CN108363405A - 一种无人机协同无人艇充电的方法及系统 - Google Patents

一种无人机协同无人艇充电的方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108363405A
CN108363405A CN201810305966.4A CN201810305966A CN108363405A CN 108363405 A CN108363405 A CN 108363405A CN 201810305966 A CN201810305966 A CN 201810305966A CN 108363405 A CN108363405 A CN 108363405A
Authority
CN
China
Prior art keywords
unmanned plane
unmanned
boat
unmanned boat
grabbing device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810305966.4A
Other languages
English (en)
Inventor
张海涛
胡斌斌
刘彬
曹治国
赵金
苏厚胜
许哲成
葛俊锋
耿涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Provincial Institute Of Intelligent Robotics
Huazhong University of Science and Technology
Guangdong Hust Industrial Technology Research Institute
Original Assignee
Guangdong Provincial Institute Of Intelligent Robotics
Huazhong University of Science and Technology
Guangdong Hust Industrial Technology Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Provincial Institute Of Intelligent Robotics, Huazhong University of Science and Technology, Guangdong Hust Industrial Technology Research Institute filed Critical Guangdong Provincial Institute Of Intelligent Robotics
Priority to CN201810305966.4A priority Critical patent/CN108363405A/zh
Publication of CN108363405A publication Critical patent/CN108363405A/zh
Priority to US16/178,914 priority patent/US20190312461A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/102—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft specially adapted for vertical take-off of aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/30—Supply or distribution of electrical power
    • B64U50/37—Charging when not in flight
    • B64U50/38—Charging when not in flight by wireless transmission
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U70/00—Launching, take-off or landing arrangements
    • B64U70/30—Launching, take-off or landing arrangements for capturing UAVs in flight by ground or sea-based arresting gear, e.g. by a cable or a net
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U70/00—Launching, take-off or landing arrangements
    • B64U70/90—Launching from or landing on platforms
    • B64U70/99—Means for retaining the UAV on the platform, e.g. dogs or magnets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U80/00—Transport or storage specially adapted for UAVs
    • B64U80/80—Transport or storage specially adapted for UAVs by vehicles
    • B64U80/84—Waterborne vehicles
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/04—Control of altitude or depth
    • G05D1/042—Control of altitude or depth specially adapted for aircraft
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D13/00—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
    • G05D13/62—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover characterised by the use of electric means, e.g. use of a tachometric dynamo, use of a transducer converting an electric value into a displacement
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/20—Analysis of motion
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H02J7/06—Regulation of charging current or voltage using discharge tubes or semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/342—The other DC source being a battery actively interacting with the first one, i.e. battery to battery charging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30241—Trajectory
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/44—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for aircrafts
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

本发明涉及无人应用技术领域，具体公开了一种无人机协同无人艇充电的方法及系统，包括：无人机采集无人艇图像，解析无人艇的抓取装置的相对位置和无人艇运动速度；控制无人机靠近抓取装置，并使无人机悬停在抓取范围内的一定高度；检测无人机是否在抓取范围内，若在范围内则无人艇抓取无人机；否则无人机重新采集无人艇图像；通过抓取装置调节无人机位置，并进行无线充电。本发明通过利用无人机和无人艇协同控制技术，将无人艇的大容量电池对无人机进行充电，能大幅度提高无人机持续作业能力和作用范围，同时解决了无人机充电需人工参与的问题，实现无人机全自主控制。

Description

一种无人机协同无人艇充电的方法及系统
技术领域
本发明涉及无人应用技术领域，具体公开了一种无人机协同无人艇充电的方法及系统。
背景技术
无人机作为一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务并能重复使用的飞行器，可广泛应用于监测，侦查等领域，但受到电池技术和充电技术的限制，无人机持续工作时间极短，使得其在应用上受到了大大的制约。无人机飞行一段时间后就必须返回进行电能补充，而现有的无人机电能补充大多数都是采用换电池或插线充电来实现的，这样操作较为麻烦，且无法实现无人机全自主控制。
因此，需要一种能解决上述问题的方法及装置。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种无人机协同无人艇充电的方法及系统。
为实现上述目的，本发明采用如下方案。
一种无人机协同无人艇充电的方法，包括：
无人机采集无人艇图像，解析无人艇的抓取装置的相对位置和无人艇运动速度；
控制无人机靠近抓取装置，并使无人机悬停在抓取范围内的一定高度；
检测无人机是否在抓取范围内，若在范围内则无人艇抓取无人机；否则无人机重新采集无人艇图像；
通过抓取装置调节无人机位置，并进行无线充电。
进一步地，所述无人机采集无人艇图像，解析无人艇的抓取装置的相对位置和无人艇运动速度，包括：
按一定时间间隔Δt采集无人艇在调试区域的图像；
识别图像中无人艇的位置和抓取装置的标记点位置，解析出标记点在无人艇上的相对位置；
根据采集图像中标记点的相对位置，差分计算出标记点的相对位移Δy＝yt+Δt-yt，其中yt表示t时标记点的相对位置，yt+Δt表示时间间隔Δt后标记点的相对位置；
根据相对位移解析出无人艇运动速度v＝Δy/Δt。
进一步地，，所述控制无人机靠近抓取装置，包括：
依据标记点的相对位置、无人艇运动速度以及无人机GPS位置信息，计算无人机与标记点相对位置的误差；
将误差进行求导并代入无人机运动学方程，建立位置误差跟踪模型；
设计无人机的控制算法，获得无人机到达期望轨迹的期望速度；
将期望速度和当前速度的差值代入无人机动力学模型，并利用反馈控制法获得无人机期望的横滚角R、俯仰角P、航偏角Y；
将横滚角R、俯仰角P、航偏角Y代入角度与无人机电机控制转化方程，解析出无人机电机的控制量；
调节无人机电机的控制量，使无人机以期望速度靠近抓取装置。
进一步地，，所述控制算法为双闭环PID控制算法、智能PID算法、LQR算法、非线性H无穷控制算法、鲁棒控制方法或滑模控制算法。
进一步地，，所述使无人机悬停在抓取范围内的一定高度，包括：
检测无人机的高度h，解析出与预设抓取高度hd的误差Δh；
根据Δh设计反馈控制算法，解析出无人机高度控制量的控制参数Kp，Ki，Kd；其中，Kp表示比例调节系数，用于调节响应速度；Ki表示积分调节系数，用于调节残差；Kd表示微积分调节系数，用于调节振荡情况；
不断调节控制量使无人机悬停于距无人艇一定高度的抓取范围内。
进一步地，所述识别无人机是否位于抓取范围内，若在范围内则抓取无人机；否则重新识别抓取装置的相对位置,包括：
通过抓取装置上的红外传感器或摄像头检测无人机是否在抓取范围内；
若在抓取范围内，则启动抓取装置的舵机，并通过控制曲柄滑块在直线导轨上移动，以使抓取装置抓取无人机；
若不在抓取范围内，则重新采集无人艇图像。
进一步地，所述通过抓取装置调节无人机位置，并进行无线充电，包括：
通过抓取装置将无人机移至无人艇充电线圈正上方，并使无人机线圈与充电线圈位置重合；
将电源接入无线充电装置发射端，通过无线充电板转换成交流电，并通过无人艇发射线圈进行发射；
无人机的接收线圈接收能量，并通过无线充电板对无人机电池进行先恒流再恒压充电。
一种无人机协同无人艇充电的系统，包括：
无人机，解析无人艇上抓取装置的相对位置和无人艇运动速度，并悬停于抓取范围内；
抓取装置，设置在无人艇上，用于抓取无人机并移至无人艇充电处；
无人艇，用于对无人机无线充电；
所述无人机设有充电接收线圈和无线充电板；所述抓取装置设有曲柄滑块，带连抽装置的倒钩，红外传感器，舵机和直线导轨；所述红外传感器检测无人机位置后，无人艇启动舵机使曲柄滑块沿直线导轨滑动，使带连抽装置的倒钩抓住无人机；所述无人艇设有充电装置，所述充电装置包括充电板和充电线圈。
进一步地，所述无人机为多旋翼无人机；所述无人艇为双螺旋桨无人艇或带尾舵的单螺旋浆无人艇或带侧推装置的全驱动无人艇。
本发明的有益效果：提供一种无人机协同无人艇充电的方法及系统，通过利用无人机和无人艇协同控制技术，将无人艇的大容量电池对无人机进行充电，能大幅度提高无人机持续作业能力和作用范围，同时解决了无人机充电需人工参与的问题，实现无人机全自主控制。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
一种无人机协同无人艇充电的方法，如图1所示，包括:
无人机001采集无人艇005在调试区域的图像，识别图像中无人艇005的位置和抓取装置004的标记点位置，解析出标记点在无人艇005上的相对位置；根据在时间间隔Δt内采集的图像中识别到标记点的相对位置，差分计算出标记点的相对位移Δy＝yt+Δt-yt，其中yt表示t时标记点的相对位置，yt+Δt表示时间间隔Δt后标记点的相对位置；根据相对位移解析出无人艇运动速度v＝Δy/Δt。
依据标记点的相对位置，无人艇005运动速度以及无人机001GPS位置信息，计算无人机001与标记点相对位置的误差；将误差进行求导并代入无人机001运动学方程，建立位置误差跟踪模型；通过对误差模型进行求导并分析，利用lyapunov原理、barbalet引理、拉萨尔不变集等理论，结合反馈和前馈控制设计方法进行稳定性分析，从而设计使无人机001稳定趋近于期望速度的控制率，从而获得无人机001到达期望轨迹的期望速度；将期望速度和当前速度的差值代入无人机001动力学模型，并利用反馈控制法获得无人机001期望的横滚角R、俯仰角P、航偏角Y；其中横滚角R用于控制无人机横向移动速度；俯仰角P用于控制无人机前向运动速度；偏航角Y用于控制无人机自旋。
将横滚角R、俯仰角P、航偏角Y代入角度与无人机001电机控制转化方程，解析出无人机001电机的控制量；调节无人机001电机的控制量，使无人机以期望速度靠近抓取装置004。
通过超声波传感器或气压计检测无人机001的高度h，解析出与预设抓取高度hd的误差Δh；根据Δh设计反馈控制算法(优选为PID控制算法)，从而解析出无人机001高度控制量的控制参数Kp，Ki，Kd；其中，Kp表示比例调节系数，用于调节响应速度；Ki表示积分调节系数，用于调节残差；Kd表示微积分调节系数，用于调节振荡情况；将控制量等量施加到无人机001的电机上，当无人机001高于指定高度时，减小控制量；当低于指定高度时则增加控制量，最终完成使无人机001悬停在一定高度范围内。
通过抓取装置004上的红外传感器或摄像头检测无人机是否在抓取范围内；若在抓取范围内，则启动抓取装置004的舵机，并通过控制曲柄滑块在直线导轨上移动，以使抓取装置004抓取无人机支架002；若不在抓取范围内，则重新采集无人艇005图像。
抓取装置004将无人机001移至无人艇005充电线圈正上方，并使无人机001线圈与充电线圈位置重合；将电源接入无线充电装置003发射端，无线充电板转换成交流电，并通过无人艇发射线圈进行发射；无人机的接收线圈接收能量，并通过无线充电板对无人机电池进行先恒流再恒压充电。
本实施例中，所述控制算法包括双闭环PID控制算法，智能PID算法，LQR算法，非线性H无穷控制算法，鲁棒控制方法，滑模控制算法等，可选择上述算法进行结合以建立无人机001跟踪运动学模型，算出无人机001的控制参数，并对参数作调整，实现悬停在抓取位置上方一定高度。
本实施例中，所有控制算法均由无人机001和无人艇005自主完成，通过摄像头定位识别抓取装置004并靠近，最终悬停在一定高度范围内；无人艇识别已位于抓取范围内的无人机001，并操作抓取装置004对无人机001进行抓取，再将其转移至充电线圈上方，相对常见的无人机001自主悬停在充电位置上方，可以保证无人机定位精度和充电位置的准确性，有效克服无人机漂移、定位精度不高、悬停高度存在波动等问题。由于无人艇005工作在水域环境以及配备大容量电池，可有效提高无人艇005和无人机001协同监测和巡逻的作业时间和作业范围，有效克服了无人机电池容量小，需要返航充电的问题。同时无人机协同无人艇无线充电的方式，不需要人工干预，可实现无人机001和无人艇005的全自主控制。
一种无人机协同无人艇充电的系统，如图1所示，包括：无人机001，解析无人艇005上抓取装置004的相对位置和无人艇005运动速度，并悬停于抓取范围内；抓取装置004，用于抓取无人机001并移至无人艇005充电处；无人艇005，用于对无人机001无线充电；所述无人机001设有充电接收线圈和无线充电板；所述抓取装置004设于无人机上，抓取装置设有曲柄滑块，带连抽装置的倒钩，红外传感器，舵机和直线导轨；所述无人艇设有充电装置003，所述充电装置003包括充电板和充电线圈。
本实施例中，所述无人机001为多旋翼无人机；所述无人艇005为双螺旋桨无人艇或带尾舵的单螺旋浆无人艇或带侧推装置的全驱动无人艇。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，包括：
无人机采集无人艇图像，解析无人艇的抓取装置的相对位置和无人艇运动速度；
控制无人机靠近抓取装置，并使无人机悬停在抓取范围内的一定高度；
检测无人机是否在抓取范围内，若在范围内则无人艇抓取无人机；否则无人机重新采集无人艇图像；
通过抓取装置调节无人机位置，并进行无线充电。
2.根据权利要求1所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述无人机采集无人艇图像，解析无人艇的抓取装置的相对位置和无人艇运动速度，包括：
按一定时间间隔Δt采集无人艇在调试区域的图像；
识别图像中无人艇的位置和抓取装置的标记点位置，解析出标记点在无人艇上的相对位置；
根据采集图像中标记点的相对位置，差分计算出标记点的相对位移Δy＝yt+Δt-yt，其中yt表示t时标记点的相对位置，yt+Δt表示时间间隔Δt后标记点的相对位置；
根据相对位移解析出无人艇运动速度v＝Δy/Δt。
3.根据权利要求1所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述控制无人机靠近抓取装置，包括：
依据标记点的相对位置、无人艇运动速度以及无人机GPS位置信息，计算无人机与标记点相对位置的误差；
将误差进行求导并代入无人机运动学方程，建立位置误差跟踪模型；
设计无人机的控制算法，获得无人机到达期望轨迹的期望速度；
将期望速度和当前速度的差值代入无人机动力学模型，并利用反馈控制法获得无人机期望的横滚角R、俯仰角P、航偏角Y；
将横滚角R、俯仰角P、航偏角Y代入角度与无人机电机控制转化方程，解析出无人机电机的控制量；
调节无人机电机的控制量，使无人机以期望速度靠近抓取装置。
4.根据权利要求3所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述控制算法为双闭环PID控制算法、智能PID算法、LQR算法、非线性H无穷控制算法、鲁棒控制方法或滑模控制算法。
5.根据权利要求1所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述使无人机悬停在抓取范围内的一定高度，包括：
检测无人机的高度h，解析出与预设抓取高度hd的误差Δh；
根据Δh设计反馈控制算法，解析出无人机高度控制量的控制参数Kp，Ki，Kd；其中，Kp表示比例调节系数，用于调节响应速度；Ki表示积分调节系数，用于调节残差；Kd表示微积分调节系数，用于调节振荡情况；
不断调节控制量使无人机悬停于距无人艇一定高度的抓取范围内。
6.根据权利要求1所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述识别无人机是否位于抓取范围内，若在范围内则抓取无人机；否则重新识别抓取装置的相对位置,包括：
通过抓取装置上的红外传感器或摄像头检测无人机是否在抓取范围内；
若在抓取范围内，则启动抓取装置的舵机，并通过控制曲柄滑块在直线导轨上移动，以使抓取装置抓取无人机；
若不在抓取范围内，则重新采集无人艇图像。
7.根据权利要求1所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述通过抓取装置调节无人机位置，并进行无线充电，包括：
通过抓取装置将无人机移至无人艇充电线圈正上方，并使无人机线圈与充电线圈位置重合；
将电源接入无线充电装置发射端，通过无线充电板转换成交流电，并通过无人艇发射线圈进行发射；
无人机的接收线圈接收能量，并通过无线充电板对无人机电池进行先恒流再恒压充电。
8.一种无人机协同无人艇充电的系统，其特征在于，包括：
无人机，解析无人艇上抓取装置的相对位置和无人艇运动速度，并悬停于抓取范围内；
抓取装置，设置在无人艇上，用于抓取无人机并移至无人艇充电处；
无人艇，用于对无人机无线充电；
所述无人机设有充电接收线圈和无线充电板；所述抓取装置设有曲柄滑块，带连轴装置的倒钩，红外传感器，舵机和直线导轨；所述红外传感器检测无人机位置后，无人艇启动舵机使曲柄滑块沿直线导轨滑动，使带连轴装置的倒钩抓住无人机；所述无人艇设有充电装置，所述充电装置包括充电板和充电线圈。
9.根据权利要求8所述的一种无人机协同无人艇充电的系统，其特征在于，所述无人机为多旋翼无人机；所述无人艇为双螺旋桨无人艇或带尾舵的单螺旋浆无人艇或带侧推装置的全驱动无人艇。
CN201810305966.4A 2018-04-08 2018-04-08 一种无人机协同无人艇充电的方法及系统 Pending CN108363405A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810305966.4A CN108363405A (zh) 2018-04-08 2018-04-08 一种无人机协同无人艇充电的方法及系统
US16/178,914 US20190312461A1 (en) 2018-04-08 2018-11-02 Method and System of Cooperative Charging Between an Unmanned Aerial Vehicle and an Unmanned Surface Vessel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810305966.4A CN108363405A (zh) 2018-04-08 2018-04-08 一种无人机协同无人艇充电的方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108363405A true CN108363405A (zh) 2018-08-03

Family

ID=63002121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810305966.4A Pending CN108363405A (zh) 2018-04-08 2018-04-08 一种无人机协同无人艇充电的方法及系统

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20190312461A1 (zh)
CN (1) CN108363405A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109501969A (zh) * 2018-08-30 2019-03-22 广东华中科技大学工业技术研究院 一种无人艇艇载水面自平衡的抓取装置及其抓取方法
CN109540136A (zh) * 2018-10-25 2019-03-29 广东华中科技大学工业技术研究院 一种多无人艇协同路径规划方法
CN111474953A (zh) * 2020-03-30 2020-07-31 清华大学 多动态视角协同的空中目标识别方法及系统
CN112339925A (zh) * 2020-10-20 2021-02-09 上海交通大学 一种多旋翼无人机海上着艇充电装置及充电方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111367314B (zh) * 2020-03-09 2021-07-27 西北工业大学 一种基于多航天器编队的空间非合作目标协同抓捕方法
US20220014043A1 (en) * 2020-07-01 2022-01-13 Keith Louis DeSanto Direct Wireless Charging Systems, power sources, power generation and power supply for a surface and airborne micro-organism and matter identification system using drones and robots.
CN112477659B (zh) * 2020-10-15 2023-02-24 大强信息技术(深圳)有限公司 一种海面用无人机充电平台的方法
CN114415723B (zh) * 2022-01-11 2023-09-12 北京科技大学 一种多飞行器协同捕获空间划分方法和装置、电子设备
US20240118695A1 (en) * 2022-10-07 2024-04-11 Honda Motor Co., Ltd. Navigation of boat using drone support

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104503459A (zh) * 2014-11-25 2015-04-08 深圳市鸣鑫航空科技有限公司 多旋翼无人机回收系统
CN104590576A (zh) * 2014-12-04 2015-05-06 南京航空航天大学 一种舰载无人机自主着舰的飞行控制系统及方法
CN104656664A (zh) * 2015-02-16 2015-05-27 南京航空航天大学 车载多旋翼无人直升机着陆导引控制系统及导引控制方法
CN105375608A (zh) * 2015-12-11 2016-03-02 四方继保（武汉）软件有限公司 一种用于无人机充电的无人船载充电系统及其方法
CN105553116A (zh) * 2016-01-19 2016-05-04 刘勇 无人飞行器降落捕获装置
CN106681357A (zh) * 2017-01-11 2017-05-17 深圳市元征科技股份有限公司 基于无人机背包控制无人机的方法、系统及无人机背包
US20170371353A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 Qualcomm Incorporated Automatic Tracking Mode For Controlling An Unmanned Aerial Vehicle
CN107678442A (zh) * 2016-08-01 2018-02-09 北京航空航天大学 一种基于双模型下的四旋翼自主着船控制方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160104385A (ko) * 2015-02-26 2016-09-05 경상대학교산학협력단 무인항공기
US10252631B2 (en) * 2015-11-13 2019-04-09 Nio Usa, Inc. Communications between vehicle and charging system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104503459A (zh) * 2014-11-25 2015-04-08 深圳市鸣鑫航空科技有限公司 多旋翼无人机回收系统
CN104590576A (zh) * 2014-12-04 2015-05-06 南京航空航天大学 一种舰载无人机自主着舰的飞行控制系统及方法
CN104656664A (zh) * 2015-02-16 2015-05-27 南京航空航天大学 车载多旋翼无人直升机着陆导引控制系统及导引控制方法
CN105375608A (zh) * 2015-12-11 2016-03-02 四方继保（武汉）软件有限公司 一种用于无人机充电的无人船载充电系统及其方法
CN105553116A (zh) * 2016-01-19 2016-05-04 刘勇 无人飞行器降落捕获装置
US20170371353A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 Qualcomm Incorporated Automatic Tracking Mode For Controlling An Unmanned Aerial Vehicle
CN107678442A (zh) * 2016-08-01 2018-02-09 北京航空航天大学 一种基于双模型下的四旋翼自主着船控制方法
CN106681357A (zh) * 2017-01-11 2017-05-17 深圳市元征科技股份有限公司 基于无人机背包控制无人机的方法、系统及无人机背包

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
（日）KENZO NONAMI: "《自主控制系统与平台 智能无人系统》", 31 January 2017, 北京：国防工业出版社 *
龚建伟，等: "《无人驾驶车辆模型预测控制》", 30 April 2014, 北京理工大学出版社 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109501969A (zh) * 2018-08-30 2019-03-22 广东华中科技大学工业技术研究院 一种无人艇艇载水面自平衡的抓取装置及其抓取方法
CN109501969B (zh) * 2018-08-30 2020-04-07 广东华中科技大学工业技术研究院 一种无人艇艇载水面自平衡的抓取装置及其抓取方法
CN109540136A (zh) * 2018-10-25 2019-03-29 广东华中科技大学工业技术研究院 一种多无人艇协同路径规划方法
CN111474953A (zh) * 2020-03-30 2020-07-31 清华大学 多动态视角协同的空中目标识别方法及系统
CN111474953B (zh) * 2020-03-30 2021-09-17 清华大学 多动态视角协同的空中目标识别方法及系统
CN112339925A (zh) * 2020-10-20 2021-02-09 上海交通大学 一种多旋翼无人机海上着艇充电装置及充电方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20190312461A1 (en) 2019-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108363405A (zh) 一种无人机协同无人艇充电的方法及系统
CN110692027B (zh) 用于提供无人机应用的易用的释放和自动定位的系统和方法
CN109911231B (zh) 基于gps和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法与系统
CN109258601B (zh) 一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置与方法
CN106628211B (zh) 基于led点阵的地面引导式无人机飞行降落系统及方法
CN104199462B (zh) 一种基于海浪传感的水上无人机自主起降控制系统
CN104597912A (zh) 一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统及方法
CN107463181A (zh) 一种基于AprilTag的四旋翼飞行器自适应追踪系统
CN104656664A (zh) 车载多旋翼无人直升机着陆导引控制系统及导引控制方法
CN108537912A (zh) 一种基于智能图像识别的电力巡检无人机
CN110239677A (zh) 一种无人机自主识别靶标并降落到运动的无人艇上的方法
CN106527484B (zh) 一种基于机电一体化的无人机飞行航线管理系统
CN107272740A (zh) 一种新型四旋翼无人机控制系统
CN111824406A (zh) 一种基于机器视觉的公共安全自主巡查四旋翼无人机
CN106444839B (zh) 无人机高压电缆自动巡线系统
CN106741782A (zh) 一种基于风能驱动的无人船及其航行控制方法
CN110329530B (zh) 一种弹射网捕捉式空中低速无人机回收装置
CN107203220A (zh) 扑翼飞行器飞行控制方法及系统
CN106444767A (zh) 一种基于apm和i7智能芯片的联动组合自主导航无人船控制系统
CN106094849A (zh) 用于农场自主管理的四旋翼飞行器控制系统及控制方法
CN214566043U (zh) 一种无人船和无人机协同暖涡信息采集装置
CN207882762U (zh) 一种基于无人机机器视觉的智能车空中导航系统
CN110068827A (zh) 一种无人机自主目标测距的方法
CN204314726U (zh) 一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统
CN113460308A (zh) 一种无人机变量施药控制系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180803

RJ01 Rejection of invention patent application after publication