CN113311865A - 一种不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，无人机接收到返航指令后，当无人机与无人运动平台之间距离大于设定值时，通过多源信息感知平台搜索获得无人机的位姿信息，无人运动平台根据该位姿信息实时规划路径并跟踪无人机；当无人机与无人运动平台之间距离小于设定值时，通过多源信息感知平台搜索获得无人机的位姿信息，无人运动平台上搭载的六自由度平台根据位姿信息实时跟踪无人机，直至六自由度平台位于无人机正下方；之后无人机接收到着陆指令，六自由度平台通过改变伸缩缸的长度和位姿，控制上平台与无人机姿态保持一致，完成无人机的承接。本发明能不依赖地空数据交互，主动搜索无人机高精度定位后实现自主回收。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法。
背景技术
无人战斗机是充分利用信息技术革命成果而发展起来的高性能武器装备，对提高战斗空间感知能力、高风险目标攻击能力和电子战能力等起到重要作用，未来无人战斗机将成为夺取制空权关键力量的有机组成部分。
无人机执行任务时，其回收速度很大程度决定了无人机的任务效率，稳定、安全的移动无人机回收平台可为无人机提供野外的着陆环境，减少无人机返回机场的消耗，延长无人机的工作时间，为提高无人机的战斗能力做出突出贡献。
现有无人机地面回收技术依赖地空通讯，环境制约大，尤其在军用领域，无人机位置信息难以直接获取；现有平台承接回收方案中采用无人机跟踪地面平台的方式，而大型无人机由于灵活性差无法精准跟踪着陆平台；此外，无人机与平台动态位姿不匹配，刚性接触，着陆效率低、降落冲击大、损坏率高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，在不依赖地空数据交互的条件下，主动搜索无人机高精度定位后实现自主回收。
本发明采用的技术方案如下：
一种不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，所述自主回收方法步骤如下：
步骤1，无人机接收到返航指令后，当无人机与无人运动平台之间距离大于设定值时，通过多源信息感知平台搜索获得无人机的位姿信息，无人运动平台根据所述位姿信息实时规划路径并跟踪无人机；当无人机与无人运动平台之间距离小于设定值时，通过多源信息感知平台搜索获得无人机的位姿信息，无人运动平台上搭载的六自由度平台根据所述位姿信息实时跟踪无人机，直至六自由度平台位于无人机正下方；
步骤2，无人机接收到着陆指令后，六自由度平台通过改变伸缩缸的长度和位姿，控制上平台与无人机姿态保持一致，完成无人机的承接。
进一步地，所述多源信息感知平台包括三维激光雷达、可见光摄像机和转台，三维激光雷达、可见光摄像机均安装在转台上；
当无人机与无人运动平台之间距离大于设定值时，通过三维激光雷达搜索获得无人机的位姿信息；当无人机与无人运动平台之间距离小于设定值时，融合激光雷达和可见光信息获得无人机的位姿信息。
进一步地，所述融合激光雷达和可见光信息获得无人机的位姿信息是通过点云聚类以及特征点提取方式实现。
进一步地，所述六自由度平台的下平台上安装姿态传感器，伸缩缸内置力传感器。
进一步地，所述步骤2进一步包括：所述力传感器检测到六自由度平台受到的冲击力，与设定的缓冲力一起发送给六自由度平台控制器，解算出伸缩缸的伸缩长度，在执行机构控制下令伸缩缸的当前长度运动到伸缩长度。
进一步地，所述控制器通过导纳控制算法进行解算。
进一步地，所述步骤2之后还包括：在无人机运送过程中行驶在颠簸路面时，所述姿态传感器检测六自由度平台下平台的姿态信息，并传递给六自由度平台控制器，通过控制伸缩缸的伸缩长度反补偿给上平台，使无人机姿态与设定的期望姿态保持一致。
进一步地，所述无人运动平台为独立驱动独立转向无人车。
进一步地，所述伸缩缸为液压缸或电动缸。
有益效果：
1、本发明集检测、识别、定位、跟踪、承接于一体，在不依赖地空数据交互的条件下，主动搜索无人机后实现自主回收，避免了地空数据交互，提升了无人机回收速度及任务效率；其次，本发明采用分阶段搜索方式，大范围无人运动平台快速跟踪、小范围六自由度平台精确跟踪，即当距离较远时，无人运动平台根据无人机位姿信息实时规划路径并跟踪无人机，快速到达无人运动平台正上方附近，然后通过六自由度平台根据无人机位姿信息实时跟踪无人机，对无人机的降落点进行微调，直至六自由度平台位于无人机正下方，实现高精度定位；再者，本发明增加的六自由度平台可以通过改变伸缩缸的长度和位姿，控制上平台与无人机姿态保持一致，对无人机精确动态跟踪，实现无人机与无人运动平台动态位姿匹配，避免无人机承接时“单脚触地”坠毁，降低损坏率。
2、本发明多源信息感知平台包括三维激光雷达、可见光摄像机和转台，当无人机与无人运动平台之间距离较远时，通过三维激光雷达搜索获得无人机的位姿信息；当距离较近时，融合激光雷达和可见光信息获得无人机的位姿信息，采集的信息丰富，可实现对无人机无地空通讯下的高精度定位。
3、本发明六自由度平台的伸缩缸内置力传感器，当无人运动平台受到较大力冲击时，控制器解算力传感器反馈的冲击力后控制伸缩缸的运动进行缓冲，实现对无人机的“柔性承接”，减小无人机降落过程中的冲击力，降低无人机在降落过程中的损坏率。
4、本发明六自由度平台的下平台上安装姿态传感器，在无人机运送过程中行驶在颠簸路面时，利用姿态传感器检测六自由度平台下平台的姿态信息构成闭环控制，使无人机姿态与设定的期望姿态保持一致，实现平稳隔振，减少平台振动对无人机造成的损坏。
5、本发明无人运动平台为独立驱动独立转向无人车，能够实现自主路径规划并跟踪轨迹，爬坡、避障能力强，无人运动平台的可达域范围大，适用广泛。
附图说明
图1为本发明无人机地面自主回收系统构成示意图。
图2为本发明无人机地面自主回收的流程图。
其中，1-无人运动平台，2-六自由度平台，3-多源信息感知平台。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，基于无人机地面自主回收系统，如图1所示，该自主回收系统包括无人运动平台1、六自由度平台2(Stewart平台)、多源信息感知平台3，六自由度平台2、多源信息感知平台3搭载在无人运动平台1上。本实施例中，无人运动平台1采用独立驱动独立转向无人车。多源信息感知平台3包括三维激光雷达、可见光摄像机和转台，三维激光雷达、可见光摄像机均安装在转台上。
自主回收方法步骤如下：
步骤1，无人机接收到返航指令后，如图2所示，通过多源信息感知平台3上的三维激光雷达搜索获得无人机的位姿信息，判断无人机与独立驱动独立转向无人车之间距离是否小于设定值即判断无人机是否到达独立驱动独立转向无人车上方附近。
步骤2，当无人机与独立驱动独立转向无人车之间距离大于设定值时，则返回步骤1，继续利用三维激光雷达搜索获得无人机的位姿信息，引导独立驱动独立转向无人车根据该位姿信息(无人机相对于独立驱动独立转向无人车的位置、高度和姿态信息)实时规划路径并跟踪无人机，直至无人机与独立驱动独立转向无人车之间距离小于设定值。
步骤3，当无人机与独立驱动独立转向无人车之间距离小于设定值时，继续引导独立驱动独立转向无人车跟踪逼近无人机。
步骤4，判断独立驱动独立转向无人车是否到达无人机下方；若未到达，则返回步骤3，直至六自由度平台2位于无人机下方。
步骤5，当独立驱动独立转向无人车位于无人机下方，多源信息感知平台3上的三维激光雷达、可见光摄像机共同搜索，其中多源信息感知平台3上的可见光摄像机识别无人机特征点。
步骤6，若未检测到无人机特征，则返回步骤5，可见光摄像机继续识别特征点；若检测到无人机特征，则融合激光雷达和可见光信息，通过点云聚类以及特征点提取方式获得无人机的位姿信息，引导独立驱动独立转向无人车上搭载的六自由度平台2根据该位姿信息实时跟踪无人机的位姿。
步骤7，无人机接收到着陆指令后，六自由度平台2通过改变伸缩缸的长度和位姿，控制上平台与无人机姿态保持一致，完成无人机的承接。伸缩缸采用液压缸或电动缸。
在一个优选实施例中，六自由度平台2的下平台上安装姿态传感器，伸缩缸采用电动缸，电动缸内置力传感器。
在无人机下降瞬间，若无人机下降速度过快，六自由度平台2会受到较大的冲击力，力传感器检测到六自由度平台2受到的冲击力，与设定的缓冲力一起发送给六自由度平台2的控制器，控制器通过导纳控制算法进行解算，得到电动缸的伸缩长度，在执行机构控制下令电动缸的当前长度运动到伸缩长度。
在无人机下降后，独立驱动独立转向无人车将无人机运送至目标地点，行驶在颠簸路面时，姿态传感器检测六自由度平台2的下平台的姿态信息，并传递给六自由度平台2的控制器，通过控制电动缸的伸缩长度反补偿给上平台，使无人机姿态与设定的期望姿态保持一致，下平台表面与行驶路面保持水平。上坡时，无人机姿态与坡面平行。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，其特征在于，所述自主回收方法步骤如下：
步骤1，无人机接收到返航指令后，当无人机与无人运动平台之间距离大于设定值时，通过多源信息感知平台搜索获得无人机的位姿信息，无人运动平台根据所述位姿信息实时规划路径并跟踪无人机；当无人机与无人运动平台之间距离小于设定值时，通过多源信息感知平台搜索获得无人机的位姿信息，无人运动平台上搭载的六自由度平台根据所述位姿信息实时跟踪无人机，直至六自由度平台位于无人机正下方；
步骤2，无人机接收到着陆指令后，六自由度平台通过改变伸缩缸的长度和位姿，控制上平台与无人机姿态保持一致，完成无人机的承接。
2.如权利要求1所述的不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，其特征在于，所述多源信息感知平台包括三维激光雷达、可见光摄像机和转台，三维激光雷达、可见光摄像机均安装在转台上；
当无人机与无人运动平台之间距离大于设定值时，通过三维激光雷达搜索获得无人机的位姿信息；当无人机与无人运动平台之间距离小于设定值时，融合激光雷达和可见光信息获得无人机的位姿信息。
3.如权利要求2所述的不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，其特征在于，所述融合激光雷达和可见光信息获得无人机的位姿信息是通过点云聚类以及特征点提取方式实现。
4.如权利要求1所述的不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，其特征在于，所述六自由度平台的下平台上安装姿态传感器，伸缩缸内置力传感器。
5.如权利要求4所述的不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：所述力传感器检测到六自由度平台受到的冲击力，与设定的缓冲力一起发送给六自由度平台控制器，解算出伸缩缸的伸缩长度，在执行机构控制下令伸缩缸的当前长度运动到伸缩长度。
6.如权利要求5所述的不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，其特征在于，所述控制器通过导纳控制算法进行解算。
7.如权利要求4所述的不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，其特征在于，所述步骤2之后还包括：在无人机运送过程中行驶在颠簸路面时，所述姿态传感器检测六自由度平台下平台的姿态信息，并传递给六自由度平台控制器，通过控制伸缩缸的伸缩长度反补偿给上平台，使无人机姿态与设定的期望姿态保持一致。
8.如权利要求1-7任一项所述的不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，其特征在于，所述无人运动平台为独立驱动独立转向无人车。
9.如权利要求8所述的不依赖地空数据交互的无人机地面自主回收方法，其特征在于，所述伸缩缸为液压缸或电动缸。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113955138A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-21 | 重庆交通大学 | 无人机回收平台 |
| CN114537065A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-27 | 重庆交通大学 | 陆空两用多功能无人机 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107885223A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-06 | 武汉大学 | 基于激光的无人机回收引导系统 |
| US20180101173A1 (en) * | 2016-10-10 | 2018-04-12 | Qualcomm Incorporated | Systems and methods for landing a drone on a moving base |
| CN109573088A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-04-05 | 南京航空航天大学 | 一种舰载无人机光电引导着舰系统及着舰方法 |
| CN109866936A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-06-11 | 燕山大学 | 基于六自由度混联机构的无人机着陆回收一体化移动平台 |
| CN110044212A (zh) * | 2019-03-12 | 2019-07-23 | 西安电子科技大学 | 基于视觉测量信息的旋翼无人机抓捕回收方法 |
| CN110077595A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-08-02 | 北京理工大学 | 复杂动态颠簸条件下无人自主飞行器自动降落及回收系统 |
| CN110127072A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-16 | 河北省科学院应用数学研究所 | 一种基于气动柔性关节的无人机并联平台 |
| CN110989673A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-10 | 西安因诺航空科技有限公司 | 一种旋翼无人机动平台自主跟踪起降系统及控制方法 |
| WO2021096181A1 (ko) * | 2019-11-15 | 2021-05-20 | 주식회사 보라스카이 | 드론 착륙 시스템 |
-
2021
- 2021-05-27 CN CN202110583379.3A patent/CN113311865A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180101173A1 (en) * | 2016-10-10 | 2018-04-12 | Qualcomm Incorporated | Systems and methods for landing a drone on a moving base |
| CN107885223A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-06 | 武汉大学 | 基于激光的无人机回收引导系统 |
| CN109573088A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-04-05 | 南京航空航天大学 | 一种舰载无人机光电引导着舰系统及着舰方法 |
| CN110044212A (zh) * | 2019-03-12 | 2019-07-23 | 西安电子科技大学 | 基于视觉测量信息的旋翼无人机抓捕回收方法 |
| CN109866936A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-06-11 | 燕山大学 | 基于六自由度混联机构的无人机着陆回收一体化移动平台 |
| CN110077595A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-08-02 | 北京理工大学 | 复杂动态颠簸条件下无人自主飞行器自动降落及回收系统 |
| CN110127072A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-16 | 河北省科学院应用数学研究所 | 一种基于气动柔性关节的无人机并联平台 |
| WO2021096181A1 (ko) * | 2019-11-15 | 2021-05-20 | 주식회사 보라스카이 | 드론 착륙 시스템 |
| CN110989673A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-10 | 西安因诺航空科技有限公司 | 一种旋翼无人机动平台自主跟踪起降系统及控制方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113955138A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-21 | 重庆交通大学 | 无人机回收平台 |
| CN113955138B (zh) * | 2021-10-29 | 2023-11-28 | 重庆交通大学 | 无人机回收平台 |
| CN114537065A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-27 | 重庆交通大学 | 陆空两用多功能无人机 |
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