一种基于结构引导的无人机降落装置及降落系统的制作方法

1.本实用新型涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于结构引导的无人机降落装置及降落系统。


背景技术：

2.随着科技的发展，无人机得到广泛的应用，在航空拍摄、电力巡检、地理测绘、农业植保、安防监控、应急救援等诸多领域都有多种类无人机的应用参与。现有技术比较成熟的无人机精准降落技术有多种，比如，采用gps全球定位系统降落技术、使用视觉图像识别降落技术、激光雷达地标识别降落技术。
3.现有技术具有以下缺点：
4.1、基于gps定位的无人机降落方式受限于gps的精度和gps信号的强弱，在无人机降落过程中丢失gps信号或者接收的定位信息精度过低会造成难以挽回的损失，该方法无法满足无人机精准降落的要求；
5.2、基于视觉的无人机降落方式将视觉标识物放置到指定降落地点，利用相机、图像处理方法实现视觉辅助降落，该方式能够在一定程度上提高无人机降落的准确性但该方法也有一定局限性；如在相关技术中，需要安装和使用靶标设备，在靶标设备上设置引导图案，以用于无人机的引导，靶标在安装和使用时，底部采用插杆结构，安装和使用的范围受到限制，在楼顶和水泥地安装和使用时，插杆结构不能稳定的进行安装和使用；同时，这种方式将设备集成在无人机机体中，不能独立于无人机存在，且容易受到机体抖动、光线强度、地面环境等因素干扰，不能在夜间或低照明环境使用，且识别准确率较低，精准降落功能的实现效果较差；
6.3、基于激光雷达地标识别降落方式。就目前的发展来看，激光雷达的普及还比较低，导致应用场景落地缓慢，与市场预期距离较远。实际上，机载激光雷达发展还存在一些局限，例如产品价格高、集成度低、操作复杂、使用体验严重缩水等。工作时受天气和大气影响大，激光一般在晴朗的天气里衰减较小，传播距离较远。而在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里，衰减急剧加大，传播距离大受影响。而且,大气环流还会使激光光束发生畸变、抖动，直接影响激光雷达的测量精度。由于激光雷达的波束极窄,在空间搜索目标非常困难，直接影响对目标的截获概率和探测效率,只能在较小的范围内搜索、捕获目标，因而激光雷达较少单独直接应用于进行目标探测和搜索。


技术实现要素：

7.本实用新型提供一种基于结构引导的无人机降落装置及降落系统，可以应用于多种无人机的降落，且能够通过结构引导提高其降落精度，降低了因背景环境干扰造成不能识别或错误识别问题，有效提高了识别系统的工作可靠性，具有较好的抗干扰能力。
8.根据本技术的一方面，一种实施例中提供一种基于结构引导的无人机降落装置，包括：
9.基体；
10.图像定位装置，所述图像定位装置设置于所述基体，所述图像定位装置用于为无人机提供位置参考点；
11.导向腔体，所述导向腔体设置于所述基体，所述导向腔体具有导向口，所述导向腔体的内壁用于与所述无人机接触，以引导所述无人机的底座进入所述导向腔体；
12.以及滚动机构，所述滚动机构设置于所述导向腔体的下部，所述滚动机构用于与所述导向腔体内的无人机接触，以引导所述无人机运动至导向腔体的底部。
13.一种实施例中，所述导向腔体的结构与所述无人机的底座相契合。
14.一种实施例中，所述导向腔体与所述基体为一体式结构，或所述导向腔体与所述基体可拆卸连接。
15.一种实施例中，所述导向腔体内陷于所述基体设置。
16.一种实施例中，所述导向腔体的内径从所述导向口至所述导向腔体底部的方向逐渐减小。
17.一种实施例中，所述导向腔体的内壁为平整的坡面。
18.一种实施例中，所述滚动机构包括滚轮，所述导向腔体的内壁上设有安装槽，所述滚轮与所述安装槽转动连接，用以引导所述无人机滑动至与所述导向腔体底部抵接；所述滚轮转动的中心轴线水平设置。
19.一种实施例中，所述导向口处设有第一贴合区域，所述第一贴合区域上设有第一缓冲部件，所述基体的顶部设有第二贴合区域，所述第二贴合区域上设有第二缓冲部件。
20.一种实施例中，所述图像定位装置设置于所述基体的中心；所述图像定位装置为靶标或摄像头；所述靶标为红外信标。
21.根据本技术的另一方面，一种实施例中提供一种基于结构引导的无人机降落系统，包括：
22.基体；
23.靶标，所述靶标设置于所述基体，所述靶标用于为无人机提供位置参考点；
24.导向腔体，所述导向腔体设置于所述基体，所述导向腔体具有导向口，所述导向腔体的内壁用于与所述无人机接触，以引导所述无人机的底座进入所述导向腔体；
25.无人机，所述无人机包括无人机机体和底座，所述底座设置在所述无人机机体的底部，所述底座的底端设有摄像头和定位器，所述摄像头用于获取所述靶标的图像；无人机降落时，所述无人机的底座从所述导向口进入所述导向腔体，且与所述导向腔体的内壁接触，以引导所述无人机的底座进入所述导向腔体；
26.以及滚动机构，所述滚动机构设置在所述导向腔体的下部和/或所述底座的侧面，以引导所述无人机运动至导向腔体的底部。
27.依据上述实施例中的基于结构引导的无人机降落装置，基体；图像定位装置，所述图像定位装置设置于所述基体，所述图像定位装置用于为无人机提供位置参考点；导向腔体，所述导向腔体设置于所述基体，所述导向腔体具有导向口，所述导向腔体的内壁用于与所述无人机接触，以引导所述无人机的底座进入所述导向腔体；以及滚动机构，所述滚动机构设置于所述导向腔体的下部，所述滚动机构用于与所述导向腔体内的无人机接触，以引导所述无人机运动至导向腔体的底部。由于设有导向腔体和滚动机构，在重力作用下先通
过导向腔体导向实现无人机的初步引导，再通过滚动机构引导，实现无人机的精准降落；通过结构对无人机进行降落引导，从而使得降落点误差半径控制在指定范围内，能够适用于无人机精准降落的应用场景，也降低了因背景环境干扰造成不能识别或错误识别问题，有效提高了识别系统的工作可靠性，具有较好的抗干扰能力。由于在基体上设有图像定位装置，与结构引导相互配合，可以通过结构引导为主，以视觉图像识别为辅，依靠结构成熟稳定性及计算机视觉技术图像的识别算法，使无人机在白昼环境下，都能实现毫米级精准降落功能。
28.依据上述实施例中的基于结构引导的无人机降落系统，包括基体、导向腔体、无人机和滚动机构，通过无人机上定位器和摄像头与靶标的配合，可以进行导向腔体和基体的定位，使得无人机能够准确到达导向腔体中心范围处，实现无人机在导向腔体中心范围内的降落；由于导向腔体和滚动机构的设置，首先可以对无人机进行初步的降落，当无人机逐渐接近降落终点，最终由滚动机构和重力作用配合实现无人机的高精度降落，可以应用于多种类无人机。
附图说明
29.图1为无人机结构示意图；
30.图2为无人机的半剖视图；
31.图3为一种实施例中无人机降落装置的结构示意图；
32.图4为一种实施例中无人机降落装置的另一角度的结构示意图；
33.图5为另一种实施例中无人机降落装置的结构示意图；
34.图6为另一种实施例中无人机降落装置的半剖视图；
35.图7为另一种实施例中无人机降落系统的分解结构示意图；
36.图8为另一种实施例中无人机降落系统的结构示意图；
37.图9为另一种实施例中无人机降落装置的结构示意图；
38.图10为无人机完全降落后的示意图；
39.其中：100、无人机，110、无人机本体，120、底座，130、摄像头，140、定位器，200、基体，210、第二贴合区域，220、第二缓冲部件，300、图像定位装置，400、导向腔体，410、导向口，420、安装槽，430、第一贴合区域，431、左贴合区，432、右贴合区，433、前贴合区，434、后贴合区，440、第一缓冲部件，500、滚动机构，510、滚轮。
具体实施方式
40.下面通过具体实施方式结合附图对本技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
41.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各
种实施方式，各实施例所涉及的操作步骤也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的组成和/或顺序。
42.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
43.一方面，一种实施例中提供一种基于结构引导的无人机降落装置，应用于无人机100的降落。
44.参考图1和2，该无人机100包括无人机机体110和设置在所述无人机机体110底部的底座120，所述底座120内集成各硬件模块，驱动无人机100的动力系统，给无人机100提供动力。
45.以下具体以一种应用于室内微型无人机的基于结构引导的无人机降落装置为例进行说明。当然，本实施例所示结构也可以应用于其他无人机降落。
46.在其他技术方案中，应用视觉技术图像识别方法实现无人机精准降落时，在无人机上搭载有红外信标(作为靶标使用)，通过摄像头(或相机)获取待降落的无人机的多个目标图像；多个所述目标图像由对应的多个摄像头拍摄所述无人机的红外信标得到，所述摄像头位于降落区域的非中心位置；根据红外信标在目标图像中对应的位置以及所述降落区域的中心位置，计算所述无人机的位置及垂直高度；根据所述无人机的位置及垂直高度，确定无人机的姿态调整信息；根据所述姿态调整信息控制所述无人机，以使所述无人机精准降落在降落区域。或者将靶标设置在降落的地面上，通过插杆的方式固定在地面上。
47.区别于上述技术方案，本实施例中提供的无人机降落装置通过结构引导为主，以视觉图像识别为辅，依靠结构成熟稳定性及计算机视觉技术图像的识别算法，实现了无人机100白昼豪米级精准降落功能。通过结构对无人机进行降落引导，从而使得降落点误差半径控制在指定范围内，能够适用于无人机精准降落的应用场景，也降低了因背景环境干扰造成不能识别或错误识别问题，有效提高了识别系统的工作可靠性，具有较好的抗干扰能力。
48.参考图3和4，该无人机降落装置包括基体200、图像定位装置300、导向腔体400以及滚动机构500。所述基体200作为支撑部件，用于保证无人机100降落过程中的稳定性以及降落后的稳定性。所述图像定位装置300设置于所述基体200，所述图像定位装置300用于为无人机100提供位置参考点，以便确定无人机100降落的基准位置。所述导向腔体400设置于所述基体200，所述导向腔体400具有导向口410，所述导向腔体400的内壁用于与所述无人机100接触，以引导所述无人机100的底座120进入所述导向腔体200。
49.该滚动机构500设置于所述导向腔体400的下部，所述滚动机构500用于与所述导向腔体400内的无人机100接触，以引导所述无人机100运动至导向腔体400的底部。
50.具体的，当无人机100的底座120从导向口410进入导向腔体400后，以导向腔体400的内壁为滑动轨道，引导无人机100沿着内壁滑向底部，初步达到厘米级误差降落，无人机100的底座120伸入导向腔体400内。当无人机100逐渐接近降落终点(底部)，为了进一步实现无人机100的完全降落，由利用无人机100本身的重力和滚动机构300导向实现毫米级的高精度降落。
51.本实施例中，所述导向腔体400的结构与所述无人机100的底座120相契合。以使无人机100的底座120能够落入导向腔体400内，且通过导向腔体400对无人机100起到一定的支撑作用。所述导向腔体400的结构可以为如图1-3所示的四棱台结构，以适应无人机100的底座120的外形结构，同时为无人机100降落提供轨道，且所述导向腔体400的内径从所述导向口410至所述导向腔体400底部的方向逐渐减小，在所述导向腔体400的内壁上形成降落滑行的坡面。当然，所述导向腔体400的结构也可以为圆柱形结构或者立方体结构，内壁竖直设置，无人机100的底座120与内壁恰好贴合，沿内壁做竖直向下的降落运动。
52.进一步的，本实施例中的坡面为平整的坡面，即整个坡面没有台阶即可实现降落。当然，为了减小滑动时的摩擦力，确保在重力作用下，无人机100能够顺利地完全降落，本实施例中的坡面也可以设置为光滑，还可以设置有一定的粗糙度，减缓无人机100下落的速度和冲力。
53.本实施例中，所述导向腔体400与所述基体200为一体式结构。当然，可以理解的是，所述导向腔体400与所述基体200也可以可拆卸连接，所述导向腔体400作为基体200可拆卸的一个部件，由于导向腔体400为与无人机100接触最多的部件，其磨损相对大于其他部件，将其设置为可拆卸结构，方便对其进行更换和维护，降低成本。
54.本实施例中，参考图5-8，所述导向腔体400内陷于所述基体200设置，所述基体200作为整个装置的支撑部件，所述导向腔体400的底部可以为镂空结构，也可以具有部分地支撑结构。使用时放置于平面上(如地面或者其他装置平面上)。以便于无人机100降落时，本身的冲击力不会影响起降基座400移动，从而避免影响无人机100降落的精度。
55.可以理解的是，为了提高装置的稳定性，所述基体200可以通过地脚螺栓等固定于地面，或者通过螺栓或焊接的方式固定于其他平面上。当然也不限于上述提到的固定连接方式。
56.当然，在其他实施例中，所述导向腔体400设置于所述基体200的上方，所述基体200为设置在导向腔体400底部的支撑结构，为了提高装置的稳定性，围合成所述导向腔体400侧壁具有一定的厚度。
57.具体的，参考图9，所述基体200为稳定的立方体结构，导向腔体400独立于基体200设置且通过基体200支撑。或者，参考图3和4，所述基体200也可以为导向腔体400的底板，在导向腔体400的底部形成支撑结构。
58.本实施例中，所述滚动机构500包括滚轮510，所述导向腔体400的内壁上设有安装槽420，所述滚轮510与所述安装槽420转动连接，如所述滚轮通过转轴与安装槽420转动连接，或者所述安装槽420内设有安装座，所述滚轮510与安装座转动连接，无人机100在重力作用下降落时，带动滚轮510转动，通过相互作用力，使得无人机100进一步降落，引导所述无人机100滑动至与所述导向腔体400底部抵接。为了更好地引导所述无人机100降落，较好的，所述滚轮510转动时的中心轴线水平设置，即转轴需要水平放置。
59.当然，所述滚动机构500也可以为滚动球，滚动球转动设置在安装槽420内，滚动球的一侧内壁上转动连接有转轴，安装槽420的一侧内壁上对称开设有滑槽，且转轴滑动连接于滑槽，转轴的一侧外壁上固定连接有弹簧，且弹簧的一端固定连接于安装槽420的内壁上。无人机100在重力作用向下时，触碰并挤压滚动球，滚动球绕转轴转动并挤压转轴，转轴沿滑槽滑动，并能够引导无人机100降落，此时，弹簧处于被压缩状态。
60.进一步的，当所述导向腔体400为四棱台结构时，此时，所述底座120径向截面为正方形的立体结构，所述滚动机构500设有4个，且均匀设置在四棱台结构的四个侧面上，相对设置的滚动机构500的之间的间距与所述无人机100的底座120径向尺寸一致。
61.本实施例中，为了减小无人机100降落时的冲击力，所述导向口410处设有第一贴合区域430，所述第一贴合区域430上设有第一缓冲部件440，所述基体200的顶部设有第二贴合区域210，所述第二贴合区域210上设有第二缓冲部件220。
62.具体的，所述第一缓冲部件440和第二缓冲部件220均可以由弹性橡胶垫制成。当然，在别的实施例中也可以由多个弹簧组成，利用同一工艺、材料，可以降低生产时的难度，便于标准化生产，降低成本。
63.当然，也可以根据无人机100降落时与各部件之间接触时的冲击力不同，而设置不同的缓冲部件，所述第二缓冲部件220与第一缓冲部件440也可以设置为不同的结构。
64.进一步的，所述第一贴合区域430包括位于所述导向口410四周的四个贴合区域，以图4中导向口410左侧的为左贴合区431，其他对应的为右贴合区432、前贴合区433和后贴合区434，所述左贴合区431、右贴合区432、前贴合区433和后贴合区434具有沿着所述导向口410向内凹陷的弧形，使得所述导向腔体400与无人机100更加贴合。
65.进一步的，所述第一贴合区域430与所述第二贴合区域210圆滑过渡连接。
66.本实施例中，所述图像定位装置300设置于所述基体200的中心；所述图像定位装置300为靶标，所述靶标可以为带有显著色彩图案的靶标结构，便于区分以及获取其图像。可以理解的是，所述靶标设置在导向腔体400的中心位置处，便于无人机100在导向腔体400的中心范围内定位降落。
67.此时，相应的所述无人机100上应该设有摄像头130和定位器140，所述摄像头130用于获取基体200中心位置处的靶标的图像，根据拍摄到的图像和定位器140对无人机当前高度解算出的信息(包括无人机的位置和垂直高度)来控制无人机100调整其位置和角度，当无人机100到达目标降落点的预设指定位置及高度(设定可以下降的位置和高度)时，并且摄像头130和在一个拍摄周期内拍摄得到靶标的图像，根据拍摄到的图像和定位器140对无人机100当前高度解算出的信息来控制无人机100到达降落装置靶标中心上空并开始下降。但是，当无人机100自预设高度下降到指定高度(指定的距离降落装置一定高度的位置)，即无人机100到达中心处范围，继续下降过程中，则是通过本实施例中的结构引导降落装置实现无人机100的精准降落。
68.在其他实施例中，所述图像定位装置300也可以为摄像头，相应的，所述无人机100上设有靶标和定位器140，与上述原理相同，依据获取的靶标图像和定位器140监测的位置信息控制无人机100降落，在此，不进行赘述。
69.进一步的，所述定位器140可以为激光雷达，测量的精度高，便于准确获取无人机100和降落装置的准确位置信息，以实现无人机100的精准降落。当然，在其他实施例中，所述定位器140也可以是超声定位器，通过发射的超声波和反射接收到超声波的时间计算无人机100的位置和高度。
70.本实施例中，所述靶标为红外信标，该红外信标可以发射出红外光源，当无人机100到达目标降落点的预设指定位置及高度时，并且摄像头130(或相机)在一个拍摄周期内拍摄得到红外光源处于点亮状态的图像，根据拍摄到的图像和定位器140(如激光雷达)对
无人机100当前高度解算出的信息来控制无人机100到达导向腔体400的红外光源中心上空并开始下降。
71.另一方面的，一种实施例中提供一种基于结构引导的无人机降落系统，包括基体200；靶标，所述靶标设置于所述基体200，所述靶标用于为无人机100提供位置参考点；导向腔体400，所述导向腔体400设置于所述基体200，所述导向腔体400具有导向口410，所述导向腔体400的内壁用于与所述无人机100接触，以引导所述无人机100的底座120进入所述导向腔体400；无人机100，所述无人机100包括无人机机体110和底座120，所述底座120设置在所述无人机机体110的底部，所述底座120的底端设有摄像头130和定位器140，所述摄像头130用于获取靶标的图像；无人机100降落时，所述无人机100的底座120从所述导向口410进入所述导向腔体400，且与所述导向腔体400的内壁接触，以将无人机100至少部分地滑动导向至导向腔体400内；以及滚动机构500，以引导所述无人机100运动至导向腔体400的底部，如图10所示。
72.本实施例中，该滚动机构500设置在所述导向腔体400的下部。当然，在其他实施例中，也可以选择性地将所述滚动机构500设置在所述底座120的侧面，沿内壁滑动，即至少有两种可实施方案，一种是在导向腔体400的内壁上、底座120侧面上设有均设有滚动机构500，另一种是在底座120的侧面设有滚动机构500。导向腔体400内壁上的滚动机构300与导向腔体400配合，或者导向腔体400内壁上滚动机构500、导向腔体400、底座120上的滚动机构500相互配合，实现无人机100的精准降落。
73.以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。