CN115649462A - 无人机精准降落系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机精准降落系统及方法，该系统包括无人机及降落平台，所述降落平台设置在水平运动装置上且可做水平方向的自转，所述水平运动装置可带动降落平台做水平方向的运动；所述降落平台与无人机上均设置有通讯模块使得二者可通信；所述无人机精准降落系统还包括红外识别装置，所述红外识别装置包括设置在降落平台附近的红外线发射装置以及设置在无人机上的红外线接收装置。本发明通过降落平台与无人机的双向识别，提高了无人机的降落精度，保障了无人机的降落安全，提高了降落平台及装置的空间利用率。

Description

无人机精准降落系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机精准降落的系统及方法。

背景技术

目前，无人机因为任务距离以及续航时间的影响，无法多次完成任务，并且需要人工辅助实现补电的操作，无人机自动机库的出现解决了这一问题，机库能够全自动的实现补电的操作过程，无需人工干预，而如何让无人机准确降落到机库是不可忽略的一步。

现有的无人机降落方式，是通过RTK定位方式，结合无人机下方自带的双目摄像头对下方目标进行特征识别达到降落到目标地点的目的，无人机正常降落时，由于自身飞行控制系统精度，这种方式本身存在降落误差，尤其对于垂直起降固定翼无人机，一旦受到大风环境干扰，只靠飞行控制系统进行控制，容易出现飞机降落偏差大，甚至降落不到平台上的情况，如果要保证无人机降落到指定平台上，平台必须预留足够的安全余量，导致机库的空间利用率变低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种无人机精准降落系统及方法，利用无人机和降落平台的双向识别实现无人机精准降落到降落平台上。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种无人机精准降落系统，包括无人机及降落平台，所述降落平台设置在水平运动装置上且可做水平方向的自转，所述水平运动装置可带动降落平台做水平方向的运动；所述降落平台与无人机上均设置有通讯模块使得二者可通信；该无人机精准降落系统还包括红外识别装置，所述红外识别装置包括设置在降落平台附近的红外线发射装置以及设置在无人机上的红外线接收装置；

作为一种改进，所述红外线发射装置为两个或者两个以上，沿圆周均匀分布；所述红外线接收装置与红外线发射装置的数量相同，沿圆周均匀分布在无人机底部。

作为一种改进，所述水平运动装置包括水平布置的X轨道，所述X轨道上设置有可沿X轨道运动的X小车；所述X小车上水平设置有与X轨道垂直的Y轨道，所述Y轨道上设置有可沿Y轨道运动的Y小车，所述降落平台设置在Y小车上。

作为一种进一步的改进，所述X轨道和Y轨道为丝杠，所述X小车和Y 小车为分别与X轨道和Y轨道螺纹配合的滑块。

作为一种改进，所述红外线发射装置对称设置在X轨道和Y轨道的端部。

作为另一种更进一步的改进，所述降落平台利用转台与水平运动装置连接，所述转台由电机带动自转。

作为一种改进，所述红外线发射装置纵向发射角度可调节。

作为一种进一步改进，所述红外线发射装置依靠角度调节装置实现纵向发射角度的调节，所述角度调节装置包括水平设置的中心轴，所述中心轴由电机带动，所述红外线发射装置设置在中心轴的柱面上。

作为一种改进，所述降落平台上设置有凹槽，所述凹槽底部为楔形，所述无人机底部设置有与所述凹槽对应的凸块。

本发明还提供一种无人机精准降落方法，应用于上述无人机精准降落系统中的无人机，包括，

返航步骤：返航时，向降落平台发送返航信号；

初步降落步骤：飞行到降落平台上方开始降落；

悬停步骤：降落到可接收红外线发射装置发射的红外线的高度时悬停；

红外识别步骤：有一个或者一个以上的红外线接收装置接收到红外线发射装置发射的红外线则认为识别成功；

位置信息发送步骤：识别成功后向降落平台发送自身位置信息；

当降落平台根据所述位置信息调整到位后开始下降，下降预设高度后，重复红外识别步骤和位置信息发送步骤，直至降落到降落平台上。

作为一种改进，在执行红外识别步骤中若识别不成功则等待红外线发射装置进行纵向扫描；若仍无法接收到红外线发射装置发射的红外线则复飞重新降落。

本发明还提供一种无人机精准降落方法，应用于上述无人机精准降落系统中的降落平台，包括，

角度调整步骤：接收到无人机返航时发送返航信号后，调整红外线发射装置至预设角度；

红外识别步骤：有一个或者一个以上红外线发射装置发射红外线被无人机上的红外线接收装置接收到则认为识别成功；

水平位置调整步骤：识别成功后接收无人机发送的位置信息，并根据所述位置信息调整水平方向的位置至无人机正下方；

无人机下降预设高度后，重复红外识别步骤和水平位置调整步骤，直至无人机降落到降落平台上；

朝向调整步骤：调整水平方向的角度直至每个红外线发射装置发射的红外线均被无人机上的红外线接收装置一一接收到。

作为一种改进，在执行红外识别步骤中若识别不成功则红外线发射装置进行纵向扫描；若仍没有红外线发射装置发射的红外线被无人机上的红外线接收装置接收到则等待无人机复飞重新降落。

本发明的有益之处在于：本发明通过降落平台与无人机的双向识别，提高了无人机的降落精度，保障了无人机的降落安全，提高了降落平台及装置的空间利用率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为角度调节装置的示意图。

图3为降落平台剖视图。

图4为本发明中无人机的流程图。

图5为本发明中降落平台的流程图。

图中标记：1降落平台、2X轨道、3X小车、4Y轨道、5Y小车、6转台、 7红外线发射装置、8中心轴、9凹槽、100红外线。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2、图3所示，本发明提供一种无人机精准降落系统，包括无人机(图中未示出)及降落平台1，所述降落平台1设置在水平运动装置上且可做水平方向的自转，所述水平运动装置可带动降落平台1做水平方向的运动；所述降落平台1与无人机2上均设置有通讯模块使得二者可通信；还包括红外识别装置，所述红外识别装置包括设置在降落平台附近的红外线发射装置7以及设置在无人机上的红外线接收装置；所述红外线发射装置7纵向发射角度可调节；

所述红外线发射装置7为两个或者两个以上，本实施例中优选为4个，沿以降落平台1为圆心的圆周均匀分布；所述红外线接收装置与红外线发射装置的数量相同，沿圆周均匀分布在无人机底部。

具体地，所述水平运动装置包括水平布置的X轨道2，所述X轨道2上设置有可沿X轨道2运动的X小车3；所述X小车3上水平设置有与X轨道 2垂直的Y轨道4，所述Y轨道4上设置有可沿Y轨道4运动的Y小车5，所述降落平台1设置在Y小车5上。本实施例中，所述X轨道2和Y轨道4 为丝杠，所述X小车3和Y小车5为分别与X轨道2和Y轨道4螺纹配合的滑块。丝杠通过电机控制旋转从而驱动小车沿其运动，其控制精准结构简单。当然也可以通过其他形式的机械结构实现降落平台的在水平方向的运动，本发明中不做限制。

降落平台1利用转台6与水平运动装置连接，所述转台6由电机带动自转。具体地，转台6固定在Y小车5上，而降落平台1设置在转台6上，通过电机驱动转台6转动的同时带动降落平台1在水平面上自转。

另外，本发明中所述红外线发射装置7对称设置在X轨道2和Y轨道4 的端部，这样能保证无人机被识别时降落平台均能调整到位。

所述红外线发射装置7依靠角度调节装置实现纵向发射角度的调节，所述角度调节装置包括水平设置的中心轴8，所述中心轴8由电机带动，所述红外线发射装置7设置在中心轴8的柱面上。电机带动中心轴8旋转时，红外线发射装置7也随中心轴进行倾角变化运动，实现扫描和调节功能。

本实施例中，降落平台1为一圆形平板，其中心设置有凹槽9，所述凹槽9底部为楔形，所述无人机底部设置有与所述凹槽9对应的凸块。无人机在降落到降落平台1后其凸块会滑入凹槽9中，相当于对无人机的朝向进行了一次纠偏。楔形的凹槽9底部用于导向，使得无人机上的凸块更加容易滑入。

如图4所示，本发明还提供一种无人机精准降落方法，应用于上述无人机精准降落系统中的无人机，包括，

S11返航步骤：返航时，向降落平台发送返航信号。

无人机在返航时通过其携带的无线通信模块与降落平台进行通信，向其发送发行信号。而降落平台在接收到无人机返航信号后，根据无人机既定路线将红外线发射装置的倾角调整到约定的角度。

S12初步降落步骤：飞行到降落平台上方开始降落。

无人机按照现有的RTK定位方式以及结合无人机下方自带的双目摄像头对下方目标进行特征识别执行初步降落步骤，RTK定位技术是建立在流动站与基准站误差非常类似的基础上的，它利用GPS载波相位观测值进行实时动态定位。由于随基准站和流动站距离增大,定位精度就越来越低,因此 RTK定位技术的工作距离以10～15km为宜。因此RTK定位实际上并不十分精准，即使结合摄像头进行目标识别，对于无人机来说其精度也远远不够，在有风的天气精度更差。因此RTK定位方式的降落只能做一个初步降落，找到大致的方向。

S13悬停步骤：降落到可接收红外线发射装置发射的红外线的高度时悬停。

降落平台根据约定调整好角度后，相当于确定了一个无人机悬停的高度，在此高度上，如果无人机在平台正上方就会接收到来自红外线发射装置的红外线。因此无人机悬停在此高度等待红外识别。

S14红外识别步骤：有一个或者一个以上的红外线接收装置接收到红外线发射装置发射的红外线则认为识别成功。

红外线发射装置和红外线接收装置均为多个，只要任意一个红外线接收装置接收到任意一个红外线发射装置发射的红外线，则认为识别成功。

如果识别不成功则有两种可能，一是无人机高度偏差，二是无人机水平位置偏差。

而高度偏差的情况是相对来说比较容易解决的，因此若识别不成功则等待红外线发射装置进行纵向扫描；通过调整红外线发生装置的倾角来解决无人机高度偏差的问题。

如果经过扫描仍无法红外识别，则认为是无人机在水平方向出现了偏差且偏差过大无法通过移动降落平台来解决，所以此时若仍无法接收到红外线发射装置发射的红外线则复飞重新降落，以消除水平位置的偏差。

S15位置信息发送步骤：识别成功后向降落平台发送自身位置信息。

识别成功说明无人机的位置位于平台能调整到的水平位置上，因此根据无人机发送的位置信息，平台调整至无人机正下方等待无人机降落。

S16当降落平台根据所述位置信息调整到位后开始下降，下降预设高度后，重复红外识别步骤和位置信息发送步骤，直至降落到降落平台上。

无人机每下降预设高度如10cm，均会进行一次红外识别，其目的是避免在下降的过程中水平位置发生偏离。

如图5所示，本发明还提供一种无人机精准降落方法，应用于上述无人机精准降落系统中的降落平台，包括，

S21角度调整步骤：接收到无人机返航时发送返航信号后，调整红外线发射装置至预设角度。

无人机在返航时通过其携带的无线通信模块与降落平台进行通信，向其发送发行信号。而降落平台在接收到无人机返航信号后，根据无人机既定路线将红外线发射装置的倾角调整到约定的角度。

S22红外识别步骤：有一个或者一个以上红外线发射装置发射红外线被无人机上的红外线接收装置接收到则认为识别成功。

红外线发射装置根据约定调整好角度后，相当于确定了一个无人机悬停的高度，在此高度上，如果无人机在平台正上方就会接收到来自红外线发射装置的红外线。因此无人机悬停在此高度等待红外识别。红外线发射装置和红外线接收装置均为多个，只要任意一个红外线接收装置接收到任意一个红外线发射装置发射的红外线，则认为识别成功。

若识别不成功则红外线发射装置进行纵向扫描；若仍没有红外线发射装置发射的红外线被无人机上的红外线接收装置接收到则等待无人机复飞重新降落。

S23水平位置调整步骤：识别成功后接收无人机发送的位置信息，并根据所述位置信息调整水平方向的位置至无人机正下方。

降落平台根据无人机发送的位置信息利用水平运动装置调节其水平方向的位置，使其位于无人机的正下方。

S24无人机下降预设高度后，重复红外识别步骤和水平位置调整步骤，直至无人机降落到降落平台上。

通过重复双向识别过程，避免无人机在水平位置的偏差过大，通过降落平台的平移使其始终位于无人机的正下方，便于无人机降落到降落平台上。

S25朝向调整步骤：调整水平方向的角度直至每个红外线发射装置发射的红外线均被无人机上的红外线接收装置一一接收到。

无人机降落后，尽管其朝向理论上来说是固定的，但实际上会出现一定的偏差。而无人机上的凸块在滑入降落平台上的凹槽后，对于平台来说无人机的朝向为已知。因此可以通过旋转降落平台让无人机上的四个红外线接收装置与平台外的四个红外线发射装置均匹配上，使得无人机的机头朝向按预定的方向摆放。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种无人机精准降落系统，包括无人机及降落平台，其特征在于：所述降落平台设置在水平运动装置上且可做水平方向的自转，所述水平运动装置可带动降落平台做水平方向的运动；所述降落平台与无人机上均设置有通讯模块使得二者可通信；

所述无人机精准降落系统还包括红外识别装置，所述红外识别装置包括设置在降落平台附近的红外线发射装置以及设置在无人机上的红外线接收装置。

2.根据权利要求1所述的一种无人机精准降落系统，其特征在于：所述水平运动装置包括水平布置的X轨道，所述X轨道上设置有可沿X轨道运动的X小车；所述X小车上水平设置有与X轨道垂直的Y轨道，所述Y轨道上设置有可沿Y轨道运动的Y小车，所述降落平台设置在Y小车上。

3.根据权利要求2所述的一种无人机精准降落系统，其特征在于：所述X轨道和Y轨道为丝杠，所述X小车和Y小车为分别与X轨道和Y轨道螺纹配合的滑块。

4.根据权利要求2所述的一种无人机精准降落系统，其特征在于：所述红外线发射装置对称设置在X轨道和Y轨道的端部。

5.根据权利要求1所述的一种无人机精准降落系统，其特征在于：所述降落平台利用转台与水平运动装置连接，所述转台由电机带动自转。

6.根据权利要求1所述的一种无人机精准降落系统，其特征在于：所述红外线发射装置为两个或者两个以上，沿圆周均匀分布；所述红外线接收装置与红外线发射装置的数量相同，沿圆周均匀分布在无人机底部。

7.根据权利要求1所述的一种无人机精准降落系统，其特征在于：所述红外线发射装置的纵向发射角度可调节。

8.根据权利要求7所述的一种无人机精准降落系统，其特征在于：所述红外线发射装置依靠角度调节装置实现纵向发射角度的调节，所述角度调节装置包括水平设置的中心轴，所述中心轴由电机带动，所述红外线发射装置设置在中心轴的柱面上。

9.根据权利要求1所述的一种无人机精准降落系统，其特征在于：所述降落平台上设置有凹槽，所述凹槽底部为楔形，所述无人机底部设置有与所述凹槽对应的凸块。

10.一种无人机精准降落方法，应用于无人机，其特征在于包括，

返航步骤：返航时，向降落平台发送返航信号；

初步降落步骤：飞行到降落平台上方开始降落；

悬停步骤：降落到可接收红外线发射装置发射的红外线的高度时悬停；

红外识别步骤：有一个或者一个以上的红外线接收装置接收到红外线发射装置发射的红外线则认为识别成功；

位置信息发送步骤：识别成功后向降落平台发送自身位置信息；

当降落平台根据所述位置信息调整到位后开始下降，下降预设高度后，重复红外识别步骤和位置信息发送步骤，直至降落到降落平台上。

11.根据权利要求10所述的一种无人机精准降落方法，其特征在于：在执行红外识别步骤中若识别不成功则等待红外线发射装置进行纵向扫描；若仍无法接收到红外线发射装置发射的红外线则复飞重新降落。

12.一种无人机精准降落方法，应用于降落平台，其特征在于包括，

角度调整步骤：接收到无人机返航时发送返航信号后，调整红外线发射装置至预设角度；

红外识别步骤：有一个或者一个以上红外线发射装置发射红外线被无人机上的红外线接收装置接收到则认为识别成功；

水平位置调整步骤：识别成功后接收无人机发送的位置信息，并根据所述位置信息调整水平方向的位置至无人机正下方；

无人机下降预设高度后，重复红外识别步骤和水平位置调整步骤，直至无人机降落到降落平台上；

朝向调整步骤：调整水平方向的角度直至每个红外线发射装置发射的红外线均被无人机上的红外线接收装置一一接收到。

13.根据权利要求12所述的一种无人机精准降落方法，其特征在于，在执行红外识别步骤中若识别不成功则红外线发射装置进行纵向扫描；若仍没有红外线发射装置发射的红外线被无人机上的红外线接收装置接收到则等待无人机复飞重新降落。

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