[發明專利]基于視覺測量信息的旋翼無人機抓捕回收方法

有效

• 申請號: 201910185404.5
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN110044212B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 王海洋;鄧文堯;張丹;段學超;米建偉;何帥;杜敬利
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 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

本發明屬于無人機回收技術領域，公開了一種基于視覺測量信息的旋翼無人機抓捕回收方法，主要對無人機位置信息進行分析，為了提高目標預測的實時性和準確性，采用分段式軌跡擬合與目標預測，即基于上一時間段內無人機的位置信息，通過n階多項式擬合出該時間段內無人機的運動軌跡；預測出無人機在下一時間段內無人機任意時刻的位置；根據無人機的預測位姿調整抓捕模塊相應的位姿，通過循環進行軌跡擬合與目標預測，持續調整抓捕裝置的相應位姿，使抓捕裝置調整到最佳抓捕位姿；當無人機進入抓捕范圍內，抓捕裝置實現無人機的抓捕，完成無人機的安全回收。本發明不需要機載的視覺系統，可以低成本、準確得到回收平臺的位姿信息，具有較好的可靠性。

技術領域

本發明屬于無人機回收技術領域，尤其涉及一種基于視覺測量信息的旋翼無人機抓捕回收方法。

背景技術

旋翼無人機憑借其成本低、生存能力強、機動性好、使用方便等優點，在軍事和民用領域內得到了廣泛的應用。旋翼無人機的放飛過程較為簡單，只需開啟螺旋槳即可起飛，限制較少，而旋翼無人機的回收需要水平基準和較準確的操作機構，一直是研究重點。

傳統的旋翼無人機回收方法是由控制者向無人機發送回收指令，然后無人機飛向控制者所在位置并自行降落在地面，再由控制者將無人機回收保存。這種方法費時費力還極易受地形影響，安全性較低。而目前應用較為廣泛且具有創新性的無人機回收方法，主要有阻攔網回收、傘降回收、氣囊著陸回收三種方法，這些方法雖然能實現無人機的回收，但都無法實現自主回收，并且具有各自的缺點：阻攔網回收方法受氣象狀況影響較大，安全性較低；傘降回收與氣囊回收的缺點在于降落傘和氣囊對無人機來說屬于額外載荷，并且需要占據機身內的部分裝載空間。

目前，最接近的現有技術是基于合作目標的方法：該方法需要在移動回收平臺上設計合理形狀的合作目標；在回收過程中，無人機的視覺導航系統不斷地對移動回收平臺進行圖像采集，經過圖像處理與分析，實現對合作目標的識別與定位，然后根據提取到合作目標的輪廓特征信息，進行無人機的相對位姿估計，最后根據獲得的無人機與合作目標的相對位姿信息調整無人機的位姿，當無人機與合作目標的相對高度為零時，完成無人機的自主著陸回收。現有技術中，為了獲得實時、準確的合作目標的特征信息，通常是設計特殊形狀的合作目標和較復雜的相應圖像處理算法，因此需要無人機的機載系統具備處理復雜數據的能力，導致其對無人機的負載能力要求較高，對于小型、高速飛行的無人機而言，其負載小導致無法搭載復雜的機載系統，則基于合作目標的方法難以適用。另外此方法主要用于實現無人機的自主降落，最終的回收仍然需要人工完成。

因此，亟需研究一種有效方法，以在一定程度上可以實現各種類型的無人機的自主回收，并且解決無人機自主回收中對目標位姿預測的實時性和準確性的問題。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

(1)人工回收和撞網等方法雖然能實現無人機的回收，但仍然具有費時費力、受地形影響較大、安全性較低等缺點，并且無法實現無人機的自主回收。

(2)基于合作目標的無人機自主回收方法，主要依賴無人機的視覺導航系統，其對機載系統的數據處理能力要求較高，另外此方法對于無法搭載復雜機載系統的小型無人機難以適用。

解決上述技術問題的難度：為了實現無人機的自主安全回收，需要對無人機和回收平臺(車，船)進行目標跟蹤，在回收階段實時監測無人機的相對位姿，并通過監測的位姿數據進行數據存儲和處理，擬合出無人機的軌跡方程，并根據軌跡方程進行目標預測。

解決上述技術問題的意義：提供一種可以實現無人機與回收平臺的目標跟蹤方法，得到無人機的相對于回收平臺的位姿信息，另外提供一種可以實現無人機運動曲線的擬合和動態軌跡預測的方法，解決了無人機自主回收過程中目標跟蹤與預測的實時性和準確性的難題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于視覺測量信息的旋翼無人機抓捕回收方法。