CN114237290A - 一种无人机群空中回收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机群空中回收系统及方法，系统包括控制器、空中母机、回收网收放子系统、回收网子系统、回收网展开子系统和回收导引子系统；方法包括：控制器发送回收信号；获取空中母机的回收飞行航线；发送释放回收网子系统的控制指令；发送收回回收网子系统的控制指令。本发明通过对回收网子系统结构的设计，空中母机平台上的回收网收放子系统对回收网子系统的投放，空气气流撑开回收网，视觉传感器将无人机和网口的图像实时传输给控制器，控制器根据图像以及无人机的飞行参数控制空中母机的飞行位置，实现将所有无人机抄收进网囊内；系统结构组成简洁，回收过程安全可控，回收效率高，实现了提高无人机回收的效率及可靠性的目的。

Description

一种无人机群空中回收系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机回收领域，特别是涉及一种无人机群空中回收系统及方法。

背景技术

随着无人机向小型化、集群化方向发展，作战运用的第一时间内释放大量无人机，在空中快速组网建立集群，是无人机集群作战的关键。发射的成功与否直接影响到后续的飞行及任务的实施，甚至关系到无人机自身的安全。在没有可靠的陆基或海基着陆点时，空基回收将是集群无人机作战最简易的后勤支撑方案，不仅可以提高集群获取信息的质量，还可以重复使用，降低作战成本。同时由于无人机上不需要安装着陆回收的装置，也可以腾出更多的空间增加有效载荷，提高续航能力。因此，提高集群无人机空基发射与回收效率，是集群战术走向战场的关键。并且无人机的回收需要结合空中平台的结构方案，设计快速发射机构，满足大数量集群无人机的快速发射需求，同时考虑回收机构与发射机构的一体化设计，提高回收效率和可靠性。

目前，无人机的空中发射与回收均处于设计实验分析阶段，面临着收放发射空中环境复杂特殊的情况，具有一定的危险性，且效率普遍较低。因此，设计一种简单、可靠、高效的回收方式是实现微小型无人机集群作战快速部署、高效回收的必要条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机群空中回收系统及方法，能够提高无人机回收的效率及可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无人机群空中回收系统，包括：控制器、空中母机、回收网收放子系统、回收网子系统、回收网展开子系统和回收导引子系统；

所述控制器分别与所述空中母机、所述回收网收放子系统、所述回收网展开子系统和所述回收导引子系统连接；

所述回收网子系统包括网缆、网翼、网框和网囊；所述网框与所述网翼固定连接；所述网翼，通过网缆与所述回收网收放子系统连接，用于使所述网框在空中保持平衡；所述网囊，为囊状网，边缘套设在所述网框上形成网口，用于承接从所述网口进入的待回收的无人机；

所述回收网收放子系统，设置在所述空中母机上，通过所述网缆与所述控制器连接，用于根据所述控制器的指令对所述回收网子系统进行回收和释放；

所述回收网展开子系统，设置在所述空中母机上，通过所述网缆分别与所述网翼和所述网框连接，用于根据所述控制器的指令分别对所述网翼和所述网框的状态进行切换；所述状态包括折叠状态、伸展状态和收紧状态；

所述回收导引子系统，设置在所述回收网子系统上，通过所述网缆与所述控制器连接，用于获取所述网口与所述无人机的图像信息并将所述图像信息传输给所述控制器；

所述控制器，根据所述图像信息确定所述网口与所述无人机的相对位置，并根据所述相对位置调整所述空中母机的空中位置使所述无人机能够对准所述网口；所述控制器还用于根据接收的所述无人机的飞行参数确定所述空中母机的飞行航线，并根据所述飞行参数确定是否所述无人机全部回收到所述网囊内，当所述无人机全部回收到所述网囊内后，所述控制器控制所述回收网收放子系统对所述回收网子系统进行回收。

可选的，所述回收引导子系统为视觉传感器。

可选的，所述网缆包括主缆、通电电缆和通气电缆；所述主缆的一端与所述回收网收放子系统固定连接，另一端与所述网翼固定连接；所述通电电缆与所述回收引导子系统电连接；所述通气电缆的一端分别与所述网翼和所述网框连接，另一端与所述所述回收网展开子系统连接。

可选的，所述网翼的形状为三角翼形状；所述网翼的材料为柔性可折叠材料且所述网翼内部可充气；所述网翼的边缘设置有魔术贴，用于在所述折叠状态下将所述网囊包裹在所述网翼内。

可选的，所述网框为柔性可折叠材料且所述网框内部可充气。

可选的，所述回收网展开子系统包括充气泵；所述充气泵，根据所述控制器的展开指令分别对所述网翼和所述网框进行充气，使得所述网翼、所述网框和所述网囊均为伸展状态，且根据所述控制器的收缩指令分别对所述网翼和所述网框进行抽气，使得所述网翼、所述网框和所述网囊均为收紧状态。

可选的，所述所述回收网收放子系统为卷扬机或伸缩机械臂。

可选的，所述网口的形状为矩形、圆形或多边形。

一种无人机群空中回收方法，包括：

控制器发送回收信号；

获取无人机群的飞行参数；

根据所述无人机群的飞行参数确定空中母机的回收飞行航线；所述无人机群的飞行参数包括飞行高度、飞行速度和飞行方向；所述空中母机的回收飞行航线包括空中母机的飞行高度、飞行速度和飞行方向；

发送释放回收网子系统的控制指令；

根据所述无人机群的飞行参数判断所述无人机群是否回收完毕；

若是则发送收回回收网子系统的控制指令。

可选的，所述根据所述无人机群的飞行参数确定空中母机的回收飞行航线，具体包括：

根据所述无人机群的飞行高度确定所述空中母机的飞行高度且所述空中母机的飞行高度高于所述无人机群的飞行高度；

根据所述无人机群的飞行速度确定所述空中母机的飞行速度且所述空中母机的飞行速度大于所述无人机群的飞行速度；

根据所述无人机群的飞行方向确定所述空中母机的飞行方向且所述空中母机的飞行方向与所述无人机群的飞行方向相同。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种无人机群空中回收系统及方法，系统包括：控制器、空中母机、回收网收放子系统、回收网子系统、回收网展开子系统和回收导引子系统；控制器分别与空中母机、回收网收放子系统、回收网展开子系统和回收导引子系统连接；回收网子系统包括网缆、网翼、网框和网囊；网框与网翼固定连接；网翼通过网缆与回收网收放子系统连接；网囊为囊状网，边缘套设在网框上形成网口，承接从所述网口进入的待回收的无人机；回收网收放子系统通过网缆与控制器连接，根据控制器的指令对回收网子系统进行回收和释放；回收网展开子系统通过网缆分别与网翼和网框连接，根据控制器的指令分别对网翼和网框的状态进行切换；回收导引子系统获取网口与无人机的图像信息并将图像信息传输给控制器；控制器，根据图像信息确定网口与无人机的相对位置，并根据相对位置调整空中母机的空中位置使无人机能够对准网口；控制器还根据接收的无人机的飞行参数确定空中母机的飞行航线，并根据飞行参数确定是否无人机全部回收到网囊内，当无人机全部回收到网囊内后，控制器控制回收网收放子系统对回收网子系统进行回收；方法包括：控制器发送回收信号；获取无人机群的飞行参数；根据无人机群的飞行参数确定空中母机的回收飞行航线；发送释放回收网子系统的控制指令；根据无人机群的飞行参数判断无人机群是否回收完毕；若是则发送收回回收网子系统的控制指令。本发明通过对回收网子系统的结构的设计，以及空中母机平台上的回收网收放子系统对回收网子系统的投放，空气气流撑开回收网，视觉导航拍摄无人机和网口的相对位置的图像实时传输给控制器，控制器根据图像以及无人机的飞行参数，控制空中母机的飞行位置，实现将所有无人机抄收进网囊内；系统结构组成简洁，回收过程安全可控，回收效率高，实现了提高无人机回收的效率及可靠性的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明无人机群空中回收系统的结构框图；

图2为本发明无人机群空中回收系统的回收示意图；

图3为本发明无人机群空中回收系统的回收网子系统结构图；

图4为本发明无人机群空中回收方法的流程图；

图5为本发明无人机群空中回收系统的使用流程图。

符号说明：

空中母机—1，网缆辅助装置—2，母机舱门—3，网缆—4，网翼—5，网框—6，网口—7，网囊—8，网坠—9，相机—10，待回收无人机—11，已回收无人机—12，回收网收放子系统—13，回收网子系统—14，回收网展开子系统—15，回收导引子系统—16，主缆—41，通电电缆—42，通气电缆—43。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种无人机群空中回收系统及方法，能够提高无人机回收的效率及可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明一种无人机群空中回收系统，包括：控制器、空中母机1、回收网收放子系统13、回收网子系统14、回收网展开子系统15和回收导引子系统16；具体的，母机平台为中大型飞机；进一步的，母机平台为大型运输机、战斗机或武装直升机；母机平台为有人机或无人机，并具有较好的稳定飞行能力和投放挂载能力。

控制器分别与空中母机1、回收网收放子系统13、回收网展开子系统15和回收导引子系统16连接。

如图2和图3所示，回收网子系统14包括网缆4、网翼5、网框6和网囊8；网框6与网翼5固定连接；网翼5，通过网缆4与回收网收放子系统13连接，用于使网框6在空中保持平衡；网囊8，为囊状网，边缘套设在网框6上形成网口7，用于承接从网口7进入的待回收的无人机。

具体的，回收网展开子系统15包括充气泵；回收引导子系统为视觉传感器；网缆4是实现回收网子系统14在空中母机1平台上收放的连接部分；网缆4的一端连接网囊8，另一端与空中母机1平台连接；网缆4包括主缆41、通电电缆42和通气电缆43；主缆41的一端与回收网收放子系统13固定连接，另一端与网翼5固定连接；主缆41用于连接和承力；通电电缆42用于空中母机1上的设备向回收网上的设备供电和传输信号；通电电缆42与视觉传感器电连接；通气电缆43的一端分别与网翼5和网框6连接，另一端与充气泵连接；充气泵通过通气电缆43对网翼5和网框6进行充气或抽气。进一步的，主缆41为缆绳或连杆。连杆为硬质连杆。

具体的，网翼5的形状为三角翼形状；网翼5的材料为柔性可折叠材料；网翼5内部可充放气；网翼5位于网口7的上方，一端连接主缆41绳，另一端连接网框6，通过充气泵对通气电缆43充气会展开，通过充气泵经通气电缆43抽气会收紧；网翼5的结构为三角翼装结构；网翼5在充气后能够确保回收网子系统14在空中顺利展开并保持回收网子系统14在气流中的稳定。网翼5的边缘设置有魔术贴，用于在折叠状态下将网囊8包裹在网翼5内；进一步的，魔术贴为魔术贴粘带；当对网翼5充气时，在网翼5膨胀的张力作用下魔术贴粘带挣开，释放网囊8。

具体的，网框6为柔性可折叠材料且网框6内部可充气；网框6为气圈；网框6通过充气泵对通气电缆43充气会展开，从而将网囊8撑开，通过充气泵经通气电缆43抽气会收紧；网口7的下侧挂有网坠9，确保网口7在空中展开后网口7的方向朝向斜下方；网口7的形状为矩形、圆形或多边形。

具体的，网囊8为囊状网，用于承接进入网口7的无人机，网囊8在空中由流动的空气将其撑开。进一步的，囊状网为网状结构；网囊8为网兜。

进一步的，充气泵根据控制器的展开指令分别对网翼和网框进行充气，使得网翼、网框和网囊均为伸展状态；充气泵根据控制器的收缩指令分别对网翼和网框进行抽气，使得网翼、网框和网囊均为收紧状态。

回收网收放子系统13，设置在空中母机1上，通过网缆4与控制器连接，用于根据控制器的指令对回收网子系统14进行回收和释放。

具体的，回收网收放子系统13为网缆4辅助装置2；进一步的，回收网收放子系统13为卷扬机或伸缩机械臂。卷扬机或者伸缩机械臂安装在空中母机1的平台上。能够将回收网子系统14在空中投放，并在完成无人机群回收后将回收网子系统14收回。

回收网展开子系统15，设置在空中母机1上，通过网缆4分别与网翼5和网框6连接，用于根据控制器的指令分别对网翼5和网框6的状态进行切换；状态包括折叠状态、伸展状态和收紧状态。

具体的，回收网展开子系统15包括充气泵。安装在空中母机1平台上的抽气充气机或者充气泵，用于给网翼5和网框6充气，进而将在折叠状态下的由网翼5包裹的网囊8以及网框6在空中展开，使得网翼5、网囊8以及网框6都在空中展开，网翼5、网囊8以及网框6均处于伸展状态。

回收导引子系统16，设置在回收网子系统14上，通过网缆4与控制器连接，用于获取网口7与无人机的图像信息并将图像信息传输给控制器。

具体的，回收引导子系统为视觉传感器。回收导引子系统16通过视觉传感器可以判断出待回收无人机11与网口7的相对位置，进而调整网口7与无人机的相对位置，确保无人机可以被抄收进回收网。回收导引子系统16位于网翼5的顶端；回收引导子系统通过通电电缆42供电和传输数据；视觉传感器可以判断出待回收无人机11与网口7的相对位置，从而对网口7进行调整，使待回收无人机11对准网口7，确保无人机可以被抄收进回收网。进一步的，回收引导子系统为相机10。相机10视觉导引系统安装在网翼5的顶端。

控制器，根据图像信息确定网口7与无人机的相对位置，并根据相对位置调整空中母机1的空中位置使无人机能够对准网口7；控制器还用于根据接收的无人机的飞行参数确定空中母机1的飞行航线，并根据飞行参数确定是否无人机全部回收到网囊8内，当无人机全部回收到网囊8内后，控制器控制回收网收放子系统13对回收网子系统14进行回收。待回收的无人机为微小型飞行器，常以集群形式出现，可以是固定翼无人机，也可以是旋翼无人机。

如图4所示，本发明提供的一种无人机群空中回收方法，包括：

步骤101：控制器发送回收信号。

步骤102：获取无人机群的飞行参数。

步骤103：根据无人机群的飞行参数确定空中母机的回收飞行航线；无人机群的飞行参数包括飞行高度、飞行速度和飞行方向；空中母机的回收飞行航线包括空中母机的飞行高度、飞行速度和飞行方向；具体包括：

根据无人机群的飞行高度确定空中母机的飞行高度且空中母机的飞行高度高于无人机群的飞行高度。

根据无人机群的飞行速度确定空中母机的飞行速度且空中母机的飞行速度大于无人机群的飞行速度。

根据无人机群的飞行方向确定空中母机的飞行方向且空中母机的飞行方向与无人机群的飞行方向相同。

步骤104：发送释放回收网子系统的控制指令。执行这一步骤前还包括：

空中母机按照空中母机的回收飞行航线飞行。

步骤105：根据无人机群的飞行参数判断无人机群是否回收完毕；

步骤106：若是则发送收回回收网子系统的控制指令。

如图5所示，本发明提供的无人机群空中回收系统及方法的步骤如下所述：

步骤201：当无人机或机群完成或终止集群任务需要回收时，无人机群进入平稳飞行的回收窗口，前后成一字排开，等待空中母机的回收。

步骤202：空中母机根据无人机群的飞行参数进入回收飞行航线，空中母机稳定飞行在无人机群的后上方一定距离的位置。

步骤203，空中母机打开机舱门，通过缆绳释放网兜，网兜在自身重力的施加下，位于母机的后下方位置。

步骤204：网兜在空中展开，在空气流动的风力带动下，网口朝前，网兜撑开。

步骤205：空中母机携带着网兜从后方以较小的相对速度靠近待回收无人机。

步骤206：在导引装置的引导下，调整网口与无人机的相对位置，确保无人机缓慢进入网口。

步骤207：当无人机进入网口后便停车，落入网兜，如有多架无人机，无人机前后依次进入网兜。

步骤208：当无人机群全部进入网兜后，母机收缆绳，将携带有无人机群的网兜收回母机机舱内或收放在母机下方。

本发明针对协同无人机群的集群回收，采用抄网方式，设计了回收网结构与组成，通过空中母机平台的投放，通过充气和空气气流撑开回收网，采用视觉导航，将无人机抄收进回收网，将待回收无人机抄收进回收网后，母机平台将回收网收回母机机舱内或机腹下。所设计方法可靠，结构组成简洁，回收过程安全可控，回收效率高，可实现无人飞行器的集群回收。对实现微小型无人机集群作战快速部署、高效回收具有重要的军事应用价值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种无人机群空中回收系统，其特征在于，所述系统包括：控制器、空中母机、回收网收放子系统、回收网子系统、回收网展开子系统和回收导引子系统；

所述控制器分别与所述空中母机、所述回收网收放子系统、所述回收网展开子系统和所述回收导引子系统连接；

所述回收网子系统包括网缆、网翼、网框和网囊；所述网框与所述网翼固定连接；所述网翼，通过网缆与所述回收网收放子系统连接，用于使所述网框在空中保持平衡；所述网囊，为囊状网，边缘套设在所述网框上形成网口，用于承接从所述网口进入的待回收的无人机；

所述回收网收放子系统，设置在所述空中母机上，通过所述网缆与所述控制器连接，用于根据所述控制器的指令对所述回收网子系统进行回收和释放；

所述回收网展开子系统，设置在所述空中母机上，通过所述网缆分别与所述网翼和所述网框连接，用于根据所述控制器的指令分别对所述网翼和所述网框的状态进行切换；所述状态包括折叠状态、伸展状态和收紧状态；

所述回收导引子系统，设置在所述回收网子系统上，通过所述网缆与所述控制器连接，用于获取所述网口与所述无人机的图像信息并将所述图像信息传输给所述控制器；

所述控制器，根据所述图像信息确定所述网口与所述无人机的相对位置，并根据所述相对位置调整所述空中母机的空中位置使所述无人机能够对准所述网口；所述控制器还用于根据接收的所述无人机的飞行参数确定所述空中母机的飞行航线，并根据所述飞行参数确定是否所述无人机全部回收到所述网囊内，当所述无人机全部回收到所述网囊内后，所述控制器控制所述回收网收放子系统对所述回收网子系统进行回收。

2.根据权利要求1所述的无人机群空中回收系统，其特征在于，所述回收引导子系统为视觉传感器。

3.根据权利要求1所述的无人机群空中回收系统，其特征在于，所述网缆包括主缆、通电电缆和通气电缆；所述主缆的一端与所述回收网收放子系统固定连接，另一端与所述网翼固定连接；所述通电电缆与所述回收引导子系统电连接；所述通气电缆的一端分别与所述网翼和所述网框连接，另一端与所述所述回收网展开子系统连接。

4.根据权利要求1所述的无人机群空中回收系统，其特征在于，所述网翼的形状为三角翼形状；所述网翼的材料为柔性可折叠材料且所述网翼内部可充气；所述网翼的边缘设置有魔术贴，用于在所述折叠状态下将所述网囊包裹在所述网翼内。

5.根据权利要求4所述的无人机群空中回收系统，其特征在于，所述网框为柔性可折叠材料且所述网框内部可充气。

6.根据权利要求5所述的无人机群空中回收系统，其特征在于，所述回收网展开子系统包括充气泵；所述充气泵，根据所述控制器的展开指令分别对所述网翼和所述网框进行充气，使得所述网翼、所述网框和所述网囊均为伸展状态，且根据所述控制器的收缩指令分别对所述网翼和所述网框进行抽气，使得所述网翼、所述网框和所述网囊均为收紧状态。

7.根据权利要求1所述的无人机群空中回收系统，其特征在于，所述所述回收网收放子系统为卷扬机或伸缩机械臂。

8.根据权利要求1所述的无人机群空中回收系统，其特征在于，所述网口的形状为矩形、圆形或多边形。

9.一种无人机群空中回收方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-8任意一项所述的无人机群空中回收系统，所述方法包括：

控制器发送回收信号；

获取无人机群的飞行参数；

根据所述无人机群的飞行参数确定空中母机的回收飞行航线；所述无人机群的飞行参数包括飞行高度、飞行速度和飞行方向；所述空中母机的回收飞行航线包括空中母机的飞行高度、飞行速度和飞行方向；

发送释放回收网子系统的控制指令；

根据所述无人机群的飞行参数判断所述无人机群是否回收完毕；

若是则发送收回回收网子系统的控制指令。

10.根据权利要求9所述的无人机群空中回收方法，其特征在于，所述根据所述无人机群的飞行参数确定空中母机的回收飞行航线，具体包括：

根据所述无人机群的飞行高度确定所述空中母机的飞行高度且所述空中母机的飞行高度高于所述无人机群的飞行高度；

根据所述无人机群的飞行速度确定所述空中母机的飞行速度且所述空中母机的飞行速度大于所述无人机群的飞行速度；

根据所述无人机群的飞行方向确定所述空中母机的飞行方向且所述空中母机的飞行方向与所述无人机群的飞行方向相同。

Images