CN110435370A - 一种用于复杂环境的三栖侦察器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于复杂环境的三栖侦察器，包括相机、二维转台、减震机构、电机、桨叶、动力系统、机臂、控制系统、底座支架、搭载机构、两栖小车；相机放置在二维转台上，二维转台通过减震机构与机体相连，电机与桨叶成对布置在机臂上，动力系统提供飞行器的运动动力，控制系统提供飞行控制，底座支架与机体相连，搭载机构放置在飞行器与小车之间，两栖小车用于狭小地带的侦察。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人侦察技术，特别是一种用于复杂环境的三栖侦察器。
背景技术
近十年来，机器人技术发展迅猛，逐渐成为影响人类生产和生活的一项关键技术，正在引领第三次工业革命。而无人侦察器在民用上用于航空摄影、灾情监视、交通巡逻等，在军事上主要用于开展战场监视、侦察、定位校射、毁伤评估等任务。
无人侦察器能否适应复杂环境是其能否胜任特定侦察任务的重要指标。而现如今的侦察器虽有其各自优点，但往往不能克服单一空域或陆域的局限性，不适用于执行复杂环境的侦察任务。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于复杂环境的三栖侦察器，结合各自优点，解决了现有无人侦察器在复杂环境下侦察的局限性。
实现本发明目的的技术方案为：一种用于复杂环境的三栖侦察器，包括相机、二维转台、减震机构、电机、桨叶、动力系统、机臂、控制系统、底座支架、搭载机构、两栖小车；相机放置在二维转台上，二维转台通过减震机构与机体相连，电机与桨叶成对布置在机臂上，动力系统提供飞行器的运动动力，控制系统提供飞行控制，底座支架与机体相连，搭载机构放置在飞行器与小车之间，两栖小车用于狭小地带的侦察。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)飞行器与两栖小车可同时执行不同侦察任务，其可提高单位时间内的侦察效率，获取更为全面的侦察信息；(2)两栖小车在飞行器投送后独自执行侦察任务，而飞行器继续投送作业，这样可以短时间内远距离投送多辆两栖小车，获取多区域的地面信息；(3)单个两栖小车执行侦察任务，而飞行器停降在地面进行等待，在小车完成某一区域的侦察任务后，对其进行更远距离投送，极大提高续航能力。
下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明用于复杂环境的三栖侦察器的整体结构示意图。
图2为本发明用于复杂环境的三栖侦察器的二维转台的结构示意图。
图3为本发明用于复杂环境的三栖侦察器的减震机构的结构示意图，其中(a)为整体结构示意图，(b)转台连接板示意图，(c)为减震球示意图，(d)为机体连接板示意图。
图4为本发明用于复杂环境的三栖侦察器的搭载机构的结构示意图。
图5为本发明用于复杂环境的三栖侦察器的Apriltags算法示意图，其中(a)为Apriltags原图，(b)为灰度检测图，(c)为四边形检测结果图，(d)编码与解码图。
具体实施方式
结合图1，一种用于复杂环境的三栖侦察器，包括相机、二维转台、减震机构、电机、桨叶、动力系统、机臂、控制系统、底座支架、搭载机构、两栖小车。相机放置在二维转台上，提供侦察图像，在回收小车时进行视觉识别；二维转台通过减震机构与机体相连，控制相机实现俯仰和偏航两个维度的转动；电机与桨叶成对布置在机臂上，为飞行器提高飞行动力；动力系统提供能源；控制系统根据实际的飞行需求控制电机的转速从而实现对飞行器的运动控制；底座支架与机体相连，保障飞行器起飞与降落时的安全；搭载机构放置在飞行器与小车之间，用于实现两栖小车的分离与回收；两栖小车根据要求投放在复杂环境下执行地面侦察任务。
结合图2，所述二维转台2包括俯仰转台2-1、相机夹持件2-2、偏航转台2-3。俯仰转台2-1与偏航转台2-3是重要组成部分，其转动由控制系统8根据侦察要求进行控制，实现相机1在俯仰和偏航两个维度上的转动，为获取全面的侦察图像提供了保证。相机夹持件2-2与相机1相匹配，其可根据不同相机进行更换，具有较好的适用性。
结合图3(a)，所述减震机构3包括转台连接板3-1、减震球3-2、机体连接板3-3。减震球3-2起减震的主要作用，保证在飞行运动中飞行器的抖动不会对相机1的拍摄造成干扰，即保障相机1获取稳定的图像。转台连接板3-1与机体连接板3-3仅起连接固定作用。结合图3(b)转台连接板3-1设置四条上臂，每一上臂末端设置一上通孔，每一上通孔内壁上沿周向设置一圈凹槽。结合图3(d)，机体连接板3-3设置四条与上臂对应的下臂，每一下臂末端设置一下通孔，每一下通孔内壁上沿周向设置一圈凹槽。结合图3(c)减震球3-2两端设置圆柱形支撑片，该支撑片与上通孔、下通孔内的凹槽匹配连接，将减震球3-2与上臂和下臂固定连接。
结合图4，搭载机构10包括小车连接板10-1、待识别凸球10-2、抓取凹球10-3、支撑杆10-4、机体连接板10-5。待识别凸球10-2与抓取凹球10-3是此机构的主要部分，凸球表面具有视觉识别的特定标记，与识别算法相匹配，能为飞行器回收两栖小车11提供准确的定位；凸球与凹球通电得磁、断电失磁，共同起到分离与回收的作用。小车连接板10-1、支撑杆10-4、机体连接板10-5起支撑固定作用。
结合图5，图5(a)表示的是Apriltags标记的原图，其根据尺寸的不同可分为tag16h5、tag25h9和tag36h11三大类，图中采用的是tag36h11中的第8个图形，该标签放置在待识别凸球10-2表面上，以便相机1进行目标识别。基于Apriltags的识别算法流程具体为(实际环境中还存在一系列的其他干扰物，此处仅展示了该算法对单一标签识别的效果)：①对Apriltags标签采用Canny算子进行边缘检测，其结果如图5(b)；②对于获取的二值化边缘图像，采用边缘结构分析法寻找四边形，利用多边形凸包寻找算法进行四边形面积计算，最后用道格拉斯-普克算法进行四边形逼近，找出符合要求的四边形，即Apriltags标签，图5(c)为检测结果，其标签外框已被浅绿色标记；③对标记的四边形进行编码与解码，根据Apriltags编码方式的不同，所生成的内部点阵坐标也不一样，如图5(d)所示，通过解码结果就可知到Apriltags所含信息，包括标签自身编号、图像中标签相对于相机的三维空间坐标等，以此实现对目标的识别与检测，从而完成精准抓取。
正常工作时，飞行器在电机4和桨叶5提供的升力下带着两栖小车11进行飞行，当到达指定侦察区域时，飞行器通过搭载机构10将两栖小车11进行分离，然后各自执行不同任务；当任务完成进行回收作业时，飞行器先根据GPS系统飞抵小车的大致区域，再用相机1进行视觉匹配识别，当识别到小车上待识别凸球10-2的标记时，飞行器按照算法反馈回来的坐标向下运动。在待识别凸球10-2与抓取凹球10-3相碰的时候，让两者通电得磁进行抓取完成回收作业。
Claims (4)
1.一种用于复杂环境的三栖侦察器，其特征在于，包括相机(1)、二维转台(2)、减震机构(3)、电机(4)、桨叶(5)、动力系统(6)、机臂(7)、控制系统(8)、底座支架(9)、搭载机构(10)、两栖小车(11)；其中
相机(1)由二维转台(2)夹持，
二维转台(2)控制相机(1)实现两个维度的转动，
减震机构(3)连接二维转台(2)与机体，
电机(4)与桨叶(5)成对布置在机臂(7)上，
动力系统(6)放置在整个飞行器的上方，
机臂(7)共四个，
控制系统(8)放置在飞行器内部，
底座支架(9)共四个，
搭载机构(10)用于连接飞行器与两栖小车(11)，
两栖小车(11)由搭载机构(10)根据侦察要求进行投放和回收，其尾部配有螺旋桨，可在浅水区域内进行水域运动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述二维转台(2)包括俯仰转台(2-1)、相机夹持件(2-2)、偏航转台(2-3)，其中
俯仰转台(2-1)连接相机夹持件(2-2)和偏航转台(2-3)，为相机(1)提供俯仰运动，
相机夹持件(2-2)用于固定相机(1)，
偏航转台(2-3)与减震机构(3)相连，为相机(1)提供偏航运动。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述减震机构(3)包括转台连接板(3-1)、减震球(3-2)、机体连接板(3-3)；其中
转台连接板(3-1)与二维转台(2)相连，
减震球(3-2)放置在转台连接板(3-1)与机体连接板(3-3)之间，两个连接板均有槽孔用来与减震球(3-2)的凹槽配合，具体可见说明书附图图3；其起减震的主要作用，保证相机的稳定拍摄，
机体连接板(3-3)通过螺钉固定在机体上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述搭载机构(10)包括小车连接板(10-1)、待识别凸球(10-2)、抓取凹球(10-3)、支撑杆(10-4)、机体连接板(10-5)；其中
小车连接板(10-1)固定在两栖小车(11)上方，为待识别凸球(10-2)提供安装位置，
待识别凸球(10-2)为电磁凸球，可根据要求通电得磁，且其表面标有识别图案，以便相机(1)通过基于Apriltags的识别算法来识别和定位两栖小车(11)，算法详情可见具体实施方法；，
抓取凹球(10-3)为电磁凹球，在抓取时通电得磁，分离时断电失磁，
支撑杆(10-4)主要用来承受两栖小车(11)的重量，
机体连接板(10-5)固定在机体上。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191112 |