[發明專利]一種基于仿生的飛行機械頸眼系統及控制方法

有效

• 申請號: 201911172133.6
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN110775288B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 孫家弼;帥俊;陳浩耀;劉云輝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: B64D47/08
• 分類號: B64D47/08;G01C21/00;G01C21/16;G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 廣州圣理華知識產權代理有限公司 44302
• 代理人: 董覺非;邵琛

1.一種基于仿生的飛行機械頸眼系統，其特征在于，包括飛行器系統、機械頸眼系統、機載計算設備和飛控單元；

所述飛行器系統包括飛行器本體和安裝在所述飛行器本體上的飛行動力系統；

所述機械頸眼系統包括安裝在所述飛行器本體上的機械頸、安裝在所述機械頸末端的雙目視覺慣性系統、控制所述機械頸運動的機械頸主控；所述雙目視覺慣性系統包括雙目相機和慣性測量單元，所述雙目視覺慣性系統用于進行主動觀測并完成對機械頸末端的位姿估計；所述機械頸為六自由度串聯機械頸，所述機械頸上設置六個舵機用于控制所述機械頸末端的雙目視覺慣性系統到達其工作空間中指定的任意位置和姿態，完成所述雙目視覺慣性系統相對于所述飛行器本體的運動；

所述雙目相機包括兩個魚眼相機，兩個所述魚眼相機分別傾斜設置在所述慣性測量單元兩側，所述魚眼相機的中軸線與鄰近所述慣性測量單元的一側之間存在夾角，所述夾角為銳角；

所述機載計算設備設置在所述飛行器本體上，所述機械頸主控設置于所述機載計算設備和所述機械頸上的舵機之間，所述機械頸主控用于對所述機械頸上的舵機進行插補控制；所述機械頸通過舵機的轉動帶動所述雙目視覺慣性系統中的雙目相機進行六自由度的運動并到達其工作空間中指定的任意位置和姿態，完成所述雙目視覺慣性系統相對于所述飛行器本體的運動，所述雙目視覺慣性系統在運動過程中對所處環境進行主動視覺觀測并完成對機械頸末端的位姿估計和飛行器本體的位姿估計；

所述機載計算設備處理所述機械頸眼系統的主動視覺規劃、運動學解算、飛行器本體軌跡規劃以及雙目視覺慣性里程計位姿估計的計算任務；所述雙目視覺慣性系統采用緊耦合的方式融合雙目相機和所述慣性測量單元數據形成雙目視覺慣性里程計，視覺里程計是通過所述雙目相機運動所引起的圖像變化以逐步估計機械頸末端位姿的過程，通過雙目相機捕捉周圍環境中的信息并結合慣性測量單元數據完成雙目視覺慣性里程計位姿估計，并同時得到所述機械頸末端狀態中的位姿估計，根據所述機械頸末端的位姿估計結合運動學解算反推得到飛行器本體的位姿估計，然后完成對飛行器本體軌跡規劃和主動視覺規劃；

所述飛控單元與地面站控制裝置采用無線方式進行通訊，所述飛控單元用于所述飛行器本體的底層自穩和動力分配。

2.根據權利要求1所述的一種基于仿生的飛行機械頸眼系統，其特征在于，所述機載計算設備與所述飛控單元、所述機械頸主控和所述雙目視覺慣性系統通過串口或USB方式進行通信連接。

3.根據權利要求1所述的一種基于仿生的飛行機械頸眼系統，其特征在于，所述雙目相機包括兩個魚眼相機，兩個所述魚眼相機分別傾斜設置在所述慣性測量單元兩側，且兩個魚眼相機中軸線之間的夾角為鈍角。

4.根據權利要求1所述的一種基于仿生的飛行機械頸眼系統，其特征在于，所述飛行器本體的上設置機械頸底座，所述機械頸的首端安裝在所述機械頸底座上，所述舵機包括舵機殼體、設置在所述舵機殼體一側外壁上的舵盤、設置在所述舵機殼體中與所述舵盤連接的驅動組件，所述驅動組件驅動所述舵盤進行轉動。

5.根據權利要求4所述的一種基于仿生的飛行機械頸眼系統，其特征在于，所述機械頸上沿首端至末端方向的舵機依次包括第一舵機、第二舵機、第三舵機、第四舵機、第五舵機和第六舵機；所述第二舵機、第三舵機和第五舵機上的舵盤均包括相對設置的主舵盤和副舵盤；

所述第一舵機的舵機殼體固定在所述機械頸底座上，所述第一舵機的舵盤設置在所述機械頸底座的正下方，所述第一舵機的舵盤的中軸線與所述機械頸底座互相垂直，所述第一舵機的舵盤通過軸承與所述第二舵機的未設置舵盤的舵機殼體外側壁連接，所述第二舵機的主舵盤和副舵盤通過兩個相互平行的第一連桿分別與所述第三舵機的兩個設置舵盤的舵機殼體外側壁連接；所述第三舵機的主舵盤和副舵盤通過兩個相互平行的第二連桿分別與第四舵機的兩個相對的未設置舵盤的舵機殼體外側壁連接；所述第四舵機的舵盤與所述第五舵機未設置舵盤的一個舵機殼體外側壁連接；所述第五舵機的主舵盤和副舵盤通過兩個相互平行的第三連桿分別與第六舵機的兩個相對的未設置舵盤的舵機殼體外側壁連接；所述第六舵機的舵盤與安裝所述雙目視覺慣性系統的連接座底部固定連接。