CN113138605A - 应用于子母无人机的回收释放装置及其控制方法 - Google Patents
应用于子母无人机的回收释放装置及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种应用于子母无人机的回收释放装置及控制方法,该装置及方法中通过红外接收面板和红外发光二极管彼此配合来精确定位子无人机和母无人机之间的相对位置关系,通过水平移动平台带动机械爪水平移动,寻找抓取位置,以便于通过机械爪快速抓取子无人机,完成子无人机的回收作业,释放子无人机时,提前启动子无人机的旋翼,使得子无人机基本实现自身悬停,再放开机械爪即可,其抓取速度快,自动化程度高,且稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及四旋翼无人机回收控制装置及相应的回收方法,具体涉及一种应用于子母无人机的四旋翼无人机回收释放装置及其控制方法。
背景技术
子母无人机系统是一种大型无人机携带一个或多个小型无人机飞行,并可以实现大型无人机对小型无人机抓取、释放的系统。回收释放装置是连接子机和母机的桥梁,它安装在母机上,可以对子机进行定位跟踪、回收与释放。为了满足战场救援快速搜索、大范围搜索、有效救治、降低附带损伤的需求,子母无人机需要具备续航时间长、高机动性、对复杂环境适应性强的特点。回收释放装置的设计,需要契合子母无人机这种特点。
然而现有的一些字母无人机系统中,当子机母机均为旋翼式无人机的情况时,其开放式结构受风力、振荡影响较大,不利于平台的姿态稳定和高速前飞,另外,开放式平台结构仅适用于母机为四旋翼无人机的子母无人机,若将母机改为固定翼无人机,将不再适用。
还有的子母无人机系统的回收释放结构回收效率低,一般在30min的时间内仅能够回收4架子无人机;还有的回收目标体积大,如“小精灵”无人机重量在250-500kg之间,只适用于回收固定翼无人机,不适用于回收续航时间仅在20min左右,重量仅在3kg左右的四旋翼无人机。
由于上述原因,本发明人对现有的子母无人机回收系统及方法做了深入研究,以期待设计出一种能够解决上述问题的新的回收装置及方法。
发明内容
为了克服上述问题,本发明人进行了锐意研究,设计出一种应用于子母无人机的回收释放装置及控制方法,该装置及方法中通过红外接收面板和红外发光二极管彼此配合来精确定位子无人机和母无人机之间的相对位置关系,通过水平移动平台带动机械爪水平移动,寻找抓取位置,以便于通过机械爪快速抓取子无人机,完成子无人机的回收作业,释放子无人机时,提前启动子无人机的旋翼,使得子无人机基本实现自身悬停,再放开机械爪即可,从而完成本发明。
具体来说,本发明的目的在于提供一种应用于子母无人机的回收释放装置,该装置包括设置在母无人机底部的水平移动平台1和安装在子无人机顶部的连接装置2;
其中,在所述水平移动平台1上设置有能够在该水平移动平台1上往复移动的机械爪3;
通过所述机械爪3抓取或者放开所述连接装置2。
其中,所述水平移动平台1包括移动基座11和穿过该移动基座11的纵向滑杆12,所述移动基座11能够沿着纵向滑杆12往复滑动;
所述机械爪3安装在所述移动基座11的底部;
在所述纵向滑杆12的两端都设置有横向滑块13和穿过所述横向滑块13的横向梁14;
通过横向滑块13沿着横向梁14往复滑动带动纵向滑杆12及其上的移动基座11在横向上往复滑动。
其中,在所述两个横向滑块13上都设置有传动带电机15,所述两个传动带电机15撑紧传动带16,且所述传动带16穿过所述移动基座11,通过所述传动带16带动移动基座11沿着纵向滑杆12往复滑动;
所述水平移动平台1还包括与所述横向梁14平行设置的滚动丝杠17,所述滚动丝杠17穿过横向滑块13,且在所述滚动丝杠17的端部设置有驱动该滚动丝杠17旋转的丝杠电机18。
其中,所述机械爪3包括安装平台31,在其下方设置有固定关节32、内活动关节33、外活动关节34和下活动关节35;其中,内活动关节33和外活动关节34并联设置,其顶部都与固定关节32铰接,其底部都与下活动关节35铰接;
在所述下活动关节35的下端设置有向内侧弯折的爪尖部351;
通过控制内活动关节33绕着固定关节32摆动来控制所述下活动关节35向内或者向外摆动。
其中,该机械爪3还包括带动所述内活动关节33绕着固定关节32摆动的驱动机构;
优选地,所述驱动机构包括设置在安装平台31顶部的驱动电机36和与驱动电机36相连且伸入到安装平台31正下方的转动螺杆37,在所述转动螺杆37上设置有滑块38,所述滑块38通过连杆39与所述内活动关节33铰接;
所述滑块38在转动螺杆37的驱动下,在竖直方向上往复移动,从而通过连杆39带动内活动关节33绕着固定关节32摆动,进而控制下活动关节35向内或者向外摆动。
其中,所述连接装置2包括塔顶21,在塔顶21下方设置有塔架22,所述塔架22底部与子无人机主体固接;
在所述塔架22上设置有横梁23,所述横梁23与下活动关节35的爪尖部351配合;
在机械爪3抓取连接装置2时,所述爪尖部351嵌入到所述横梁23的下方,并通过爪尖部351承托所述横梁23;
在机械爪3放开连接装置2时,所述爪尖部351随着下活动关节35的摆动而从横梁23的下方脱离,从而放开对连接装置2及子无人机的限制。
其中,该装置还包括近距离定位系统,通过该近距离定位系统实现母无人机和子无人机之间的精确定位,该近距离定位系统还用于在回收子无人机时判断回收过程中子无人机的平稳性;
优选地,所述近距离定位系统包括设置在所述水平移动平台1上的红外接收面板4和设置在所述连接装置2顶部的红外发光二极管,
所述红外接收面板4通过接收所述红外发光二极管发出的红外信号来确定在水平方向上,连接装置2和水平移动平台1之间的相对位置;
更优选地,所述近距离定位系统还包括设置在所述子无人机的每个旋翼电机上方的红外发光二极管。
本发明还提供一种子母无人机的回收释放控制方法,所述母无人机上设置有水平移动平台1和红外接收面板4,
所述子无人机上设置有连接装置2和红外发光二极管;
该方法包括如下步骤:
步骤1,对子无人机下达返回指令;在子无人机执行指令返航过程中,在前中段采用GPS制导,在末段采用GPS和红外混合制导;
步骤2,控制子无人机顶部的连接装置2到达水平移动平台1正下方,通过水平移动平台1调整其上的机械爪3移动到连接装置2的正上方,
步骤3,调整母无人机和子无人机之间的相对高度满足抓取条件,通过机械爪3抓取子无人机上的连接装置2。
其中,在子无人机的返航过程中,当R≥rmax时为所述前中段,当R<rmax时为所述末段;
其中,R表示子无人机的连接装置与红外接收面板4之间的距离;
rmax表示红外发光二极管的有效距离;
优选地,在所述GPS和红外混合制导的过程中,当n1≥n2时,采用GPS制导,当n1<n2时,采用红外制导;
其中,n1表示GPS制导的可信度,n2表示红外制导的可信度;
TGPS表示相邻两次接收的GPS信号间的时间间隔,v表示子无人机的飞行速度,dGPS表示接收两次GPS信号的时间段内无人机飞行的距离,
T红外表示红外接收面板接收两次红外信号的时间间隔,v表示子无人机的飞行速度,d红外表示红外信号测量的距离。
其中,在执行步骤3的过程中,实时通过红外接收面板4接收子无人机的旋翼电机上方的红外发光二极管发出的红外信号,进而实时获得子无人机的各个旋翼与红外接收面板4之间的相对距离;
在执行步骤3的过程中,
当hi>Hmax或hi≤Hmin时,继续执行步骤3;
其中,hi、hj为各个旋翼与红外接收面板的距离;Hmax是最大可回收距离,Hmin是最小可回收距离,γ为安全系数,γ=0.95~1.05中的任意一个数;i=1,2,3,4;j=1,2,3,4,i和j都指代任意一个旋翼且i≠j;
在执行步骤3的过程中,当任意的hi,都有hi=γhj,且Hmin≤hi≤Hmax时,满足回收条件,控制机械爪抓取连接装置,使得子无人机回收工作完成;
在执行完步骤3以后,若hi≠γhj,控制驱动电机反向旋转,滑块向上移动,从而使得下活动关节向外摆动,并重复步骤2和3。
本发明所具有的有益效果包括:
(1)根据本发明提供的应用于子母无人机的回收释放装置及其控制方法能够稳定可靠地回收或释放子旋翼无人机,使得子旋翼无人机可以被母机携带,进而提高了四旋翼无人机的有效续航时间;
(2)根据本发明提供的应用于子母无人机的回收释放装置及其控制方法中给出了基于水平移动平台与四指机械爪的旋翼无人机抓取机构,实现了对旋翼无人机的精准抓取;
(3)根据本发明提供的应用于子母无人机的回收释放装置及其控制方法中采用了基于GPS卫星导航和红外导引相结合的复合制导方法,从而控制旋翼子无人机进行轨迹跟踪,可靠安全的完成返航,进而提高了旋翼无人机的回收效率、抗干扰能力以及回收精度。
附图说明
图1示出根据本发明一种优选实施方式的应用于子母无人机的回收释放装置中水平移动平台和子无人机的结构示意图;
图2示出根据本发明一种优选实施方式的应用于子母无人机的回收释放装置中水平移动平台的结构示意图;
图3示出根据本发明一种优选实施方式的应用于子母无人机的回收释放装置中水平移动平台上移动基座的结构示意图;
图4示出根据本发明一种优选实施方式的应用于子母无人机的回收释放装置中机械爪和连接装置的整体结构示意图;
图5示出根据本发明一种优选实施方式的应用于子母无人机的回收释放装置中机械爪和连接装置的具体结构示意图;
图6示出根据本发明一种优选实施方式的应用于子母无人机的回收释放装置中红外接收面板结构示意图。
附图标号说明:
1-水平移动平台
11-移动基座
12-纵向滑杆
13-横向滑块
14-横向梁
15-传动带电机
16-传动带
17-滚动丝杠
18-丝杠电机
2-连接装置
21-塔顶
22-塔架
23-横梁
3-机械爪
31-安装平台
32-固定关节
33-内活动关节
34-外活动关节
35-下活动关节
351-爪尖部
36-驱动电机
37-转动螺杆
38-滑块
39-连杆
4-红外接收面板
41-电路板
42-光电二极管阵列
43-遮光片
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明,本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面,但是除非特别指出,不必按比例绘制附图。
根据本发明提供的应用于子母无人机的回收释放装置,如图1、图2和图4中所示,该装置包括设置在母无人机底部的水平移动平台1和安装在子无人机顶部的连接装置2;
其中,在所述水平移动平台1上设置有能够在该水平移动平台1上往复移动的机械爪3;
通过所述机械爪3抓取或者放开所述连接装置2。
在一个优选的实施方式中,如图1、图2和图3中所示,所述水平移动平台1包括移动基座11和穿过该移动基座11的纵向滑杆12,所述移动基座11能够沿着纵向滑杆12往复滑动;所述移动基座主体呈块状,起到连接承载的作用;
所述机械爪3安装在所述移动基座11的底部,可以通过焊接或者铆接等方式进行固定;
在所述纵向滑杆12的两端都设置有横向滑块13和穿过所述横向滑块13的横向梁14;即所述纵向滑杆12的两端都分别固接在一块横向滑块13上,所述横向滑块13设置有两块,分别位于纵向滑杆12的两端,两个横向滑块13同步运动,使得纵向滑杆12运动平稳,避免卡死现象;
通过横向滑块13沿着横向梁14往复滑动带动纵向滑杆12及其上的移动基座11在横向上往复滑动。在无人机工作状态下,本申请中的横向和纵向都在水平方向上,且横向和纵向彼此垂直。
优选地,在所述两个横向滑块13上都设置有传动带电机15,所述两个传动带电机15撑紧传动带16,且所述传动带16穿过所述移动基座11,通过所述传动带16带动移动基座11沿着纵向滑杆12往复滑动;所述两个传动带电机15同步工作,以使得传动的运行平稳。
所述水平移动平台1还包括与所述横向梁14平行设置的滚动丝杠17,所述滚动丝杠17穿过横向滑块13,且在所述滚动丝杠17的端部设置有驱动该滚动丝杠17旋转的丝杠电机18。
本申请中传动带传动和滚动丝杠传动都具有精度高、传动效率高、传动可逆、可适用于速度较高的场合等特点。而滚动丝杠传动的承载能力大于传动带传动,传动带传动的造价低于滚动丝杠传动。优选地,所述传动带电机和丝杠电机都选择相同型号的步进电机,为了提高纵向传动的负载载荷,采用滚动丝杠传动实现纵向移动,为了降低成本,采用传动带实现横向移动。
进一步优选地,在所述水平移动平台的边缘处设置有框架,通过框架结构增强水平移动平台整体的牢固程度,降低滚动丝杠的抗弯压力。
在一个优选的实施方式中,如图4和图5中所示,所述机械爪3包括安装平台31,在其下方设置有固定关节32、内活动关节33、外活动关节34和下活动关节35;其中,内活动关节33和外活动关节34并联设置,其顶部都与固定关节32铰接,其底部都与下活动关节35铰接;
在所述下活动关节35的下端设置有向内侧弯折的爪尖部351;
通过控制内活动关节33绕着固定关节32摆动来控制所述下活动关节35向内或者向外摆动。所述固定关节32、内活动关节33、外活动关节34和下活动关节35构成4杆机构,也可称之为爪瓣,即四杆机构组成机械爪的一个爪瓣,在固定关节32固定的基础上,移动内活动关节33即可改变该4杆机构的形状,从而改变下活动关节35的位置,从而实现运动状态的转换。
优选地,该机械爪3还包括带动所述内活动关节33绕着固定关节32摆动的驱动机构;即通过该驱动机构改变丝杆机构的形状,从而改变下活动关节35的位置。
优选地,所述驱动机构包括设置在安装平台31顶部的驱动电机36和与驱动电机36相连且伸入到安装平台31正下方的转动螺杆37,在所述转动螺杆37上设置有滑块38,所述滑块38通过连杆39与所述内活动关节33铰接;
所述滑块38在转动螺杆37的驱动下,在竖直方向上往复移动,从而通过连杆39带动内活动关节33绕着固定关节32摆动,进而控制下活动关节35向内或者向外摆动。优选地,在所述安装平台31下方还设置有限位结构,从而使得所述滑块38不能随着转动螺杆37旋转,只能在竖直方向上往复移动。
优选地,所述安装平台31下方设置有多个固定关节,即该机械爪包括多个爪瓣;更优选地,在所述安装平台31下方设置有4个固定关节,即机械爪包括4个爪瓣;四个固定关节均匀分布在转动螺杆37的周围。
本申请中的机械爪抓取连接装置即为控制机械爪下活动关节35的爪尖部351朝向内部即转动螺杆37所在方向移动,在此过程中,如果连接装置在转动螺杆37附近,该爪尖部351即可实现对连接装置的抓取作业;本申请中的机械爪放开连接装置即为控制机械爪下活动关节35的爪尖部351朝向外部即远离转动螺杆37所在方向移动。
在一个优选的实施方式中,如图4和图5中所示,所述连接装置2包括塔顶21,在塔顶21下方设置有塔架22,所述塔架22底部与子无人机主体固接;
在所述塔架22上设置有横梁23,所述横梁23与下活动关节35的爪尖部351配合;
在机械爪3抓取连接装置2时,所述爪尖部351嵌入到所述横梁23的下方,并通过爪尖部351承托所述横梁23;
在机械爪3放开连接装置2时,所述爪尖部351随着下活动关节35的摆动而从横梁23的下方脱离,从而放开对连接装置2及子无人机的限制。
在一个优选的实施方式中,该装置还包括近距离定位系统,通过该近距离定位系统实现母无人机和子无人机之间的精确定位,该近距离定位系统还用于在回收子无人机时判断回收过程中子无人机的平稳性;
优选地,所述近距离定位系统包括设置在所述水平移动平台1上的红外接收面板4和设置在所述连接装置2顶部的红外发光二极管,如图6中所示。
所述红外接收面板4通过接收所述红外发光二极管发出的红外信号来确定在水平方向上,连接装置2和水平移动平台1之间的相对位置;即所述红外发光二极管用于发射红外线,所述红外接收面板4用于接收红外线信号,从而获知该红外线信号的发出位置和彼此间距离。
更优选地,所述近距离定位系统还包括设置在所述子无人机的每个旋翼电机上方的红外发光二极管,即通过红外接收面板4实时获知子无人机各个旋翼的位置。
在一个优选的实施方式中,所述红外接收面板4包括电路板41,在所述电路板上设置有光电二极管阵列42,在每个光电二极管周围设置有遮光片43,使得每个光电二极管仅有正下方裸露在外,即仅能够接收位于下方光源发出的红外信号,从而屏蔽侧向射入的红外信号的干扰。
进一步优选地,所述红外接收面板4设置在机械爪的正上方,与水平移动平台固结为一体结构,从而方便于实时获知子无人机相对于水平移动平台的位置信息。
在一个优选的实施方式中,在所述连接装置2的顶部设置有铁片,在所述转动螺杆37的底部设置有电磁铁,当执行抓取作业时,所述电磁铁通电工作,辅助抓取无人机,并且能够提高抓取过程中子无人机的稳定性。
本发明还提供一种子母无人机的回收释放控制方法,所述母无人机上设置有上文中所述的水平移动平台1和红外接收面板4,
所述子无人机上设置有连接装置2和红外发光二极管;
该方法包括如下步骤:
步骤1,对子无人机下达返回指令;在子无人机执行指令返航过程中,在前中段采用GPS制导,在末段采用GPS和红外混合制导;
步骤2,控制子无人机顶部的连接装置2到达水平移动平台1正下方,通过水平移动平台1调整其上的机械爪3移动到连接装置2的正上方,
步骤3,调整母无人机和子无人机之间的相对高度满足抓取条件,通过机械爪3抓取子无人机上的连接装置2。
优选地,在子无人机的返航过程中,当R≥rmax时为所述前中段,当R<rmax时为所述末段;
其中,R表示子无人机的连接装置与红外接收面板4之间的距离;该值可以通过GPS模块实时测量解算得到也可以通过红外探测的方式获得距离信息。
rmax表示红外发光二极管的有效距离,该值与发光二极管的型号特性有关,在飞行器起飞前,灌装到飞行器中,在实际工作过程中,可以在子无人机和母无人机之间的绝对距离小于设定值时开始控制红外发光二极管启动工作,该设定值可以为3~5米,当母机上的红外接收面板能够接收到红外信号时,即认为进入到红外发光二极管的有效距离,此时进入到末段,采用GPS和红外混合制导;
优选地,在所述GPS和红外混合制导的过程中,当n1≥n2时,采用GPS制导,当n1<n2时,采用红外制导;本申请中所述的GPS制导是指通过GPS模块解算卫星信号,进而基于卫星信号结合目标位置信息解算子无人机的过载指令;本申请中所述的红外制导是指通过光电二极管接收子无人机红外发光二极管红外信号来解算子无人机的过载指令。
其中,n1表示GPS制导的可信度,n2表示红外制导的可信度;
TGPS表示相邻两次接收的GPS信号间的时间间隔,v表示子无人机的飞行速度,由子无人机上的陀螺仪和加速度计测得,dGPS表示通过GPS信号解算出的接收两次GPS信号的时间段内无人机飞行的距离;
T红外表示红外接收面板接收同一红外发光二极管发出的两次红外信号的时间间隔,v表示子无人机的飞行速度,该值由子无人机上的陀螺仪和加速度计测得,d红外表示红外信号测量的T红外时间段内无人机行进的距离,即为红外接收面板接收同一红外发光二极管发出的两次红外信号的时间间隔内无人机飞行的距离,该值由母机解算获得,红外接收面板每次接收到红外信号都能算出子机相对于母机的位置,两次位置之间的距离就是红外信号测量的距离。本申请中通过用频率和速度算得的距离与母机回收释放平台测的子机移动距离做对比,来判断可信度。
本申请中优选地,当所述连接装置的顶部与红外接收面板4之间的距离值为0.8~1.0Hmax,且各旋翼与红外接收面板的距离相等时,即hi=hj时认为满足抓取条件;
其中,i=1,2,3,4;j=1,2,3,4,i和j都指代任意一个旋翼,i≠j;Hmax为最大允许抓取距离,hi、hj为实时测量得到的各旋翼到红外接收面板的距离,h1表示第一个旋翼到红外接收面板的距离,h3表示第三个旋翼到红外接收面板的距离。
在一个优选的实施方式中,在执行步骤3的过程中,实时通过红外接收面板4接收子无人机的旋翼电机上方的红外发光二极管发出的红外信号,进而实时获得子无人机的各个旋翼与红外接收面板4之间的相对距离;
当在执行步骤3的过程中,当hi>Hmax或hi≤Hmin时,说明回收高度不足,重复步骤3或者继续执行步骤3。
其中,hi、hj为各个旋翼与红外接收面板的距离;Hmax是最大可回收距离,Hmin是最小可回收距离,γ为安全系数,γ=0.95~1.05中的任意一个数。
在执行步骤3的过程中,当任意的hi,都有hi=γhj,且Hmin≤hi≤Hmax时,满足回收条件,控制机械爪抓取连接装置,使得子无人机回收工作完成。所述Hmin和Hmax可以根据机械爪和连接装置的具体尺寸确定,能够满足抓取需要即可。
在执行完步骤3以后,若hi≠γhj,说明回收失败,控制机械爪3放开所述连接装置2,即控制驱动电机反向旋转,滑块向上移动,从而使得下活动关节向外摆动,并重复步骤2和3。
实施例
子无人机顶部设置有连接装置,在连接装置顶部设置红外发光二极管,红外发光二极管的有效距离为3m,母无人机底部设置有水平移动平台,
其中,水平移动平台上设置有红外接收面板,还设置有能够往复移动的机械爪;
在子无人机完成任务后,通过GPS制导,自主设计路径返回母机附近。当子无人机接近母机时,即R<3m时,采用GPS和红外混合制导对四旋翼子无人机进行回收。
首先控制子无人机到达母无人机正下方,即使得连接装置的红外发光二极管位于母无人机红外接收面板的正下方,通过水平移动平台控制其上的机械爪水平移动,使得机械爪在接到信号后移动到子无人机上方,并随子无人机位置的改变而移动;子无人机调整飞行姿态和高度,当子无人机飞行姿态满足与xy移动平台或红外接收面板平行,即任意的hi,都有hi=γhj,且Hmin≤hi≤Hmax时,子无人机高度满足回收高度,控制机械爪闭合实现对子无人机的回收。
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明,不过这些实施方式仅是范例性的,仅起到说明性的作用。在此基础上,可以对本发明进行多种替换和改进,这些均落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种应用于子母无人机的回收释放装置,其特征在于,该装置包括设置在母无人机底部的水平移动平台(1)和安装在子无人机顶部的连接装置(2);
其中,在所述水平移动平台(1)上设置有能够在该水平移动平台(1)上往复移动的机械爪(3);
通过所述机械爪(3)抓取或者放开所述连接装置(2)。
2.根据权利要求1所述的应用于子母无人机的回收释放装置,其特征在于,
所述水平移动平台(1)包括移动基座(11)和穿过该移动基座(11)的纵向滑杆(12),所述移动基座(11)能够沿着纵向滑杆(12)往复滑动;
所述机械爪(3)安装在所述移动基座(11)的底部;
在所述纵向滑杆(12)的两端都设置有横向滑块(13)和穿过所述横向滑块(13)的横向梁(14);
通过横向滑块(13)沿着横向梁(14)往复滑动带动纵向滑杆(12)及其上的移动基座(11)在横向上往复滑动。
3.根据权利要求2所述的应用于子母无人机的回收释放装置,其特征在于,
在所述两个横向滑块(13)上都设置有传动带电机(15),所述两个传动带电机(15)撑紧传动带(16),且所述传动带(16)穿过所述移动基座(11),通过所述传动带(16)带动移动基座(11)沿着纵向滑杆(12)往复滑动;
所述水平移动平台(1)还包括与所述横向梁(14)平行设置的滚动丝杠(17),所述滚动丝杠(17)穿过横向滑块(13),且在所述滚动丝杠(17)的端部设置有驱动该滚动丝杠(17)旋转的丝杠电机(18)。
4.根据权利要求1所述的应用于子母无人机的回收释放装置,其特征在于,
所述机械爪(3)包括安装平台(31),在其下方设置有固定关节(32)、内活动关节(33)、外活动关节(34)和下活动关节(35);其中,内活动关节(33)和外活动关节(34)并联设置,其顶部都与固定关节(32)铰接,其底部都与下活动关节(35)铰接;
在所述下活动关节(35)的下端设置有向内侧弯折的爪尖部(351);
通过控制内活动关节(33)绕着固定关节(32)摆动来控制所述下活动关节(35)向内或者向外摆动。
5.根据权利要求4所述的应用于子母无人机的回收释放装置,其特征在于,
该机械爪(3)还包括带动所述内活动关节(33)绕着固定关节(32)摆动的驱动机构;
优选地,所述驱动机构包括设置在安装平台(31)顶部的驱动电机(36)和与驱动电机(36)相连且伸入到安装平台(31)正下方的转动螺杆(37),在所述转动螺杆(37)上设置有滑块(38),所述滑块(38)通过连杆(39)与所述内活动关节(33)铰接;
所述滑块(38)在转动螺杆(37)的驱动下,在竖直方向上往复移动,从而通过连杆(39)带动内活动关节(33)绕着固定关节(32)摆动,进而控制下活动关节(35)向内或者向外摆动。
6.根据权利要求5所述的应用于子母无人机的回收释放装置,其特征在于,
所述连接装置(2)包括塔顶(21),在塔顶(21)下方设置有塔架(22),所述塔架(22)底部与子无人机主体固接;
在所述塔架(22)上设置有横梁(23),所述横梁(23)与下活动关节(35)的爪尖部(351)配合;
在机械爪(3)抓取连接装置(2)时,所述爪尖部(351)嵌入到所述横梁(23)的下方,并通过爪尖部(351)承托所述横梁23;
在机械爪(3)放开连接装置(2)时,所述爪尖部(351)随着下活动关节(35)的摆动而从横梁(23)的下方脱离,从而放开对连接装置(2)及子无人机的限制。
7.根据权利要求1所述的应用于子母无人机的回收释放装置,其特征在于,
该装置还包括近距离定位系统,通过该近距离定位系统实现母无人机和子无人机之间的精确定位,该近距离定位系统还用于在回收子无人机时判断回收过程中子无人机的平稳性;
优选地,所述近距离定位系统包括设置在所述水平移动平台(1)上的红外接收面板(4)和设置在所述连接装置(2)顶部的红外发光二极管,
所述红外接收面板(4)通过接收所述红外发光二极管发出的红外信号来确定在水平方向上,连接装置(2)和水平移动平台(1)之间的相对位置;
更优选地,所述近距离定位系统还包括设置在所述子无人机的每个旋翼电机上方的红外发光二极管。
8.一种子母无人机的回收释放控制方法,其特征在于,所述母无人机上设置有水平移动平台(1)和红外接收面板(4),
所述子无人机上设置有连接装置(2)和红外发光二极管;
该方法包括如下步骤:
步骤1,对子无人机下达返回指令;在子无人机执行指令返航过程中,在前中段采用GPS制导,在末段采用GPS和红外混合制导;
步骤2,控制子无人机顶部的连接装置(2)到达水平移动平台(1)正下方,通过水平移动平台(1)调整其上的机械爪(3)移动到连接装置(2)的正上方,
步骤3,调整母无人机和子无人机之间的相对高度满足抓取条件,通过机械爪(3)抓取子无人机上的连接装置(2)。
9.根据权利要求8所述的子母无人机的回收释放控制方法,其特征在于,
在子无人机的返航过程中,当R≥rmax时为所述前中段,当R<rmax时为所述末段;
其中,R表示子无人机的连接装置与红外接收面板(4)之间的距离;
rmax表示红外发光二极管的有效距离;
优选地,在所述GPS和红外混合制导的过程中,当n1≥n2时,采用GPS制导,当n1<n2时,采用红外制导;
其中,n1表示GPS制导的可信度,n2表示红外制导的可信度;
TGPS表示相邻两次接收的GPS信号间的时间间隔,v表示子无人机的飞行速度,dGPS表示接收两次GPS信号的时间段内无人机飞行的距离,
T红外表示红外接收面板接收两次红外信号的时间间隔,v表示子无人机的飞行速度,d红外表示红外信号测量的距离。
10.根据权利要求8所述的子母无人机的回收释放控制方法,其特征在于,
在执行步骤3的过程中,实时通过红外接收面板(4)接收子无人机的旋翼电机上方的红外发光二极管发出的红外信号,进而实时获得子无人机的各个旋翼与红外接收面板(4)之间的相对距离;
在执行步骤3的过程中,
当hi>Hmax或hi≤Hmin时,继续执行步骤3;
其中,hi、hj为各个旋翼与红外接收面板的距离;Hmax是最大可回收距离,Hmin是最小可回收距离,γ为安全系数,γ=0.95~1.05中的任意一个数;i=1,2,3,4;j=1,2,3,4,i和j都指代任意一个旋翼且i≠j;
在执行步骤3的过程中,当任意的hi,都有hi=γhj,且Hmin≤hi≤Hmax时,满足回收条件,控制机械爪抓取连接装置,使得子无人机回收工作完成;
在执行完步骤3以后,若hi≠γhj,控制驱动电机反向旋转,滑块向上移动,从而使得下活动关节向外摆动,并重复步骤2和3。
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