CN114435614A - 一种无人机动态降落地面机器人的方法 - Google Patents

一种无人机动态降落地面机器人的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无人机动态降落地面机器人的方法，无人机在需要充电的时候飞向机器人；无人机和机器人上停机坪建立无线通信；无人机控制单元判断无线通信是否成功，如果成功，进入下一步；无人机确定降落点；无人机和机器人确认路线以及无人机和机器人分别到达降落点的时间；在无人机飞向机器人过程中，控制单元判断是否要调增线路和时间，无人机飞到降落点，相对机器人静止状态无人机开始降落；对中结构对无人机进行固定；降落成功，开始充电。本发明中无人机无需回归至最初的起飞点进行补充电能，无人机降落在工作范围内在地面工作的机器人上，降落过程，机器人无需停止工作并保持静止状态；该机器人可以正常处于工作状态，机器人和无人机之间在降落过程中保持相对静止。

Description

一种无人机动态降落地面机器人的方法
技术领域
本发明属于无人机领域，涉及一种无人机动态降落地面机器人的方法。
背景技术
在农业植保场景中，空中有无人机用于巡检或播撒农药等作业，地面上有机器人执行修建树枝或播种等工作。一般而言，考虑到重量对飞行距离和滞空时间的巨大影响，其机载电池要远小于机器人的电池容量。比如，无人机一般的滞空时间不超过30分钟，而机器人可以连续工作8小时。当无人机作业任务尚未完成，但电池即将耗尽的情况下，需要对无人机进行充电，需回到遥最初起飞点。如果可以利用机器人给无人机充电，使无人机可以在现场相对持续的工作，而无需回到遥远得多的最初起飞点。这样可以大大提供工作效率。如节省时间，以及将原来用于飞回最初起飞点的电能用于正常作业。
因此，该植保场景迫切要求无人机能够动态的降落在机器人的上表面，并由后者的电池对前者进而进行最基础的充电和数据交换等工作。特别的，在该过程中，机器人无需停止工作。整个降落和无线充电过程可以动态进行。
发明内容
1.所要解决的技术问题：
现有无人机续航短，充电点的距离远，工作效率受到影响。
2.技术方案：
为了解决以上问题，本发明提供了一种无人机动态降落地面机器人的方法，机器人上方设有停机坪，所述停机坪中设有无线充电发射端线圈，所述停机坪无线充电发射端线圈和机器人中电池连接，由机器人中的电池提供电源，无人降落的具体方法包括以下步骤：无人机上设有无线充电接收端，步骤S01：无人机在需要充电的时候飞向机器人；步骤S02：无人机和机器人上停机坪建立无线通信；步骤S03：无人机控制单元判断无线充电是否成功，如果不成功，回到步骤S02，如果成功，进入下一步；步骤S04：无人机确定降落点；步骤S05：无人机和机器人确认路线和无人机到达机器人的时间；步骤S06：在无人机飞向机器人过程中，控制单元判断是否要调增线路和时间，如果需要调增，回到上一步，不需要进入下一步；步骤S07：无人机飞到降落点，相对机器人静止状态；步骤S08：无人机开始降落；步骤S09：停机坪中的对中结构对无人机进行固定；步骤10：降落成功，开始充电。
所述停机坪前后左右靠近边缘的位置分别放置一只水平面传感器和一台液压或电动的升降机构。通过液压或电动执行机构在相应位置上升或下降使停机坪始终处于水平位置。
所述停机坪的对冲结构为：停机坪上有X轴和Y轴两套夹具支架，每套支架各有两个支架，分别位于停机坪X和Y方向上的两侧，并分别能在X和Y方向上进行移动。
停机坪的中心位置这有H字样或二维码等图标。
在步骤S04中，无人机利用空中优势，通过无人机的机载视觉传感器或摄像机进行侦测迅速判断拟降落的区域和确定降落点，并实时告知机器人，所述该降落地点须避免坑洼、水面和坡面的环境，而选择平整的地面。
在步骤S06中，机器人和无人机都有权限向对方提出放弃既定降落点而改用第二降落点的通知。
在步骤S07中，所述相对静止，机器人不需停止运动，也无需保持匀速状态，机器人的位置坐标、速度、加速度，以及海拔高度信息需实时通过无线通信告知无人机，无人机根据机器人的位置坐标、速度、加速度和高度信息调节自身的速度、加速度和高度等，为降落做准备。
在步骤S08中，还包括停机平水平面判断，只有停机坪在水平的情况下，无人机才进行降落。
3.有益效果：
本发明一种无人机动态降落地面机器人的方法，无人机无需回归至最初的起飞点进行补充电能，如人为更换电池或人为充电，或自动充电等；而是，无人机降落在工作范围内在地面工作的机器人上，降落过程，机器人无需停止工作并保持静止状态；该机器人可以正常处于工作状态，机器人和无人机之间在降落过程中保持相对静止。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为机器人上方停机坪示意图。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种无人机动态降落地面机器人的方法，机器人上方设有停机坪，所述停机坪中设有无线充电发射端线圈，所述停机坪无线充电发射端线圈和机器人中电池连接，由机器人中的电池提供电源，无人降落的具体方法包括以下步骤：无人机上设有无线充电接收端，步骤S01：无人机在需要充电的时候飞向机器人；步骤S02：无人机和机器人上停机坪建立无线通信；步骤S03：无人机控制单元判断无线充电是否成功，如果不成功，回到步骤S02，如果成功，进入下一步；步骤S04：无人机确定降落点；步骤S05：无人机和机器人确认路线和无人机到达机器人的时间；步骤S06：在无人机飞向机器人过程中，控制单元判断是否要调增线路和时间，如果需要调增，回到上一步，不需要进入下一步；步骤S07：无人机飞到降落点，相对机器人静止状态；步骤S08：无人机开始降落；步骤S09：停机坪中的对中结构对无人机进行固定；步骤10：降落成功，开始充电。
步骤S01：开始，：无人机在需要充电的时候飞向机器人。
步骤S02：无人机和机器人建立蓝牙连接。为不是一般性，本发明考虑最简单情况，即机器人和无人机各一台。如果有多台无人机和一台机器人，则以机器人为中心，与其他无人机一起建立星星的通信架构。
步骤S03：判断无线通信是否建立完成。
步骤S04：如果判断为“是”，则无人机利用空中优势，迅速判断拟降落的区域，甚至确定降落点。并实时告知机器人。该降落地点须避免坑洼、水面和坡面等较为恶劣的环境，而选择地面平缓的非松软地面。该实现方法一般通过无人机的机载视觉传感器或摄像机进行侦测，相关方法已经较为成熟，本发明仅做功能性论述。
步骤S05：无人机和机器人确认路线和到达时间。无人机将该地点的坐标信息告知机器人，后者计算到达的时间和前进路线。并将达到时间告知无人机。该时间肯定小于无人机的到达时间。换言之，无人机可以实现达到该位置，等待。不仅如此，在该过程中，双方保持实时通信。如有必要，无人机也可飞到机器人必经路线的某处，如路线可能有坑洼等恶劣路况而机器人内部路线规划并不确定的地点），协调机器人前进。甚至，在该处就地降落（冗余点）
步骤S06：为不失一般性，本发明给出系统冗余点，即除了既定降落点外的第二降落点。该功能发生在机器人准备前往或正在前往既定降落点的过程中。进行降落点的修改。这样可以相对确保无人机能完成降落地面机器人的任务，以防止在机器人前往该地点的过程中，出现不可预见的情况而无法准时到达。机器人和无人机都有权限向对方提出放弃既定降落点而改用第二降落点的通知。考虑到无人机的空中优势，其具有更高的权限。换言之，无人机可以对机器人发出的该通知进行否定，维持既定降落点，或给出第三降落点，并要求机器人执行。换言之，当出现冗余点时，重新执行步骤S05。
步骤S07：无人机上表面的停机坪进入工作状态，具体表现在以下3点：
（1）停机坪水平面判断和执行。停机坪一般分前后左右靠近边缘的位置分别放置一只水平面传感器和一台液压或电动的升降机构。通过四个水平面传感器，判断是否处于水平面。如果没有，则通过液压或电动执行机构，在相应位置上升或下降，直到水平位置。特别的，该过程是一个动态过程，即不论地面机器人在什么样的地面行驶，其停机坪需保持水平。
（2）停机坪表面的对中机构，用于固定降落后的无人机。如图2所示，不论停机坪是圆形还是方形类似雨刮器，停机坪上有X轴和Y轴两套夹具支架，每套支架各有两个支架，分别位于停机坪X和Y方向上的两侧，如图2中的标识2-2和标识2-3所示。其中，标识2-4所代表的区域位于停机坪的中心区域，如图中的H所代表的，是无人机的实际降落区。X方向和Y方向夹具支架的目的是将降落到停机坪的无人机夹紧和固定住，放置其在机器人的运动过程中发生位移甚至滑落，也减少风等外界的。
（3）机器人和无人机保持相对静止。机器人不需停止运动，也无需保持匀速状态（当然，不排除机器人匀速运动或停止的可能性），但机器人的位置坐标、速度、加速度，以及海拔高度等信息需实时通过无线通信告知无人机，后者根据机器人的位置坐标、速度、加速度和高度等信息调节自身的速度、加速度和高度等，为降落做准备。
步骤S08：无人机开始降落。该过程中，无人机与机器人实时无线通信。不仅如此，在进入降落过程中，无人机可利用机载视觉传感器或摄像机对标识2-4的降落点进行视频捕捉，确保H字符或其他二维码等进行实时位置对中。无人机逐渐降低高度，直至降落到停机坪上。
步骤S09：对中机构是否完成。如果答复为“否”，则返回标识7，即无人机上表面的停机坪进入工作状态。如针对标识7中的描述，X方向和Y方向夹具支架将降落到停机坪的无人机夹紧和固定住。
步骤S10：如果答复是“是”，则降落成功。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (8)

1.一种无人机动态降落地面机器人的方法，其特征在于：机器人上方设有停机坪，所述停机坪中设有无线充电发射端线圈，所述停机坪无线充电发射端线圈和机器人中电池连接，由机器人中的电池提供电源，无人降落的具体方法包括以下步骤：无人机上设有无线充电接收端，步骤S01：无人机在需要充电的时候飞向机器人；步骤S02：无人机和机器人上停机坪建立无线通信；步骤S03：无人机控制单元判断无线充电是否成功，如果不成功，回到步骤S02，如果成功，进入下一步；步骤S04：无人机确定降落点；步骤S05：无人机和机器人确认路线和无人机到达机器人的时间；步骤S06：在无人机飞向机器人过程中，控制单元判断是否要调增线路和时间，如果需要调增，回到上一步，不需要进入下一步；步骤S07：无人机飞到降落点，相对机器人静止状态；步骤S08：无人机开始降落；步骤S09：停机坪中的对中结构对无人机进行固定；步骤10：降落成功，开始充电。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述停机坪前后左右靠近边缘的位置分别放置一只水平面传感器和一台液压或电动的升降机构，通过液压或电动执行机构在相应位置上升或下降使停机坪始终处于水平位置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述停机坪的对冲结构为：停机坪上有X轴和Y轴两套夹具支架，每套支架各有两个支架，分别位于停机坪X和Y方向上的两侧，并分别能在X和Y方向上进行移动。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于；停机坪的中心位置这有H字样或二维码等图标。
5.如权利要求1-4任一项权利要求所述的方法，其特征在于：在步骤S04中，无人机利用空中优势，通过无人机的机载视觉传感器或摄像机进行侦测迅速判断拟降落的区域和确定降落点，并实时告知机器人，所述该降落地点须避免坑洼、水面和坡面的环境，而选择平整的地面。
6.如权利要求1-4任一项权利要求所述的方法，其特征在于：在步骤S06中，机器人和无人机都有权限向对方提出放弃既定降落点而改用第二降落点的通知。
7.如权利要求1-4任一项权利要求所述的方法，其特征在于：在步骤S07中，所述相对静止，机器人不需停止运动，也无需保持匀速状态，机器人的位置坐标、速度、加速度，以及海拔高度信息需实时通过无线通信告知无人机，无人机根据机器人的位置坐标、速度、加速度和高度信息调节自身的速度、加速度和高度等，为降落做准备。
8.如权利要求1-4任一项权利要求所述的方法，其特征在于：在步骤S08中，还包括停机平水平面判断，只有停机坪在水平的情况下，无人机才进行降落。
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