[發(fā)明專利]一種分布式多棲球形無人系統(tǒng)自主拼接的控制架構

有效

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• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114476056B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設計）人: 蔡志浩;楊杰松;趙江;王英勛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64U10/70
• 分類號: B64U10/70;B64U20/40;B64C37/00;G05D1/08
• 代理公司: 北京天匯航智知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11987
• 代理人: 黃川

1.一種分布式多棲球形無人系統(tǒng)自主拼接的控制架構，其特征在于，包括六架無人機，六架所述無人機拼接形成球形無人系統(tǒng)，在拼接的不同階段實現(xiàn)飛行模式、姿態(tài)控制模式以及球體滾動模式；所述控制架構包括基于非線性增量動態(tài)逆的位置控制器、基于非線性幾何控制理論的姿態(tài)控制器以及半球形無人系統(tǒng)滾動控制器；

所述位置控制器用于在外部視覺定位的環(huán)境下，實現(xiàn)所述無人機的拼接機構的準確對接；所述姿態(tài)控制器用于控制所述無人機的姿態(tài)達到90°，由平面翻轉成半球體；所述半球形無人系統(tǒng)滾動控制器用于控制所述半球體向未完成拼接的方向滾動，實現(xiàn)整個球體的拼合；

所述無人機通過電磁連接機構實現(xiàn)拼接，電磁連接機構位于無人機的四邊中點，電磁連接機構上安裝有電磁鐵，通過控制電流通斷實現(xiàn)電磁鐵的吸合與分離；電磁連接機構通過可活動的鉸鏈機構與無人機殼體連接，鉸鏈機構包括轉軸，電磁連接機構繞轉軸旋轉，形成彈出和回收兩種狀態(tài)；轉軸處安裝有卷簧，使電磁連接機構在未受外力狀態(tài)下處于彈出狀態(tài)，當電磁連接機構彈出時電磁鐵的吸力面與鉛錘面平行；

六架無人機進行拼接，所述六架無人機懸停并形成拓撲結構，位置控制器控制六架無人機向中心聚集，距離較近時處于彈出狀態(tài)的電磁連接機構相互吸引實現(xiàn)對接，此時六架無人機位于同一平面內，協(xié)同控制保持姿態(tài)并實現(xiàn)降落；六架無人機呈十字型連接，橫向四架無人機從左至右依次編號6、5、1、3,1號無人機的上方連接2號無人機，下方連接4號無人機；2、3、4號無人機進入姿態(tài)控制模式，以電磁連接機構為支撐，通過姿態(tài)控制器實現(xiàn)90°的翻轉，1、2、3、4號無人機組合成半球，進入滾動控制模式；1、2號無人機提供俯仰力矩使半球體朝5、6號無人機滾動，3、4號無人機協(xié)同提供拉力保持半球體在滾轉方向上的平衡；在半球體滾動的過程中，5、6號無人機兩側的電磁連接機構與2、3、4號無人機的電磁鐵連接，實現(xiàn)球體的拼合。

2.根據(jù)權利要求1所述的分布式多棲球形無人系統(tǒng)自主拼接的控制架構，其特征在于，所述飛行模式實現(xiàn)所述無人機的多級編隊飛行與空中對接；所述姿態(tài)控制模式實現(xiàn)所述無人機拼接成半球體；所述滾動模式實現(xiàn)地面球體模態(tài)的滾動控制和半球體拼合成完整球體。

3.根據(jù)權利要求1所述的分布式多棲球形無人系統(tǒng)自主拼接的控制架構，其特征在于，所述電磁鐵為長方體，實現(xiàn)在無人機的滾轉方向上限位。