[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

本發明公開了一種基于仿生的飛行機械頸眼系統及其控制方法，包括飛行器系統、機械頸眼系統、機載計算設備和飛控單元；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；機械頸為六自由度串聯機械頸，本發明通過將雙魚眼和慣性測量單元組成的雙目視覺慣性系統放置于機械頸的末端形成感知系統，本系統的觀測范圍更大，相機位姿可變，具有主動感知環境的能力，可以一定程度上解決室內環境飛行器視野受限的問題，同時也可以對畫面的晃動進行補償。

技術領域

本發明涉及無人機領域，具體涉及一種基于仿生的飛行機械頸眼系統及控制方法。

背景技術

無人機具有大范圍的空間移動能力和快速的反應能力，因此廣泛應用于軍事、農業、巡檢等領域，近年來，人們開始了對飛行機械臂的研究，將機械爪甚至是多自由度機械臂安裝在多旋翼無人飛行器機體上，從而實現更多更復雜多自由度的操作。

由于多旋翼飛行器在自主感知環境時所用的圖像傳感器通常是連接在飛行器機體上的，一般會將相機等設備安裝于機載云臺上以補償機體的角度抖動。然而這種安裝方式在對環境進行觀測時常常受限于機體位置而導致觀測視角有限，甚至在觀測到某些場景時會導致感知失效，在室內狹窄場景中尤為如此。因此實現相機視角的穩定與不受限是一個至關重要的問題。

公開號為CN108279562A的發明專利公開了一種基于滑模PID控制的飛行機械臂的方法。考慮到四旋翼的欠驅動問題,充分利用系統的耦合特性,建立姿態角與位置和高度控制量之間的數學關系,從而通過控制姿態角和位置高度來實現軌跡跟蹤的目的。

公開號為CN108248845A的發明專利公開了一種基于動態重心補償的旋翼飛行機械臂系統及算法，所述系統包括旋翼飛行平臺、圖像傳感器、連接架、機械臂系統、系統控制器和地面站控制裝置；其中，圖像傳感器安裝在所述旋翼飛行平臺的前下方；一種基于動態重心補償的旋翼飛行機械臂系統及算法，該算法在保證旋翼飛行機械臂系統穩定飛行的基礎上，基于視覺伺服控制方法能更準確的自動定位在抓取目標上，提升了抓取的準確率和時間效率。

公開號為CN109816710A的發明專利公開了一種雙目視覺系統高精度且無拖影的視差計算方法利用機載雙目視覺系統計算出精確像素視差，且場景深度沒有普遍存在的過度平滑現象，無需復雜的后處理，能直接用于下游任務。

上述專利中的相機都是接連在機體上的方法，上述系統在室內狹窄場景的飛行過程中的會受限于機體位置導致對環境的觀察不完整，對某些失效環境無法進行躲避。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明目的之一是提供一種基于仿生的飛行機械頸眼系統，針對當前相機裝在飛行器本體或機器人本體上導致的在室內狹窄場景下觀測受限等問題，通過一個六自由度的機械頸將雙目相機和慣性測量單元組成的觀測設備與飛行器本體相連接后，控制六自由度的機械頸達成觀測設備相對于飛行器本體的運動，從而實現飛行器在室內狹窄場景的飛行過程中主動對環境進行多視角視覺觀測，同時保持末端觀測設備的穩定與圖像穩定。

為實現上述發明目的，本發明采取的技術方案如下：

一種基于仿生的飛行機械頸眼系統，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；