CN114132506A - 机载反无人机的目标捕获装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了机载反无人机的目标捕获装置及其方法，装置包括变角度装置、底板、分布在底板周向的变角度板和固定在每个变角度板上的弹射装置；弹射装置包括动力组件、牵引头、弹射推杆和轴线垂直变角度板的牵引头弹道筒，弹射推杆在牵引头弹道筒内滑动；若干个的牵引头和捕网的周向固定连接，每个牵引头置于牵引头弹道筒内，动力组件提供推力供弹射推杆弹射牵引头；变角度板与底板铰接；变角度装置连接底板和变角度板，用于调节变角度板相对底板的倾斜角度以改变牵引头的发射角度。本发明通过弹射牵引头带动捕网进行捕捉，相较于高压气瓶复用性强，每次捕捉之后只需装填捕网和牵引头；且捕网在捕捉到目标无人机之前不会发生回弹。

Description

机载反无人机的目标捕获装置及其方法

技术领域

本发明涉及反无人机技术领域，尤其涉及机载反无人机的目标捕获装置及其方法。

背景技术

近年来，消费级无人机市场的发展势头迅猛，出现了很多黑飞现象，严重影响到生活生产的安全，尤其是在机场，重大会议以及大型集会等。这使得反无人机技术应运而生，反无人机技术的发展趋势一是走向体系化，先期实践表明，将多种探测手段融合在一起综合运用，能快速发现无人机；将探测、跟踪、瞄准、干扰和摧毁等功能有机整合，能实现对敌无人机的有效应对。二是走向灵巧化。为有效应对单个小型无人机威胁，反无人机武器将变得更加小巧便携。现有的反无人机手段分为硬杀伤和软杀伤两种，硬杀伤指通过激光，子弹等武器，对黑飞无人机进行击落；软杀伤指通过电磁干扰对黑飞无人机进行干扰，使其迫降到指定地点。由于硬杀伤可能会造成二次伤害，而软杀伤每次准备时间长，使用成本高，现提出一种可搭载在无人机上的无人机反制装置，可以实现自主瞄准，便携灵巧，使用场合广泛。

申请号为CN201810401184.0、申请日为2018年04月12日、名称为《一种无人机机载网枪装置》的中国发明型专利，利用高压气瓶推动牵引头弹射纤维网，但是高压气瓶释放时的反作用力容易使执行捕捉任务的无人机失稳；申请号为CN201710166611.7、申请日为2017年03月20日、名称为《一种无人机机载气动抛网装置》的中国发明型专利，也是利用高压气瓶进行弹射，虽然解决了反作用力的问题，但是利用高压气瓶使得单次捕捉成本过高，且捕捉目标无人机时存在瞄准困难的问题。

发明内容

本发明为了解决上述使用高压气瓶反作用力大问题，提出了使用反作用力更小的弹簧为机载反无人机的目标捕获装置提供弹射力。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

机载反无人机的目标捕获装置，包括变角度装置、底板、分布在底板周向的变角度板和固定在每个变角度板上的弹射装置；

弹射装置包括动力组件、牵引头、弹射推杆和轴线垂直变角度板的牵引头弹道筒，弹射推杆在牵引头弹道筒内滑动；

若干个的牵引头和捕网的周向固定连接，每个牵引头置于牵引头弹道筒内，动力组件通过弹簧提供弹力供弹射推杆弹射牵引头；

变角度板与底板铰接；

变角度装置连接底板和变角度板，用于调节变角度板相对底板的倾斜角度以改变牵引头的发射角度。

本发明能够取得以下技术效果：

弹簧更小的反作用力，也使得无人机载机在进行捕捉时可以更加稳定的飞行并进行跟踪与瞄准。无需采用高压气瓶或火药等弹射装置，改为采用弹簧弹射牵引头带动捕网进行捕捉，弹簧相较于高压气瓶复用性强，每次捕捉之后只需装填捕网和牵引头，弹簧弹射时的后坐力小，因此无需缓震装置，这使得本发明更加轻量化，对无人机载机的性能要求小。通过变角度模块实时调节牵引头在弹射瞬间远离轴线的角度，使得捕网在捕捉到目标无人机之前不会发生回弹。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的弹射装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的变角度装置的结构示意图；

图4为本发明实施例的变角度装置的另一角度下的结构示意图；

图5为本发明实施例的牵引头发射筒的结构示意图；

图6为本发明实施例的弹射推杆和挡杆工作时的结构示意图；

图7为本发明实施例的弹射推杆的结构示意图；

图8为本发明实施例控制流程图；

图9为本发明的方法流程图。

附图标记：1、动力组件；2、三自由度云台；3、变角度装置；11、牵引头弹道筒；12、牵引头弹道筒底座；13、捕网放置盒；14、底板；15、变角度板；16、挡杆；17、弹射推杆；31、连杆；32、丝杆滑块底座；33、滑块；34、丝杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

如图1所示的机载反无人机的目标捕获装置，包括变角度装置3、底板14、分布在底板14周向的变角度板15和固定在每个变角度板15上的弹射装置。

优选的，牵引头的数量为4个，均布在捕网的四角处；牵引头和捕网之间通过连线连接。现实应用中可根据需求增加或减少牵引头弹射筒的数量，牵引头弹射筒的长度也可以根据所需不同的弹簧进行更改。本文以牵引头的数量为4个进行后续介绍。

优选牵引头和捕网的周向之间通过连线进行固定连接。

其中，如图2所示弹射装置包括动力组件1、牵引头、弹射推杆17和轴线垂直变角度板15的牵引头弹道筒11，弹射推杆17在牵引头弹道筒11内滑动；四个牵引头安装在四个牵引头弹道筒内，四个牵引头与捕网四个角用连线连接，每个牵引头置于牵引头弹道筒11内，动力组件通过弹簧提供弹力供弹射推杆17弹射牵引头。

其中，变角度板15与底板14铰接；底板14为矩形板，四个变角度板以中心对称的方式用铰链安装在底板的四周。变角度装置3对变角度板15与底板的夹角进行限制，两板朝向被捕无人机的方向夹角不能小于180°。变角度装置3连接底板14和变角度板15，用于调节变角度板15相对底板14的倾斜角度以改变牵引头的发射角度。变角度装置3可以参见机械领域对两个板的角度调节装置的现有技术，或者优选后文介绍的结构。

优选的，如图5-7所示，弹射推杆17的弹射端在牵引头弹道筒11内滑配，弹簧抵接在弹射推杆17的弹射端和牵引头弹道筒11的筒底之间；牵引头被弹射之前，弹簧为压缩状态。通过压缩弹簧以及弹射推杆完成装弹。

弹射推杆17的另一端穿过变角度板15；动力组件还包括挡杆16；

弹射推杆17的另一端设有凹槽，弹射开始前，挡杆16的一端插入凹槽内且弹簧被弹射推杆17压缩。挡杆16的另一端连接驱动组件，弹射时驱动组件带动挡杆16的一端离开凹槽。在底板的底面一侧，弹射推杆在装弹后另一端伸出的位置开与牵引头弹道筒11轴向垂直的凹槽，凹槽的宽度略大于挡杆16的宽度。

具体的，弹射推杆17的弹射端如图5所示，通过弹射推杆17在牵引头弹道筒内压缩弹簧，底板的另一侧即其底面一侧，如图6所示，挡杆16的一端与弹射推杆17上的开槽配合，弹簧压缩后对弹射推杆17进行限位。如图6所示，另外为防止弹射时弹射推杆17脱离系统，在弹射推杆17的末端攻外螺纹，弹射推杆安装好后，用螺丝在末端对弹射推杆17进行弹射后的限位。

优选的，驱动组件为驱动每个挡杆16的舵机，所有舵机同时运动，使挡杆16的一端脱离凹槽。四个挡杆16通过四个舵机同步控制，当完成对目标无人机的瞄准后，四个舵机同时运动，使挡杆16的一端脱离弹射推杆17的凹槽，弹簧释放推动弹射推杆17弹射牵引头，牵引头通过与捕网之间的连线带出捕网，由于牵引头弹道筒11分别朝向四个不同的方向，牵引头可以带动捕网张开，通过控制系统解算出的角度，在捕网张开面积最大时捕捉目标无人机。

优选的，变角度板15开设有与弹射推杆17配合的导向孔。变角度板15与牵引头弹道筒底座12分别开导向孔，使弹射推杆17的弹射端可以穿过变角度板15进入牵引头弹道筒11。弹射推杆17与导向孔之间为间隙配合，导向孔对弹射推杆17起一定的导向作用。

优选的，目标捕获装置还包括固定在底板14的顶面上的捕网放置盒13，捕网放置盒13上的槽和牵引头弹道筒11的对应位置开设有槽，使牵引头和捕网之间的连线可以穿过槽。四个弹道筒上开槽，使牵引头与捕网之间的连线可以从槽内穿过。捕网放置盒安装在四个牵引头弹道筒的中间位置，捕网放置盒的四面开槽，使牵引头与捕网连接线可以从槽内穿过。

优选的，如图3-4所示，变角度装置3包括相互配合的滑块33和丝杆34、与牵引头数量相等的连杆31；

丝杆34垂直固定在底板14的底面的中心上，滑块33套接在丝杆34的外部，丝杆34在电机的带动下转动从而驱动滑块33沿丝杆34的轴向移动；

变角度板的其中一侧有与连杆31连接的铰链，牵引头弹道筒和底座14配合安装在变角度板的另一侧。

四个变角度板15通过连杆31连接到滑块的四个面上的铰链，形成曲柄滑块机构，通过控制滑块的位置，调整变角度板的角度，从而控制四个牵引头弹道筒张开的角度，根据弹射捕网时无人机载机与目标无人机的距离控制牵引头弹道筒呈不同的角度。

连杆31的一端与滑块33的周向铰接，连杆31的另一端与变角度板15铰接，通过调节滑块33在丝杆34上的位置调节牵引头弹道筒11的发射角度。丝杆滑块底座32固定安装在底板14上，滑块33的四个面上有对称的四个铰链座，通过连杆31与变角度板15一侧的铰链座相连，通过调节滑块33在丝杆34上的位置，来调节牵引头的发射角度。

优选的，目标捕获装置硬件部分包括双目相机、三自由度云台、捕网发射装置和发射角度调整装置，控制部分包括通讯模块与目标位置解算模块。通过弹簧弹射四个牵引头发射捕网、通过双目相机捕捉目标位置，通过三自由度云台进行自动瞄准，实现对黑飞无人机的捕捉。可以协助无人机载机对目标无人机进行近距离跟踪瞄准，提高捕捉成功率，也使得弹簧的优点得以保留，对目标进行更安全可靠的捕捉，弹簧更小的反作用力，也使得无人机载机在进行捕捉时可以更加稳定的飞行并进行跟踪与瞄准。

目标捕获装置还包括双目相机、三自由度云台2和控制系统，底板14固定在三自由度云台2上；

双目相机用于获得目标无人机的图像，控制系统根据图像计算目标无人机的目标位置；

控制系统控制三自由度云台2进行自动瞄准，控制系统计算并控制牵引头的发射角度。

如图8-9所示，一种利用目标捕获装置进行捕获无人机的方法，控制系统包括通讯模块、目标位置计算模块和控制三自由度云台2的云台控制器，包括以下步骤：

S1、无人机载机接到捕捉命令时，无人机载机接近目标无人机；

S2、通过双目相机获得左右图，左右图经通讯模块传输到目标位置解算模块，目标位置解算模块利用双目立体匹配得到视差图，进而求解得到目标位置；

S3、目标位置经通讯模块传入云台控制器，经两次坐标变换计算目标无人机相对于无人机载机的位置

因为三自由度云台2的运动范围有限制，必须要和无人机的位置及姿态联立求解出三自由度云台2需要修正的角度，所以联立三自由度云台2相对于目标无人机的位置关系

(式中Z、Y、t分别表示无人机载机坐标系、三自由度云台坐标系、目标无人机坐标系；x_z表示在Z坐标系下的目标位置的坐标，x_t表示在t坐标系下目标的位置信息；

表示将Y坐标系下的目标位置信息转换为Z坐标系下的目标位置信息的坐标转换矩阵，

表示将t坐标系下的目标位置信息转换为Y坐标系下的目标位置信息的坐标转换矩阵),云台控制器求解云台偏移角度；

S4、控制系统控制三自由度云台2瞄准目标无人机后，根据云台偏移角度及目标无人机距离目标捕获装置的距离计算发射角度，保证捕网在捕捉无人机时可以张开到最大面积。

本发明采用自动瞄准系统，可以在无人机载机更接近目标时进行捕捉，因此无需采用高压气瓶或火药等弹射装置，改为采用弹簧弹射牵引头带动捕网进行捕捉，弹簧相较于高压气瓶复用性强，每次捕捉之后只需装填捕网和牵引头，弹簧弹射时的后坐力小，因此无需缓震装置，这使得本发明更加轻量化，对无人机载机的性能要求小。通过变角度模块实时调节牵引头在弹射瞬间远离轴线的角度，使得捕网在捕捉到目标无人机之前不会发生回弹。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.机载反无人机的目标捕获装置，其特征在于，包括变角度装置(3)、底板(14)、分布在所述底板(14)周向的变角度板(15)和固定在每个变角度板(15)上的弹射装置；

所述弹射装置包括动力组件、牵引头、弹射推杆(17)和轴线垂直所述变角度板(15)的牵引头弹道筒(11)，所述弹射推杆(17)在所述牵引头弹道筒(11)内滑动；

若干个的所述牵引头和捕网的周向固定连接，每个所述牵引头置于所述牵引头弹道筒(11)内，所述动力组件通过弹簧提供弹力供所述弹射推杆(17)弹射所述牵引头；

所述变角度板(15)与所述底板(14)铰接；

所述变角度装置(3)连接所述底板(14)和所述变角度板(15)，用于调节所述变角度板(15)相对所述底板(14)的倾斜角度以改变所述牵引头的发射角度。

2.根据权利要求1所述的目标捕获装置，其特征在于，所述弹射推杆(17)的弹射端在所述牵引头弹道筒(11)内滑配，所述弹簧抵接在所述弹射推杆(17)的弹射端和所述牵引头弹道筒(11)的筒底之间；所述牵引头被弹射之前，所述弹簧为压缩状态。

3.根据权利要求2所述的目标捕获装置，其特征在于，所述弹射推杆(17)的另一端穿过所述变角度板(15)；

所述动力组件还包括挡杆(16)；

所述弹射推杆(17)的另一端设有凹槽，弹射开始前，所述挡杆(16)的一端插入所述凹槽内且所述弹簧被所述弹射推杆(17)压缩；

所述挡杆(16)的另一端连接驱动组件，弹射时所述驱动组件带动所述挡杆(16)的一端离开所述凹槽。

4.根据权利要求3所述的目标捕获装置，其特征在于，所述驱动组件为驱动每个所述挡杆(16)的舵机，所有舵机同时运动，使所述挡杆(16)的一端脱离凹槽。

5.根据权利要求3所述的目标捕获装置，其特征在于，所述变角度板(15)开设有与所述弹射推杆(17)配合的导向孔。

6.根据权利要求1所述的目标捕获装置，其特征在于，所述牵引头的数量为4个，均布在所述捕网的四角处；

所述牵引头和所述捕网之间通过连线连接。

7.根据权利要求6所述的目标捕获装置，其特征在于，还包括固定在所述底板(14)的顶面上的捕网放置盒(13)，所述捕网放置盒(13)上的槽和所述牵引头弹道筒(11)的对应位置开设有槽，使所述牵引头和所述捕网之间的连线可以穿过所述槽。

8.根据权利要求1所述的目标捕获装置，其特征在于，所述变角度装置(3)包括相互配合的滑块(33)和丝杆(34)、与所述牵引头数量相等的连杆(31)；

所述丝杆(34)垂直固定在所述底板(14)的底面的中心上，所述滑块(33)套接在所述丝杆(34)的外部，所述丝杆(34)在电机的带动下转动从而驱动所述滑块(33)沿所述丝杆(34)的轴向移动；

所述连杆(31)的一端与所述滑块(33)的周向铰接，所述连杆(31)的另一端与所述变角度板(15)铰接，通过调节所述滑块(33)在所述丝杆(34)上的位置调节所述牵引头弹道筒(11)的发射角度。

9.根据权利要求1-7任一项所述的目标捕获装置，其特征在于，还包括双目相机、三自由度云台(2)和控制系统，所述底板(14)固定在所述三自由度云台(2)上；

所述双目相机用于获得目标无人机的图像，所述控制系统根据所述图像计算所述目标无人机的目标位置；

所述控制系统控制所述三自由度云台(2)进行自动瞄准，所述控制系统计算并控制所述牵引头的发射角度。

10.一种利用权利要求9所述的目标捕获装置进行捕获无人机的方法，所述控制系统包括通讯模块、目标位置计算模块和控制所述三自由度云台(2)的云台控制器，其特征在于，包括以下步骤：

S1、无人机载机接到捕捉命令时，所述无人机载机接近所述目标无人机；

S2、通过所述双目相机获得左右图，所述左右图经所述通讯模块传输到所述目标位置解算模块，所述目标位置解算模块利用双目立体匹配算法求解所述目标位置；

S3、所述目标位置经所述通讯模块传入所述云台控制器，所述云台控制器求解云台偏移角度；

S4、所述控制系统控制所述三自由度云台(2)瞄准后，根据所述云台偏移角度及所述目标无人机距离目标捕获装置的距离计算所述发射角度。

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