[發明專利]動平臺降落復合地標導航系統

有效

• 申請號: 201910549727.8
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110253580B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 邢伯陽;潘峰;周鵬程;劉健;常成
• 申請（專利權）人: 昆明滇鷹科技有限公司;昆明北理工產業技術研究院有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J19/04
• 代理公司: 昆明祥和知識產權代理有限公司 53114
• 代理人: 董昆生

本發明公開了動平臺降落復合地標導航系統，包括MAVs和動平臺兩部分，其中MAVs包括了飛行控制器、云臺、相機、圖像處理器、通訊模組和定位導航模塊；動平臺包括了動平臺底盤、控制器、伺服驅動器、步進電機、碼盤和通訊模組；飛行控制器用于完成對MAVs的位姿控制；云臺用于實現對圖像的增穩和對目標的跟蹤；相機用于采集圖像數據，定位導航模塊用于為MAVs提供精確的定位數據；圖像處理器用于為在機載端完成R2D地標識別、動平臺狀態估計和降落策略軌跡規劃；通訊模組用于為無人機和動平臺的圖像定位數據或碼盤數據進行通訊傳輸；控制器用于完成對步進電機的速度閉環控制，并采用碼盤來提供里程計數據。

技術領域

本發明屬于無人飛行設施技術領域，尤其涉及動平臺降落復合地標導航系統。

背景技術

基于地標陣列的LAIN組合導航系統能為機器人在室內提供高精度的導航服務，而基于“單地標”的SLIN組合導航系統則能估計目標精確的位姿，從而幫助機器人實現對目標的跟蹤、抓取和定位等一系列自主導航應用，MAVs視覺引導降落是其自主導航中的核心技術，目前已經有諸多研究實現了在靜止目標上的自主降落，但在移動目標（車輛、船舶等動平臺）上的降落無論在商業還是軍事上都更具研究價值。

發明內容

本發明為了解決上述現有技術中存在的缺陷和不足，提供了一種傳感器層由多種異構傳感器組成包括R2D地標、碼盤里程計、IMU和MAVs導航系統；融合層基于SLIN組合導航算法對異構傳感器數據進行融合實現對動平臺位姿的在線估計；決策層結合動平臺與MAVs狀態估計實時規劃降落軌跡；控制層實現MAVs對軌跡的跟蹤控制和機載云臺的圖像跟蹤控制的動平臺降落復合地標導航系統。

本發明的技術方案：一種動平臺降落復合地標導航系統，包括MAVs和動平臺兩部分，其中MAVs包括了飛行控制器、云臺、相機、圖像處理器、通訊模組和定位導航模塊；動平臺包括了動平臺底盤、控制器、伺服驅動器、步進電機、碼盤和通訊模組；所述飛行控制器用于完成對MAVs的位姿控制，通過串口接收降落軌跡數據并實時反饋MAVs導航位姿數據；所述云臺用于實現對圖像的增穩和對目標的跟蹤；所述相機用于采集圖像數據，所述定位導航模塊用于為MAVs提供精確的定位數據，并為SLIN組合算法中地標定位結果提供精確的相機全局坐標變換數據；所述圖像處理器用于為在機載端完成R2D地標識別、動平臺狀態估計和降落策略軌跡規劃；所述通訊模組用于為無人機和動平臺的圖像定位數據或碼盤數據進行通訊傳輸；所述控制器用于完成對三個L298N和25GA370步進電機的速度閉環控制，并采用碼盤來提供里程計數據。

優選地，所述云臺為舵機云臺，為降低圖像的抖動，選用兩軸云臺實現對圖像的增穩和對目標的跟蹤，其通過2個SG90舵機實現對框架姿態角的調節。

優選地，所述相機為單目相機，其選用640480分辨率，60 FPS的PS2Eye相機采集圖像數據，并采用全局曝光技術保證能輸出高質量、高動態的圖像。

優選地，所述MAVs導航模塊包括導航系統、全局定位傳感器、IMU和超聲波/激光發生器，其選用FAST-LAIN系統或GPS/INS系統為MAVs提供精確的定位數據，并為SLIN組合算法中地標定位結果提供精確的相機全局坐標變換數據。

優選地，所述圖像處理器包括降落狀態機、路徑規劃模組和策略模組，其選用Odroid-Xu4高性能嵌入式處理作為機載CPU，其主頻為2GHz，2GB RAM，采用Exynos 5422八核處理器。

優選地，所述通訊模塊選用高性能數傳模塊ONE BOX來構建通信鏈路，用于保證無人機和動平臺的圖像定位數據或碼盤數據傳輸的可靠性和高速性。

優選地，所述動平臺底盤采用全向三輪結構，使用STM32F103作為控制器完成對三個L298N和25GA370步進電機的速度閉環控制，并采用HN012-45A編碼器來提供里程計數據，并以ONE BOX通訊模塊實現與MAVs數據的交互。