CN115657700A - 可重构无人机三阶段对接控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可重构无人机三阶段对接控制方法，将无人机单元的对接过程分为远端接近阶段、近端调整阶段和捕获对接阶段三个阶段，能使无人机单元之间迅速实现对接重构，满足复杂空中环境下无人机自主对接需求，且能够保证对接过程安全、可靠。在远端接近阶段采用视觉加GPS融合导航方式缩短两架无人机单元间的距离；在近端捕获阶段，主动对接机进行姿态判断与位置判断，确定重构过程中由远端接近阶段向捕获对接阶段的切换时机；在捕获对接阶段，两架无人机单元实现对接固连，建立物质流‑信息流‑控制流通道。

Description

可重构无人机三阶段对接控制方法

技术领域

本发明涉及一种无人机重构方法，具体涉及一种可重构无人机三阶段拓扑重构方法，属于无人机技术领域。

背景技术

无人机在民用领域可自主执行物流、运输、配送、巡逻等任务，在军用领域可执行协同作战、电子对抗、救援等任务，是智慧城市建设和未来战场环境中的核心要素。随着智慧城市和战场环境内涵的扩展，无人机的发展面临着执行任务繁杂多变、运行环境立体多维、功能需求不断拓展、载体构型单一局限等重大挑战。显然，传统固定构型的无人机已难以应对上述挑战，受到尺寸灵活性和功能多样性难以兼得的矛盾，无法满足无人机大载重、高功率、长续航的需要。

可重构无人机由多个无人机单元组成，通过自主对接装置实现多个无人机单元的组合或解体，实现无人机机械层面、信息层面和能量层面的多层次重构，以改善负载能力、续航能力以及多机协作能力。可重构无人机技术全面拓展无人机的功能任务执行边界，赋予无人机更加灵活的使用方式，提供无人机发展的新思路、新方向，有望成为未来颠覆性创新技术。

无人机的自主对接是可重构无人机实现的基础，各个可重构无人机之间可以通过对接机构形成物质流-信息流-控制流通道，满足可重构无人机多层次重构的需求。但由于空中环境复杂多变，无人机受气流干扰大、运动自由度多等影响，实现自主对接难度极高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可重构无人机三阶段对接控制方法，将无人机单元的对接过程分为远端接近阶段、近端调整阶段和捕获对接阶段三个阶段，能使无人机单元之间迅速实现对接重构，满足复杂空中环境下无人机自主对接需求，且能够保证对接过程安全、可靠。

所述可重构无人机三阶段对接控制方法，具体为：1、可重构无人机三阶段对接控制方法，其特征在于，所述可重构无人机具有两个以上无人机单元；两个以上所述无人机单元通过对接机构实现无人机的重构；

所述三阶段对接控制方法将两个无人机单元的对接过程分为：远端接近阶段、近端调整阶段及捕获对接阶段；

两架无人机单元对接时，其中一架无人机单元为主动对接机，另一架无人机单元为被动对接机；

当两架无人机单元收到对接指令后，进入远端接近阶段；在所述远端接近阶段，被动对接机在空中保持悬停，主动对接机向被动对接机靠近直至两者距离小于设定值，然后进入近端调整阶段；

所述近端调整阶段采用近端判别条件确定由远端接近阶段向捕获对接阶段的切换时机；所述近端判别条件包括：位置判断和姿态判断，当两个判断条件同时满足时，进入捕获对接阶段；否则，则对主动对接机的位置、姿态进行调整直到满足位置判断条件与姿态判断条件；

所述捕获对接阶段，主动对接机控制其对接机构与被动对接机对接机构进行对接，使两个无人机单元完成拓扑重构。

作为本发明的一种优选方式，在所述远端接近阶段，采用视觉加GPS融合导航方式控制主动对接机向被动对接机靠近，包括：GPS主导远距离跟踪阶段、信息过渡阶段和视觉信息引导的近距离跟踪阶段；

令主动对接机向被动对接机靠近时所使用的两架无人机单元间的相对位姿信号为r，GPS反馈的位姿信号为r1，视觉信息反馈的位姿信号为r2：

在GPS主导远距离跟踪阶段：

r＝r1 (d＞d1)

式中：d为主动对接机上激光测距传感器所实时测量的两架无人机单元之间的距离，d1为设定的视觉信息权重为零的阈值；

在信息过渡阶段：

r＝r1×(1-(d1-d)/(d1-d2))+r2×((d1-d)/(d1-d2)) (d2≤d≤d1)

式中：d2为设定的GPS信息权重为零的阈值；

在视觉信息引导的近距离跟踪阶段：

r＝r2 (d＜d2)。

作为本发明的一种优选方式，所述近端调整阶段，主动对接机首先进行位置判断，位置判断条件如下：采用单目视觉特征识别或激光测距的方法来得到两架无人机单元之间的相对位置，当测得的距离小于设定值时认为满足位置判断条件，则进入姿态判断；若不满足，则主动对接机进行位置调整，直至满足位置判断条件；

主动对接机进行姿态判断时：

令主动对接机测得的自身航向角为

俯仰角为θ_a、滚转角为γ_a，被动对接机测得的自身航向角为

俯仰角为θ_b、滚转角为γ_b；所述被动对接机将测得的自身姿态发送给主动对接机，所述主动对接机依据如下姿态判断条件进行姿态判断：

当满足上述关系式时认为满足姿态判断条件，否则进一步调整姿态，直至满足姿态判断条件；其中，

θ_max、γ_max分别为两架无人机单元能够实现捕获的极限相对航向角、俯仰角、滚转角，为设定值。

作为本发明的一种优选方式，所述主动对接机进行位置判断时：采用单目视觉特征识别和激光测距的方法来得到两架无人机单元之间的相对位置，当两种方法测得的距离均小于设定值时认为满足位置判断条件。

作为本发明的一种优选方式，所述主动对接机采用视觉特征识别的方法获得与被动对接机的相对姿态：

在无人机单元的每个侧面的设定位置均设置特征图像作为视觉特征识别的靶标，所述特征图像为正方形且该正方形内部具有呈非对称分布黑色区域和白色区域；所述主动对接机通过对特征图像的识别，确定特征图像在三维坐标下的位置与姿态，进而获得被动对接机相对主动对接机的位置与姿态。

作为本发明的一种优选方式，所述对接机构包括：抓取部和被抓取部，所述无人机单元的对接面上分别设置有抓取部和被抓取部；两架无人机单元对接时，其中一架无人机单元对接面上的抓取部和被抓取部分别与另一架无人机单元对接面上的被抓取部和抓取部配合，实现两架无人机单元的对接；

所述抓取部包括：外壳、动力单元、钩爪和活动圆盘；

所述活动圆盘同轴安装在外壳内部，与外壳内圆周面滑动配合；所述动力单元用于驱动所述活动圆盘沿外壳的轴线移动；沿活动圆盘的周向均匀间隔铰接有三个以上钩爪，外壳中部与每个钩爪对应的位置设置有用于使钩爪的爪端伸出外壳的开口槽；所述开口槽所在位置通过销轴连接有限位块；当需要对接时，所述动力单元驱动活动圆盘沿轴向向外移动，带动钩爪向外移动，所述钩爪向外移动过程中，挤压对应开口槽处的限位块，使限位块绕销轴转动，进而使钩爪绕其与活动圆盘的铰接处转动，实现边向外移动边张开；

所述被抓取部的外圆周面上沿周向均匀间隔分布有与三个以上钩爪一一对应的抓取点，所述钩爪通过对抓取点的抓取，完成初步抓取动作；初步抓取完成后，通过设置在抓取部和被抓取部对接面上的自锁单元实现两者的锁紧；锁紧完成后两架无人机单元通过对接机构上预留的触点建立起信息、能量交流通道。

作为本发明的一种优选方式，所述自锁单元采用旋合插销式结构，包括设置在被抓取部对接面上由伺服电机驱动的环形锁销以及设置在抓取部对接面上的环形锁槽；

所述环形锁销能够在伺服电机驱动下绕其自身轴线转动；环形插销为沿周向均匀间隔分布有三个以上弧形锁定销的结构；所述抓取部对接面上设置有与所述弧形锁定销一一对应的锁定块，每个锁定块内部加工有用于使弧形锁定销插入的限位孔；

初步抓取完成后，所述环形插销旋合，使其锁定销进入锁定块内部的限位孔，完成自锁固连。

有益效果：

(1)该对接控制方法将无人机单元的对接过程分为远端接近阶段、近端调整阶段和捕获对接阶段三个阶段，通过对三个阶段的控制，实现对无人机单元对接过程的精准控制，保证对接过程的安全性和可靠性。

(2)在远端接近阶段采用视觉加GPS融合导航方式缩短两架无人机单元间的距离；针对此阶段提出了基于线性插值法的GPS与视觉融合导航算法，避免无人机单元在由GPS引导切换到视觉引导时会由于信息跳变使无人机单元发生振荡的问题，以规划平稳的接近轨迹实现主动对接机到被动对接机的迅速接近。

(3)在近端调整阶段，主动对接机进行姿态判断与位置判断，判别是否满足对接条件：若满足对接条件则进入捕获对接阶段，若不满足对接条件则进行姿态、位置调整直到满足条件。针对此阶段提出了位置、姿态判断条件，以及基于ROS与视觉的导航算法，用以调整主动对接机的姿态与位置。

(4)在近端调整阶段，为避免两架无人机单元之间的通信中断时会影响相对姿态判断，直接利用视觉特征识别进行相对姿态判断，从而提高无人机单元对接过程的安全性和可靠性。

(5)主动对接机向被动对接机接近过程中，进行位置判断时，用单目视觉特征识别和激光测距相结合的方法来得到两架无人机单元之间的相对位置与姿态，提高对接精度，进一步提高对接过程的安全性和可靠性。

(6)在捕获对接阶段，两架无人机单元实现对接固连，建立物质流-信息流-控制流通道；针对此阶段设计了钩爪式自锁定对接机构，用于搭建两架无人机单元间的交流通道，从而完成可重构无人机的自主对接过程。

附图说明

图1为四个无人机单元“口”字形组合后示意图；

图2为五个无人机单元“十”字形组合示意图；

图3为三阶段对接过程流程示意图；

图4为近端调整阶段位置、姿态调整流程图；

图5为用于识别的特征图像示意图；

图6为俯仰角调节示意图；

图7为航向角调节示意图；

图8为滚转角调节示意图；

图9为钩爪式自锁定对接机构示意图。

其中：1-无人机单元，2-抓取部，3-被抓取部，4-钩爪，5-活动圆盘，6-锁定销。

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。

实施例1：

为了解决可重构无人机拓扑重构对接过程控制的问题，本实施例提出了一种可重构无人机三阶段对接控制方法，能够满足无人机单元复杂空中环境下自主对接需求。

可重构无人机为由两架以上无人机单元1拓扑重构形成，本例中，无人机单元1采用四旋翼无人机；无人机单元1具有矩形框架，矩形框架四周的中部均设置有对接机构，使得对接更加灵活，方便多架无人机单元1根据不同的任务需求重构成不同形态；由此多架无人机单元1可通过灵活变动组合方式，重构成不同形态以适应任务需求；如四架无人机单元1以如图1所示的“口”字形组合进行重构，或五架无人机单元1以图2所示的“十”字形组合进行重构。

下面将以两架无人机单元1为例叙述其对接过程，对于不同数量无人机单元1的自主重构过程与此相同。

如图3所示，该三阶段对接控制方法将两架无人机单元1的对接过程分为三个阶段，分别为：远端接近阶段、近端调整阶段及捕获对接阶段，通过对三个阶段的控制，实现对无人机单元1对接过程的精准控制。

为方便描述，令两架无人机单元1中，用于提供主动远端接近、近端调整和捕获对接的无人机单元1为主动对接机，另一架在空中保持悬停的无人机单元1为被动对接机。

当两架无人机单元1收到对接指令后，进入远端接近阶段：

当两架无人机单元1收到对接指令后，主动对接机向被动对接机靠近，被动对接机在空中保持悬停。鉴于传统的GPS定位方法的位姿信息误差过大，难以满足控制复杂环境下的对接要求，故远端接近阶段采用视觉(即相机图像，每架无人机单元1上均通过云台安装有相机)加GPS融合导航方式缩短两架无人机单元1间的距离，由此通过GPS保证主动对接机在一定距离上能够快速获取被动对接机的大致相对位置，然后进一步通过视觉识别被动对接机1上的图像特征(即无人机单元1上设置的靶标，无人机单元1的每个侧面均设置有靶标)，以此来弥补GPS不能达到的定位精度。同时为避免无人机单元1在由GPS引导切换到视觉引导时会由于信息跳变使无人机单元1发生振荡的问题，采用线性插值法来融合两者信息，以达到信息平稳过渡的目的。

具体方法描述如下：

两架无人机单元1相距较远时，主动对接机上的相机将无法捕捉到被动对接机上的靶标，此时只可采用GPS来进行导航向被动对接机靠近；当两者的距离达到设定阈值时，也即相机能够稳定捕捉并识别到被动对接机上的靶标时，主动对接机的导航方式将由GPS引导逐渐过渡到视觉引导，过渡过程采用线性插值法进行数据融合从而实现平稳过渡不发生震荡。当两者距离又足够近时，视觉引导已经具有足够的精度与稳定性，此时GPS引导信息的权重将过渡到零，随后将仅采用视觉引导主动对接机飞行。

上述线性插值法的数据融合方案具体为：令主动对接机向被动对接机靠近时所使用的两架无人机单元1间的相对位姿信号为r，GPS反馈的位姿信号为r1，视觉信息反馈的位姿信号为r2，以下是r在不同阶段的表达式。

(1)GPS主导远距离跟踪阶段

r＝r1 (d＞d1)

式中：d为主动对接机上激光测距传感器所实时测量的两架无人机单元1之间的距离，d1为设定的视觉信息权重为零的阈值；即当两架无人机单元1之间的距离大于d1时，两架无人机单元1间相对位姿信号直接采用GPS反馈的信号。

(2)信息过渡阶段

r＝r1×(1-(d1-d)/(d1-d2))+r2×((d1-d)/(d1-d2)) (d2≤d≤d1)

式中：d2为设定的GPS信息权重为零的阈值。

(3)视觉信息引导的近距离跟踪阶段

r＝r2 (d＜d2)

即当主动对接机上激光测距传感器所测量的两架无人机单元1之间的距离小于d2时，两架无人机单元1间相对位置信号直接采用视觉信息反馈的信号。

进入近距离跟踪阶段后，也即进入无人机对接的近端调整阶段。

近端调整阶段采用近端判别方法以确定重构过程中由远端接近阶段向捕获对接阶段的切换时机。该近端判别方法包括：位置判断和姿态判断，当两个判断条件同时满足时，待对接的两架无人机单元1可以完成由远端接近阶段向捕获对接阶段的切换，即表明待对接的两架无人机单元1已到对接时机，可以进入捕获对接阶段；若不满足(不满足其任意一个判断条件或两个判断条件均不满足)则通过视觉识别与ROS对主动对接机的位置、姿态进行调整直到满足位置判断条件与姿态判断条件。

主动对接机向被动对接机接近过程中，首先进行位置判断，位置判断条件如下：采用单目视觉特征识别(即相机)或/和激光测距(激光测距传感器)的方法来得到两架无人机单元1之间的相对位置，当测得的距离小于设定值时认为满足位置判断条件。

本例中，为提高判断精度，将上述两种方法搭配使用，即同时采用单目视觉特征识别和激光测距的方法来得到两架无人机单元1之间的相对位置；当两种方法测得的距离均小于设定值时认为满足位置判断条件。

视觉特征识别方法为：在无人机单元1的每个侧面的设定位置均设置特征图像作为靶标，主动对接机通过对被动对接机上的特征图像进行识别来代表被动对接机的位置。

将得到视觉定位信息与激光测距传感器得到的距离结合便可进行位置判断；若二者测得的距离均小于设定值，则认为满足位置判断条件，进入姿态判断；若不满足(其中任意一个不小于设定值)则主动对接机进行位置矫正，直至满足位置判断条件。

位置矫正时，利用视觉识别获得的位置信息计算出调整量，用机载电脑通过ROS对主动对接机上的飞行控制器进行外部控制，从而对主动对接机位置进行修正。在修正过程中，实时更新两架无人机单元1的相对位置，形成闭环控制，如此进行动态矫正直至满足位置判断条件。

当主动对接机完成位置判断后，进入姿态判断。

姿态判断条件如下：由于无人机单元1可以实现任意方向的对接，这里以主动对接机向被动对接机的靠近方向定义为机载坐标系y方向，根据右手系可确定对接时临时定义的机头朝向(即x轴方向)。于是对接时无人机单元的姿态便可用航向角、俯仰角、滚转角进行描述。如图6-8所示，令主动对接机航向角为

俯仰角为θ_a、滚转角为γ_a，被动对接机航向角为

俯仰角为θ_b、滚转角为γ_b；上述主动对接机以及被动对接机的姿态由各自装备的IMU测得，被动对接机将测得的自身姿态发送给主动对接机，由主动对接机依据如下姿态判断条件进行姿态判断：

当其满足上述关系式时认为满足姿态判断条件，否则进一步调整姿态；调整方法与位置矫正方法相似，直至满足姿态判断条件。

其中，

θ_max、γ_max分别为两架无人机单元能够实现捕获的极限相对航向角、俯仰角、滚转角，为设定值。

当主动对接机满足对接条件(即上述位置判断条件与姿态判断条件)后，进入捕获对接阶段，主动对接机控制其对接机构与被动对接机对接机构进行对接，使两个无人机单元1完成拓扑重构。

实施例2：

上述实施例1中两架无人机单元能够进行相对姿态判断的前提为两架无人机单元之间能够相互通信(即需要被动对接机将自身姿态发送给主动对接机)；当两架无人机单元之间的通信中断时会影响相对姿态判断，进而影响对接过程；基于此，本实施例提供另一种相对姿态获得方法。

本实施例中主动对接机直接利用视觉特征识别的方法来获得与被动对接机的相对姿态，流程如图4所示，本例中，用以识别的特征图像(即靶标)如图5所示，该特征图像为正方形且该正方形内部具有黑色区域和白色区域，黑色区域和白色区域呈非对称分布(采用非对称分布能够依据特征图像确定被动对接机的姿态，采用对称特征图像仅能判断被动对接机的位置)。无人机单元1的每个侧面均设置有靶标，主动对接机通过对被动对接机上的靶板进行识别来代表被动对接机的位姿。

如图4所示，视觉特征识别时，首先依次进行四边形检测和四边形聚类：通过自适应二值化和自适应canny检测提取特征图像的轮廓，近似为多边形，筛选其中有四个角点、凸性、各角点间距离符合一定条件的轮廓。之后验证四边形是否为特征图像，通过透视变换将特征图像变化为正方形，并将图像分割成5行5列，判断每个区域是黑色还是白色，并与内部预设的特征图像一一对照。识别出特征图像后，通过亚像素精度来提取更精确的标记角点，再将四个角点作为特征点，通过最小化重投影误差，利用PnP(pespective-n-point)算法解算旋转向量和平移矩阵，进而快速而有效地确定特征图像在三维坐标下的位置与姿态，进而获得被动对接机相对主动对接机的位姿。

实施例3：

在上述实施例1或实施例2的基础上，进一步的，进入捕获对接阶段，主动对接机控制其对接机构与被动对接机对接机构进行高精度对接，由此在捕获对接阶段两架无人机实现固连并建立起信息、能量交流通道实现无人机重构。

本例中，给出对接机构的一种具体实施方式，如图9所示，设置在无人机单元1框架侧面的对接机构包括：抓取部2和被抓取部3，即无人机单元1每个侧面中间位置均分别设置有抓取部2和被抓取部3；两架无人机单元1对接时，其中一架无人机单元1对接面上的抓取部2和被抓取部3分别与另一架无人机单元1对接面上的被抓取部3和抓取部2配合，实现两架无人机单元1的对接；即无人机单元1的对接面上具有两个对接点。

图9所示为一对处于对接状态的抓取部2和被抓取部3，其中抓取部包括：外壳、动力单元、钩爪4和活动圆盘5；

其中抓取部2和被抓取部3用于无人机间的初步抓取，为下一步自锁紧创造条件。

外壳为空心柱形结构，活动圆盘5同轴安装在外壳内部，与外壳内圆周面滑动配合；抓取部2中的动力单元包括：步进电机和丝杆；步进电机驱动，利用丝杆将步进电机的旋转运动转化为活动圆盘5沿外壳的轴线移动；沿活动圆盘5的周向均匀间隔铰接有四个钩爪4，外壳中部与四个钩爪4对应的位置设置有用于使钩爪4的爪端伸出外壳的开口槽；开口槽所在位置通过销轴连接有限位块，钩爪4与活动圆盘5轴线具有一定夹角。未对接时，活动圆盘5位于外壳内底面位置处，此时四个钩爪4收拢在外壳内部(此时仅钩爪4的爪端位于外壳外部)；当需要对接时，动力单元驱动活动圆盘5沿轴向向外移动，带动四个钩爪4向外移动，钩爪4向外移动过程中，挤压对应开口槽处的限位块，使限位块绕销轴转动，进而使钩爪4绕其与活动圆盘的铰接处转动，实现边向外移动边张开。

被抓取部3的外圆周面上沿周向均匀间隔分布有与四个钩爪4一一对应的锥形槽用以提供抓取点，采用此时捕捉方式能够接受大角度的对接误差。在两架无人机单元满足姿态条件与位置条件后，活动圆盘5在动力单元驱动下向回移动，钩爪5迅速收拢通过与锥形槽的配合实现抓取，进而完成初步抓取动作。

初步抓取完成后，通过设置在抓取部2和被抓取部3对接面上的自锁单元实现两者的锁紧。本例中，自锁单元采用旋合插销式结构，包括设置在被抓取部3对接面上由伺服电机驱动的环形锁销以及设置在抓取部2对接面上的环形锁槽。环形锁销能够在伺服电机驱动下绕其自身轴线转动；环形插销为沿周向均匀间隔分布有三个弧形锁定销6的结构；抓取部2对接面上设置有三个锁定块，锁定块内部加工有用于使弧形锁定销6插入的限位孔。

初步抓取完成后，环形插销旋合，使其锁定销6进入锁定块内部的限位孔，完成自锁固连。锁定销6呈楔形设计，确保顺利旋合不留缝隙。在锁紧后，用于驱动活动圆盘5的步进电机与用于驱动环形插销的伺服电机卸力，有助于延长其使用寿命。

采用上述对接机构进行对接的过程为：

进入捕获对接阶段前，抓取部2中的钩爪4处于张开状态，被抓取部3设有锥形槽用以提供抓取点，此时对接机构能够接受大角度的对接误差。经过机械设计钩爪4具有急回特性，可在活动圆盘5较短的行程下实现钩爪的迅速收拢，可有效提高捕获成功率。在满足姿态条件与位置条件后，活动圆盘5在丝杆驱动下向下移动，钩爪4迅速收拢通过被抓取部3锥形槽实现抓取，丝杆持续转动，进而完成初步抓取对接，进入自锁紧阶段。

初步对接使得自锁单元的限位孔和锁定销6得以对齐，之后环形插销在伺服电机驱动下使锁定销6旋转进入限位孔，实现锁紧。

锁紧完成后两架无人机通过对接机构预留触点建立起信息、能量交流通道，至此，可重构无人机三阶段自主对接过程完成，无人机由单体转为组合体飞行。

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 (7)

1.可重构无人机三阶段对接控制方法，其特征在于，所述可重构无人机具有两个以上无人机单元；两个以上所述无人机单元通过对接机构实现无人机的重构；

所述三阶段对接控制方法将两个无人机单元的对接过程分为：远端接近阶段、近端调整阶段及捕获对接阶段；

两架无人机单元对接时，其中一架无人机单元为主动对接机，另一架无人机单元为被动对接机；

当两架无人机单元收到对接指令后，进入远端接近阶段；在所述远端接近阶段，被动对接机在空中保持悬停，主动对接机向被动对接机靠近直至两者距离小于设定值，然后进入近端调整阶段；

所述近端调整阶段采用近端判别条件确定由远端接近阶段向捕获对接阶段的切换时机；所述近端判别条件包括：位置判断和姿态判断，当两个判断条件同时满足时，进入捕获对接阶段；否则，则对主动对接机的位置、姿态进行调整直到满足位置判断条件与姿态判断条件；

所述捕获对接阶段，主动对接机控制其对接机构与被动对接机对接机构进行对接，使两个无人机单元完成拓扑重构。

2.如权利要求1所述的可重构无人机三阶段对接控制方法，其特征在于，在所述远端接近阶段，采用视觉加GPS融合导航方式控制主动对接机向被动对接机靠近，包括：GPS主导远距离跟踪阶段、信息过渡阶段和视觉信息引导的近距离跟踪阶段；

令主动对接机向被动对接机靠近时所使用的两架无人机单元间的相对位姿信号为r，GPS反馈的位姿信号为r1，视觉信息反馈的位姿信号为r2：

在GPS主导远距离跟踪阶段：

r＝r1(d＞d1)

式中：d为主动对接机上激光测距传感器所实时测量的两架无人机单元之间的距离，d1为设定的视觉信息权重为零的阈值；

在信息过渡阶段：

r＝r1×(1-(d1-d)/(d1-d2))+r2×((d1-d)/(d1-d2))(d2≤d≤d1)

式中：d2为设定的GPS信息权重为零的阈值；

在视觉信息引导的近距离跟踪阶段：

r＝r2(d＜d2)。

3.如权利要求1所述的可重构无人机三阶段对接控制方法，其特征在于，所述近端调整阶段，主动对接机首先进行位置判断，位置判断条件如下：采用单目视觉特征识别或激光测距的方法来得到两架无人机单元之间的相对位置，当测得的距离小于设定值时认为满足位置判断条件，则进入姿态判断；若不满足，则主动对接机进行位置调整，直至满足位置判断条件；

主动对接机进行姿态判断时：

令主动对接机测得的自身航向角为

俯仰角为θ_a、滚转角为γ_a，被动对接机测得的自身航向角为

俯仰角为θ_b、滚转角为γ_b；所述被动对接机将测得的自身姿态发送给主动对接机，所述主动对接机依据如下姿态判断条件进行姿态判断：

|θ_a-θ_b|<θ_max

|γ_a-γ_b|<γ_max

当满足上述关系式时认为满足姿态判断条件，否则进一步调整姿态，直至满足姿态判断条件；其中，

θ_max、γ_max分别为两架无人机单元能够实现捕获的极限相对航向角、俯仰角、滚转角，为设定值。

4.如权利要求3所述的可重构无人机三阶段对接控制方法，其特征在于，所述主动对接机进行位置判断时：采用单目视觉特征识别和激光测距的方法来得到两架无人机单元之间的相对位置，当两种方法测得的距离均小于设定值时认为满足位置判断条件。

5.如权利要求3所述的可重构无人机三阶段对接控制方法，其特征在于，所述主动对接机采用视觉特征识别的方法获得与被动对接机的相对姿态：

在无人机单元的每个侧面的设定位置均设置特征图像作为视觉特征识别的靶标，所述特征图像为正方形且该正方形内部具有呈非对称分布黑色区域和白色区域；所述主动对接机通过对特征图像的识别，确定特征图像在三维坐标下的位置与姿态，进而获得被动对接机相对主动对接机的位置与姿态。

6.如权利要求1-5任一项所述的可重构无人机三阶段对接控制方法，其特征在于，所述对接机构包括：抓取部和被抓取部，所述无人机单元的对接面上分别设置有抓取部和被抓取部；两架无人机单元对接时，其中一架无人机单元对接面上的抓取部和被抓取部分别与另一架无人机单元对接面上的被抓取部和抓取部配合，实现两架无人机单元的对接；

所述抓取部包括：外壳、动力单元、钩爪和活动圆盘；

所述活动圆盘同轴安装在外壳内部，与外壳内圆周面滑动配合；所述动力单元用于驱动所述活动圆盘沿外壳的轴线移动；沿活动圆盘的周向均匀间隔铰接有三个以上钩爪，外壳中部与每个钩爪对应的位置设置有用于使钩爪的爪端伸出外壳的开口槽；所述开口槽所在位置通过销轴连接有限位块；当需要对接时，所述动力单元驱动活动圆盘沿轴向向外移动，带动钩爪向外移动，所述钩爪向外移动过程中，挤压对应开口槽处的限位块，使限位块绕销轴转动，进而使钩爪绕其与活动圆盘的铰接处转动，实现边向外移动边张开；

所述被抓取部的外圆周面上沿周向均匀间隔分布有与三个以上钩爪一一对应的抓取点，所述钩爪通过对抓取点的抓取，完成初步抓取动作；初步抓取完成后，通过设置在抓取部和被抓取部对接面上的自锁单元实现两者的锁紧；锁紧完成后两架无人机单元通过对接机构上预留的触点建立起信息、能量交流通道。

7.如权利要求6所述的可重构无人机三阶段对接控制方法，其特征在于，所述自锁单元采用旋合插销式结构，包括设置在被抓取部对接面上由伺服电机驱动的环形锁销以及设置在抓取部对接面上的环形锁槽；

所述环形锁销能够在伺服电机驱动下绕其自身轴线转动；环形插销为沿周向均匀间隔分布有三个以上弧形锁定销的结构；所述抓取部对接面上设置有与所述弧形锁定销一一对应的锁定块，每个锁定块内部加工有用于使弧形锁定销插入的限位孔；

初步抓取完成后，所述环形插销旋合，使其锁定销进入锁定块内部的限位孔，完成自锁固连。

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