一种自动回收无人机的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种自动回收无人机的控制系统及方法，针对现有无人机的回收操作复杂、对周围降落环境的要求较高的问题，通过由机舱展开的停机坪上的影像识别系统来对无人机的位置进行校准及调整，调整到指定位置上。影像识别系统将识别到的影像信号传输给无人机，无人机接收信号后，不断调整位置进行校准，在校准好的位置上垂直降落，并在降落的过程中，继续经影像识别系统不断地进行校准及调整，直到降落到停机坪上。停机坪上的重力传感器感知到无人机完全降落后，发出信号给移动基站，基站关闭机舱。闭机舱。闭机舱。

【技术实现步骤摘要】
一种自动回收无人机的控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及无人机控制
，更具体地说，涉及一种自动回收无人机的控制系统及方法。

技术介绍

[0002]无人机全称“无人驾驶飞行器”，(Unmanned Aerial Vehicle) 英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。它涉及传感器技术、通信技术、信息处理技术、智能控制技术以及航空动力推进技术等，是信息时代高技术含量的产物。无人机价值在于形成空中平台，结合其他部件扩展应用，替代人类完成空中作业。进入21世纪，随着轻型复合材料的广泛应用，卫星定位系统的成熟，电子与无线电控制技术的改进，尤其是多旋翼无人机结构的出现，整个无人机行业进入快速发展阶段。
[0003]相比于起飞，无人机回收是一个更为复杂、也更容易出现故障的阶段，能否安全着陆已经成为评价无人机性能的一项重要指标。目前无人机的回收方式主要有伞降回收、撞网回收、起落架滑轮着陆、空中勾取回收等。起落架/滑橇着陆是大多数固定翼无人机采用的方式，其原理与有人驾驶飞机类似，需要专用跑道或者开阔的场地，因此缺乏灵活性。为了缩短滑跑距离，有些无人机会在在尾部装上尾钩，在滑跑过程中，尾钩勾住地面的拦截锁，通过拦截锁的弹性变形，吸收无人机的动能。伞降回收是国内外中小型无人机经常采用的方式之一，在回收过程中，当无人机到达预定回收区中心点上空时，其所配备的降落伞会按照预定程序或者在地面站的指挥下开伞，使无人机缓缓着陆，整个过程较为简单，对操作人员的要求也比较低。但其缺点也显而易见：降落伞对无人机来说是一种载荷，且需要占据机身内有限的空间，由于无人机下降速度较快，在着陆瞬间机体容易受到较强烈的冲击，造成损伤，如果在海上降落，则需要为无人机具备足够的防水能力，且打捞过程也比较麻烦，甚至可能需要借助专业的海上回收设备。撞网回收指的是无人机在地面无线设备和自动引导设备的引导下，逐渐降低高度减小速度，然后正对着拦截网飞去，从而达到回收的目的。完整的拦截网系统，通常由拦阻网、能量吸收装置和自动引导设备组成，可以使无人机在转网后速度很快，降为零，且不受场地限制，尤其适用于舰上回收。但由于网的面积有限，在气象状况不好时，难以保证无人机准确入网。一旦出现偏差，撞击到其他设施，后果不堪设想。气囊不仅可以配合降落伞使用，也可以单独作为一种着陆方式使用，这种方式不需要起落架和降落伞，无人机在着陆前打开气囊，然后直接触地，及可实现缓冲目的，但需要注意的是，依靠气囊直接着陆的缓冲能力有限，只试用于微小型无人机。现有这些技术的问题是无人机的回收操作复杂、对周围降落环境的要求较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种自动回收无人机的控制系统及方法，适用于解决无人机的回收操作复杂、对周围降落环境的要求较高的问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种自动回收无人机的控制系
统，包括：移动基站和作业无人机；
[0006]其中，移动基站包括运输舱、信号中转装置、大型无人机、定位标和重力传感器；所述运输舱用于作业无人机的回收和释放，同时根据上位机控制指令，控制运输舱侧板之间连接的阀门开启，使其侧板展开，与底板处于同一平面，形成作业无人机的停机坪；同时在在作业无人机回舱后，设置于运输舱底板上的重力传感器感应运输舱内重量变化，向移动基站发出信号，控制运输舱侧板之间连接的阀门关闭，运输舱闭合；信号中转装置用于接收和转发作业无人机和上位机发出的信号；大型无人机用于承载移动基站，负责运输运输舱及其内部放置的作业无人机；定位标设置于在运输舱呈停机坪状态时，移动基站的重心所在位置；
[0007]所述运输舱中装载多个所述作业无人机，每一所述作业无人机上设置摄像头和、或传感器，用于进行图像采集和、或气候监测；每一所述作业无人机上设置与移动基站进行通信的信号收发装置；
[0008]所述作业无人机上还设置影像识别系统，用于在作业无人机请求返回运输舱并航行至靠近运输舱时，拍摄定位标的位置图像，发送给作业无人机，作业无人机根据定位标图像信息，不断调整作业无人机的位置，直至处于停机坪正上方为止。
[0009]其中，摄像头包括红外摄像头、数字摄像头、高清摄像头中的一种或几种，在执行任务过程中，根据任务类别任意切换摄像头类型，完成作业。
[0010]其中，传感器包括CO化物传感器、PM2.5传感器、甲烷传感器与气压传感器中的一种或几种，根据任务随意切换传感器类型，完成数据采集任务。
[0011]其中，作业无人机还包括激光发射装置，用于在作业无人机返航时对移动基站上的运输舱进行位置校准，保证作业无人机准确降落在运输舱内。
[0012]其中，作业无人机还包括飞行控制系统，用于按照预先给定的规律控制作业无人机的飞行轨迹或姿态角，根据影像识别系统的识别结果控制作业无人机移动，直至影像识别系统获取的影像与定位标重合。
[0013]此外，本专利技术提供了一种自动回收无人机的控制方法，采用如前述技术方案所述的自动回收无人机的控制装置进行控制，包括：
[0014]作业无人机的作业任务完成后，移动基站将坐标信息发送给作业无人机，作业无人机根据坐标信息进行返航；
[0015]作业无人机返航至预设停机范围内时，发送到达指令至移动基站，控制运输舱展开，成为停机坪，移动基站发射返回就绪的信号至作业无人机；
[0016]作业无人机通过影像识别系统进行定位调整，并将形成的影像传输给飞行控制系统；
[0017]飞行控制系统根据传回来的影像与定位标进行不断地校准，再控制作业无人机不断地调准位置，直至传回来的影像与定位标重合；
[0018]飞行控制系统制作业无人机进行垂直降落，并在降落过程中，继续进行校准和调整，直至降落到停机坪上；
[0019]停机坪上的重力传感器感知到作业无人机降落后的重量，发出信号至移动基站，移动基站发出信号控制关闭运输舱阀门关闭。
[0020]其中，在作业无人机通过影像识别系统进行定位调整，并将形成的影像传输给飞
行控制系统的步骤中，包括步骤：
[0021]在影像中找到停机坪l
’
的大小记为l”，计算影像中摄像头垂直位置距停机坪重心的距离L
’
，根据已知真实的l
’
，做出影像与真实的比例γ，即
[0022]根据等比例计算公式计算出真实的摄像头垂直位置距停机坪重心的距离距离L，获取作业无人机的飞行高度H，根据停机坪上重心距离摄像头的距离S；
[0023]根据计算出停机坪上重心与摄像头相对作业无人机所处位置的角度α，控制作业无人机向α角飞行S，并在飞行过程中不断地进行扫描，传输，计算，飞行，直到作业无人机飞行至停机坪的正上方。
[0024]区别于现有技术，本专利技术的自动回收无人机的控制系统和方法，通过由运输舱展开的停机坪上的影像识别系统来对无人机的位置进行校准及调整，调整到指定位置上。影像识别系统将识别到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动回收无人机的控制系统，其特征在于，包括：移动基站(a)和作业无人机(b)；其中，移动基站(a)包括运输舱(1)、信号中转装置(2)、大型无人机(3)、定位标(4)和重力传感器(5)；所述运输舱(1)用于作业无人机(b)的回收和释放，同时根据上位机控制指令，控制运输舱(1)侧板之间连接的阀门开启，使其侧板展开，与底板处于同一平面，形成作业无人机(b)的停机坪；同时在在作业无人机(b)回舱后，设置于运输舱(1)底板上的重力传感器(5)感应运输舱(1)内重量变化，向移动基站(a)发出信号，控制运输舱(1)侧板之间连接的阀门关闭，运输舱(1)闭合；信号中转装置(2)用于接收和转发作业无人机(b)和上位机发出的信号；大型无人机(3)用于承载移动基站，负责运输运输舱(1)及其内部放置的作业无人机(b)；定位标(4)设置于在运输舱(1)呈停机坪状态时，移动基站(a)的重心所在位置；所述运输舱(1)中装载多个所述作业无人机(b)，每一所述作业无人机(b)上设置摄像头(6)和、或传感器(7)，用于进行图像采集和、或气候监测；每一所述作业无人机(b)上设置与移动基站(a)进行通信的信号收发装置(9)；所述作业无人机(b)上还设置影像识别系统(10)，用于在作业无人机(b)请求返回运输舱(1)并航行至靠近运输舱(1)时，拍摄定位标的位置图像，发送给作业无人机(b)，作业无人机(b)根据定位标图像信息，不断调整作业无人机(b)的位置，直至处于停机坪正上方为止。2.根据权利要求1所述的自动回收无人机的控制系统，其特征在于，摄像头(6)包括红外摄像头、数字摄像头、高清摄像头中的一种或几种，在执行任务过程中，根据任务类别任意切换摄像头类型，完成作业。3.根据权利要求1所述的自动回收无人机的控制系统，其特征在于，传感器(7)包括CO化物传感器、PM2.5传感器、甲烷传感器与气压传感器中的一种或几种，根据任务随意切换传感器类型，完成数据采集任务。4.根据权利要求1所述的自动回收无人机的控制系统，其特征在于，作业无人机(b)还包括激光发射装置，用于在作业无人机(b)返航时对移动基站(a)上的运输舱(1)进行位置校准，保证作业无人机(b)准确降落在运输舱(1)内。5.根据权利要求1所述的自动回收无人机的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔传波，贾贝贝，邓存宝，王雪峰，王晓波，陈艳坤，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：