1.本发明涉及无人机自主着陆技术领域，尤其涉及一种无人机自主动态着陆装置及其着陆方法。
背景技术：
2.近年来，无人机相关技术得到飞速发展，无人机已经在工业、农业、军事等众多领域得到广泛应用。而无人机如何安全可靠地着陆是无人机应用场景中关注最高且不可避免的技术难题。对于精度要求不高的开阔着陆场景，目前主要依赖于gps引导无人机自主着陆，无人机根据gps信息飞到目标着陆位置，并利用激光、超声波等距离传感器获取无人机与地面的高度信息，最终在一定误差范围内完成自主着陆。受限于gps的定位精度和周边环境的影响，此种着陆方式的误差一般在5米左右，因此无法应用于精度要求较高和移动平台着陆的场景。
3.对于精度要求较高的静态着陆场景，往往采用gps和视觉着陆定位装置配合的策略来分别实现远距离和近距离的定位和跟踪，如cn115793677，cn114489129，cn109407700。无人机首先根据gps信息悬停在目标位置5米左右的范围内，接着利用视觉信息检测并定位着陆装置上的地标，如apriltag标识码，结合卡尔曼滤波等跟踪算法和视觉伺服等控制算法完成最终的自主着陆过程。此种着陆方式得益于视觉定位装置的引导，着陆误差较小。然而当面临动态着陆的场景，如运动的汽车车顶，这种基于单个视觉地标引导的着陆装置给无人机的近距离定位和跟踪带来了极大的挑战，面临近距离目标跟踪丢失、着陆误差显著变大甚至无法正常着陆等严重问题。
4.对于精度要求较高的移动目标着陆场景，目前仍以远程遥控和辅助着陆装置配合为主，如cn115352646，cn115352622，cn112093037，cn110745253，这类辅助着陆装置可以有效缓解无人机在复杂地面上着陆和无人机近距离快速吸附等问题，具有一定实用价值。但此种着陆装置依赖于人工干预，并且当面临高速移动平台的着陆问题时，对无人机飞手的操作水平要求较高。
技术实现要素：
5.本发明提供了一种无人机自主动态着陆装置及其着陆方法，可满足无人机远距离定位、近距离定位、动态着陆等多种应用场景。
6.为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种无人机自主动态着陆装置，着陆装置包括着陆平台、基座、电动起降机构、电磁推动机构、保护锥、对接码和着陆码，基座位于着陆平台的上方，保护锥通过电动起降机构固定在基座上，电磁推动机构安装于保护锥的中心，对接码在保护锥上方垂直固定，着陆码水平固定在着陆平台上。
7.作为本发明的优化方案，无人机上安装有直驱伸缩机构，直驱伸缩机构的末端与无人机的供电电源相连，直驱伸缩机构的前端安装有受电模块。
8.作为本发明的优化方案，直流电源安装在基座内部的电源槽中，在收到附近无人
机发送的着陆请求指令后直流电源给电磁推动机构通电。
9.作为本发明的优化方案，电磁推动机构包括磁吸供电模块、推拉杆和伺服电机，磁吸供电模块固定在电磁推动机构的前端，推拉杆一端与磁吸供电模块相连，推拉杆的另一端固定在保护锥中心，推拉杆在伺服电机的作用下实现径向伸缩，磁吸供电模块与直驱伸缩机构的受电模块吸附后为无人机的电源充电。
10.作为本发明的优化方案，电动起降机构包括起降杆和驱动组件，起降杆在驱动组件的驱动下调节保护锥的高度。
11.为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：采用一种无人机自主动态着陆装置进行着陆的方法，着陆方法包括如下步骤：
12.s1、着陆装置固定于汽车顶部，无人机根据gps信息到达处于运动状态的汽车上方，并以固定的高度跟随汽车运动；
13.s2、无人机利用底部的云台相机定位并跟踪汽车顶部着陆平台上的着陆码，当满足以下条件时，到达着陆平台附近并与汽车保持相对静止；
[0014][0015]
其中，v
drone
为无人机向着陆装置移动的速度，v
car
为运动汽车的速度，p
drone
为无人机的位置，p
car
为运动汽车的位置，δv为无人机与运动汽车的速度差，δp为无人机与运动汽车的位置偏差，c为稳态位置偏差；
[0016]
s3、无人机利用前置广角相机检测用于定位的保护锥上方的对接码，完成初始对接姿态调整，同时直流电源给电磁推动机构供电，无人机上的直驱伸缩机构伸长；
[0017]
s4、无人机持续微调对接姿态，当满足以下条件时，电磁推动机构对直驱伸缩机构成功吸附：
[0018][0019]
其中，ε为保护锥内的磁吸供电模块最大位置误差。
[0020]
s5、电动起降机构开始降低高度，无人机平稳下降到着陆平台上，供电模块和受电模块对接，无人机开始充电。
[0021]
作为本发明的优化方案，着陆码的类型可选择单个识别码或者多个识别码嵌套的方式以满足高度的定位需求。
[0022]
作为本发明的优化方案，在步骤s1中，无人机和汽车的位置误差不超过5米。
[0023]
作为本发明的优化方案，着陆装置与无人机的通信采用mavlink协议。
[0024]
本发明具有积极的效果：1)本发明机械结构简单，功能灵活，着陆码、对接码和电磁推动机构的配合可满足无人机远距离定位、近距离定位、动态着陆等多种应用场景；
[0025]
2)本发明着陆码和对接码分别水平放置和垂直放置，可以适应不同的摄像头安装方向，相比于采用单个识别码的着陆装置，检测范围更广，提供的视觉信息更多，避免了无人机在靠近识别码时的目标丢失问题；
[0026]
3)本发明电磁推动机构和直驱伸缩机构的配合显著提高了无人机动态着陆末端控制阶段的容错率，可以使无人机在靠近目标位置时及时完成吸附，提高动态着陆效率的同时也保证了可靠性；
[0027]
4)本发明的供电模块和受电模块可实现无人机着陆即充电，最大化无人机的充电时间；
[0028]
5)本发明动态着陆问题被对接装置分解为动态追踪和动态对接，避免了无人机与着陆平台表面的碰撞问题，降低了着陆难度，保证了着陆的成功率。
附图说明
[0029]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0030]
图1为本发明的无人机动态着陆装置示意图
[0031]
图2为本发明的无人机动态着陆装置对接过程示意图
[0032]
图3为本发明的无人机动态着陆装置充电过程示意图
[0033]
图4为本发明的无人机动态着陆装置工作流程图；
[0034]
其中：1、着陆平台，2、基座，3、电源槽，4、电动起降机构，5、电磁推动机构，6、保护锥，7、对接码，8、着陆码。
具体实施方式
[0035]
如图1所示，本发明公开了一种无人机自主动态着陆装置，着陆装置包括着陆平台1、基座2、电动起降机构4、电磁推动机构5、保护锥6、对接码7和着陆码8，基座2位于着陆平台1的上方，保护锥6通过电动起降机构4固定在基座2上，电磁推动机构5安装于保护锥6的中心，对接码7在保护锥6上方垂直固定，着陆码8水平固定在着陆平台1上。
[0036]
基座2的中心有用于固定电动起降机构4的螺纹通孔，
[0037]
无人机上安装有直驱伸缩机构，直驱伸缩机构的末端与无人机的供电电源相连，直驱伸缩机构的前端安装有受电模块。
[0038]
直流电源安装在基座2内部的电源槽3中，在收到附近无人机发送的着陆请求指令后直流电源给电磁推动机构5通电。
[0039]
如图2所示，电磁推动机构5包括磁吸供电模块、推拉杆和伺服电机，磁吸供电模块固定在电磁推动机构5的前端，推拉杆一端与磁吸供电模块相连，推拉杆的另一端固定在保护锥6中心，推拉杆在伺服电机的作用下实现径向伸缩，磁吸供电模块与直驱伸缩机构的受电模块吸附后为无人机的电源充电。
[0040]
电动起降机构4包括起降杆和驱动组件，起降杆在驱动组件的驱动下调节保护锥6的高度。
[0041]
如图3所示，基座2内部留有电源槽3，并通过四个对称的螺纹孔固定在着陆平台1上。着陆码8在着陆平台1上水平固定，大小可根据无人机的着陆高度区间定制，用于无人机在高处远程视觉定位和跟踪。对接码7在保护锥6上方垂直固定，对接码7的大小可根据无人机的检测范围定制，用于无人机在着陆平台1附近时直驱伸缩机构和电磁推动机构5对接过程中的姿态调整；直流电源安装在基座2内部的电源槽3中，可在收到附近无人机发送的着陆请求指令后给电磁推动机构5通电。
[0042]
如图4所示，采用一种无人机自主动态着陆装置进行着陆的方法，着陆方法包括如下步骤：
[0043]
s1、一种无人机自主动态着陆装置固定于汽车顶部，无人机根据gps信息到达处于
运动状态的汽车上方，并以固定的高度跟随汽车运动；
[0044]
s2、着陆码定位：无人机利用底部的云台相机定位并跟踪汽车顶部着陆平台1上的着陆码8，当满足以下条件时，到达着陆平台1附近并与汽车保持相对静止；
[0045][0046]
其中，v
drone
为无人机向着陆装置移动的速度，v
car
为运动汽车的速度，p
drone
为无人机的位置，p
car
为运动汽车的位置，δv为无人机与运动汽车的速度差，δp为无人机与运动汽车的位置偏差，c为稳态位置偏差(无人机处于一个稳态过渡到另一稳态的位置偏差)；
[0047]
s3、无人机利用前置广角相机检测用于定位的保护锥6上方的对接码7，完成初始对接姿态调整，同时直流电源给电磁推动机构5供电，无人机上的直驱伸缩机构伸长；
[0048]
s4、对接码姿态调整：无人机持续微调对接姿态，当满足以下条件时，电磁推动机构5对直驱伸缩机构成功吸附，
[0049]
(对接吸附)：
[0050][0051]
其中，ε为锥形吸附装置的最大位置误差。
[0052]
s5、电动起降机构开始降低高度，无人机平稳下降到着陆平台上，供电模块和受电模块对接，无人机开始充电。
[0053]
着陆码8的类型可选择单个识别码或者多个识别码嵌套的方式以满足不同高度的定位需求。
[0054]
在步骤s1中，无人机和汽车的位置误差不超过5米。着陆装置与无人机的通信采用mavlink协议。
[0055]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。