[發明專利]空中飛行平臺自動化無人機回收系統和方法

有效

• 申請號: 202110797588.8
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113433962B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 李甫;付博勛;馮柏沄;王沖;晁偉兵;尚旭東;錢若浩;李旭超;張鵬博;冀有碩;李陽;石光明;張利劍;陳遠方
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發明公開了一種空中飛行平臺自動化無人機回收系統和方法，解決了無人機導航信號易受干擾，回收時損耗大的問題。系統的飛行控制子系統以相機和激光雷達的信息為輸入，導航無人機到達平臺下方，回收裝置兩機械臂末端合攏，夾住無人機頂端的伸縮桿，實現無人機回收。方法有設計空中飛行平臺自動化無人機回收系統；系統初始化；回收中無人機自主導航；無人機在平臺下進行定位和位置校準；回收裝置抓取無人機。本發明在導航期間以視覺信息和激光雷達為輸入，根據無人機與平臺間距離選擇不同的模式，減小了信號干擾。嵌有壓力傳感器的抓手設計，減小了回收時的損耗。應用于無人機空中回收。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，特別是涉及空中無人機的自動化回收，具體是空中飛行平臺自動化無人機回收系統和方法，可用于降低無人機回收時收到的干擾和減輕無人機在空中回收時的損耗。

背景技術

傳統的衛星導航方式具有局部信號弱、容易受到干擾等局限，在無人機的戰時回收中可靠性較弱。而無人機視覺導航利用計算機視覺的相關技術對相機獲取的圖像信息進行處理，結合無人機其他傳感器獲取的數據可以計算得到無人機當前位置等信息，在不依賴于GPS的情況下即可完成無人機自主導航。

目前常見的無人機回收技術主要有常規跑道回收、傘降回收、撞網回收和天鉤回收等。常規跑道回收是模仿有人艦載機回收過程，利用大型艦船或者航空母艦甲板上的跑道進行回收的。此種回收方式要求根據無人機的性能設計合理的著艦軌跡線,要求無人機具有良好的軌跡跟蹤能力,要求無人機具有較強的抗干擾能力。目前來看，此項回收技術僅僅只有美國掌握，用于“X-47B”無人機的回收。傘降回收是通過無人機帶著降落傘在指定降落區域和合適的高度實行開傘來實現減速緩沖的回收方式，英國的“Phocnix”無人機、美國的“Hunter無人機都采用此種方式回收。但是開傘之后，無人機完全處于無控狀態，降落位置完全由降落傘系統控制，極易受到風的影響，由此也會帶來不確定的回收誤差。撞網回收是通過無人機引導系統，將無人機引導至攔阻網實現攔阻減速回收的回收方式，美國的“殺人蜂”、“銀狐”“蒼鷹”等無人機均已成功使用撞網回收技術進行過回收，但是撞網回收極易損壞無人機。天鉤回收技術是在撞網回收技術的基礎上發展起來的。天鉤回收系統通常主要由捕獲裝置、吸能緩沖裝置和導引裝置組成。導引裝置將無人機引導至捕獲裝置附近，當無人機機翼撞到回收繩后，回收繩沿著機翼滑行至翼尖，翼尖小鉤勾住并鎖定回收繩，此時發動機停車，之后無人機會繞回收繩做回旋減速運動，當擺動幅度降低到一定程度后人工取下完成回收。目前通過天鉤回收技術實現無人機艦上回收的有美國的“掃描鷹”無人機、“整合者”(RQ-21)無人機等。天鉤回收技術對于導航、控制系統和回收裝置均有著很高的要求。

目前已有的無人機回收技術，往往依賴衛星導航技術或慣性導航系統或跑道或降落傘，均難以實現自主導航回收，并且對無人機或者回收裝置有著很高的要求，否則會對無人機造成損耗。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種回收時對無人機損傷小，導航時不易受干擾的空中飛行平臺自動化無人機回收系統和方法，以快速高效地在空中回收無人機。

本發明是一種空中飛行平臺自動化無人機回收系統，包括有空中飛行平臺和被回收的無人機，空中飛行平臺下方安裝有回收裝置，激光雷達安裝在空中飛行平臺上，無人機上安裝有飛行控制子系統和相機；其特征在于，無人機兩側機翼的對稱中心處垂直向上安裝有伸縮桿，伸縮桿頂端設有定位卡扣；所述回收裝置是由帶有柱塞的液壓缸和兩個對稱結構的活動臂組成的抓取裝置，通過液壓缸外殼上部與空中飛行平臺連接，活動臂的短臂和長臂配合進行抓取，長臂抓取端安裝有抓手結構，抓手結構為扇形結構，在扇形內側裝有壓力傳感器，總體形成一個有收口的抓取裝置；柱塞的下端端面部貼有定位靶標圖像；所述相機分別安裝在無人機兩側機翼和伸縮桿頂端；飛行控制子系統以多個相機和激光雷達的信息為輸入，控制無人機到達空中飛行平臺的回收裝置下方的預定位置，通過液壓缸控制柱塞驅動活動臂抓取伸縮桿，實現無人機回收。