CN210377166U - 一种无人机精准起降控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机的起降控制系统。一种无人机精准起降控制系统，它包括：无人机、降落平台以及地面基站；无人机搭载有：飞行控制器、RTK定位装置、第一通信模块；降落平台搭载有：降落平台控制器、包括RTK基站在内的平台定位装置、第二通信模块；地面基站包括：地面操控端、第三通信模块。平台定位装置中设置的RTK基站可提高无人机RTK定位装置的精度，并可提供降落平台的位置及航向信息，可靠性高；无人机、降落平台以及地面基站间信息互通，能够实现精准引导无人机起降。本实用新型可以广泛应用于高空危险作业、空地巡逻、智能运输等应用领域或场景。

Description

一种无人机精准起降控制系统

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机的起降控制系统。

背景技术

随着社会的发展，无人机在各行各业逐步得到推广，例如将车作为移动载体与无人机配合使用能够实现空地协同巡逻侦查、高效灵活的快递配送等功能。

无人机的起飞和精准降落大多需要专业的飞控手来控制，人工控制对操作人员的要求极高，同时要保持无人机一直处于操作人员的视线内，这些不足使得无人机的应用效率低，成本高，应用场景受限。随着科技的进步，一些自动精准起降的方案也被相继提出，如纯GPS方案，基于GPS和视觉相结合的方案等。其中，单纯基于GPS的方案由于很难保证无人机的降落精度，对于车等降落平台尺寸有限的移动载体基本不可行。基于GPS和视觉相结合的方案是在无人机离降落点远时采用GPS导航，当无人机靠近降落点时采用机载的视觉传感器获取降落点处的视觉标记进行相关计算获取降落点相对无人机的位置和航向偏移量来引导无人机降落，这种方案的缺陷主要是视觉设备成像受光照影响，应用场景受限，使用不灵活，同时无人机本身有姿态变化以及震动容易导致视觉标记不在视野或图像模糊影响视觉标记的识别从而影响降落精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是：为解决无人机在移动平台或空间有限的移动平台上实现自主起飞及精准降落的问题，本实用新型提供一种无人机精准起降控制系统。

本实用新型的技术方案是：一种无人机精准起降控制系统，它包括：无人机、降落平台以及地面基站；

无人机搭载有：飞行控制器、RTK定位装置、第一通信模块；飞行控制器分别与 RTK定位装置、第一通信模块建立信号连接；第一通信模块用于与降落平台建立通信连接，飞行控制器与RTK定位装置用于实现无人机在空中姿态和位置的控制，飞行控制器还可以获取无人机的飞行状态相关信息。

降落平台搭载有：降落平台控制器、包括有RTK基站的平台定位装置、第二通信模块；降落平台控制器分别与平台定位装置、第二通信模块建立信号连接；第二通信模块用于与无人机、地面基站建立通信连接；平台定位装置中的RTK基站用于向RTK 定位装置发送用于提高RTK定位装置精度的差分修正信息，平台定位装置还用于在无人机降落时提供引导其精准降落的降落平台的位置及航向信息；降落平台控制器用于接收地面基站的操作指令、采集平台定位装置信息、对降落平台运动进行控制、同时还能够将无人机飞行状态相关信息反馈至地面基站；降落平台安装在移动载体上， RTK基站采用动基站配置，能够随移动载体一起移动而不影响无人机与降落平台的相对位置精度。

地面基站包括：地面操控端、第三通信模块；地面操控端与第三通信模块建立信号连接；第三通信模块用于与降落平台建立通信连接，地面操控端作为操作人员与起降系统交互的窗口，用于向降落平台发送各种指令，并可间接控制无人机完成各种任务，同时也能从降落平台间接获取无人机的飞行状态相关信息。

上述方案中，具体的，第二通信模块分别与第一通信模块、第三通信模块建立无线信号连接，通信采用串口无线传输。

在上述方案的基础上，进一步的，上述平台定位装置还包括：至少一个GPS天线，通过GPS天线提供引导无人机精准降落的降落平台的位置及航向信息。

更进一步的，上述降落平台上还设有特定标识物或供所述无人机提取的视觉特征；无人机在降落时可通过检测降落平台上的特定标识物或提取视觉特征获取降落平台的位置。

在上述方案的基础上，进一步的，降落平台上设有：用于对无人机进行夹持限位的夹持机构、用于检测夹持机构运动位置的运动位置检测机构；运动位置检测机构与夹持机构在降落平台控制器的控制下工作。更进一步的，降落平台由降落板与固定平台组成；固定平台通过水平伸缩机构与降落板连接；夹持机构设置在降落板上；运动位置检测机构同时对水平伸缩机构的运动位置进行检测；水平伸缩机构在降落平台控制器的控制下工作，在降落平台控制器的控制下，水平伸缩机构能够实现伸缩功能，令降落板相对下方的固定平台在一定范围内产生相互运动位移，以使得无人机起降时远离移动载体上方安装的光电探桅杆以及通讯天线等突起的设备，从而保证无人机起降的安全性。在降落平台还可设置充电单元；充电单元为无线充电模块，或者充电单元为降落板上并联设置的充电触点。

更进一步的，上述方案中的固定平台与车辆等移动载体固定连接，RTK基站采用动基站配置；RTK基站随移动载体运动的同时不会影响无人机与降落平台的相对位置精度。

有益效果：本实用新型中无人机、降落平台以及地面基站间信息互通，实现精准引导无人机起降，可以广泛应用于高空危险作业、空地巡逻、智能运输等应用领域或场景。

本实用新型降落平台中的平台定位装置可提高无人机RTK定位装置的精度，并可提供降落平台的位置及航向信息，可靠性高；降落平台中的水平伸缩机构保证无人机在降落同时不会干涉影响移动载具上的其他部件，空间利用率高；夹持机构的设置可保证无人机落位后的稳定性，不易倾斜或脱离，安全性高。

附图说明

图1为本实用新型的结构组成框图；

图2为本实用新型实施例2的结构组成框图；

图3为本实用新型实施例3中无人机降落在降落平台时的示意图；

图4为本实用新型实施例3中无人机降落在降落平台时最终状态示意图；

图5为本实用新型实施例5中无人机降落时所采取的控制方法流程图；

图6为本实用新型实施例7中无人机起飞时所采取的控制方法流程图。

图中：1-无人机、11-飞行控制器、12-RTK定位装置、13-第一通信模块、14-作业设备、15-起落架、2-降落平台、21-降落平台控制器、22-平台定位装置、221-RTK基站、222-双GPS、 23-第二通信模块、24-夹持机构、25-水平伸缩机构、26-运动位置检测机构、27-降落板、28- 固定平台、29-充电单元、3-地面基站、31-地面操控端、32-第三通信模块。

具体实施方式

实施例1，参见附图1、3，一种无人机精准起降控制系统，它包括：无人机1、降落平台2以及地面基站3。

无人机1搭载有：飞行控制器11、RTK定位装置12、第一通信模块13；飞行控制器11分别与RTK定位装置12、第一通信模块13建立信号连接；第一通信模块13用于与降落平台2建立通信连接，飞行控制器11与RTK定位装置12用于实现无人机1在空中姿态和位置的控制，飞行控制器11还可以获取无人机1的飞行状态相关信息。

降落平台2搭载有：降落平台控制器21、包括RTK基站221在内的平台定位装置 22、第二通信模块23；降落平台控制器21分别与平台定位装置22、第二通信模块23 建立信号连接；第二通信模块23用于与无人机1、地面基站3建立通信连接；平台定位装置22中的RTK基站221用于向RTK定位装置12发送用于提高RTK定位装置12精度的差分修正信息，平台定位装置22还用于在无人机1降落时提供引导其精准降落的降落平台2的位置及航向信息，本例中，降落平台2的位置及航向信息由GPS天线222 采集，为避免设备故障或信号不佳，GPS天线222可采用冗余配置，即在平台定位装置 22中设置2个GPS天线222；降落平台控制器21用于接收地面基站3的操作指令、采集平台定位装置22信息、对降落平台2运动进行控制、同时还能够将无人机1飞行状态相关信息反馈至地面基站3；进一步的，本例中，降落平台2上还设有特定标识物或供无人机1提取的视觉特征，无人机1在降落时可通过检测降落平台2上的特定标识物或提取视觉特征获取降落平台2的位置。

地面基站3包括：地面操控端31、第三通信模块32；地面操控端31与第三通信模块32建立信号连接；第三通信模块32用于与降落平台2建立通信连接，地面操控端31 作为操作人员与起降系统交互的窗口，用于向降落平台2发送各种指令，并可间接控制无人机完成各种任务，同时也能从降落平台2间接获取无人机1的飞行状态相关信息。

无人机1、降落平台2以及地面基站3可以分别通过第一通信模块13、第二通信模块23、第三通信模块32建立相互间的无线信号连接。本例中，第二通信模块23分别与第一通信模块13、第三通信模块32建立无线信号连接，由降落平台2实现无人机1与地面基站3间的通信中转，通信采用串口无线传输。

实施例2，参见附图2，在实施例1的基础上，对无人机1、降落平台2做进一步的限定：

无人机1还可配置有作业设备14，如巡检侦查设备等；作业设备14与飞行控制器11建立信号连接，通过地面操控端31可间接控制作业设备14作业。

降落平台2上设有：用于对无人机1进行夹持限位并保证无人机1稳定性的夹持机构24、用于检测夹持机构24运动位置的运动位置检测机构26。

本例中，降落平台2具体由供无人机1起飞和降落的降落板27、与移动载体固定连接的固定平台28组成；固定平台28通过水平伸缩机构25与降落板27连接；运动位置检测机构26还可对水平伸缩机构25的工作状态进行检测。

夹持机构24、水平伸缩机构25、运动位置检测机构26均与降落平台控制器21建立信号连接，在降落平台控制器21的控制下，夹持机构24能够实现对无人机1的锁定功能，水平伸缩机构25能够实现伸缩功能，降落平台控制器21通过运动位置检测机构 26还可以获取检测夹持机构24以及水平伸缩机构25运动位置信号。

降落平台2通过固定平台28安装在移动载体上；RTK基站221采用动基站配置，能够随移动载体一起移动而不影响无人机1与降落平台2的相对位置精度。

实施例3，参见附图3、4，在实施例2的基础上，对无人机1、降落平台2做更进一步的限定：

无人机1采用开放式多旋翼机或涵道式旋翼机，无人机1设有起落架15。

为对实现无人机1的充电，降落平台2还配置充电单元29；夹持机构24内包括两组双向推杆，当无人机1降落至降落板27后，双向推杆对起落架15进行夹持，将无人机1推至降落板27的中部的充电位进行充电。

充电单元29为无线充电模块，或者充电单元29为降落板27上设置的充电触点。当采用触点接触式充电时，起落架15底部设有多个充电触点，降落板27上端面充电位设置有对应的充电触点，无人机1的充电触点与降落平台2的充电触点相接触，实现自动充电。为避免接触不良而导致的无法充电，充电触点设置为相互并联的多组触点。

实施例4，一种无人机精准起降控制方法，在无人机1进入起飞/降落模式前，由地面基站3发出起飞/降落指令，并通过降落平台2将起飞/降落指令转发至无人机1。

降落平台2收到降落指令后，向无人机1转发降落指令，无人机1进入降落模式；降落平台2将平台位置及航向信息发送至无人机1，引导无人机1降落至降落平台2。

本例中，降落平台2通过搭载的GPS向无人机1提供引导信息。无人机1在降落时还可进一步通过检测降落平台2上的特定标识物或提取视觉特征获取降落平台2的位置。

实施例5，参见附图5，在实施例4的基础上，进一步的，降落平台2可水平移动，并且在降落平台2上设有用于对无人机1进行夹持的夹持机构24；本例中，通过设置水平伸缩机构27实现降落平台2的移动，并通过设置运动位置检测机构26对降落平台2 的运动位置以及夹持机构24的加持状态进行检测。

基于以上结构设计，降落平台2收到降落指令后执行以下步骤：

A1.由运动位置检测机构26检测降落平台2是否向外伸出到位，若是，直接进入步骤A2；若否，则驱动水平伸缩机构27令降落平台2向外伸出到位后进入步骤A2；

A2.由运动位置检测机构26检测安装在降落平台2上的夹持机构24是否松开到位，若是，降落平台2向无人机1发送平台位置及航向信息，同时转发降落指令，引导无人机1降落至降落平台2；若否，则令夹持机构24松开到位后再由降落平台2向无人机1发送平台位置及航向信息，同时转发降落指令，引导无人机1降落至降落平台2。

无人机1采用匀速下降-悬停-自由落体着地的模式实现降落，在匀速下降-悬停过程中加速度计检测信号基本平稳，在悬停-着地过程中加速度计检测信号会产生突变，由此判断无人机1实现降落，实现降落后无人机1的电机停转，并将已降落信号发送至降落降落平台2。

当无人机1降落后，即A2步骤后，降落平台2还执行以下步骤：

A3.降落平台2接收无人机1发送的已降落信号；

A4.令夹持机构24对无人机1进行夹紧，之后降落平台2向内收回到位。

实施例6，在实施例4、5的基础上，在地面基站3发布降落指令前，由降落平台2 采集差分修正信号以及降落平台2的位置、航向信息，并将差分修正信号发送至无人机 1，无人机1进入差分定位状态，在此状态下无人机1具备较高的定位精度利于实现精准降落。无人机1也可在起飞之前进入差分定位状态，进入差分定位状态后，由地面基站2发布起飞指令，无人机1起飞开始自主工作。

本例中的无人机1搭载有RTK定位装置12，降落平台2搭载有RTK基站221；通过RTK基站221向RTK定位装置12发送用于提高RTK定位装置12精度的差分修正信息。

实施例7，参见附图6，在实施例4-6的基础上，无人机1进入起飞模式前，由地面基站3向降落平台2发布起飞指令；基于实施例2中降落平台2的结构设计，降落平台 2接到起飞指令后执行以下步骤：

B1.由运动位置检测机构26检测降落平台2是否向外伸出到位，若是，直接进入步骤B2；若否，则驱动水平伸缩机构27令降落平台2向外伸出到位后进入步骤B2；

B2.由运动位置检测机构26检测降落平台2上的夹持机构24是否松开到位，若是，降落平台2向无人机1转发起飞指令，无人机1起飞；若否，则令夹持机构24松开到位后再由降落平台2向无人机1转发起飞指令，无人机1进入起飞模式。

实施例8，在实施例4-7的基础上，无人机1降落至降落平台2后进入充电模式，充电模式为无线充电或触点接触充电。

进一步的，当采用基于实施例2中降落平台2的结构设计时，无人机1在完成实施例2中A4步骤后，进入充电模式包括以下步骤：

C1.无人机1在夹持机构24的作用下移动至降落平台2上的充电位，夹持机构24 对无人机1进行夹紧锁定；

C2.无人机1充电。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种无人机精准起降控制系统，它包括：无人机(1)、降落平台(2)以及地面基站(3)，其特征在于：

所述无人机(1)搭载有：飞行控制器(11)、RTK定位装置(12)、第一通信模块(13)；所述飞行控制器(11)分别与所述RTK定位装置(12)、所述第一通信模块(13)建立信号连接；

所述降落平台(2)搭载有：降落平台控制器(21)、包括有RTK基站(221)的平台定位装置(22)、第二通信模块(23)；所述降落平台控制器(21)分别与所述平台定位装置(22)、所述第二通信模块(23)建立信号连接；

所述地面基站(3)包括：地面操控端(31)、第三通信模块(32)；所述地面操控端(31)与所述第三通信模块(32)建立信号连接；

所述第二通信模块(23)分别与所述第一通信模块(13)、所述第三通信模块(32)建立无线信号连接。

2.如权利要求1所述的一种无人机精准起降控制系统，其特征在于：所述的平台定位装置(22)还包括：至少一个的GPS天线(222)。

3.如权利要求1或2所述的一种无人机精准起降控制系统，其特征在于：所述降落平台(2)上设有标识物或供所述无人机(1)提取的视觉特征。

4.如权利要求1或2所述的一种无人机精准起降控制系统，其特征在于：所述降落平台(2)上设有：用于对所述无人机(1)进行夹持限位的夹持机构(24)、用于检测所述夹持机构(24)运动位置的运动位置检测机构(26)；所述运动位置检测机构(26)与所述夹持机构(24)在所述降落平台控制器(21)的控制下工作。

5.如权利要求4所述的一种无人机精准起降控制系统，其特征在于：所述降落平台(2)由降落板(27)与固定平台(28)组成；所述固定平台(28)通过水平伸缩机构(25)与所述降落板(27)连接；所述夹持机构(24)设置在所述降落板(27)上；所述运动位置检测机构(26)对所述水平伸缩机构(25)的运动位置进行检测；所述水平伸缩机构(25)在所述降落平台控制器(21)的控制下工作。

6.如权利要求5所述的一种无人机精准起降控制系统，其特征在于：所述降落平台(2)还设有充电单元(29)；所述充电单元(29)为无线充电模块，或者所述充电单元(29)为所述降落板(27)上并联设置的充电触点。

7.如权利要求5所述的一种无人机精准起降控制系统，其特征在于：所述固定平台(28)与移动载体固定连接，所述RTK基站(221)采用动基站配置。

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