一种无人机定点降落系统及方法与流程

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机定点降落系统及方法。

背景技术：

随着科技的发展，越来越多的消费者开始关注和使用无人飞行器。无人飞行器，简称无人机(uav，unmannedaerialvehicle)，是一种处在迅速发展中的飞行装置，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低的优点。但是，无人机在着陆过程会受到天气条件的显著影响，因此，通常无人机实际着陆点与预定点之间的误差距离高达到数十厘米到数米，其精度较差，误差较高，无法实现无人机的精准降落。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种无人机定点降落系统及方法，能够令无人机在降落过程中到达特定的着陆点，精度高，降低无人机着陆点与预定回归点的误差，实现了无人机的精准降落。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无人机定点降落系统，包括无人机，还包括设置有回归点的着陆平台，和用于引导无人机着陆回归点的引导系统；所述引导系统包括第一引导层，用于引导无人机向着陆平台移动；所述第一引导层设置有第一定位装置；第二引导层，用于引导无人机接近回归点；所述第二引导层设置有第二定位装置；第三引导层，用于引导无人机着陆回归点；所述第三引导层设置有第三定位装置；数据处理组件，用于处理无人机数据。

所述引导系统可以远程控制，包括至少一个数据处理部件，如处理器和/或接收机。该数据处理组件用于从无人机接收数据，可以提供数据管理，数据分析和数据处理。数据处理组件可以提供通信手段，通过电脑上的软件程序和不同的机械装置进行通信，在进行数据处理和分析后，可以将数据发送到无人机和/或控制中心和/或其他地点的通信系统。

优选的，所述第一引导层、第二引导层、第三引导层为同心设置并成阶梯状的环形引导层，所述回归点位于第一引导层、第二引导层、第三引导层的中心轴线上。

优选的，所述第一定位装置为gps或dgps。所述第二定位装置为计算机视觉分析系统、光学传感器或接近传感器中的一种或多种。

第一定位装置和第二定位装置选自gps，dgps，计算机视觉分析系统，光学传感器，接近传感器，或任何其他手段，可以指示无人机或者着陆平台的位置。

第一定位装置和第二定位装置可以包括现有技术中的所有位置确定方法，例如：三角测量方法；通过测量发射机和接收机之间脉冲信号的传播时间来确定距离的飞行时间系统；激光测距跟踪器；超声波跟踪器；相位差系统(测量来自移动目标发射源的相位相对于来自参考发射体输入信号的相位之间的相位差)。

优选的，所述第三定位装置包括牵引件和抓取件。

优选的，所述第三定位装置为包括牵引线和电磁组件的牵引器。

优选的，所述无人机上设置有绞盘，所述牵引线一端固定在绞盘上，牵引线另一端上设置有铁磁体，所述电磁组件包括位于回归点的电磁体和环绕电磁体的电磁线圈。

第三定位装置为物理定位装置，包括牵引件和抓取件。牵引件在着陆阶段物理地连接无人机和着陆平台，并且可以施加张力使无人机被牵引到着陆平台上。抓取件为一个设置有锁紧部件的装置，在抓取之后，牵引件在其末端被锁紧。位于牵引线末端的铁磁体可以在其位置被检测到，当铁磁体到达预定位置被强电磁体抓住之后，位于无人机上的绞盘开始旋转收紧牵引线，使无人机逐渐靠近预定的回归点，完成后，可以使无人机更好地束缚在着陆平台上。

一种无人机定点降落方法，包括以下步骤

s1：获取位置信息，无人机通过无线或有线通信获取着陆平台位置信息，并根据第一定位装置获取无人机自身位置信息；

s2：通过第一引导层的导航，无人机向着陆平台移动，并实时得出无人机与着陆平台的第一相对距离k，当第一相对距离k不小于第一预设阀值m时，继续执行s2步骤；当k小于m时，进入s3步骤；

s3：第二引导层的第二定位装置检测到无人机并得到无人机位置信息，无人机接收第二引导层的导航信息，向着陆平台的回归点移动，并实时得出无人机与回归点的第二相对距离h，当第二相对距离h不小于第二预设阀值n时，继续执行s3步骤；当h小于n时，进入步骤s4；

s4：无人机向回归点释放牵引件，牵引件被位于回归点中心的电磁组件抓取；

s5：收卷牵引件，将无人机拉向预定的回归点并降落在着陆平台上。

优选的，所述s4步骤中还包括，牵引件被着陆平台上的锁定机构锁定。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明结构简单，使用方便；在无人机降落过程中采用多次引导，逐步提高精度，并且无需人工操作，能够令无人机在降落过程中到达特定的着陆点，精度高，实现了无人机的精准降落。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是电磁组件结构示意图；

图3是牵引件结构示意图；

图4是方法流程图；

图中：1-无人机、2-回归点、3-第一引导层、4-第二引导层、5-第三引导层、6-电磁线圈、7-电磁体、8-牵引线、9-铁磁体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1‐3所示，一种无人机定点降落系统，包括无人机1，还包括设置有回归点2的着陆平台，和用于引导无人机1着陆回归点2的引导系统；所述引导系统包括第一引导层3，所述第一引导层3设置有第一定位装置，用于引导无人机1向着陆平台移动；第二引导层4，所述第二引导层4设置有第二定位装置，用于引导无人机1接近回归点2；第三引导层5，所述第三引导层5设置有第三定位装置，用于引导无人机1着陆回归点2；数据处理组件，用于处理无人机数据。

如图1所示，图1是三个引导层的示意图，涉及三个导航阶段，图中标有三个同心圆，其中圆心表示无人机预定的回归点2。第一引导层3用于无人机1的第一个导航阶段，通过基于全球定位系统(即gps或dgps系统)的无人机导航来执行。由于着陆平台的位置是已知且固定的，当无人机从gps系统接收到自己的位置时，它可以通过gps导航移动到着陆平台。gps系统适用于远距离引导物体，其精度为3米左右，因此适合作为第一个引导无人机的引导层，使无人机通过导航逐渐移动靠近着陆平台。

当无人机1接近着陆平台时，由于gps系统的精度不高，无人机1无法准确地着陆我们预定的回归点，此时，无人机1可以通过第二引导层4进行引导，进入无人机的第二个导航阶段，第二引导层4中的第二定位装置选自光学传感器、接近传感器或计算机视觉。在第二个导航阶段中，无人机1的位置能够被第二定位装置检测，其传感信号经数据处理器处理，计算出无人机1与着陆平台的相对位置，进而控制无人机1逐渐接近着陆平台上的回归点2。第二引导层4拥有比gps系统更高的精度，其精度可以达到30cm，可以使无人机1逐渐靠近着陆平台上的回归点2。

第一引导层3和第二引导层4可以通过任何已知的有线或无线通信方式与无人机1通信，如无线电、wifi或卫星等。无人机1还能够与远程计算机通信，远程计算机可以根据无人机所在位置来评估选择第一引导层3或者第二引导层4对无人机1进行引导。当然，也可以通过无人机1的操作者来进行评估选择。

第三引导层5上的第三定位装置为物理定位装置，用于提供无人机和着陆平台之间的物理连接。第三引导层5通过机械方式使无人机1和着陆平台进行物理连接，通过将无人机的牵引件朝设置有抓取件的着陆平台释放，当牵引件和抓取件进行连接时，可以收卷牵引件使无人机1被拉向着陆平台，直到无人机1到达着陆平台上的回归点2。所述牵引件可在除固定端外的任意一点上，设置锁紧部件，锁紧部件由铁磁材料制成，并通过机械或磁性材料锁定在着陆平台的回归点上；优选的，锁紧部件设置在牵引件的自由端端部。

如图2所示，第三定位装置包括由电磁体7和电磁线圈6组成的电磁组件，电磁组件安装在着陆平台的回归点2上，当无人机1处于空中并朝着陆平台释放牵引件时，电磁组件可以在通电后将磁性牵引力施加到无人机牵引件的自由端；然后，通过位于无人机上的绞盘，或位于着陆平台中的牵引机构，将无人机1拉向回归点2进行着陆。

电流可以穿过电磁线圈6的边缘以产生磁场，从而在电磁线圈6的轴心方向产生对磁性材料的牵引力。由于电磁线圈6的中心位于回归点2上，受到牵引力的无人机牵引线，将被逐渐拉向回归点，进而牵引无人机在回归点进行着陆。当无人机需要起飞时，第三引导层的第三定位装置可以通过断电停用电磁部件释放牵引线，自动或远程释放无人机。

如图3所示，无人机1上的牵引线8自由端端部设置有铁磁重物，牵引线8通过绞盘并朝向回归点2释放，当牵引线8向下摆动时，铁磁体9可以被着陆平台的电磁体7抓取。牵引线8由于受到磁性牵引力逐渐靠近着陆平台的回归点2，最终铁磁体9被吸附在回归点2上。优选的，铁磁体9可以通过任何合适的锁定组件牢固地锁定在着陆平台上。然后，通过将牵引线8卷绕在位于无人机中的绞盘中，或通过使用位于着陆平台中的牵引组件将牵引线8收卷，从而令无人机1降落在着陆平台的回归点2。第三引导层5的精度约为2cm，可以使无人机1准确地到达着陆平台上预定的回归点2。

如图4所示，一种无人机定点降落方法，包括以下步骤：

s1：获取位置信息；无人机通过无线或有线通信获取着陆平台位置，并根据gps导航系统获取无人机自身位置信息；

s2：通过第一引导层的gps导航，无人机向着陆平台移动，并实时得出无人机与着陆平台的相对距离k，当相对距离k不小于预设值m时，继续执行s2步骤；当k小于m时，进入s3步骤；

s3：无人机位置信息被第二引导层的第二定位装置检测到，无人机接收第二定位装置的导航信息，向着陆平台的回归点移动，并实时得出无人机与回归点的相对距离h，当相对距离h不小于预设值n时，继续执行s3步骤；当h小于n时，进入步骤s4；

s4：无人机向回归点释放牵引件，牵引件被位于回归点中心的电磁组件抓取；

s5：收卷牵引件，将无人机拉向预定的回归点并降落在着陆平台上。

优选的，s4步骤中还包括，牵引件被着陆平台上的锁定机构锁定。

当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。