一种无人机锚定降落辅助装置的制作方法

本实用新型属于无人机降落停靠技术领域，尤其涉及一种无人机锚定降落辅助装置。

背景技术：

无人机在户外进行自动停靠时，往往可能遇到大风天气，使得无人机难以落在指定停靠地点，目前无人机的降落方式可归纳为伞降降落、起落架滑跑着陆、拦阻网降落等类型。有些无人机采用非整机回收，这种情况通常是回收任务设备舱，飞机其他部分不回收。而伞降方式降落风险高，降落点不可控制，容易对无人机造成安全隐患，抗风性能低，需要的降落空间大，且回收降落伞需要比较繁琐的工作；拦阻网降落方式需要提前布置阻网，工作量大，且空间大，下降方式比较暴力，机翼容易被网绕住，容易烧坏电机；而起落架滑跑着陆需要固定的跑道，对飞机的着落准确性要求大，容易对机身造成伤害。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种无人机锚定降落辅助装置，本实用新型的降落辅助装置能使无人机通过依靠收放线的作用下安稳、平缓的下降，且降落的位置准确，停机坪易移动，可适应复杂地形。为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术效果：

根据本发实用新型的一个方面，提供了一种无人机锚定降落辅助装置，包括安装在停机坪上的停机控制端和安装在无人机上的无人机降落控制端，所述无人机降落控制端与所述停机控制端进行无线通信连接，所述无人机降落控制端包括飞行控制器、激光测距传感器、电机驱动电路、放线电机、铁块和飞行端通信模块，所述激光测距传感器的数据输出端和飞行端通信模块的通信端分别与所述飞行控制器连接，所述飞行控制器的控制输出端通过所述电机驱动电路与所述放线电机连接，所述放线电机的输出轴上设置有收线轮，在收线轮上盘绕有绳索，所述铁块通过绳索悬挂在无人机的下方。

上述方案进一步优选的，在放线电机的输出轴上还设置有电机编码器，所述电机编码器的检测输出端通过缓冲驱动器与所述飞行控制器进行连接。

上述方案进一步优选的，所述停机控制端包括支撑板、磁铁盘、压力传感器、停机控制器和停机端通信模块，所述停机坪上设置所述支撑板，在支撑板上依次固定所述压力传感器和磁铁盘，该压力传感器的检测输出端与停机控制器进行连接，所述停机端控制器通过停机端通信模块、飞行端通信模块与所述飞行控制器进行通信连接。

上述方案进一步优选的，在激光测距传感器的数据输出端设置有激光测距放大电路，所述激光测距传感器的数据输出端通过激光测距放大电路与所述飞行控制器连接。

上述方案进一步优选的，所述激光测距放大电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c1、电容c2和运算放大器u1，所述激光测距传感器的数据输出端与电阻r1的一端连接，该电阻r1的另一端分别与电阻r2的一端、电容c1的一端、电容c2的一端连接，所述电阻r2的另一端与所述运算放大器u1的负极输入端连接，该运算放大器u1的输出端分别与电阻r4的一端和电阻r5的一端连接，所述电阻r4的另一端分别与运算放大器u1的正极输入端和电阻r3的一端连接，所述电阻r5的另一端与所述飞行控制器连接，所述电容c1的另一端、电容c2的另一端和电阻r3的另一端分别与地连接。

上述方案进一步优选的，所述停机端通信模块和飞行端通信模块为蓝牙通信模块或wifi通信模块。

上述方案进一步优选的，在所述磁铁盘周围的停机坪上设置有反光涂层。

综上所述，由于本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

(1)、实现了无人机平稳安全、快速准确的降落，保证了无人机降落位置的准确性的同时，加快了无人机的降落速度，减少了无人机降落过程中的干扰，提高了降落的安全性和可靠性，避免了大风天气控制平衡而出现的旋翼机倾覆而无法降落的缺陷。

(2)、本实用新型能够自动检测无人机上的铁块是否已经与停机坪上的磁铁吸附上，反馈给飞行控制器并发出放线指令，并同时根据激光测距准确的测出无人机与停机坪的距离，自动完成无人机下降时的放线与收线，此降落方式能够增加在强风作用下的下降时飞机的安全性，让无人机在强风下依靠线的作用下安稳、平缓的下降，且降落的位置准确，停机坪易移动，可适应复杂地形。

附图说明

图1是本实用新型的一种无人机锚定降落辅助装置的降落效果图；

图2是本实用新型的一种无人机锚定降落辅助装置的控制原理图；

图3是本实用新型的激光测距放大电路的原理图；

图4是本实用新型的电机编码器的控制原理图；

图5是本实用新型的电机驱动电路的控制原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

如图1和图2所示，根据本实用新型的一个方面，提供一种无人机锚定降落辅助装置，包括安装在停机坪1上的停机控制端10和安装在无人机2上的无人机降落控制端20，所述无人机降落控制端20与所述停机控制端10进行无线通信连接，所述无人机降落控制端20包括飞行控制器21、激光测距传感器22、电机驱动电路23、放线电机24、铁块25和飞行端通信模块26，所述激光测距传感器22的数据输出端和飞行端通信模块26的通信端分别与所述飞行控制器21连接，所述飞行控制器21的控制输出端通过所述电机驱动电路23与所述放线电机24连接，电机驱动电路23采用h桥驱动电路进行控制所述放线电机24，h桥驱动电路采用一对大功率pnp三极管q2、q4以及一对大功率npn三极管q1、q3的导通，控制流入放线电机24的电流方向。以实现直流电动机的正反转。当流经电阻r10和电阻r11的电平为高电平，电阻r12和电阻r13为低电平时，三极管q1、q4导通，电流从右(三极管q4)流过放线电机24到左(三极管q1)，当流经电阻r10和电阻r11的电平为低电平，电阻r12和电阻r13为高电平时，三极管q2、q3导通，电流从左(三极管q2)流过放线电机24到右(三极管q3)，同时为高或同时为低时放线电机24停止，通过改变流过放线电机24的电流方向可以实现直流电机的正反转。

所述放线电机24的输出轴上设置有收线轮240，在收线轮240上盘绕有绳索241，所述铁块25通过绳索241悬挂在无人机2的下方，所述停机控制端10包括支撑板11、磁铁盘12、压力传感器13、停机控制器14和停机端通信模块15，所述停机坪1上设置所述支撑板11，在支撑板11上依次固定所述压力传感器13和磁铁盘12，该压力传感器13的检测输出端与停机控制器14进行连接，压力传感器13进行检测铁块25是否与所述磁铁盘12接触，从而使磁铁盘12的压力增加而挤压所述压力传感器13，压力传感器13并输出压力开关电信号送入至停机控制器14进行判断处理，从而将铁块25与所述磁铁盘12的接触信号依次通过停机端通信模块15、飞行端通信模块26发送至飞行控制器21，通过简单的磁铁与金属吸附原理，以此来给飞行控制器21一个反馈信号，并以配合激光测距传感器22使停机端控制器14控制放线电机24能够转动与停止，并将无人机2降落停靠在停机坪1的精准的位置上；所述停机端控制器14通过停机端通信模块15、飞行端通信模块26与所述飞行控制器21进行通信连接，所述停机端通信模块15和飞行端通信模块26为蓝牙通信模块或wifi通信模块，在所述磁铁盘12周围的停机坪1上设置有反光涂层16。

如图3所示，所述激光测距放大电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c1、电容c2和运算放大器u1，所述激光测距传感器22的数据输出端与电阻r1的一端连接，该电阻r1的另一端分别与电阻r2的一端、电容c1的一端、电容c2的一端连接，所述电阻r2的另一端与所述运算放大器u1的负极输入端连接，该运算放大器u1的输出端分别与电阻r4的一端和电阻r5的一端连接，所述电阻r4的另一端分别与运算放大器u1的正极输入端和电阻r3的一端连接，所述电阻r5的另一端与所述飞行控制器21连接，所述电容c1的另一端、电容c2的另一端和电阻r3的另一端分别与地连接，从而使激光测距传感器22接收到信号更稳定，测出无人机到停机坪的距离更准确；所述激光测距传感器22包括激光发射部件和激光接收部件，激光发射部件用以发射脉冲激光至停机坪1或者照射到反光涂层16(该反光涂层用于辅助反射激光信号)，激光接收部件用以接收停机坪1或反光涂层16反射回来的脉冲激光信号，所述飞行控制器21获取脉冲激光发射和返回的时间差得到无人机上的铁块25与磁铁盘12目标之间的距离，通过激光测距传感器22感测与停机坪1距离，在停降时，在合适距离通过飞行控制器21启动放线电机24进行放线或收线操作，以对铁块25的升降操作，所述飞行控制器21控制放线电机24往停机坪方向下放铁块25，当铁块25到达停机坪1附近时自动被停机坪1上的电磁铁盘12吸附上，然后无人机2一边下降，所述激光测距传感器22感测与停机坪1距离，根据高度距离一边通过放线电机24进行绳索241，从而确保绳索241的拉力并使无人机的可靠下降。

在本实用新型中，如图4所示，在放线电机24的输出轴上还设置有电机编码器25，所述电机编码器25的检测输出端通过缓冲驱动器250与所述飞行控制器21进行连接，所述缓冲驱动器250采用cd4010芯片；在激光测距传感器22的数据输出端设置有激光测距放大电路，所述激光测距传感器22的数据输出端通过激光测距放大电路与所述飞行控制器21连接，所述停机控制器14和飞行控制器21分别采用stm32f103zet6单片机作为核心控制器，通过stm32f103zet6单片机输出脉冲驱动放线电机24转动，且通过电机编码器25实时反馈放线电机24的转动情况，电机编码器25并输出两组信号(第一组cu1和第二cu2)时，每组信号由a相、b相两相信号组成，a相、b相两相信号的相位间差(相位差)为相互延迟1/4脉冲周期，根据a相、b相两组信号通断的先后顺序，判断反馈放线电机24的旋转方向(信号递增或递减)通过飞行控制器21控制放线电机24转动的圈数，从而形成一个闭环的电机控制系统对放线电机24进行控制，进行放线或收线(绳索241)操作，使无人机下降过程中更加稳定。在飞行控制器21飞行到停机坪1上方时，通过激光测距传感器22实时测出飞行控制器21到停机坪14的距离(也即无人机2到停机坪14的距离)。通过对距离的判定飞行控制器21通过电机驱动电路23驱动放线电机24工作，再运用电机编码器25准确检测出放线电机24转动的圈数，使铁块26能准确的触碰到停机坪1上的电磁铁12，触碰到停机坪1上的电磁铁12之后，停机端控制器14通过压力传感器13测出停机坪1上压力的改变，以此来确认铁块是否已经触碰到停机坪1上的电磁铁12，停机端控制器14再次通过停机端通信模块15发送触碰信息给飞行端通信模块27，飞行控制器21通过飞行端通信模块27接收到铁块26已经触碰到电磁铁12之后，从而对放线电机24进行收线控制，通过激光测距传感器22辅助测距，使无人机2安全平稳的借助电磁铁12的磁力顺利降落，最终完成锚定降落的效果。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。