[發(fā)明專利]基于視覺測量信息的旋翼無人機(jī)抓捕回收方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910185404.5
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN110044212B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海洋;鄧文堯;張丹;段學(xué)超;米建偉;何帥;杜敬利
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: F41H11/02
• 分類號: F41H11/02
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種基于視覺測量信息的旋翼無人機(jī)抓捕回收方法，其特征在于，由于回收準(zhǔn)備階段，無人機(jī)姿態(tài)信息變化不明顯，故所述基于視覺測量信息的旋翼無人機(jī)抓捕回收方法，主要對無人機(jī)位置信息進(jìn)行分析，采用分段式軌跡擬合與目標(biāo)預(yù)測，即基于上一時(shí)間段內(nèi)無人機(jī)的位置信息，通過n階多項(xiàng)式擬合出該時(shí)間段內(nèi)無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡；預(yù)測出無人機(jī)在下一時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)刻的位置；然后根據(jù)無人機(jī)的預(yù)測位置調(diào)整抓捕裝置相應(yīng)的位姿，通過循環(huán)進(jìn)行軌跡擬合與目標(biāo)預(yù)測，持續(xù)調(diào)整抓捕裝置的相應(yīng)位姿，使抓捕裝置調(diào)整到最佳抓捕位姿；最后，當(dāng)無人機(jī)進(jìn)入抓捕范圍內(nèi)，抓捕裝置實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的抓捕，完成無人機(jī)的安全回收；

所述基于視覺測量信息的旋翼無人機(jī)抓捕回收方法具體包括：

第一步，當(dāng)無人機(jī)完成飛行任務(wù)后，回收平臺(tái)向無人機(jī)發(fā)送返航指令，無人機(jī)開始返航，逐漸靠近回收平臺(tái)；

第二步，當(dāng)無人機(jī)進(jìn)入成像范圍內(nèi)，雙目視覺系統(tǒng)開始采集其成像區(qū)域內(nèi)物體的圖像信息，并將圖像信息進(jìn)行處理與分析，判斷是否為待捕捉的無人機(jī)，若為待捕捉的無人機(jī)，進(jìn)入第三步；

第三步，當(dāng)待捕捉的無人機(jī)進(jìn)入清晰成像范圍內(nèi)，雙目視覺系統(tǒng)利用高速工業(yè)相機(jī)開始每隔Δt采集一次無人機(jī)的圖像信息并存儲(chǔ)，經(jīng)過圖像處理，識(shí)別無人機(jī)圖像上的標(biāo)記點(diǎn)，然后經(jīng)過算法處理可以得到圖像中無人機(jī)的當(dāng)時(shí)的位姿向量其中(x,y,z)^T表示無人機(jī)的相對空間位置，表示無人機(jī)的空間姿態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的空間定位與目標(biāo)跟蹤；

第四步，雙目視覺系統(tǒng)從t₀時(shí)刻開始定時(shí)采集無人機(jī)的目標(biāo)圖像，時(shí)間間隔為Δt，經(jīng)過圖像處理得到離散的無人機(jī)的相對位姿向量(j＝1,2,3,…)，經(jīng)過時(shí)間間隔ΔT后到達(dá)t₁時(shí)刻，將t₀～t₁時(shí)間段得到的無人機(jī)位姿向量其中ΔT為軌跡擬合時(shí)間間隔，Δt為圖像采集時(shí)間間隔，放入固定長度的數(shù)組進(jìn)行存儲(chǔ)，便于第五步中擬合算法的調(diào)用，調(diào)用之后該數(shù)組自動(dòng)清空，存儲(chǔ)下一時(shí)間段的無人機(jī)位姿數(shù)據(jù)，即該數(shù)組用于存儲(chǔ)[t_i-1,t_i](i＝1,2,3,…t_i＝t_i-1+ΔT)時(shí)間段內(nèi)無人機(jī)的位姿信息及對應(yīng)的時(shí)刻；

第五步，由于在回收過程中，當(dāng)軌跡擬合時(shí)間間隔ΔT較小時(shí)，姿態(tài)信息變化不明顯，所以主要對無人機(jī)的位置信息進(jìn)行分析；對其采用分段式軌跡擬合；

第六步，采用分段式目標(biāo)預(yù)測，根據(jù)第五步擬合出[t_i-1,t_i](i＝1,2,3,…t_i＝t_i-1+ΔT)時(shí)間段內(nèi)無人機(jī)的軌跡曲線方程，估計(jì)下一時(shí)間段內(nèi)的無人機(jī)的相對位置，即[t_i,t_i+1](i＝1,2,3,…t_i+1＝t_i+ΔT)時(shí)間段內(nèi)無人機(jī)任意時(shí)刻的位置，然后根據(jù)無人機(jī)的預(yù)測位置和跟蹤位姿調(diào)整抓捕裝置的相應(yīng)位姿，進(jìn)入抓捕狀態(tài)；

第七步，不斷進(jìn)行分段式軌跡擬合和分段式目標(biāo)預(yù)測，抓捕裝置不斷調(diào)整位姿，通過不斷的軌跡擬合與目標(biāo)預(yù)測，使抓捕裝置調(diào)整到最佳抓捕位姿，當(dāng)無人機(jī)進(jìn)入抓捕范圍內(nèi)，抓捕裝置實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的抓捕工作，完成無人機(jī)的回收。

2.如權(quán)利要求1所述的基于視覺測量信息的旋翼無人機(jī)抓捕回收方法，其特征在于，所述第五步中，利用n階多項(xiàng)式對[t_i-1,t_i](i＝1,2,3,…t_i＝t_i-1+ΔT)時(shí)間段內(nèi)無人機(jī)的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行一次曲線擬合，擬合公式為

3.一種應(yīng)用權(quán)利要求1～2任意一項(xiàng)所述基于視覺測量信息的旋翼無人機(jī)抓捕回收方法的無人機(jī)回收平臺(tái)。

4.一種搭載有權(quán)利要求3所述無人機(jī)回收平臺(tái)的移動(dòng)車輛。

5.一種搭載有權(quán)利要求3所述無人機(jī)回收平臺(tái)的艦船。