本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)車(chē)載領(lǐng)域，尤其涉及一種通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置。

背景技術(shù)：

為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落，無(wú)人機(jī)機(jī)體自身需要具備：1、需要掛載采集停機(jī)坪或者靶標(biāo)及場(chǎng)景圖像的載荷；2、無(wú)人機(jī)具有對(duì)靶標(biāo)檢測(cè)和跟蹤的程序，以及無(wú)人機(jī)導(dǎo)引控制程序。

現(xiàn)有技術(shù)中，不具有車(chē)載自主降落功能的各類(lèi)常規(guī)型無(wú)人機(jī)，如需改造成具有車(chē)載自主降落功能的無(wú)人機(jī)，需要在無(wú)人機(jī)上掛載云臺(tái)及相機(jī)載荷，同時(shí)也需要額外增加或更改適配自主起降的云臺(tái)控制策略、無(wú)人機(jī)對(duì)停機(jī)坪的檢測(cè)與跟蹤程序和無(wú)人機(jī)的飛行導(dǎo)引控制程序。同時(shí)，車(chē)載自主降落功能，需采用圖像檢測(cè)算法和目標(biāo)跟蹤算法對(duì)圖像中的停機(jī)坪或者靶標(biāo)進(jìn)行圖像檢測(cè)和跟蹤，運(yùn)算量大、算法耗時(shí)長(zhǎng)，對(duì)處理器運(yùn)算能力有較高要求，并非所有常規(guī)型無(wú)人機(jī)的處理器都能滿(mǎn)足，因此，上述改造方式繁瑣復(fù)雜且缺乏通用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述不具有車(chē)載自主降落功能的常規(guī)型無(wú)人機(jī)，本發(fā)明提供一種通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置。

本發(fā)明提供一種通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置，包括：微型云臺(tái)和中央處理電路板；所述微型云臺(tái)包括：微型相機(jī)模組，其用于在無(wú)人機(jī)自主降落時(shí)采集車(chē)載停機(jī)坪及其周?chē)鷪?chǎng)景的圖像信息；其特征在于：所述無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置又包括：外部電氣接口，設(shè)置在所述中央處理電路板上，作為數(shù)據(jù)傳輸接口和供電接口，通過(guò)電連接裝置接頭與無(wú)人機(jī)電連接。

優(yōu)選的，所述微型云臺(tái)還包括支撐板，所述中央處理電路板通過(guò)緊固件固定在所述支撐板上；所述支撐板包括設(shè)置在其上的外部機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，所述外部機(jī)械連接結(jié)構(gòu)與無(wú)人機(jī)機(jī)械連接，用于將無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置整體固定在無(wú)人機(jī)機(jī)身上。

優(yōu)選的，所述中央處理電路板上還設(shè)置有：第一接口，與微型云臺(tái)連接，用于所述中央處理電路板獲取所述微型云臺(tái)各軸的角速度和加速度數(shù)據(jù)，以及輸出控制信號(hào)控制所述微型云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)；

優(yōu)選的，所述中央處理電路板上還設(shè)置有：第二接口，與微型云臺(tái)連接，用于所述中央處理電路板獲取所述微型云臺(tái)上所述微型相機(jī)模組采集的圖像信息。

優(yōu)選的，所述中央處理電路板，包括：車(chē)載停機(jī)坪檢測(cè)與跟蹤單元，檢測(cè)與跟蹤所述圖像信息中所述車(chē)載停機(jī)坪的位置；控制指令生成單元，生成遙控器遙感量形式的無(wú)人機(jī)飛行控制指令，引導(dǎo)無(wú)人機(jī)自主降落至車(chē)載停機(jī)坪上。

優(yōu)選的，所述無(wú)人機(jī)飛行控制指令包括：第一階段飛行控制指令，是以車(chē)載停機(jī)坪的GPS位置為參考量，以無(wú)人機(jī)的GPS位置為反饋量，以獲取的無(wú)人機(jī)的橫向速度和縱向速度為中間反饋量計(jì)算生成，引導(dǎo)無(wú)人機(jī)飛行至車(chē)載停機(jī)坪正上空；第二階段飛行控制指令，是以所述微型云臺(tái)的橫滾姿態(tài)角和俯仰姿態(tài)角為參考量，以無(wú)人機(jī)的橫向速度和縱向速度為中間反饋量計(jì)算生成，引導(dǎo)無(wú)人機(jī)從車(chē)載停機(jī)坪正上空降落直至停在停機(jī)坪上。

優(yōu)選地，所述第一階段飛行控制指令包括搖桿控制橫向分量，其生成步驟包括：以車(chē)載停機(jī)坪的GPS位置為參考量，無(wú)人機(jī)的GPS位置為反饋量，兩者進(jìn)行差值運(yùn)算得到GPS位置誤差量；將所述GPS位置誤差量作為第一PID控制器的輸入，經(jīng)所述第一PID控制器運(yùn)算得到速度參考量；將所述速度參考量分解為速度參考量橫向分量和速度參考量縱向分量；將所述速度參考量橫向分量與無(wú)人機(jī)的橫向速度進(jìn)行差值運(yùn)算，得到橫向差值量；將所述橫向差值量作為第二PID控制器的輸入，經(jīng)所述第二PID控制器運(yùn)算得到所述搖桿控制橫向分量。

優(yōu)選地，所述第一階段飛行控制指令包括搖桿控制縱向分量，其生成步驟包括：以車(chē)載停機(jī)坪的GPS位置為參考量，無(wú)人機(jī)的GPS位置為反饋量，兩者進(jìn)行差值運(yùn)算得到GPS位置誤差量；將所述GPS位置誤差量作為第一PID控制器的輸入，經(jīng)所述第一PID控制器運(yùn)算得到速度參考量；將所述速度參考量分解為速度參考量橫向分量和速度參考量縱向分量；將所述速度參考量縱向分量與無(wú)人機(jī)的縱向速度進(jìn)行差值運(yùn)算，得到縱向差值量；將所述縱向差值量作為第三PID控制器的輸入，經(jīng)所述第三PID控制器運(yùn)算得到所述搖桿控制縱向分量。

優(yōu)選的，所述第二階段飛行控制指令包括搖桿控制橫向分量，其生成步驟包括：將所述橫滾姿態(tài)角與0度參考值進(jìn)行差值運(yùn)算得到第一差值量；將所述第一差值量作為第四PID控制器的輸入，經(jīng)所述第四PID控制器運(yùn)算得到橫向速度參考量；將所述橫向速度參考量與獲取的所述無(wú)人機(jī)橫向速度進(jìn)行差值運(yùn)算得到第二差值量；將所述第二差值量作為第五PID控制器的輸入，經(jīng)所述第五PID控制器運(yùn)算得到所述搖桿控制橫向分量。

優(yōu)選的，所述第二階段飛行控制指令包括搖桿控制縱向分量，其生成步驟包括：將所述俯仰姿態(tài)角與90度參考值進(jìn)行差值運(yùn)算得到第三差值量；將所述第三差值量作為第六PID控制器的輸入，經(jīng)所述第六PID控制器運(yùn)算得到縱向速度參考量；將所述縱向速度參考量與獲取的所述無(wú)人機(jī)縱向速度進(jìn)行差值運(yùn)算得到第四差值量；將所述第四差值量作為第七PID控制器的輸入，經(jīng)所述第七PID控制器運(yùn)算得到所述搖桿控制縱向分量。

優(yōu)選的，所述支撐板設(shè)置在安裝座的上部，所述中央處理電路板固定在所述支撐板上設(shè)置的所述外部機(jī)械連接結(jié)構(gòu)限定的空間內(nèi)。

采用本發(fā)明提供的通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置的有益效果是：不具有車(chē)載自主降落功能的各類(lèi)常規(guī)型無(wú)人機(jī)，只需與本發(fā)明提供的通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置進(jìn)行接口適配，就可以具備車(chē)載自主降落功能。本發(fā)明提供的通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置，體積小、重量輕，對(duì)無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間影響小，具備通用化接口且對(duì)無(wú)人機(jī)掛載要求低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置框架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述的第一階段飛行控制指令生成過(guò)程的框架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a為本發(fā)明實(shí)施例所述的第二階段飛行控制指令中控制無(wú)人機(jī)橫向運(yùn)動(dòng)的搖桿控制橫向分量的生成過(guò)程的框架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4b為本發(fā)明實(shí)施例所述的第二階段飛行控制指令中控制無(wú)人機(jī)縱向運(yùn)動(dòng)的搖桿控制縱向分量的生成過(guò)程的框架結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置。圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置100為整體式結(jié)構(gòu)，整體模塊包絡(luò)尺寸為38*44*55mm，整體模塊重量為55g。所述通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置100包括中央處理電路板1和微型云臺(tái)2，所述中央處理電路板1為一塊集成的處理電路板，其具有較強(qiáng)的運(yùn)算處理能力，運(yùn)算耗時(shí)短、系統(tǒng)時(shí)延??；所述微型云臺(tái)2為微型的三軸穩(wěn)像云臺(tái)，體積為25*30*49mm，重量為38g，體積小、重量輕。

微型云臺(tái)2上設(shè)置有支撐板21、微型相機(jī)模組22。所述支撐板21設(shè)置在微型云臺(tái)的安裝座的上部（圖中未示出），且所述支撐板21上設(shè)置有數(shù)個(gè)開(kāi)放式的通用型外部機(jī)械連接結(jié)構(gòu)211，用于與無(wú)人機(jī)進(jìn)行機(jī)械連接，以便將無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置100整體固定在無(wú)人機(jī)機(jī)身上；中央處理電路板1通過(guò)緊固件固定在所述支撐板21上設(shè)置的所述外部機(jī)械連接結(jié)構(gòu)211限定的空間內(nèi)，微型相機(jī)模組22用于在無(wú)人機(jī)自主降落時(shí)采集車(chē)載停機(jī)坪以及其周?chē)鷪?chǎng)景的圖像信息。

所述中央處理電路板1上設(shè)置有數(shù)個(gè)外圍連接接口，其包括：第一接口11、第二接口12和外部電氣接口13。第一接口11為慣性測(cè)量單元（IMU，Inertial Measurement Unit）數(shù)據(jù)采集輸出與云臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制接口，用于中央處理電路板1從微型云臺(tái)2獲取微型云臺(tái)2各軸的角速度和加速度數(shù)據(jù)，同時(shí)也用于中央處理電路板1輸出控制信號(hào)控制微型云臺(tái)2的轉(zhuǎn)動(dòng)，其中微型云臺(tái)2的姿態(tài)角數(shù)據(jù)是根據(jù)上述微型云臺(tái)2各軸的角速度和加速度數(shù)據(jù)，由中央處理電路板1中的處理器進(jìn)行姿態(tài)解算得到，其中，計(jì)算得到的姿態(tài)角數(shù)據(jù)包括橫滾姿態(tài)角和俯仰姿態(tài)角；第二接口12為移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口（MIPI，Mobile Industry Processor Interface），用于將微型云臺(tái)2上微型相機(jī)模組22采集的圖像信息傳輸至中央處理電路板1進(jìn)行處理，第一接口11和第二接口12都與微型云臺(tái)2相連；外部電氣接口13為綜合控制接口，也即無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置100的外圍連接接口。所述外部電氣接口13是通過(guò)通用型的電連接裝置接頭131與各類(lèi)常規(guī)型無(wú)人機(jī)相連，外部電氣接口13既用于無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置100與無(wú)人機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，也用作無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置100的供電接口。一方面，無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置100通過(guò)外部電氣接口13實(shí)時(shí)獲取來(lái)自無(wú)人機(jī)側(cè)的數(shù)據(jù)，其包括：無(wú)人機(jī)的GPS位置信息、車(chē)載停機(jī)坪的GPS位置信息以及無(wú)人機(jī)自身的橫向速度和縱向速度；另一方面，無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置100將生成的無(wú)人機(jī)飛行控制指令通過(guò)外部電氣接口13發(fā)送至無(wú)人機(jī)，控制無(wú)人機(jī)的飛行運(yùn)動(dòng)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的通用型無(wú)人機(jī)車(chē)載自主降落裝置框架結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，中央處理電路板1包括圖像處理單元14、車(chē)載停機(jī)坪檢測(cè)與跟蹤單元15、控制指令生成單元16、微型云臺(tái)控制單元17。圖像處理單元14用于對(duì)微型相機(jī)模組22采集的圖像信息進(jìn)行常規(guī)的基本處理，形成圖像數(shù)據(jù)流。車(chē)載停機(jī)坪檢測(cè)與跟蹤單元15對(duì)圖像數(shù)據(jù)流中車(chē)載停機(jī)坪的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)與跟蹤。微型云臺(tái)控制單元17根據(jù)圖像數(shù)據(jù)流中車(chē)載停機(jī)坪的位置生成調(diào)整微型云臺(tái)2轉(zhuǎn)動(dòng)的控制信號(hào)，調(diào)整微型攝像模組22的角度。

具體的，圖像處理單元14首先會(huì)對(duì)微型云臺(tái)2發(fā)送過(guò)來(lái)的原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列基本處理，得到正常的圖像流數(shù)據(jù)，隨后發(fā)送至車(chē)載停機(jī)坪檢測(cè)與跟蹤單元15，車(chē)載停機(jī)坪檢測(cè)與跟蹤單元15讀取相應(yīng)的圖像流的幀數(shù)據(jù)，檢測(cè)與識(shí)別圖像流中所述車(chē)載停機(jī)坪的位置，并通過(guò)運(yùn)算得到圖像流中車(chē)載停機(jī)坪位置與圖像中心位置的差值量，將此差值量通過(guò)內(nèi)部接口發(fā)送至微型云臺(tái)控制單元17，微型云臺(tái)控制單元17根據(jù)此差值量形成控制信號(hào)，通過(guò)第一接口11輸出至微型云臺(tái)2，控制微型云臺(tái)2轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整微型相機(jī)模組22的角度，使得微型相機(jī)模組22采集的圖像中車(chē)載停機(jī)坪的位置保持在圖像中心位置處。

另外，控制指令生成單元16用于生成遙控器的搖桿量形式的飛行控制指令，然后通過(guò)外部電氣接口13發(fā)送至無(wú)人機(jī)，控制無(wú)人機(jī)的飛行運(yùn)動(dòng)直至其降落在車(chē)載停機(jī)坪上。

具體的，控制指令生成單元16生成的飛行控制指令包括第一階段飛行控制指令和第二階段飛行控制指令。第一階段飛行控制指令用于引導(dǎo)無(wú)人機(jī)飛行至車(chē)載停機(jī)坪正上空，第二階段飛行控制指令用于引導(dǎo)無(wú)人機(jī)從車(chē)載停機(jī)坪的正上空降落至車(chē)載停機(jī)坪上，其中第二階段飛行控制指令又包括控制無(wú)人機(jī)橫向運(yùn)動(dòng)的搖桿控制橫向分量和控制無(wú)人機(jī)縱向運(yùn)動(dòng)的搖桿控制縱向分量。

第一階段飛行控制指令的生成過(guò)程如圖3所示，控制指令生成單元16通過(guò)外部電氣接口13獲取無(wú)人機(jī)的GPS位置和車(chē)載停機(jī)坪的GPS位置，以車(chē)載停機(jī)坪的GPS位置為參考量，無(wú)人機(jī)的GPS位置為反饋量，兩者進(jìn)行差值計(jì)算得到GPS位置誤差量，GPS位置誤差量經(jīng)過(guò)第一PID控制器得到速度參考量，其中所述速度參考量可分解為速度參考量橫向分量和速度參考量縱向分量，然后將速度參考量橫向分量與從外部電氣接口13獲取的無(wú)人機(jī)橫向速度進(jìn)行差值運(yùn)算，將差值運(yùn)算得到的橫向差值量作為第二PID控制器的輸入量，經(jīng)第二PID控制器運(yùn)算后輸出無(wú)人機(jī)搖桿控制橫向分量，控制無(wú)人機(jī)橫向運(yùn)動(dòng)，即對(duì)應(yīng)無(wú)人機(jī)左右方向的運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，將速度參考量縱向分量與從外部電氣接口13獲取的無(wú)人機(jī)縱向速度進(jìn)行差值運(yùn)算，將差值運(yùn)算得到的縱向差值量作為第三PID控制器的輸入量，經(jīng)第三PID控制器運(yùn)算后輸出無(wú)人機(jī)搖桿控制縱向分量，控制無(wú)人機(jī)縱向運(yùn)動(dòng)，即對(duì)應(yīng)無(wú)人機(jī)前后方向的運(yùn)動(dòng)。上述得到的搖桿控制橫向分量和搖桿控制縱向分量合成在一起即為搖桿控制量形式的第一階段飛行控制指令，通過(guò)外部電氣接口發(fā)送至無(wú)人機(jī)，引導(dǎo)無(wú)人機(jī)飛行至車(chē)載停機(jī)坪正上空。

第二階段飛行控制指令的生成過(guò)程如圖4a和4b所示，控制指令生成單元16通過(guò)第一接口11獲取微型云臺(tái)2的橫滾姿態(tài)角和俯仰姿態(tài)角，并根據(jù)微型云臺(tái)2的橫滾姿態(tài)角和俯仰姿態(tài)角分別進(jìn)行運(yùn)算，生成對(duì)應(yīng)的控制無(wú)人機(jī)橫向運(yùn)動(dòng)的搖桿控制橫向分量和控制無(wú)人機(jī)縱向運(yùn)動(dòng)的搖桿控制縱向分量。其中，如圖4a所示，將橫滾姿態(tài)角與0度參考值進(jìn)行差值運(yùn)算，得到的第一差值量作為第四PID控制器的輸入量，經(jīng)第四PID控制器運(yùn)算后，得到無(wú)人機(jī)橫向速度參考量，無(wú)人機(jī)橫向速度參考量與通過(guò)外部電氣接口13獲取的無(wú)人機(jī)橫向速度進(jìn)行差值運(yùn)算，得到的第二差值量作為第五PID控制器的輸入量，經(jīng)第五PID控制器運(yùn)算后，得到控制無(wú)人機(jī)橫向運(yùn)動(dòng)的搖桿控制橫向分量。同理，如圖4b所示，將俯仰姿態(tài)角與90度參考值進(jìn)行差值運(yùn)算，得到的第三差值量作為第六PID控制器的輸入量，經(jīng)第六PID控制器運(yùn)算后，得到無(wú)人機(jī)縱向速度參考量，無(wú)人機(jī)縱向速度參考量與通過(guò)外部電氣接口13獲取的無(wú)人機(jī)縱向速度進(jìn)行差值運(yùn)算，得到的第四差值量作為第七PID控制器的輸入量，經(jīng)第七PID控制器運(yùn)算后，得到控制無(wú)人機(jī)縱向運(yùn)動(dòng)的搖桿控制縱向分量。

其中，在第二階段飛行控制指令的生成過(guò)程中，即在圖4a和4b中，第四和第六PID控制器中的參數(shù)K_p采用變參的形式，其具體表示如下：

其中h為無(wú)人機(jī)距離靶標(biāo)的垂直高度，由無(wú)人機(jī)中的高度測(cè)量單元測(cè)量；k1、k2取值跟進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試確定。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說(shuō)明書(shū)及實(shí)踐這里公開(kāi)的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括未公開(kāi)的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來(lái)限制。