阅读说明：本技术 一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落装置与方法 (Cone type telescopic multi-shaft rotor unmanned aerial vehicle landing assisting device and method ) 是由 李东旭 范学领 蒋昊南 李辉 周靖淦 黄隆宁 于 2020-06-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落装置与方法。该装置包括降落锥、降落锥外壁、平行四边形缩放杆组、推缸、推杆、对称布置滑块的滑轨、气流导出流孔、无人机中心协助降落套筒、无人机功能下层、无人机控制系统上层、无人机降落缓冲气缸和无人机降落推杆和降落平台。该装置通过利用多轴旋翼飞行在距地面较远时地面效应较弱,易于控制的特点。该方法通过机械助降装置解决多轴旋翼飞行器由于近地时,旋翼地面效应强,高精度降落速度慢、难度高的问题。(The invention provides a conical telescopic multi-shaft rotor unmanned aerial vehicle landing assisting device and method. The device includes descending awl, descending awl outer wall, parallelogram pole group of zooming, pushes away jar, push rod, symmetrical arrangement slider's slide rail, air current derivation discharge orifice, unmanned aerial vehicle center assistance descending sleeve, unmanned aerial vehicle function lower floor, unmanned aerial vehicle control system upper strata, unmanned aerial vehicle descending buffer cylinder and unmanned aerial vehicle descending push rod and descending platform. The device is through utilizing multiaxis rotor flight to be far away from ground surface effect weak, the characteristics of easy control. The method solves the problems of strong ground effect, low high-precision landing speed and high difficulty of the rotor wing of the multi-shaft rotor wing aircraft due to the fact that the multi-shaft rotor wing aircraft is close to the ground through the mechanical landing assisting device.)

一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落装置与方法

技术领域

本发明属于无人机领域，具体涉及一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落装置与方法，从而降低无人机在降落时自动化策略的复杂与不可靠度，为多轴旋翼无人机在高速移动平台上快速准确降落提供方案。

背景技术

无人机被广泛地应用于航空测绘、资源运输、预警安保等领域。现代电子商务的发展，使得物流行业的运输压力增加。由于地球中空域范围大、无人机运载潜能高、无人机运输速度快等优点，采用无人机完成物流任务成为主流的解决方案之一，拥有大量的需求。多轴旋翼无人机具有良好地飞行与降落稳定性和可操作性，被认为时目前最有前景的物流运输方式之一。当前无人机室外定位大多采用全球定位系统和惯性组合导航，室内定位多采用光流传感器、计算机项目视觉、超声波测距、无线电三坐标定位等方式完成无人机的导航任务。无人机在距离降落平台较近时，考虑到：未来降落平台的高速运动、降落平台的倾斜与抖动、无人机复杂的地面效应、降落环境的恶劣电磁环境、偶然的干扰因素，无人机降落速度将会放缓，便于复杂的控制算法的执行与实施。四旋翼无人机在近地降落、导航与控制时，将采用光流传感器、超声波传感器、二维码图像识别、SLAM地图等测绘手段完成末端辅助定位降落。因此在经典的无人机降落自动化任务中，控制算法复杂、控制任务艰巨、降落步骤缓慢等问题将会显著影响无人机的自动化任务效率与健壮性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足与空白，提供了一种无人机辅助降落策略与方法，为无人机在复杂环境下，在高速移动的平台上高速降落提供解决策略，进而提高多轴旋翼无人机降落的效率、降落的精度、降落任务的可靠性，在未来无人机多架次、高频率的起降应用场景中，对无人机运载与调度效率的提升具有重要的意义。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落装置，该降落装置包括降落锥、平行四边形缩放杆组、推缸、推杆、对称布置滑块的滑轨和降落平台；其中，

多轴旋翼无人机由自上而下设置的人机控制系统上层和无人机功能下层连接而成，其中心处设置有与降落锥存在形位限制关系的无人机中心协助降落套筒，多轴旋翼无人机的每轴旋翼的下方均设置有无人机降落缓冲气缸和一端套装在无人机降落缓冲气缸内的无人机降落推杆，无人机降落推杆的另一端为自由端，并且朝下设置；

多个对称布置滑块的滑轨均匀布置在降落锥底部周向，且降落锥外壁与对称布置滑块的滑轨铰接，平行四边形缩放杆组、推缸和推杆均布置在降落锥内，平行四边形缩放杆组的顶部与降落锥的顶部铰接，底部与推杆的一端连接，推杆的另一端套装在推缸内，推缸与对称布置滑块的滑轨铰接。

本发明进一步的改进在于，无人机降落推杆与无人机降落缓冲气缸为滑动运动副连接。

本发明进一步的改进在于，推杆与推缸为滑动运动副连接。

本发明进一步的改进在于，降落平台上均匀开设有若干气体导流孔。

一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落方法，其特征在于，该方法基于上述一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落装置，包括以下步骤：

步骤一、多轴旋翼无人机降落在降落装置上方高度H处，H为多轴旋翼无人机飞行高度不会显著产生近地效应的高度，此时，多轴旋翼无人机在空中的横向误差为X1，纵向误差为Y1，高度误差为Z1；

步骤二、多轴旋翼无人机在高度H处定位在降落锥的正上方，且缓缓下降；由于降落锥与多轴旋翼无人机上的无人机中心协助降落套筒存在形位限制关系，多轴旋翼无人机将缓缓修正所在位置；

步骤三、多轴旋翼无人机在降落的过程中，平台的气流导出流孔起到辅助降低旋翼的地面效应的作用，多轴旋翼无人机降落脚的无人机降落缓冲气缸触地完成降落；

步骤四、多轴旋翼无人机降落完毕后，推缸受控制收缩，带动平行四边形缩放杆组(3)收缩折叠，降落锥下降折叠。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落装置，该装置通过利用多轴旋翼无人机飞行在距地面较远时地面效应较弱，易于控制的特点。通过机械助降装置解决多轴旋翼无人机由于近地时，旋翼地面效应强，高精度降落速度慢、难度高的问题。

本发明提供的一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落方法，首先使无人机飞接近降落平台时与降落平台保持相对静止。利用距离降落平台垂直较远时候飞行器具有较低的近地效应位置波动较容易控制的特点，主动通过平行四边形缩放杆组，将降落锥伸出。飞行器通过其结构上的无人机中心协助降落套筒与降落锥对齐。随后四边形缩放杆组收回，降落锥落下，无人机随着降落锥一起快速降落。

附图说明

图1为本发明一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落装置的示意图。

附图标记说明：

1、降落锥，2、降落锥外壁，3，平行四边形缩放杆组，4、推缸，5、推杆，6、对称布置滑块的滑轨，7、气流导出流孔，8、无人机中心协助降落套筒，9、无人机功能下层，10、无人机控制系统上层，11、无人机降落缓冲气缸，12、无人机降落推杆、13、降落平台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做出进一步的说明。

如图1所示，本发明提供的一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落装置，包括降落锥1、降落锥外壁2、平行四边形缩放杆组3、推缸4、推杆5、对称布置滑块的滑轨6、气流导出流孔7、无人机中心协助降落套筒8、无人机功能下层9、无人机控制系统上层10、无人机降落缓冲气缸11和无人机降落推杆12和降落平台13。

其中，多轴旋翼无人机由自上而下设置的人机控制系统上层10和无人机功能下层9连接而成，其中心处设置有与降落锥1存在形位限制关系的无人机中心协助降落套筒8，多轴旋翼无人机的每轴旋翼的下方均设置有无人机降落缓冲气缸11和一端套装在无人机降落缓冲气缸11内的无人机降落推杆12，无人机降落推杆12的另一端为自由端，并且朝下设置；多个对称布置滑块的滑轨6均匀布置在降落锥1底部周向，且降落锥外壁2与对称布置滑块的滑轨6铰接，平行四边形缩放杆组3、推缸4和推杆5均布置在降落锥1内，平行四边形缩放杆组3的顶部与降落锥1的顶部铰接，底部与推杆5的一端连接，推杆5的另一端套装在推缸4内，推缸4与对称布置滑块的滑轨6铰接。

优选的，无人机降落推杆12与无人机降落缓冲气缸11为滑动运动副连接。推杆5与推缸4为滑动运动副连接。降落平台13上均匀开设有若干气体导流孔7。

为了对本发明进一步的了解，现对本发明提供的一种锥式伸缩多轴旋翼无人机助降落方法，说明如下：

实验时：

步骤一、多轴旋翼无人机降落在降落装置上方高度H处，H为多轴旋翼无人机飞行高度不会显著产生近地效应的高度。此时，多轴旋翼无人机在空中的横向误差为X1，纵向误差为Y1，高度误差为Z1。

步骤二、多轴旋翼无人机在高度H处定位在降落锥1的正上方，且缓缓下降。由于降落锥1与多轴旋翼无人机上的无人机中心协助降落套筒8存在形位限制关系，多轴旋翼无人机将缓缓修正所在位置。

步骤三、多轴旋翼无人机在降落的过程中，降落平台13的气流导出流孔7起到辅助降低旋翼的地面效应的作用。多轴旋翼无人机降落脚的无人机降落缓冲气缸11触地完成降落。

步骤四、多轴旋翼无人机降落完毕后，推缸4受控制收缩，带动平行四边形缩放杆组3收缩折叠，降落锥1下降折叠。