【技术实现步骤摘要】
本申请涉及无人机，尤其涉及一种多旋翼无人机空中对接控制方法、装置及机载对接系统。
技术介绍
1、近年来，随着无人机技术的飞速发展，可垂直起降的多旋翼无人机因其结构简单、操作灵活、易于部署等特点，被广泛应用于搜索救援、基础设施检查和农业植保等领域。然而，无人机的续航能力较低，难以完成长时间或远距离的任务。
2、为了解决无人机的续航问题，目前比较常用的解决方案就是设置移动对接站，机载对接站便是其中一种。机载对接站是一种多无人机协同作业系统，通过任务的有效分配可以使系统实现高效率，大多是采用大载重无人机作为母机，运载若干个作为子机的小型无人机到指定地方投放。机载对接站适合应用在一些交通不便的地区，例如崎岖山区和受灾地区等车辆难以通行的场景。然而，目前关于机载对接站的研究很少，且现有的机载对接站大多采用附加的机械手或设置高精度的外部定位系统，例如动作捕捉系统和实时动态载波相位差分设备来实现空中对接，设计成本高，实用性低。
技术实现思路
1、本申请提供了一种多旋翼无人机空中对接控制方法、装置及机载对接系统，用于解决多旋翼无人机空中对接难、对接成本高的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种多旋翼无人机空中对接控制方法，包括：
3、获取母机的全局位置信息与所述子机的全局位置信息，进行对接位置决策，控制所述母机和子机移动至对接预备区域，其中所述母机上设置有用于承载子机的机载对接机构，且所述机载对接机构中设置有视觉基准标识；
4、
5、根据所述视觉基准标识，计算所述子机与所述机载对接机构的相对位姿，然后使用自适应卡尔曼滤波器对相对位姿数据进行优化，并基于所述相对位姿和子机位姿转换成全局坐标系下机载对接机构的目标位姿；
6、根据所述目标位姿，采用基于凸优化的轨迹规划算法得到所述子机至所述机载对接机构的降落轨迹；
7、根据所述降落轨迹控制所述子机降落至所述机载对接机构。
8、优选地，根据所述视觉基准标识计算所述子机与所述机载对接机构的相对位姿之后还包括：
9、通过预设的自适应卡尔曼滤波器，对所述相对位姿数据进行优化处理。
10、优选地，根据所述降落轨迹控制所述子机降落至所述机载对接机构具体包括：
11、根据所述目标位姿，控制所述子机移动至第一位点，并在移动过程中通过实时获取的所述拍摄图像更新所述相对位姿，其中，所述第一位点位于所述机载对接机构正上方，且与所述机载对接机构的间距低于预设的距离阈值；
12、当所述子机到达所述第一位点时，控制所述子机下落，使得所述子机降落至所述机载对接机构。
13、优选地，还包括：
14、在所述子机移动至所述第一位点的过程中，若所述子机未检测到所述视觉基准标识，则调整所述子机的运动状态，直至重新检测到所述视觉基准标识。
15、优选地，根据所述降落轨迹控制所述子机降落至所述机载对接机构之前还包括：
16、根据所述目标位姿，采用基于凸优化的轨迹规划算法中预设的目标函数进行轨迹优化，以得到所述子机至所述机载对接机构的降落轨迹，以基于优化后的降落轨迹控制所述子机降落至所述机载对接机构。
17、优选地，所述轨迹优化目标函数具体为：
18、
19、
20、
21、
22、
23、
24、式中，为总代价，为平滑代价，和为动力学代价，为碰撞代价，为距离代价，为时间代价，λ1,λ2,λ3,λ4,λ5,λ6为代价权重系数，，t为时间，t为轨迹总时间，子机的位置p(t)＝(x(t),y(t),z(t))，目标的位置pd(t)＝(xd(t),yd(t),zd(t))，p(s)(t)为子机在t时间的位置的s阶导数，函数vmax为最大速度，amax为最大加速度，zd为子机的目标位置中的高度，是一个二阶连续可微函数，定义如下：
25、
26、同时，本申请第二方面还提供了一种多旋翼无人机空中对接控制装置，设置于子机，包括：
27、对接预备控制单元，用于获取母机的全局位置信息与所述子机的全局位置信息，进行对接位置决策，控制所述母机和子机移动至对接预备区域，其中所述母机上设置有用于承载子机的机载对接机构，且所述机载对接机构中设置有视觉基准标识；
28、图像识别单元，用于当所述子机到达所述对接预备区域时，通过搭载的图像采集设备获取所述母机的拍摄图像，以从所述拍摄图像中识别所述视觉基准标识；
29、目标位姿确定单元，用于根据所述视觉基准标识，计算所述子机与所述机载对接机构的相对位姿，然后使用自适应卡尔曼滤波器对相对位姿数据进行优化，并基于所述相对位姿和子机位姿转换成全局坐标系下机载对接机构的目标位姿；
30、路径规划单元，用于根据所述目标位姿，采用基于凸优化的轨迹规划算法得到所述子机至所述机载对接机构的降落轨迹；
31、降落控制单元，用于根据所述降落轨迹控制所述子机降落至所述机载对接机构。
32、本申请第三方面提供了一种机载对接系统，包括：搭载有机载对接机构的母机以及搭载如本申请第二方面所述的多旋翼无人机空中对接控制装置的子机；
33、所述机载对接机构包含多个椎体组件，一个椎体组件用于对接一架子机，各个椎体组件均匀分布在机载对接机构的外围，所述机载对接机构的中央设置有视觉基准标识。
34、优选地，每个所述椎体组件的内部设置有弹性部件和卡位机构，所述弹性部件与所述椎体组件的椎体尖端部分连接，使得当所述子机压在椎体尖端部位上时，所述椎体尖端部位受力下降到预设位置时，通过卡位机构与所述子机的环形脚架卡位固定连接。
35、优选地，所述视觉基准标识包括：第一子标识和第二子标识，其中，所述第一子标识的面积大于所述第二子标识，且所述第二子标识比所述第一子标识更靠近所述机载对接机构。
36、从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
37、本申请提供的技术方案先获取母机的位置信息和子机的位置信息，进行对接位置决策，控制子机移动至对接预备区域，在该对接预备区域通过子机上达到的图像采集设备采集母机的拍摄图像，以识别图像中的视觉基准标识，输出子机和母机上的机载对接机构的相对位姿，然后使用自适应卡尔曼滤波器对相对位姿数据进行优化，基于相对位姿和子机位姿转换成全局坐标系下机载对接机构的目标位姿，根据目标位姿结合路径规划方法生成子机至所述机载对接机构的规划路径，以按照该规划路径控制所述子机降落至所述机载对接机构，本申请的方案采用视觉相对定位和轨迹优化实现无人机空中对接，无需设置结构复杂的机械手或成本昂贵的高精度外部定位系统，解决了多旋翼无人机空中对接难、对接成本高的技术问题。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，根据所述视觉基准标识，计算所述子机与所述机载对接机构的相对位姿之后还包括：
3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，根据所述降落轨迹控制所述子机降落至所述机载对接机构具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求3所述的一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，根据所述目标位姿，采用基于凸优化的轨迹规划算法得到所述子机至所述机载对接机构的降落轨迹具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，所述目标函数具体为：
7.一种多旋翼无人机空中对接控制装置，设置于子机，其特征在于，包括：
8.一种机载对接系统，其特征在于，包括：搭载有机载对接机构的母机以及搭载如权利要求7所述的多旋翼无人机空中对接控制装置的子机；
9.根据权利要求8所述的
10.根据权利要求8所述的一种机载对接系统，其特征在于，所述视觉基准标识包括：第一子标识和第二子标识，其中，所述第一子标识的尺寸大于所述第二子标识，且所述第二子标识比所述第一子标识更靠近所述椎体。
...【技术特征摘要】
1.一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，根据所述视觉基准标识，计算所述子机与所述机载对接机构的相对位姿之后还包括：
3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，根据所述降落轨迹控制所述子机降落至所述机载对接机构具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求3所述的一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，根据所述目标位姿，采用基于凸优化的轨迹规划算法得到所述子机至所述机载对接机构的降落轨迹具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种多旋翼无人机空中对接控制方法，其特征在于，所述目标函数...
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