CN110371292A - 一种无人机捕获回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机的捕获回收装置，包括设置有主控制器的主机、僚机和捕获网三个部分，其中，在主机的周边固定有环形安置架，在环形安置架的周边排布多个超声波测距传感器，各个超声波测距传感器的测距信号传送给主控制器；在主机和僚机之间通过缆绳相连，在僚机上固定有用以牵引捕获网展开的电动机；主控制器，用以根据各个超声波测距传感器的测距信号获得待捕获无人机的位置信息，并通过控制螺旋桨电机和僚机实现对目标无人机的捕获控制。本发明具有捕获精度高、捕获成功率高、捕获后可将被捕无人机无损带回地面的优点。

Description

一种无人机捕获回收装置

技术领域

本发明涉及一种无人机飞行器技术领域，尤其涉及一种无人机捕获及回收装置。

背景技术

近年来，随着无人机飞行器的开发与制造成本的降低，中小型无人机逐渐普及，广泛地 应用于物流、新闻、搜救、气象观测、遥感测绘等领域。与此同时，无人飞行器的无序甚至 违法飞行给社会和个人都带来了重大的安全隐患，无人机黑飞也成为国际社会热议的棘手的 社会问题。由于无人机体积较小、灵活度较高、且在低空飞行，简单地物理击落可能给现场 带来潜在伤害，如目标无人机携带危险物品，会产生更加严重的后果。而目前国内外研发无 人飞行器捕获器的路径多样，但尚未有一种可以实现市场化。

因此，亟需一种可靠高效，并可以将无人机平稳安全带回地面的捕获与回收方案。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是克服现有技术的不足，结合无人机的飞行特点，提供一 种捕获精度高、捕获成功率高、捕获后可将被捕无人机无损带回地面的无人机捕获与回收装 置。本发明的技术方案如下：

一种无人机的捕获回收装置，包括设置有主控制器的主机、僚机和捕获网三个部分，其 中，

在主机的周边固定有环形安置架，在环形安置架的周边排布多个超声波测距传感器，各 个超声波测距传感器的测距信号传送给主控制器，其中一个超声波测距传感器作为固定传感 器，与固定在僚机上的信号接收器之间始终通信，以保持僚机与主机同步飞行；

在主机和僚机之间通过缆绳相连，缆绳的一端与捕获网的一端固定在主机上，在僚机上 固定有用以牵引捕获网展开的电动机；

主控制器，用以根据各个超声波测距传感器的测距信号获得待捕获无人机的位置信息， 并通过控制螺旋桨电机和僚机实现对目标无人机的捕获控制。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1.本发明突破传统捕获装置用捕获网兜住无人机的方法，结合无人机的飞行特点，采用 的捕获网丝线垂直于地面的方式，使无人机螺旋桨易于绞入捕获网的丝线中，进而实现捕获 目的。相比于传统捕获网兜住无人机的方法，本发明提供的方案提高了捕获成功率，降低了 对捕获装置定位精确性的要求。

2.本发明采用多个超声波测距传感器均匀紧密围绕在环形安置架外侧圆周，相比于传 统捕获装置只有一个或两个测距传感器，本发明的优势在于实现多个方位同时测距，测距定 位范围无死角，而且可以通过比较相邻超声波测距传感器的稳定示数判断无人机的方位。

3.本发明采用两架无人机组成无人机捕获装置，传统单个无人机捕获装置存在对于被 捕获无人机的质量上限有较大局限性的缺陷，本发明的优点在于提高了可捕获无人机的质量 上限。

本发明操作简便、抗干扰能力强、安全稳定性优，能够精确地对无人机位置进行定位， 从而实现精准捕获。捕获成功后，由主机僚机系统将捕获网及被捕获对象安全平稳带回地面 指定位置，在不破坏无人机机构的基础上实现了有效捕获。防止了被捕获无人机空中自由坠 落可能造成的人身和财产损失，双机捕获系统进一步突破了传统捕获装置在可承载捕获对象 的质量上的限制，安全系数更高，降低了捕获风险。

附图说明

图1是本发明无人机捕获与回收方案的核心流程图。

图2是本发明无人机捕获与回收装置的整体结构图。

图3是本发明无人机定位环节坐标系建立方法示意图。

图中标号说明：1 主机；2 僚机；3 环形安置架；4 超声波测距传感器；6 电 动机；7 捕获网；① 主机所在区域；② 僚机所在区域；③ 被捕目标无人机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述：

本发明无人机的捕获回收装置，包括主机、僚机和捕获网装置三个主要部分，以及分别 安装在主机和僚机之间的超声波传感定位与信号接受系统。

所述主机与僚机之间用一根缆绳相连；

所述主机安装有超声波测距系统，用于接收信号并控制螺旋桨控制器的ardruino板，下 方安装有用于收纳捕获网的捕获网收纳盒；

所述僚机安装有用于接受主机发出信号的接收器，下方安装有用于牵引捕获网展开的电 动机。

所述捕获网装置包括捕获网、固定在主机下方的捕获网收纳盒、固定在僚机下方的用于 牵引捕获网的电动机；

进一步的技术方案为：

所述超声波传感定位与信号接受系统包括主机下方的环形安置架以及均匀且紧密排列 在环形安置架外侧圆周的多个超声波测距传感器，僚机上的信号接收器，以及接收传感器信 号的主机arduino板；

所述多个超声波测距传感器的命名方式为：以主机与僚机正对方向上的传感器为0号传 感器，此后以逆时针的顺序将传感器分别命名为1、2、3……

所述捕获网为尼龙绳编织而成的网状结构，展开后呈松弛状态且与网所在平面与地面垂 直，从而易于螺旋桨绞入。

如图2所示为本发明优选实施例的装置整体结构图，本发明无人机捕获与回收方案，在 主机1的环形安置架3外侧圆周上均匀且紧密排列有多个超声波测距传感器4，通过环形围 绕的多个超声波测距传感器实现360°无死角地对目标无人机的探测，可以将测距信息传递 给主机ardruino板的主控制器进行位置分析与控制螺旋桨电机。

为记录方便，对上述多个超声波测距传感器及其连接的单片机引脚编号，如图3所示， 正对僚机的传感器编为0号，选取该传感器方向为x轴，令其他传感器与该传感器成不同角 度θi(i＝0,1,2,3…)，读取到的数值存储为ρ，在此基础上建立极坐标系。

所述主机先由人为控制飞行，直至与目标飞行器大致处于同一平面内时，所有传感器均 开始以一定频率测距，并将数据时刻传回到主控制器上。超声波传感器测距时有稳定测量的 范围限制，标记为r限。改装过的主机相当于在其周围形成一个以r限为半径的感应范围, 当逮捕获物进入该区域，控制器可得到部分传感器有稳定的返回值。分析比较选取稳定性最 高的2个传感器，记录传感器所在方向(或传感器编号，发送给主机螺旋桨电机，使主机向 该方向行进。

当主机足够靠近待捕获目标无人机③，即主机与目标无人机距离达到可捕获距离L₀时， 记录上述选定的传感器数值，根据不同方向传感器数值波动及传感器编号(坐标)变化，如 i引脚返回增大,i+1引脚返回值减小，则向控制螺旋桨的电机发送信号，增加主机在i+1号 传感器对应方向的速度。实现主机1与目标无人机③的相对同步。

在所述主机1飞行过程中，僚机2始终与主机上固定传感器相对，从而始终保持与主机 同步飞行。在主机实施旋转命令时，僚机接受命令为以主机为轴，保持距离不变，绕轴旋转 与主机相同转角。

当上述多个超声波测距传感器返回值达到相对稳定，则判断主机僚机完成与待捕获目标 无人机的相对同步，随后主机向僚机发送命令，僚机靠近主机，安装于僚机2上的电动机6 拉出捕获网7。在主机1与僚机2之间连接有一根绳缆，其一端连接捕获网7，另一端由电 动机6控制。当主机1接收到传感器探测到的目标信号后，向僚机2发送命令，僚机2上的电动机6牵引绳缆，将捕获网7与绳缆相连的一端拉至僚机2处，使捕获网7在空中展开。

所述捕获网7为尼龙绳编织而成的网状结构，展开后呈松弛状态且与网所在平面与地面 垂直，从而易于被捕获目标飞行器的螺旋桨绞入。

当完成捕获网7打开工作后，开始记录待捕获目标无人机在如上所述的极坐标系中的坐 标(ρj,θj)。根据逮捕获物实时坐标(ρj,θj)及主机僚机距离d，计算出主机的旋转角度，将 信号传给控制主机螺旋桨的电机。所得转角满足将主机旋转到第n个传感器正对待捕获目标 无人机，即待捕获目标无人机位于主机1与僚机2之间捕获网的正对方向。

在所述僚机2上的接收器将收到来自主机的信号并传输给螺旋桨电机。

完成上述路径后，使待捕获目标无人机处于捕获网正前方。主机与僚机运行再次同步， 一起向y轴正方向加速前进，使目标无人机螺旋桨绞入捕获网结构中，完成捕获。

捕获后，主机僚机同步运行，将被捕无人机拖曳至指定的安全区域。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。

Claims (1)

1.一种无人机的捕获回收装置，包括设置有主控制器的主机、僚机和捕获网三个部分，其中，

在主机的周边固定有环形安置架，在环形安置架的周边排布多个超声波测距传感器，各个超声波测距传感器的测距信号传送给主控制器，其中一个超声波测距传感器作为固定传感器，与固定在僚机上的信号接收器之间始终通信，以保持僚机与主机同步飞行；

在主机和僚机之间通过缆绳相连，缆绳的一端与捕获网的一端固定在主机上，在僚机上固定有用以牵引捕获网展开的电动机；

主控制器，用以根据各个超声波测距传感器的测距信号获得待捕获无人机的位置信息，并通过控制螺旋桨电机和僚机实现对目标无人机的捕获控制。