本發(fā)明涉及旋翼無人機技術領域，具體涉及一種旋翼無人機的自動輔助降落系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術：

旋翼無人機以其高靈活性和較低的起降條件要求在民用和軍事領域得到廣泛的發(fā)展和應用。經(jīng)典的旋翼機無人機，例如多旋翼無人機、單旋翼無人直升機和共軸對轉無人直升機在解決環(huán)境監(jiān)控、海上污染監(jiān)視、地理信息收集等方面扮演著重要的作用。即便在自動飛行控制系統(tǒng)越來越成熟的今天，該類無人機在復雜條件下的起飛與降落依然制約著其在更廣泛的領域運用。

在一些復雜條件下，例如海面移動平臺、顛簸移動的地面平臺上起飛降落，對該類無人機的飛行控制系統(tǒng)和控制人員仍然是嚴峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，該類無人機在自動或是人工操作降落的時候，主要基于人工的視覺或是無人機上簡單的傳感器來控制平衡，目前尚無一套完整而有效的解決方案。在非穩(wěn)定的操作環(huán)境下，人的視線和單一的傳感器很容易受到干擾，同時在降落的最后階段，在地效和外部干擾的共同作用下，無人旋翼機很容易發(fā)生傾覆，輕則槳葉損毀，重則對電機和搭載的重要儀器設備造成損壞。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種旋翼無人機的自動輔助降落系統(tǒng)及其控制方法，其適用范圍廣，成本低，可輔助旋翼無人機在復雜條件下自動平穩(wěn)降落和回收。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

旋翼無人機的自動輔助降落系統(tǒng)，由地面降落基站和降落輔助吊艙組成；

所述地面降落基站包括主體框架、直流電源模塊、控制模塊、工作平臺、GPS/無線通信天線、高功率定位燈及金屬著陸網(wǎng)；所述直流電源模塊和控制模塊均設置在主體框架內(nèi)，所述工作平臺安裝在主體框架上，金屬著陸網(wǎng)設置在工作平臺中間，工作平臺兩側分別側向延伸出一懸臂，每個懸臂上均設有一高功率定位燈和一GPS/無線通信天線，所述控制模塊、高功率定位燈及GPS/無線通信天線均與直流電源模塊連接，控制模塊還與高功率定位燈及GPS/無線通信天線連接；

所述降落輔助吊艙包括外殼、透明整流罩、前視攝像模塊、超聲波測距攝像集成模塊、微處理模塊、電源模塊、錨點、固定單元及GPS/無線通信模塊，所述微處理模塊內(nèi)置路徑算法，該路徑算法可根據(jù)兩地的GPS位置信息或燈光信號生成飛行路徑；所述透明整流罩對接在外殼的前端；所述前視攝像模塊設置在透明整流罩內(nèi)，所述超聲波測距攝像集成模塊、微處理模塊、電源模塊及固定單元均位于外殼內(nèi)；外殼底部開設一測距窗口和固定窗口，所述超聲波測距攝像集成模塊由相互連接的超聲波測距雷達和對地攝像頭組成，該對地攝像頭朝下設置在測距窗口處；所述固定單元包括若干個可從固定窗口伸出的固定伸縮抓；所述外殼頂部設有用于與無人機飛行控制芯片通信的通信接口，上述外殼頂部還設置若干個用于將降落輔助吊艙固定在無人機底部的錨點，所述GPS/無線通信模塊固定于外殼后端；

所述前視攝像模塊、微處理模塊、固定單元及GPS/無線通信模塊均與電源模塊連接，所述微處理模塊還與前視攝像模塊、固定單元及GPS/無線通信模塊分別連接；所述地面降落基站與降落輔助吊艙的GPS/無線通信模塊均用于GPS信號接收及無線信號收發(fā)。

所述地面降落基站的主體框架呈圓形，工作平臺則為圓環(huán)形，工作平臺以主體框架的圓形邊為軌道可旋轉地設置在主體框架上，所述金屬著陸網(wǎng)也可以隨工作平臺旋轉。

所述地面降落基站還包括設置在主體框架內(nèi)的直流電機和變速控制機構，該直流電機與變速控制機構均與直流電源模塊連接，變速控制機構還與控制模塊連接，所述直流電機的輸出軸朝上設置，且該輸出軸與工作平臺連接以驅(qū)動工作平臺旋轉。

所述前視攝像模塊由云臺及安裝在云臺上的廣角高清攝像頭組成，該云臺及廣角高清攝像頭均設置在透明整流罩內(nèi)，且云臺和廣角高清攝像頭分別與微處理模塊連接。

所述固定單元內(nèi)設有三個固定伸縮抓。

所述降落輔助吊艙的外殼為輕質(zhì)外殼。

所述降落輔助吊艙的外殼頂部設置4個錨點。

上述旋翼無人機的自動輔助降落系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟一、旋翼無人機向降落輔助吊艙發(fā)送降落請求；

步驟二、降落輔助吊艙的微處理模塊通過其通信接口接收降落請求，微處理模塊控制其GPS/無線通信模塊將待降落的旋翼無人機的信息和其所在的GPS位置信息以加密編碼的方式發(fā)送出去；

步驟三、地面降落基站通過其GPS/無線通信模塊接收到待降落的旋翼無人機的降落信息后，再通過GPS/無線通信模塊以加密方式將確認信息和地面降落基站的GPS位置信息發(fā)送給旋翼無人機；

步驟四、降落輔助吊艙的微處理模塊接收到降落的確認信息后和GPS位置信息后，執(zhí)行內(nèi)置路徑算法，生成飛行路徑，微處理模塊不斷與旋翼無人機的飛行控制芯片進行通信，將實時更新的飛行路徑發(fā)送至飛行控制芯片，以引導旋翼無人機朝地面降落基站方向飛行；

步驟五、地面降落基站的控制模塊控制工作平臺上高功率定位燈的朝向，使其對準旋翼無人機到來的方向，同時控制模塊控制GPS/無線通信模塊不斷和降落輔助吊艙的GPS/無線通信模塊通訊，時刻更新雙方的GPS位置信息；

步驟六、地面降落基站與旋翼無人機的距離接近到高功率定位燈的工作范圍時，地面降落基站的控制模塊控制開啟高功率定位燈，并驅(qū)動其對準旋翼無人機，高功率定位燈發(fā)出燈光定位信號，同時降落輔助吊艙的前視攝像模塊開始工作，搜索定位燈發(fā)出的燈光信號，前視攝像模塊搜索到燈光信號后將該信號發(fā)送至降落輔助吊艙的微處理模塊，微處理模塊解算燈光信號，以修正飛行路徑；

步驟七、旋翼無人機到達地面降落基站上方預定的位置后，降落輔助吊艙的超聲波測距攝像集成模塊開始工作，引導旋翼無人機鎖定地面降落基站的位置并不斷降低高度；

步驟八、當降落輔助吊艙和地面降落基站的相對高度達到預設值的時候，降落輔助吊艙微處理模塊控制固定單元伸出固定伸縮爪，固定伸縮爪勾住工作平臺的中間的金屬著陸網(wǎng)進行著陸；

步驟九、旋翼無人機著陸完成后，微處理模塊向固定單元發(fā)送回收指令，降落輔助吊艙的固定伸縮抓自動收起。

采用上述方案后，本發(fā)明有益效果為：實現(xiàn)了在復雜環(huán)境下旋翼無人機自動降落和回收，減少了旋翼無人機的應用難度，拓展了旋翼無人機的使用環(huán)境條件；本發(fā)明的地面降落基站與降落輔助吊艙皆可以靈活的布置在多種旋翼無人機應用場景，不僅應用范圍廣，而且不需要對原有設備做過多的改造，減少了使用成本。

以下結合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明降落輔助吊艙位位于地面降落基站的示意圖；

圖2是本發(fā)明地面降落基站的立體結構分解圖；

圖3是本發(fā)明降落輔助吊艙的立體結構分解圖；

圖4是本發(fā)明地面降落基站的整體示意圖；

圖5是本發(fā)明降落輔助吊艙的整體示意圖；

圖6是攜帶降落輔助吊艙的旋翼無人機降落在地面降落基站的過程示意圖。

標號說明

地面降落基站1，主體框架11，直流電源模塊12，控制模塊13，工作平臺14，懸臂141，GPS/無線通信天線15，高功率定位燈16，金屬著陸網(wǎng)17，直流電機18和變速控制機構19，降落輔助吊艙2，外殼，21測距窗口211，固定窗口212，通信接口213，透明整流罩22，前視攝像模塊23，云臺231，廣角高清攝像頭232，超聲波測距攝像集成模塊24，超聲波測距雷達241，對地攝像頭242，微處理模塊25，電源模塊26，錨點27，固定單元28，固定伸縮抓281，GPS/無線通信模塊29，旋翼無人機3。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明揭示的旋翼無人機的自動輔助降落系統(tǒng)，由地面降落基站1和降落輔助吊艙2組成；

如圖2和4所示，地面降落基站1包括主體框架11、直流電源模塊12、控制模塊13、工作平臺14、GPS/無線通信天線15、高功率定位燈16及金屬著陸網(wǎng)17；主體框架11可采用半埋式的框架，直流電源模塊12和控制模塊13均設置在主體框架11內(nèi)，工作平臺14安裝在主體框架11上，金屬著陸網(wǎng)17設置在工作平臺14中間，工作平臺14兩側分別側向延伸出一懸臂141，每個懸臂141上均設有一高功率定位燈16和一GPS/無線通信天線15，地面降落基站1的控制模塊13、高功率定位燈16及GPS/無線通信天線15均與直流電源模塊12連接，控制模塊13還與高功率定位燈16及GPS/無線通信天線15連接；地面降落基站1還包括設置在主體框架11內(nèi)的直流電機18和變速控制機構19，該直流電機18與變速控制機構19均與直流電源模塊12連接，變速控制機構19還與控制模塊13連接，直流電機的輸出軸朝上設置，且該輸出軸與工作平臺14連接以驅(qū)動工作平臺14旋轉。

如圖3和5所示，降落輔助吊艙2包括外殼21、透明整流罩22、前視攝像模塊23、超聲波測距攝像集成模塊24、微處理模塊25、電源模塊26、錨點27、固定單元28及GPS/無線通信模塊29，微處理模塊25內(nèi)置路徑算法，該路徑算法可根據(jù)兩地的GPS位置信息或燈光信號生成飛行路徑；透明整流罩22對接在外殼21的前端；前視攝像模塊23設置在透明整流罩內(nèi)，前視攝像模塊23由云臺231及安裝在云臺231上的廣角高清攝像頭232組成，該云臺231及廣角高清攝像頭232均設置在透明整流罩22內(nèi)，且云臺231和廣角高清攝像頭232分別與微處理模塊25連接；超聲波測距攝像集成模塊24、微處理模塊25、電源模塊26及固定單元28均位于外殼21內(nèi)；外殼21底部開設一測距窗口211和固定窗口212，超聲波測距攝像集成模塊24由相互連接的超聲波測距雷達241和對地攝像頭242組成，該對地攝像頭242朝下設置在測距窗口211處；固定單元28包括若干個可從固定窗口212伸出的固定伸縮抓281，本實施例的固定單元28內(nèi)設有三個固定伸縮抓281，通過三角布設三個固定伸縮抓281是旋翼無人機更平穩(wěn)地著陸；外殼21頂部設有用于與無人機飛行控制芯片通信的通信接口213，該通信接口213連接微處理模塊25，上述外殼21頂部還設置若干個用于將降落輔助吊艙2固定在無人機底部的錨點27，GPS/無線通信模塊29固定于外殼21后端；采用上述結構后，本發(fā)明的降落輔助吊艙2使用時，通過錨點27定位在無人機的底部實現(xiàn)與無人機同步飛行，通過信號線從降落輔助吊艙2的通信接口連接至無人機的飛行控制芯片，實現(xiàn)與旋翼無人機3的通信。

前視攝像模塊23、微處理模塊25、固定單元28及GPS/無線通信模塊29均與電源模塊26連接，微處理模塊25還與前視攝像模塊23、固定單元28及GPS/無線通信模塊29分別連接，以通過微處理模塊25控制其他模塊的工作；地面降落基站1與降落輔助吊艙2的GPS/無線通信模塊15、29均用于GPS信號接收及無線信號收發(fā)。

本實施例中，地面降落基站1的主體框架11呈圓形，工作平臺14則為圓環(huán)形，工作平臺14以主體框架11的圓形邊為軌道可旋轉地設置在主體框架11上，金屬著陸網(wǎng)17也可以隨工作平臺14旋轉，這樣便可方便的調(diào)整工作平臺14兩側的高功率定位燈16的朝向。

為了進一步減少旋翼無人機的載重，降落輔助吊艙2的外殼21為輕質(zhì)外殼。

為了更好的爆炸旋翼無人機受力平衡，降落輔助吊艙2的外殼21頂部設置4個錨點27。

如圖6所示，上述旋翼無人機的自動輔助降落系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟一、旋翼無人機3向降落輔助吊艙2發(fā)送降落請求；

步驟二、降落輔助吊艙2的微處理模塊25通過其通信接口213接收降落請求，微處理模塊25控制其GPS/無線通信模塊29將待降落的旋翼無人機的信息和其所在的GPS位置信息以加密編碼的方式發(fā)送出去；

步驟三、地面降落基站1通過其GPS/無線通信模塊15接收到待降落的旋翼無人機的降落信息后，再通過GPS/無線通信模塊15以加密方式將確認信息和地面降落基站1的GPS位置信息發(fā)送給旋翼無人機3；

步驟四、降落輔助吊艙2的微處理模塊25接收到降落的確認信息后和GPS位置信息后，執(zhí)行內(nèi)置路徑算法，生成飛行路徑，微處理模塊25不斷與旋翼無人機3的飛行控制芯片進行通信，將實時更新的飛行路徑發(fā)送至飛行控制芯片，以引導旋翼無人機3朝地面降落基站方向飛行；

步驟五、地面降落基站1的控制模塊13控制工作平臺14上高功率定位燈16的朝向，使其對準旋翼無人機3到來的方向，同時控制模塊13控制GPS/無線通信模塊15不斷和降落輔助吊艙2的GPS/無線通信模塊29通訊，時刻更新雙方的GPS位置信息；

步驟六、地面降落基站1與旋翼無人機3的距離接近到高功率定位燈16的工作范圍時，地面降落基站1的控制模塊13控制開啟高功率定位燈16，并驅(qū)動其對準旋翼無人機3，高功率定位燈16發(fā)出燈光定位信號，同時降落輔助吊艙的前視攝像模塊23開始工作，搜索定位燈發(fā)出的燈光信號，前視攝像模塊23搜索到燈光信號后將該信號發(fā)送至降落輔助吊艙的微處理模塊25，微處理模塊25解算燈光信號，以修正飛行路徑；

步驟七、旋翼無人機3到達地面降落基站1上方預定的位置后，降落輔助吊艙2的超聲波測距攝像集成模塊24開始工作，引導旋翼無人機3鎖定地面降落基站的位置并不斷降低高度；

步驟八、當降落輔助吊艙2和地面降落基站1的相對高度達到預設值的時候，降落輔助吊艙2微處理模塊25控制固定單元28伸出其固定伸縮爪28，固定伸縮爪28勾住工作平臺14的中間的金屬著陸網(wǎng)17進行著陸；

步驟九、旋翼無人機3著陸完成后，微處理模塊13向固定單元28發(fā)送回收指令，降落輔助吊艙2的固定伸縮爪自動收起。

以上僅為本發(fā)明的具體實施例，并非對本發(fā)明的保護范圍的限定。凡依本案的設計思路所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。