一种垂直起降无人机移动平台降落引导装置及其引导方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111596687A(43)申请公布日2020.08.28(21)申请号202010456066.7(22)申请日2020.05.26(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号申请人北京创衡控制技术有限公司(72)发明人王松王龙付仁皓张楠(74)专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人冀学军(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)G05D1/08(2006.01)G01C21/16(2006.01)G01S19/41(2010.01)B64F1/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种垂直起降无人机移动平台降落引导装置及其引导方法(57)摘要本发明公开了一种垂直起降无人机移动平台降落引导装置及其引导方法，属于舰载无人机着舰导航领域。该装置包括舰船甲板上搭载的稳定平台；稳定平台包括靶标、上下平台、电动缸和三根支撑杆，电动缸控制三根支撑杆进行三自由度运动，从而补偿甲板纵摇、横摇和艏摇三个方向上的姿态运动；当垂直起降无人机要降落在甲板上时，无人机先自主跟随甲板运动，逐渐接近降落点，直至到达靶标上方；然后无人机通过动态对动态差分相对定位技术逐步降低高度靠近降落点，直至甲板到达无人机的视觉捕捉点附近，无人机引入视觉导航；同时甲板自动调整倾角，抵消甲板姿态运动，保证无人机平稳降落。本发明结构简单，实现无人机全自主甲板降落，提高降落引导精度。CN111596687ACN111596687A权利要求书1/2页1.一种垂直起降无人机移动平台降落引导装置，其特征在于，包括舰船甲板和三自由度并联式的稳定平台；舰船甲板作为移动平台上搭载稳定平台；稳定平台包括：靶标、上平台、上虎克铰、下虎克铰、下平台、电动缸和三根支撑杆；其中靶标搭载于上平台的中心位置；上下平台为同心圆，且下平台的半径大于上平台的半径；上平台用于承载无人机降落，下平台固定在移动平台上；上下平台之间通过三根支撑杆连接，三根支撑杆在周向上平均分布于上下平台之间边缘，每根支撑杆均由电动缸与杆件嵌套而成，电动缸给支撑杆提供驱动力，各支撑杆能进行伸长或缩短，从而补偿移动平台纵摇、横摇和艏摇三个方向上的姿态运动；上平台与支撑杆之间由上虎克铰连接，下平台与支撑杆之间由下虎克铰连接。2.如权利要求1所述的一种垂直起降无人机移动平台降落引导装置，其特征在于，所述的靶标由红外灯阵组成嵌套的图案，一方面能满足无人机降落过程中由于摄像头视角的变化，在快落到移动平台上时，较小的红外灯阵图案容易识别；另一方面无人机在夜间飞行降落时，根据红外灯阵图案能解算出无人机距离图像中心位置的相对位置姿态，实现准确降落，可全天候用于无人机的移动平台降落。3.如权利要求1所述的一种垂直起降无人机移动平台降落引导装置，其特征在于，在所述的移动平台上，不影响GPS信号的开阔位置处放有基准站，基准站的GPS速度信息和GPS的航向信息作为移动平台的速度和航向，通过链路传输给无人机作为无人机的期望速度以及航向信息，无人机按照期望速度和航向跟随移动平台飞行。4.如权利要求1所述的一种垂直起降无人机移动平台降落引导装置，其特征在于，所述的下平台上放置集成芯片分别与三个电动缸相连，所述的集成芯片中包括采集传感器，当舰船出现摇摆时，采集传感器采集舰船的摇摆运动数据；然后经过信号放大器放大后传递到工控机，工控机进行位姿反解，并输出每个电动缸的伸缩量反馈给各个电动缸，各电动缸驱动对应的支撑杆按伸缩量进行伸长或缩短，始终保持上平台水平稳定，消除舰船的摇摆姿态对稳定平台的影响，控制上平台不随舰船摇摆运动，保证垂直起降无人机能平稳降落在稳定平台上。5.基于权利要求1所述的垂直起降无人机移动平台降落引导装置的降落引导方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、当垂直起降无人机要降落在舰船甲板上时，无人机先自主跟随移动平台运动，逐渐接近降落点，直至无人机到达靶标上方；具体为：垂直起降无人机在远距离时，快速接近移动平台，基准站的GPS速度信息和GPS的航向信息作为移动平台的速度和航向，通过链路传输给无人机，作为无人机期望速度的控制以及无人机航向信息的输入，无人机按照期望的速度和航向逐渐接近移动平台，近距离时无人机减速，从移动平台后方逐渐接近靶标，无人机通过导航减少侧偏距，与移动平台运动方向保持一致进行跟随；步骤二、当垂直起降无人机到达移动平台靶标上方时，垂直起降无人机通过动态对动态差分相对定位技术逐步降低高度靠近降落点；具体过程为：首先，垂直起降无人机利用挂载的差分模块+惯导模块，通过INS/GPS组合导航系统的2CN111596687A权利要求书2/2页动态对动态差分相对定位技术，对无人机和移动平台上