CN206384162U - 基于着陆引导的无人机补给平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于着陆引导的无人机补给平台，属于无人机技术领域。包括停机位、地面合作标志、补给设备、补给控制器、供电单元；无人机包括着陆引导模块；利用与地面合作标志相配合的精准着陆引导，引导无人机自动着陆于指定停机位置，实现对无人机多种补给操作。精准降落减少了后续操作的复杂性，提高了自动化程度。补给操作灵活方便，有效提高了飞行器的作业效率。

Description

基于着陆引导的无人机补给平台

技术领域

本实用新型涉及一种无人机补给平台，具体地涉及一种带有LED引导灯阵和补给装置的降落平台。属于无人机技术领域。

背景技术

随着无人机技术的发展，其使用领域不断增加，无人机在植保、物流、电力巡线等方面都执行大量的作业，然后无人机续航能力仍是一个需要解决的技术问题，飞行时间长短某种程度上决定了无人机的性能和应用潜力，自主充电或加油成为长程作业或野外作业无人机亟待解决的问题，另外无人机挂载的物资要实现自动装卸也急需无人机自动进场操作，因而精准着陆引导技术具有巨大的发展空间。着陆导航是飞行器尤其是无人机飞行中的重要阶段，因进场着陆受飞行高度、气象和地理环境等诸多因素的影响，精确可靠自动化的助降方法成为无人机技术中的关键研究内容之一。随着计算机视觉和图像采集技术、光学测量技术、高速实时处理及存储技术的发展，基于视觉信息的导航技术近年成为研究热点，并具有设备简单、功耗低、体积小、自主无源等优点，并且不依赖地面和空中的导航设备，尤其是不受制于GPS限制(GPS导航系统利用导航卫星进行导航定位，存在信号易受干扰、分辨精度和技术垄断等问题)。在电子对抗方面具有较大优势。机载助降系统通过安装在无人机上的摄像机获得地面引导标志的图像，通过位姿估计测算无人机飞行状态和相对于着陆点的位置和方位，经控制系统实施助降引导，使无人机准确降落于指定位置。

无人机发展的下一个阶段即是无人机机器人，其高度自动化智能化可替代人工完成更多精细复杂的任务，其中精准降落的便是完成大量自动操作的前提和必备技术，例如本实用新型所述的补给平台，无人机自动寻找相应的地面合作标志并准确降落于停机位，才能使后续操作得以顺利开展。在受理号为201510233853.4的专利申请中虽然也提到一种补给平台，但是该方案并未给出精准降落的实现途径，且是由补给平台发送降落指令，通过比较两次降落时间计算需要补充的药液和燃料剂量，在某些使用场合易产生不必要的降落操作。

且现有地面合作标志多采用涂覆在信号布上的反光涂料或红外涂料特定图案，受能见度影响较大，且这类特定图案的参数和排列关系固定，当需要引导飞行器在不同功能着陆地点降落时则多数无能为力，如何能使得地面合作标志模块化多元化高效化，并且易于利用图案的排列关系对应不同的着陆地点和不同功能地点，对于飞行器尤其是无人机着陆引导具有至关重要的意义。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型构建一种基于着陆引导的无人机补给平台，利用与地面合作标志相配合的精准着陆引导，引导无人机自动着陆于指定停机位置，实现对无人机多功能补给作业。

一种基于着陆引导的无人机补给平台，包括停机位、地面合作标志、补给设备、补给控制器、供电单元；无人机包括着陆引导模块，其中，

着陆引导模块，用于搜索地面合作标志并引导无人机降落于指定停机位上；

地面合作标志，是具有特定几何形状的并且颜色或亮度区分于背景的地面标志，用于配合无人机着陆引导模块引导无人机降落于指定停机位上；

停机位，是无人机降落的指定地点；

补给设备，用于对无人机进行补给操作；

补给控制器与各补给设备分别连接，用于驱动各补给设备与无人机对接并进行补给操作；

供电单元，用于为本平台各部分提供电源。

所述无人机是垂直起降无人机；

进一步地，补给设备，包括充电装置、补液装置、挂载装置中的一种或一种以上；所述充电装置，用于为无人机电源进行充电；所述补液装置，用于为无人机补充燃油和/或待运输的液体；所述挂载装置，用于为无人机装卸需要运输的物资；所述补液装置，还包括储液库；所述挂载装置，还包括储货区，需要与挂载装置对接的无人机上还包括载货模块；当对无人机进行补液操作时：若所述补液装置是燃油补给装置，则补给控制器控制该补液装置与无人机燃油仓的受油口对接进行加油操作；若补液装置是液体补给装置，则补给控制器控制该补液装置与无人机储液仓的注液口对接进行注液操作；当对无人机进行挂载操作时，则补给控制器控制所述挂载装置与无人机上的载货模块进行对接，进行装货或卸货操作。

进一步地，地面合作标志包括：深色背景灯阵区域、多个灯位、多个LED灯盘、灯阵控制器；多个灯位均匀排列且固定在深色背景灯阵区域内，用于固定LED灯盘的位置；所述LED灯盘是采用LED构成的圆形发光体；每个灯位上固定有一个LED灯盘，各LED灯盘的电源线分别通过灯阵控制器与供电单元连接；灯阵控制器用于控制各LED灯盘的亮灭；停机位设置在深色背景灯阵区域之外，且停机位与最近的一个LED灯盘的边缘之间的距离大于备降无人机机身最大长度。

作为优选，地面合作标志的每个LED灯盘的直径至少为300mm；所述灯位的数量大于4；所述LED灯盘是由条状LED灯带盘绕而成的实心圆形发光体，其圆心之间的间距大于等于LED灯盘半径的3倍。作为优选，每个LED灯盘的光度大于等于113000lm。

进一步地，所述充电设备是与无人机电力系统相配合的无线充电设备，工作时，补给控制器控制该充电装置靠近无人机电源进行无线充电。作为优选，补给控制器控制该充电装置的发射线圈靠近无人机的接收线圈进行无线充电，从而提高电力传输效率。

进一步地，本平台还包括故障检测装置；故障检测装置与补给控制器连接；当无人机降落于停机位后，故障检测装置的检测端口与无人机上的相应的设备检测端口对接，以获取无人机各部分的故障信息，即各部分是否处于正常工作状态。作为优选，故障检测装置将检测结果发送给补给控制器，由补给控制器判定是否进行补给操作。

进一步地，多个停机位与多个不同地面合作标志一一对应，当停机位处于占用状态时，相应的灯阵控制器控制该停机位所对应的地面合作标志的LED灯盘熄灭或点亮特定组合的LED灯盘表示等待状态，供其他待着陆的无人机的着陆引导模块进行识别，以保证多个无人机有序降落进行补给操作。

作为优选，所述停机位还包括固定装置，用于将无人机固定在停机位上，且停机位是可移动的机械平台，当无人机降落于停机位并且固定装置将无人机进行固定后，停机位载着无人机移动至补给装置附近进行补给作业。

作为优选，所述无人机包括补给状态感知模块，用于检测无人机是否处于待补给状态以及是否处于已完成补给的状态；飞行中，若状态感知模块检测到无人机处于待补给状态则该模块与飞行控制器或遥控器或地基进行通信，启动着陆引导模块搜索地面合作标志使无人机降落于指定停机位；降落后，状态感知模块与补给控制器进行通信，发送无人机当前状态给补给控制器，由补给控制器根据状态启动相应操作；当状态感知模块检测到已完成补给操作时，状态感知模块与补给控制器进行通信，结束补给操作，状态感知模块与无人机飞行控制器或遥控器或地基进行通信，准备起飞。

对比现有技术，本实用新型的有益效果在于：本实用新型采用地面合作标志引导无人机准确降落于补给平台的停机位，继而实施相应的多种补给操作，精准降落减少了后续操作的复杂性，提高了自动化程度。补给操作灵活方便，有效提高了飞行器的作业效率。

附图说明

图1是本实用新型所述平台的示意图；

图2是本平台工作状态下的模块结构框图；

图3是灯阵与停机位关系实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本实用新型加以详细说明，同时也叙述了本实用新型技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

下面结合实施例对本实用新型所述一种基于着陆引导的无人机补给平台的具体实施方式进行描述解释，如附图1和2所示，包括停机位、地面合作标志、补给设备、补给控制器、供电单元；无人机包括着陆引导模块，并且所述无人机是垂直起降无人机，可以是单旋翼也可以是多旋翼。其中，

供电单元，用于为本平台各部分提供电源。

所述无人机包括着陆引导模块，用于搜索地面合作标志并引导无人机降落于指定停机位上，本模块采用计算机视觉技术，对地面合作标志进行识别和跟踪锁定；无人机还包括补给状态感知模块，用于检测无人机是否处于待补给状态以及是否处于已完成补给的状态；飞行中，若状态感知模块检测到无人机处于待补给状态则该模块与飞行控制器或遥控器或地基进行通信，启动着陆引导模块搜索地面合作标志使无人机降落于指定停机位；降落后，状态感知模块与补给控制器进行通信，发送无人机当前状态给补给控制器，由补给控制器根据状态启动相应操作；当状态感知模块检测到已完成补给操作时，状态感知模块与补给控制器进行通信，结束补给操作，状态感知模块与无人机飞行控制器或遥控器或地基进行通信，准备起飞。

地面合作标志，本实施例中包括：深色背景灯阵区域、多个灯位、多个LED灯盘、灯阵控制器；

多个灯位均匀排列且固定在深色背景灯阵区域内，用于固定LED灯盘的位置；所述LED灯盘是采用LED构成的圆形发光体；每个灯位上固定有一个LED灯盘，各LED灯盘的电源线分别通过灯阵控制器与供电单元连接；灯阵控制器用于控制各LED灯盘的亮灭；本实施例中，地面合作标志的每个LED灯盘的直径至少为300mm；所述灯位的数量大于4，所述LED灯盘是由条状LED灯带盘绕而成的实心圆形发光体，其圆心之间的间距大于等于LED灯盘半径的3倍。每个LED灯盘的光度大于等于113000lm。

停机位，是无人机降落的指定地点；停机位设置在深色背景灯阵区域之外，且停机位与最近的一个LED灯盘的边缘之间的距离大于备降无人机机身最大长度。所述停机位还包括固定装置，用于将无人机固定在停机位上。停机位是可移动的机械平台，当无人机降落于停机位并且固定装置将无人机进行固定后，停机位载着无人机移动至补给装置附近进行补给作业。

补给设备，用于对无人机进行补给操作；包括充电装置、补液装置、挂载装置中的一种或一种以上；所述补给设备，包括相应的机械结构。

所述充电装置，用于为无人机电源进行充电；本实施例中所述充电设备是与无人机电力系统相配合的无线充电设备，工作时，补给控制器控制该充电装置靠近无人机电源进行无线充电。进一步地，补给控制器控制该充电装置的发射线圈靠近无人机的接收线圈进行无线充电，从而提高电力传输效率。

所述补液装置，用于为无人机补充燃油和/或待运输的液体，可以包括输液泵，也可以采用负压或重力的方式进行液体输送；所述补液装置还包括储液库；

所述挂载装置，用于为无人机装卸需要运输的物资；所述挂载装置，还包括储货区，需要与挂载装置对接的无人机上还包括载货模块；

当对无人机进行补液操作时：若所述补液装置是燃油补给装置，则补给控制器控制该补液装置与无人机燃油仓的受油口对接进行加油操作；若补液装置是液体补给装置，则补给控制器控制该补液装置与无人机储液仓的注液口对接进行注液操作；

当对无人机进行挂载操作时，则补给控制器控制所述挂载装置与无人机上的载货模块进行对接，进行装货或卸货操作。

补给控制器与各补给设备分别连接，用于驱动各补给设备与无人机对接并进行补给操作；

进一步地，本平台实施例中还包括还包括故障检测装置；故障检测装置与补给控制器连接；当无人机降落于停机位后，故障检测装置的检测端口与无人机上的相应的设备检测端口对接，以获取无人机各部分的故障信息，即各部分是否处于正常工作状态，故障检测装置将检测结果发送给补给控制器，由补给控制器判定是否进行补给操作。

进一步地，本平台还支持多个停机位与多个不同地面合作标志一一对应，所述不同的地面合作标志在本实施例中指多个发光LED灯盘排列成不同的组合；这些组合可对应不同功能的停机位，例如充电停机位、输油停机位、卸货停机位等，也可以对应不同机型的停机位，如大型机停机位，小型机停机位、植保机停机位等，也可以对应不同地址的停机位，例如应急避难所停机位、指挥所停机位等、维修站停机位等。

当停机位处于占用状态时，相应的灯阵控制器控制该停机位所对应的地面合作标志的LED灯盘熄灭或点亮特定组合的LED灯盘表示等待状态，供其他待着陆的无人机的着陆引导模块进行识别，以保证多个无人机有序降落进行补给操作，或采用其他冲突解决机制(如无线电应答或地基辅助引导)，避免多个无人机同时备降同一个停机位时造成事故。

在本实用新型实施例中，地面合作标志主要是用于飞行器视觉引导，供飞行器图像处理模块检测、识别、跟踪和引导降落。由于技术要求为全天候工作，因此标志与地面反差愈大愈好，因而本实用新型中地面合作标志均布设在深色背景上如地面铺设的深色尼龙布上并进行固定。附图3实施例中地面合作标志由5个圆形发光体即5个LED灯盘组成，LED灯盘排布并固定在深色背景布(也可以是其他深色背景区域)上，并且其中4个LED灯盘排列成方形，1个LED灯盘位于该方形之外，并令这个LED灯盘作为顶点灯，停机位的预定着陆位置中心与顶点灯形心之间的距离设定为ΔL。所述LED灯盘是由条状LED灯带盘绕而成的实心圆形发光体，每个LED灯盘的直径至少为300mm；每个LED灯盘的光度大于等于113000lm。所述深色背景布采用地钉固定在地面上，本实施例中深色背景布为方形深色尼龙布，其四角至少应用地钉固定于地面。所述深色背景布还设有配重单元，用于防风固定。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可理解想到的变换和替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内，因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，包括停机位、地面合作标志、补给设备、补给控制器、供电单元；无人机包括着陆引导模块，其中，

着陆引导模块，用于搜索地面合作标志并引导无人机降落于指定停机位上；

地面合作标志，是具有特定几何形状的并且颜色或亮度区分于背景的地面标志，用于配合无人机着陆引导模块引导无人机降落于指定停机位上；

停机位，是无人机降落的指定地点；

补给设备，用于对无人机进行补给操作；

补给控制器与各补给设备分别连接，用于驱动各补给设备与无人机对接并进行补给操作；

供电单元，用于为本平台各部分提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，补给设备，包括充电装置、补液装置、挂载装置中的一种或一种以上；

所述充电装置，用于为无人机电源进行充电；

所述补液装置，用于为无人机补充燃油和/或待运输的液体；

所述挂载装置，用于为无人机装卸需要运输的物资；

所述补液装置，还包括储液库；所述挂载装置，还包括储货区，需要与挂载装置对接的无人机上还包括载货模块；

当对无人机进行补液操作时：若所述补液装置是燃油补给装置，则补给控制器控制该补液装置与无人机燃油仓的受油口对接进行加油操作；若补液装置是液体补给装置，则补给控制器控制该补液装置与无人机储液仓的注液口对接进行注液操作；

当对无人机进行挂载操作时，则补给控制器控制所述挂载装置与无人机上的载货模块进行对接，进行装货或卸货操作。

3.根据权利要求1所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，所述无人机是垂直起降无人机。

4.根据权利要求1所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，地面合作标志包括：深色背景灯阵区域、多个灯位、多个LED灯盘、灯阵控制器；

多个灯位均匀排列且固定在深色背景灯阵区域内，用于固定LED灯盘的位置；所述LED灯盘是采用LED构成的圆形发光体；每个灯位上固定有一个LED灯盘，各LED灯盘的电源线分别通过灯阵控制器与供电单元连接；灯阵控制器用于控制各LED灯盘的亮灭；

停机位设置在深色背景灯阵区域之外，且停机位与最近的一个LED灯盘的边缘之间的距离大于备降无人机机身最大长度。

5.根据权利要求4所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，地面合作标志的每个LED灯盘的直径至少为300mm；所述灯位的数量大于4。

6.根据权利要求4所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，所述LED灯盘是由条状LED灯带盘绕而成的实心圆形发光体，其圆心之间的间距大于等于LED灯盘半径的3倍。

7.根据权利要求4所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，每个LED灯盘的光度大于等于113000lm。

8.根据权利要求2所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，所述充电设备是与无人机电力系统相配合的无线充电设备，工作时，补给控制器控制该充电装置靠近无人机电源进行无线充电。

9.根据权利要求8所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，补给控制器控制该充电装置的发射线圈靠近无人机的接收线圈进行无线充电，从而提高电力传输效率。

10.根据权利要求1所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，还包括故障检测装置；故障检测装置与补给控制器连接；当无人机降落于停机位后，故障检测装置的检测端口与无人机上的相应的设备检测端口对接，以获取无人机各部分的故障信息，即各部分是否处于正常工作状态。

11.根据权利要求10所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，故障检测装置将检测结果发送给补给控制器，由补给控制器判定是否进行补给操作。

12.根据权利要求4所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，多个停机位与多个不同地面合作标志一一对应，当停机位处于占用状态时，相应的灯阵控制器控制该停机位所对应的地面合作标志的LED灯盘熄灭或点亮特定组合的LED灯盘表示等待状态，供其他待着陆的无人机的着陆引导模块进行识别，以保证多个无人机有序降落进行补给操作。

13.根据权利要求1所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，所述停机位还包括固定装置，用于将无人机固定在停机位上。

14.根据权利要求13所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，停机位是可移动的机械平台，当无人机降落于停机位并且固定装置将无人机进行固定后，停机位载着无人机移动至补给装置附近进行补给作业。

15.根据权利要求1所述的一种基于着陆引导的无人机补给平台，其特征在于，所述无人机包括补给状态感知模块，用于检测无人机是否处于待补给状态以及是否处于已完成补给的状态；飞行中，若状态感知模块检测到无人机处于待补给状态则该模块与飞行控制器或遥控器或地基进行通信，启动着陆引导模块搜索地面合作标志使无人机降落于指定停机位；降落后，状态感知模块与补给控制器进行通信，发送无人机当前状态给补给控制器，由补给控制器根据状态启动相应操作；当状态感知模块检测到已完成补给操作时，状态感知模块与补给控制器进行通信，结束补给操作，状态感知模块与无人机飞行控制器或遥控器或地基进行通信，准备起飞。