[发明专利]空中飞行平台自动化无人机回收系统和方法

说明书

本发明公开了一种空中飞行平台自动化无人机回收系统和方法，解决了无人机导航信号易受干扰，回收时损耗大的问题。系统的飞行控制子系统以相机和激光雷达的信息为输入，导航无人机到达平台下方，回收装置两机械臂末端合拢，夹住无人机顶端的伸缩杆，实现无人机回收。方法有设计空中飞行平台自动化无人机回收系统；系统初始化；回收中无人机自主导航；无人机在平台下进行定位和位置校准；回收装置抓取无人机。本发明在导航期间以视觉信息和激光雷达为输入，根据无人机与平台间距离选择不同的模式，减小了信号干扰。嵌有压力传感器的抓手设计，减小了回收时的损耗。应用于无人机空中回收。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，特别是涉及空中无人机的自动化回收，具体是空中飞行平台自动化无人机回收系统和方法，可用于降低无人机回收时收到的干扰和减轻无人机在空中回收时的损耗。

背景技术

传统的卫星导航方式具有局部信号弱、容易受到干扰等局限，在无人机的战时回收中可靠性较弱。而无人机视觉导航利用计算机视觉的相关技术对相机获取的图像信息进行处理，结合无人机其他传感器获取的数据可以计算得到无人机当前位置等信息，在不依赖于GPS的情况下即可完成无人机自主导航。

目前常见的无人机回收技术主要有常规跑道回收、伞降回收、撞网回收和天钩回收等。常规跑道回收是模仿有人舰载机回收过程，利用大型舰船或者航空母舰甲板上的跑道进行回收的。此种回收方式要求根据无人机的性能设计合理的着舰轨迹线,要求无人机具有良好的轨迹跟踪能力,要求无人机具有较强的抗干扰能力。目前来看，此项回收技术仅仅只有美国掌握，用于“X-47B”无人机的回收。伞降回收是通过无人机带着降落伞在指定降落区域和合适的高度实行开伞来实现减速缓冲的回收方式，英国的“Phocnix”无人机、美国的“Hunter无人机都采用此种方式回收。但是开伞之后，无人机完全处于无控状态，降落位置完全由降落伞系统控制，极易受到风的影响，由此也会带来不确定的回收误差。撞网回收是通过无人机引导系统，将无人机引导至拦阻网实现拦阻减速回收的回收方式，美国的“杀人蜂”、“银狐”“苍鹰”等无人机均已成功使用撞网回收技术进行过回收，但是撞网回收极易损坏无人机。天钩回收技术是在撞网回收技术的基础上发展起来的。天钩回收系统通常主要由捕获装置、吸能缓冲装置和导引装置组成。导引装置将无人机引导至捕获装置附近，当无人机机翼撞到回收绳后，回收绳沿着机翼滑行至翼尖，翼尖小钩勾住并锁定回收绳，此时发动机停车，之后无人机会绕回收绳做回旋减速运动，当摆动幅度降低到一定程度后人工取下完成回收。目前通过天钩回收技术实现无人机舰上回收的有美国的“扫描鹰”无人机、“整合者”(RQ-21)无人机等。天钩回收技术对于导航、控制系统和回收装置均有着很高的要求。

目前已有的无人机回收技术，往往依赖卫星导航技术或惯性导航系统或跑道或降落伞，均难以实现自主导航回收，并且对无人机或者回收装置有着很高的要求，否则会对无人机造成损耗。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种回收时对无人机损伤小，导航时不易受干扰的空中飞行平台自动化无人机回收系统和方法，以快速高效地在空中回收无人机。

本发明是一种空中飞行平台自动化无人机回收系统，包括有空中飞行平台和被回收的无人机，空中飞行平台下方安装有回收装置，激光雷达安装在空中飞行平台上，无人机上安装有飞行控制子系统和相机；其特征在于，无人机两侧机翼的对称中心处垂直向上安装有伸缩杆，伸缩杆顶端设有定位卡扣；所述回收装置是由带有柱塞的液压缸和两个对称结构的活动臂组成的抓取装置，通过液压缸外壳上部与空中飞行平台连接，活动臂的短臂和长臂配合进行抓取，长臂抓取端安装有抓手结构，抓手结构为扇形结构，在扇形内侧装有压力传感器，总体形成一个有收口的抓取装置；柱塞的下端端面部贴有定位靶标图像；所述相机分别安装在无人机两侧机翼和伸缩杆顶端；飞行控制子系统以多个相机和激光雷达的信息为输入，控制无人机到达空中飞行平台的回收装置下方的预定位置，通过液压缸控制柱塞驱动活动臂抓取伸缩杆，实现无人机回收。