，都能进行识别定位，再通过摄像头识别跟踪的基准标记的位置，计算降落路径，保证无人机能精准降落到移动式的停机坪上。
请参照图3，本发明的实施例二为：
在上述实施例一的基础上，本实施例配合上述实施例一的一种基于移动式停机坪的无人机降落方法，提供一种基于移动式停机坪的无人机降落装置，包括停机坪1和无人机2。其中，停机坪1上一侧设置有可向上竖起的盖板3，停机坪1内设置有控制盖板3进行竖起和收回的第一处理器和接收主控室发出的指令信号的第一信号收发模块；无人机2内设置有计算无人机2与停机坪1的相对距离、相对方位、相对速度及降落路径5的第二处理器和接收主控室发出的指令信号的第二信号收发模块，无人机2底部设置有用于拍摄及识别停机坪1的摄像头。
在本实施例中，第一处理器通过第一信号收发模块接收降落指令，竖起位于停机坪1上一侧的盖板3；第二处理器通过第二信号收发模块接收降落指令，控制移动到停机坪1上方的附近空域，并且通过摄像头识别跟踪盖板3竖起后朝向停机坪1的一侧设置的基准标记4，实时计算降落路径5，使得无人机2根据降落路径5滑落至停机坪1上。本实施例中，基准标记4采用二进制的方形标记，能极大方便摄像头的识别。
如图3所示，在本实施例中，停机坪1装设在移动设备7上，本实施例采用小车作为移动设备7，可将停机坪1移动到不同的地点，满足多场地的需要。
同时，如图3所示，在无人机2底部设置有滑撬式起落架6，当无人机2沿着上述实施例一的一种基于移动式停机坪1的无人机2降落方法计算得到的降落路径5进行降落时，最后达到靠近停机坪1上方的预设高度时，依靠惯性配合滑撬式起落架6，使传统的无人机2降落方式由垂直式改为类似固定翼飞机滑翔的着陆方式，使无人机2平稳地降落到停机坪1上，配合滑撬式起落架6吸收降落对无人机2造成的冲击，同时在无人机2起飞时也能通过滑撬式起落架6进行平稳地起飞。
另外，在本实施例中，无人机2内部的主控板上还集成有GPS定位模块和PID调节模块。其中，GPS定位模块用于实现无人机2的定位导航，实现上述实施例一中的无人机2通过GPS的引导移动到靠近停机坪1的上方的附近空域；而PID调节模块用于实现上述实施例一中的调节无人机2的转速、相对速度和降落姿态等调节，避免降落路径5的偏移，适应多种情境下的精准降落。
综上所述，本发明提供的一种基于移动式停机坪的无人机降落方法及装置，通过在移动式的停机坪上方一侧采用可竖起的盖板，并在盖板朝向停机坪的一侧设计基准标记，使传统的定位标记由设置在停机坪面上改为停机坪一侧向上的垂直面上，保证停机坪移动过程中无人机的摄像头无论是位于降落点垂直上方还是降落点附近的空域，都能进行识别定位，再通过摄像头实时识别跟踪的基准标记的位置，计算无人机与停机坪之间的相对方位、距离和速度，以此得到精准的降落路径，保证无人机能精准降落到停机坪上。其中，无人机通过PID算法调节无人机降落过程中与降落路径的偏差，克服了外界因素造成的降落错位，进一步保证了精准的降落，并通过在底部设置滑撬式起落架，结合无人机的惯性，以类似固定翼飞机滑翔的着陆方式降落，保证平稳降落的同时避吸收降落时的冲击，同时在降落完成后收起盖板，避免了被其他无人机进行降落作业时的误识别。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于移动式停机坪的无人机降落方法，其特征在于，包括步骤：
S1、停机坪接收降落指令，竖起位于所述停机坪上一侧的盖板，所述盖板朝向所述停机坪的一侧设置有基准标记；
S2、无人机接收所述降落指令，移动到所述停机坪上方的附近空域；
S3、所述无人机通过摄像头识别跟踪所述基准标记，并实时计算降落路径；
S4、所述无人机根据所述降落路径滑落至所述停机坪上。
2.根据权利要求1所述的一种基于移动式停机坪的无人机降落方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
所述无人机接收所述降落指令，之后通过GPS的引导移动到所述停机坪上方的附近空域。
3.根据权利要求1所述的一种基于移动式停机坪的无人机降落方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤；
S31、所述无人机通过所述摄像头识别并跟踪所述基准标记；
S32、所述无人机通过所述基准标记的位置计算与所述停机坪的相对方位和相对距离，并根据所述相对距离的矢量变化计算相对速度；
S33、所述无人机根据所述相对速度以及所述相对距离和所述相对方位的关系计算所述降落路径，所述降落路径的末端为所述停机坪中央上方。
4.根据权利要求3所述的一种基于移动式停机坪的无人机降落方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41、所述无人机采用PID算法保持所述相对速度沿着所述降落路径移动，若移动过程中所述无人机检测到移动的路径与所述降落路径的偏差大于预设阈值时，采用所述PID算法减小所述相对速度并调整降落姿态，返回所述步骤S3重新计算所述降落路径，否则继续保持所述相对速度沿所述降落路径移动；
S42、当所述无人机沿所述降落路径降落到距所述停机坪为预设高度时，所述无人机采用所述PID算法降低所述无人机的转速，依靠惯性滑落到所述停机坪中央上。
5.根据权利要求1所述的一种基于移动式停机坪的无人机降落方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括步骤：
S5、所述停机坪收起所述盖板。
6.一种基于移动式停机坪的无人机降落装置，其特征在于，包括停机坪和无人机，所述停机坪内设置有第一处理器和第一信号收发模块，所述停机坪上一侧设置有可向上竖起的盖板，所述盖板竖起后朝向所述停机坪的一侧设置有基准标记，所述无人机内设置有第二处理器和第二信号收发模块，所述无人机底部设置有摄像头；
所述第一处理器通过所述第一信号收发模块接收降落指令，竖起位于所述停机坪上一侧的所述盖板；
所述第二处理器通过所述第二信号收发模块接收所述降落指令，控制所述无人机移动到所述停机坪上方的附近空域，并且通过所述摄像头识别跟踪所述基准标记，实时计算降落路径，使得所述无人机根据所述降落路径滑落至所述停机坪上。
7.根据权利要求6所述的一种基于移动式停机坪的无人机降落装置，其特征在于，所述无人机底部设置有滑撬式起落架。
8.根据权利要求6所述的一种基于移动式停机坪的无人机降落装置，其特征在于，所述停机坪装设在移动设备上。
9.根据权利要求6所述的一种基于移动式停机坪的无人机降落装置，其特征在于，所述基准标记为二进制方形标记。
10.根据权利要求6所述的一种基于移动式停机坪的无人机降落装置，其特征在于，所述无人机内部设置有GPS定位模块和PID调节模块。
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