一种基于Stewart承接平台的无人机自主回收系统

本发明属于无人机回收的技术领域，具体涉及一种基于stewart承接平台的无人机自主回收系统。

背景技术：

无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务并能重复使用的无人驾驶航空器。其由于战场适应能力强、战场生存能力强、低成本、配置灵活和高效费比等优势，在侦察、监视、通信、电子对抗、火力制导、对地攻击、目标模拟和早期预警等诸多军事领域具有重要的应用意义。

无人机执行任务时，其回收速度和成功率在很大程度上影响了无人机执行任务的效率，并且无人机自主回收方案中承接平台的选择与设计在很大程度上决定了无人机回收的成功率。因此，安全、可靠、机动性好的承接平台对于提高无人机回收生存率、保障任务执行具有十分重要的意义。另外，移动的地面平台对于提高无人机执行任务的灵活性、机动性有着举足轻重的作用。

现有无人机回收方案中使用的承接平台为固定平台或局限性大的移动平台，无人机降落时，由于速度大、惯性大、缺乏缓冲装置，易与承接平台发生猛烈撞击。此外，此方案工作时易受恶劣环境、载体运动、无人机自身性能、起降区气流等因素的影响，无人机着陆容易发生“单脚触地”的现象，导致无人机发生侧翻和机身损坏。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于stewart承接平台的无人机自主回收系统，能够实现无人机安全可靠地进行地面自主回收。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于stewart承接平台的无人机自主回收系统，包括数据采集模块、姿态跟随模块、柔性承接模块、平稳隔振模块和综合处理模块；

数据采集模块采集无人机的位姿信息；

姿态跟随模块将所采集的位姿信息作为期望姿态，将stewart承接平台自身的姿态信息作为实际姿态，将实际姿态和期望姿态作差得到姿态误差，所述姿态误差经运动学逆解获得stewart承接平台每个电动缸的长度控制量，利用所述长度控制量与每个电动缸的实际长度通过闭环控制得到控制量，即可实现对无人机的姿态跟踪；

柔性承接模块通过电动缸的力传感器获得无人机降落时对stewart承接平台的作用力，与所设定的期望控制力作差后进行导纳控制，获得每个电动缸的位置修正量，所述位置修正量作为期望电动缸伸长量，利用所述期望电动缸伸长量与每个电动缸的实际长度通过闭环控制得到控制量，即可缓冲无人机的降落冲击力，实现无人机的柔性承接；

平稳隔振模块将stewart承接平台自身的姿态信息作为实际姿态，将平台的水平姿态作为期望姿态，将实际姿态和期望姿态作差得到姿态误差，所述姿态误差经运动学逆解获得stewart承接平台每个电动缸的长度控制量，利用所述长度控制量与每个电动缸的实际长度通过闭环控制得到控制量，即可实现无人机降落过程中stewart承接平台的平稳隔振；

综合处理模块将姿态跟随模块和平稳隔振模块输出的电动缸长度控制量作平均加权，再与柔性承接模块输出的电动缸长度控制量相加，将最终结果输入控制器执行对电动缸的长度控制。

进一步地，所述stewart承接平台加载于独立驱动独立转向的智能小车上。

进一步地，所述无人机的位姿信息通过无线数据传输的方式发送给姿态跟随模块。

进一步地，采用mpc控制器作为stewart承接平台速度环控制器。

进一步地，所述电动缸的力传感器内置于电动缸中。

有益效果：

本发明方法，对比现有技术，具有以下优点：

1、本发明可实现在载体行驶于颠簸路面路况下保持平台平稳、精确跟随无人机姿态以备承接以及柔性自主承接无人机，能够极大提升无人机的回收成功率、生存率，推动无人机技术的发展，具有良好的应用前景。

2、本发明姿态跟随模块使无人机在降落过程中保持承接平台与无人机姿态一致，降低无人机降落过程中单腿着地的侧翻风险。

3、本发明柔性承接模块降低无人机降落时的冲击力，实现平台对飞机的柔性缓冲。

4、本发明平稳隔振模块可实现在运动至颠簸道路时，无人机的承接平台保持持续稳定。

附图说明

图1为本发明系统整体原理图。

图2为本发明柔性承接模块控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于stewart承接平台的无人机自主回收系统，包括数据采集模块、姿态跟随模块、柔性承接模块、平稳隔振模块和综合处理模块；可通过实现对平台位姿的高精度、高实时性、高鲁棒性的运动控制实现无人机自主柔性起降；其整体系统如图1。

数据采集模块采集无人机的位姿信息；对无人机的位姿识别和实时跟踪。引导“独立驱动独立转向”智能小车加载起降平台运动到无人机作业位置的附近。

无人机接收到请求降落过程中，保持承接平台的姿态与无人机的姿态一致，防止无人机“单脚触底”造成侧翻。姿态跟随模块将所采集的位姿信息作为期望姿态，可通过无线数据传输模块将无人机的姿态信息作为动平台期望位姿传递给平台控制器，将stewart承接平台自身的姿态信息作为实际姿态，将实际姿态和期望姿态作差得到姿态误差，所述姿态误差经运动学逆解获得stewart承接平台每个电动缸的长度控制量，利用所述长度控制量与每个电动缸的实际长度通过闭环控制得到控制量，在本实施例中，电动缸的速度环采用模型预测控制，用mpc控制器作为平台速度环控制器，实现电动缸长度速度环控制，进而实现动平台姿态跟踪功能。

在无人机接触无人平台的瞬间，为缓冲撞击，采用柔性承接模块以避免损坏无人机的承力装置。柔性承接模块控制原理如图2，柔性承接模块通过电动缸内置的力传感器获得无人机降落时对stewart承接平台的作用力，与所设定的期望控制力作差后进行导纳控制，获得每个电动缸的位置修正量，所述位置修正量作为期望电动缸伸长量，利用所述期望电动缸伸长量与每个电动缸的实际长度通过闭环控制得到控制量，即可缓冲无人机的降落冲击力，实现无人机的柔性承接；

在无人机下降后，地面平台将无人机运送至目标地点，在运送过程中，为消除地面颠簸，使起降平台保持水平，可通过“平稳隔振模块”实现，平稳隔振模块将stewart承接平台自身的姿态信息作为实际姿态，将平台的水平姿态作为期望姿态，将实际姿态和期望姿态作差得到姿态误差，所述姿态误差经运动学逆解获得stewart承接平台每个电动缸的长度控制量，利用所述长度控制量与每个电动缸的实际长度通过闭环控制得到控制量，即可实现无人机降落过程中stewart承接平台的平稳隔振；

综合处理模块将姿态跟随模块和平稳隔振模块输出的电动缸长度控制量作平均加权，再与柔性承接模块输出的电动缸长度控制量相加，将最终结果输入控制器执行对电动缸的长度控制。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于stewart承接平台的无人机自主回收系统，其特征在于，包括数据采集模块、姿态跟随模块、柔性承接模块、平稳隔振模块和综合处理模块；

数据采集模块采集无人机的位姿信息；

姿态跟随模块将所采集的位姿信息作为期望姿态，将stewart承接平台自身的姿态信息作为实际姿态，将实际姿态和期望姿态作差得到姿态误差，所述姿态误差经运动学逆解获得stewart承接平台每个电动缸的长度控制量，利用所述长度控制量与每个电动缸的实际长度通过闭环控制得到控制量，即可实现对无人机的姿态跟踪；

柔性承接模块通过电动缸的力传感器获得无人机降落时对stewart承接平台的作用力，与所设定的期望控制力作差后进行导纳控制，获得每个电动缸的位置修正量，所述位置修正量作为期望电动缸伸长量，利用所述期望电动缸伸长量与每个电动缸的实际长度通过闭环控制得到控制量，即可缓冲无人机的降落冲击力，实现无人机的柔性承接；

平稳隔振模块将stewart承接平台自身的姿态信息作为实际姿态，将平台的水平姿态作为期望姿态，将实际姿态和期望姿态作差得到姿态误差，所述姿态误差经运动学逆解获得stewart承接平台每个电动缸的长度控制量，利用所述长度控制量与每个电动缸的实际长度通过闭环控制得到控制量，即可实现无人机降落过程中stewart承接平台的平稳隔振；

综合处理模块将姿态跟随模块和平稳隔振模块输出的电动缸长度控制量作平均加权，再与柔性承接模块输出的电动缸长度控制量相加，将最终结果输入控制器执行对电动缸的长度控制。

2.如权利要求1所述的一种基于stewart承接平台的无人机自主回收系统，其特征在于，所述stewart承接平台加载于独立驱动独立转向的智能小车上。

3.如权利要求1所述的一种基于stewart承接平台的无人机自主回收系统，其特征在于，所述无人机的位姿信息通过无线数据传输的方式发送给姿态跟随模块。

4.如权利要求1所述的一种基于stewart承接平台的无人机自主回收系统，其特征在于，采用mpc控制器作为stewart承接平台速度环控制器。

5.如权利要求1所述的一种基于stewart承接平台的无人机自主回收系统，其特征在于，所述电动缸的力传感器内置于电动缸中。

技术总结
本发明公开了一种基于Stewart承接平台的无人机自主回收系统，包括数据采集模块、姿态跟随模块、柔性承接模块、平稳隔振模块和综合处理模块；本发明可实现在载体行驶于颠簸路面路况下保持平台平稳、精确跟随无人机姿态以备承接以及柔性自主承接无人机，能够极大提升无人机的回收成功率、生存率，推动无人机技术的发展，具有良好的应用前景。

技术研发人员：李斌;王亮;汪首坤;王军政;刘尚非;陈涛
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2021.05.28
技术公布日：2021.07.30