一種無人機定點降落系統及方法與流程

本發明涉及無人機技術領域，尤其涉及一種無人機定點降落系統及方法。

背景技術：

隨著科技的發展，越來越多的消費者開始關注和使用無人飛行器。無人飛行器，簡稱無人機(uav，unmannedaerialvehicle)，是一種處在迅速發展中的飛行裝置，其具有機動靈活、反應快速、無人飛行、操作要求低的優點。但是，無人機在著陸過程會受到天氣條件的顯著影響，因此，通常無人機實際著陸點與預定點之間的誤差距離高達到數十厘米到數米，其精度較差，誤差較高，無法實現無人機的精準降落。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種無人機定點降落系統及方法，能夠令無人機在降落過程中到達特定的著陸點，精度高，降低無人機著陸點與預定回歸點的誤差，實現了無人機的精準降落。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種無人機定點降落系統，包括無人機，還包括設置有回歸點的著陸平臺，和用于引導無人機著陸回歸點的引導系統；所述引導系統包括第一引導層，用于引導無人機向著陸平臺移動；所述第一引導層設置有第一定位裝置；第二引導層，用于引導無人機接近回歸點；所述第二引導層設置有第二定位裝置；第三引導層，用于引導無人機著陸回歸點；所述第三引導層設置有第三定位裝置；數據處理組件，用于處理無人機數據。

所述引導系統可以遠程控制，包括至少一個數據處理部件，如處理器和/或接收機。該數據處理組件用于從無人機接收數據，可以提供數據管理，數據分析和數據處理。數據處理組件可以提供通信手段，通過電腦上的軟件程序和不同的機械裝置進行通信，在進行數據處理和分析后，可以將數據發送到無人機和/或控制中心和/或其他地點的通信系統。

優選的，所述第一引導層、第二引導層、第三引導層為同心設置并成階梯狀的環形引導層，所述回歸點位于第一引導層、第二引導層、第三引導層的中心軸線上。

優選的，所述第一定位裝置為gps或dgps。所述第二定位裝置為計算機視覺分析系統、光學傳感器或接近傳感器中的一種或多種。

第一定位裝置和第二定位裝置選自gps，dgps，計算機視覺分析系統，光學傳感器，接近傳感器，或任何其他手段，可以指示無人機或者著陸平臺的位置。

第一定位裝置和第二定位裝置可以包括現有技術中的所有位置確定方法，例如：三角測量方法；通過測量發射機和接收機之間脈沖信號的傳播時間來確定距離的飛行時間系統；激光測距跟蹤器；超聲波跟蹤器；相位差系統(測量來自移動目標發射源的相位相對于來自參考發射體輸入信號的相位之間的相位差)。

優選的，所述第三定位裝置包括牽引件和抓取件。

優選的，所述第三定位裝置為包括牽引線和電磁組件的牽引器。

優選的，所述無人機上設置有絞盤，所述牽引線一端固定在絞盤上，牽引線另一端上設置有鐵磁體，所述電磁組件包括位于回歸點的電磁體和環繞電磁體的電磁線圈。

第三定位裝置為物理定位裝置，包括牽引件和抓取件。牽引件在著陸階段物理地連接無人機和著陸平臺，并且可以施加張力使無人機被牽引到著陸平臺上。抓取件為一個設置有鎖緊部件的裝置，在抓取之后，牽引件在其末端被鎖緊。位于牽引線末端的鐵磁體可以在其位置被檢測到，當鐵磁體到達預定位置被強電磁體抓住之后，位于無人機上的絞盤開始旋轉收緊牽引線，使無人機逐漸靠近預定的回歸點，完成后，可以使無人機更好地束縛在著陸平臺上。

一種無人機定點降落方法，包括以下步驟

s1：獲取位置信息，無人機通過無線或有線通信獲取著陸平臺位置信息，并根據第一定位裝置獲取無人機自身位置信息；

s2：通過第一引導層的導航，無人機向著陸平臺移動，并實時得出無人機與著陸平臺的第一相對距離k，當第一相對距離k不小于第一預設閥值m時，繼續執行s2步驟；當k小于m時，進入s3步驟；

s3：第二引導層的第二定位裝置檢測到無人機并得到無人機位置信息，無人機接收第二引導層的導航信息，向著陸平臺的回歸點移動，并實時得出無人機與回歸點的第二相對距離h，當第二相對距離h不小于第二預設閥值n時，繼續執行s3步驟；當h小于n時，進入步驟s4；

s4：無人機向回歸點釋放牽引件，牽引件被位于回歸點中心的電磁組件抓取；

s5：收卷牽引件，將無人機拉向預定的回歸點并降落在著陸平臺上。

優選的，所述s4步驟中還包括，牽引件被著陸平臺上的鎖定機構鎖定。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明結構簡單，使用方便；在無人機降落過程中采用多次引導，逐步提高精度，并且無需人工操作，能夠令無人機在降落過程中到達特定的著陸點，精度高，實現了無人機的精準降落。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖；

圖2是電磁組件結構示意圖；

圖3是牽引件結構示意圖；

圖4是方法流程圖；

圖中：1-無人機、2-回歸點、3-第一引導層、4-第二引導層、5-第三引導層、6-電磁線圈、7-電磁體、8-牽引線、9-鐵磁體。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進行進一步詳細說明。

如圖1‐3所示，一種無人機定點降落系統，包括無人機1，還包括設置有回歸點2的著陸平臺，和用于引導無人機1著陸回歸點2的引導系統；所述引導系統包括第一引導層3，所述第一引導層3設置有第一定位裝置，用于引導無人機1向著陸平臺移動；第二引導層4，所述第二引導層4設置有第二定位裝置，用于引導無人機1接近回歸點2；第三引導層5，所述第三引導層5設置有第三定位裝置，用于引導無人機1著陸回歸點2；數據處理組件，用于處理無人機數據。

如圖1所示，圖1是三個引導層的示意圖，涉及三個導航階段，圖中標有三個同心圓，其中圓心表示無人機預定的回歸點2。第一引導層3用于無人機1的第一個導航階段，通過基于全球定位系統(即gps或dgps系統)的無人機導航來執行。由于著陸平臺的位置是已知且固定的，當無人機從gps系統接收到自己的位置時，它可以通過gps導航移動到著陸平臺。gps系統適用于遠距離引導物體，其精度為3米左右，因此適合作為第一個引導無人機的引導層，使無人機通過導航逐漸移動靠近著陸平臺。

當無人機1接近著陸平臺時，由于gps系統的精度不高，無人機1無法準確地著陸我們預定的回歸點，此時，無人機1可以通過第二引導層4進行引導，進入無人機的第二個導航階段，第二引導層4中的第二定位裝置選自光學傳感器、接近傳感器或計算機視覺。在第二個導航階段中，無人機1的位置能夠被第二定位裝置檢測，其傳感信號經數據處理器處理，計算出無人機1與著陸平臺的相對位置，進而控制無人機1逐漸接近著陸平臺上的回歸點2。第二引導層4擁有比gps系統更高的精度，其精度可以達到30cm，可以使無人機1逐漸靠近著陸平臺上的回歸點2。

第一引導層3和第二引導層4可以通過任何已知的有線或無線通信方式與無人機1通信，如無線電、wifi或衛星等。無人機1還能夠與遠程計算機通信，遠程計算機可以根據無人機所在位置來評估選擇第一引導層3或者第二引導層4對無人機1進行引導。當然，也可以通過無人機1的操作者來進行評估選擇。

第三引導層5上的第三定位裝置為物理定位裝置，用于提供無人機和著陸平臺之間的物理連接。第三引導層5通過機械方式使無人機1和著陸平臺進行物理連接，通過將無人機的牽引件朝設置有抓取件的著陸平臺釋放，當牽引件和抓取件進行連接時，可以收卷牽引件使無人機1被拉向著陸平臺，直到無人機1到達著陸平臺上的回歸點2。所述牽引件可在除固定端外的任意一點上，設置鎖緊部件，鎖緊部件由鐵磁材料制成，并通過機械或磁性材料鎖定在著陸平臺的回歸點上；優選的，鎖緊部件設置在牽引件的自由端端部。

如圖2所示，第三定位裝置包括由電磁體7和電磁線圈6組成的電磁組件，電磁組件安裝在著陸平臺的回歸點2上，當無人機1處于空中并朝著陸平臺釋放牽引件時，電磁組件可以在通電后將磁性牽引力施加到無人機牽引件的自由端；然后，通過位于無人機上的絞盤，或位于著陸平臺中的牽引機構，將無人機1拉向回歸點2進行著陸。

電流可以穿過電磁線圈6的邊緣以產生磁場，從而在電磁線圈6的軸心方向產生對磁性材料的牽引力。由于電磁線圈6的中心位于回歸點2上，受到牽引力的無人機牽引線，將被逐漸拉向回歸點，進而牽引無人機在回歸點進行著陸。當無人機需要起飛時，第三引導層的第三定位裝置可以通過斷電停用電磁部件釋放牽引線，自動或遠程釋放無人機。

如圖3所示，無人機1上的牽引線8自由端端部設置有鐵磁重物，牽引線8通過絞盤并朝向回歸點2釋放，當牽引線8向下擺動時，鐵磁體9可以被著陸平臺的電磁體7抓取。牽引線8由于受到磁性牽引力逐漸靠近著陸平臺的回歸點2，最終鐵磁體9被吸附在回歸點2上。優選的，鐵磁體9可以通過任何合適的鎖定組件牢固地鎖定在著陸平臺上。然后，通過將牽引線8卷繞在位于無人機中的絞盤中，或通過使用位于著陸平臺中的牽引組件將牽引線8收卷，從而令無人機1降落在著陸平臺的回歸點2。第三引導層5的精度約為2cm，可以使無人機1準確地到達著陸平臺上預定的回歸點2。

如圖4所示，一種無人機定點降落方法，包括以下步驟：

s1：獲取位置信息；無人機通過無線或有線通信獲取著陸平臺位置，并根據gps導航系統獲取無人機自身位置信息；

s2：通過第一引導層的gps導航，無人機向著陸平臺移動，并實時得出無人機與著陸平臺的相對距離k，當相對距離k不小于預設值m時，繼續執行s2步驟；當k小于m時，進入s3步驟；

s3：無人機位置信息被第二引導層的第二定位裝置檢測到，無人機接收第二定位裝置的導航信息，向著陸平臺的回歸點移動，并實時得出無人機與回歸點的相對距離h，當相對距離h不小于預設值n時，繼續執行s3步驟；當h小于n時，進入步驟s4；

s4：無人機向回歸點釋放牽引件，牽引件被位于回歸點中心的電磁組件抓取；

s5：收卷牽引件，將無人機拉向預定的回歸點并降落在著陸平臺上。

優選的，s4步驟中還包括，牽引件被著陸平臺上的鎖定機構鎖定。

當然，本發明還可有其它多種實施方式，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。