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专利号: 2020112376622
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.基于无人艇的旋翼无人机自主降落系统,其特征在于,包括:旋翼无人机,以及,

旋翼无人机搭载的:北斗定位模块或GPS定位模块、超宽带UWB模块、视觉定位模块、运动控制模块、运动执行模块、通信模块;

无人艇,以及,

无人艇搭载的:北斗定位模块或GPS定位模块、超宽带UWB模块、运动控制模块、运动执行模块、通信模块;所述无人艇上搭载停机坪;

其中,

所述北斗定位模块或GPS定位模块用于旋翼无人机或无人艇的粗略定位,使旋翼无人机抵近无人艇;

所述超宽带UWB模块用于测量旋翼无人机、无人艇之间的距离,以进行视觉定位;

所述旋翼无人机搭载的视觉定位模块用于旋翼无人机自主降落于无人艇上时的视觉定位,并将视觉定位数据输送至旋翼无人机的运动控制模块;

所述旋翼无人机搭载的运动控制模块为电机驱动器;

所述旋翼无人机搭载的运动执行模块为机械旋翼;

所述无人艇搭载的运动控制模块为电机驱动器;

所述无人艇搭载的运动执行模块为螺旋桨;

所述通信模块包括4G模块和wi-fi模块;旋翼无人机与无人艇间远距离通信时使用4G模块进行数据交互,近距离通信时使用wi-fi模块进行数据交互;

所述无人机搭载的停机坪用于旋翼无人机进行降落。

2.根据权利要求1所述的基于无人艇的旋翼无人机自主降落系统,其特征在于,所述旋翼无人机搭载的视觉定位模块包括工业相机、图像采集模块和图像处理模块;工业相机使用前经焦距调试,置于旋翼无人机正下方垂直向下拍摄;图像采集模块用于旋翼无人机自主降落过程中采集视觉定位图像;图像处理模块用于分析采集到的视觉定位图像,并将旋翼无人机与无人艇的距离、角度数据发送到旋翼无人机搭载的运动控制模块;图像处理模块为基于OpenMV开发的自控平台;所述图像采集模块和图像处理模块顺序连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于无人艇的旋翼无人机自主降落系统的自主降落方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、旋翼无人机准备执行自主降落,通过搭载的通信模块向无人艇发送定位指令;无人艇通过搭载的通信模块接收定位指令,由搭载的北斗定位模块或GPS定位模块获得定位数据,通过搭载的通信模块将获得的定位数据发送给旋翼无人机;旋翼无人机抵近无人艇后进入S2;

S2、分别打开旋翼无人机与无人艇上搭载的超宽带UWB模块,通过超宽带UWB模块进行距离解算,求得旋翼无人机与无人艇之间的距离,若距离小于设置的距离阈值则进入S3,否则旋翼无人机在无人艇附近进行搜索直至发现无人艇;

S3、打开旋翼无人机搭载的视觉定位模块,在视觉定位引导下,旋翼无人机以无人艇搭载的停机坪为降落目标施行自主降落。

4.根据权利要求3所述的基于无人艇的旋翼无人机自主降落系统的自主降落方法,其特征在于,S2中,所述超宽带UWB模块采用下式进行距离解算:式中,Tprop表示电磁波在空中的飞行时间,Tround表示到达时间,Treply表示反馈时间。

5.根据权利要求4所述的基于无人艇的旋翼无人机自主降落系统的自主降落方法,其特征在于,所述超宽带UWB模块进行距离解算的过程中引入误差算式,如下式所示:式中,error表示误差,ka表示旋翼无人机时钟的实际频率和预期频率的比值,kb是无人艇时钟的实际频率和预期频率的比值。

6.根据权利要求3所述的基于无人艇的旋翼无人机自主降落系统的自主降落方法,其特征在于,S3具体包括以下步骤:打开旋翼无人机搭载的视觉定位模块,工业相机使用前经焦距调试,置于旋翼无人机正下方垂直向下拍摄视觉定位图像,输送至图像采集模块;

图像采集模块将采集的视觉定位图像输送至图像处理模块;

图像处理模块分析采集到的视觉定位图像,通过距函数进行图像识别,并将旋翼无人机与无人艇的距离、角度数据输送至旋翼无人机搭载的运动控制模块;

在视觉定位引导下,旋翼无人机搭载的运动控制模块驱动运动执行模块,以无人艇搭载的停机坪为降落目标施行自主降落。

7.根据权利要求6所述的基于无人艇的旋翼无人机自主降落系统的自主降落方法,其特征在于,所述距函数如下式所示:式中,ηpq表示归一化中心距,μpq表示p+q阶中心距,μ00表示零阶中心距,其中存在的几何不变矩为:M1=η20+η02;