一种兼具飞行与寄居功能的无人机系统

摘要

一种兼具飞行与寄居功能的无人机系统，包括无人机机体和其上连接的可控粘附脱附复合部件；可控粘附脱附复合部件为三明治结构，顶层为粘附结构，顶层直接接触目标物表面用于粘附；中间层为传感器，监测粘附状态；底层为驱动器，驱动顶层粘附结构脱附；无人机机体上安装有目标识别单元、目标追踪单元；目标识别单元识别并捕捉环境表面标志，得到特征点坐标，再将相关数据发送给目标追踪单元；目标追踪单元包括飞控系统、激光模块、光流模块，激光模块配合气压计实现融合定高，光流模块实时测速，飞控系统接收目标识别单元的数据，使无人机做出相应飞行动作；本发明实现在不同目标对象表面的可靠寄居和可控复飞。

说明书

技术领域

本发明属于智能飞行机器人技术领域，具体涉及一种兼具飞行与寄居功能的无人机系统。

背景技术

如何提高续航能力是目前小型无人机在长时间任务执行中所面临的主要难题，实现这一目标的主要途径包括采用地面供电、开发新能源等，然而这些方法同样面临很多问题，例如电缆增加飞机负重、飞行范围受限、无线传能技术不成熟等。

将仿生学引入机器人成为近年来机器人领域的一大研究热点，使无人机着陆栖息(寄居)在复杂的目标对象表面从而提高续航时间得到了广泛的研究和应用。具体实现方法包括爪刺式抓取、负压吸附、电磁吸附等方式，如耶鲁大学Kaiyu Hang教授等人通过模块化起落架与无人机的结合实现了无人机的栖息及复飞，南京理工大学毛晨曦等人通过引入爪刺式结构实现了无人机的着陆栖息和爬行。

然而，现阶段这些方法往往具有较大局限性，例如机构设计复杂、损伤目标表面、产生附加能耗、要求目标表面导磁或导电等，极大地限制了可寄居表面的类型。因此，如何实现目标对象表面适应性强的寄居无人机系统，最终提高无人机的续航能力，仍然是一大难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种兼具寄居与飞行功能的无人机系统，实现在不同目标对象表面的可靠寄居和可控复飞。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种兼具飞行与寄居功能的无人机系统，包括无人机机体a和其上连接的可控粘附脱附复合部件b，可控粘附脱附复合部件b即寄居单元；无人机机体a实现与可控粘附脱附复合部件b的通信。

所述的可控粘附脱附复合部件b为三层结构，顶层为粘附结构1，顶层直接接触目标物表面用于粘附；中间层为传感器2，用于监测粘附状态；底层为驱动器3，用来驱动顶层粘附结构实现脱附。

所述的可控粘附脱附复合部件b为三明治结构，粘附结构1采用蘑菇状阵列，传感器2采用柔性压力传感器，驱动器3采用LCE驱动器。

所述的可控粘附脱附复合部件b整体上采用柔性材料制作，不会对环境表面及无人机机体a产生任何损伤。

所述的可控粘附脱附复合部件b为一模块化组件，根据实际需求集成在不同无人机机体a上。

所述的无人机机体a上安装有目标识别单元、目标追踪单元；目标识别单元集成视觉模块，用于识别并捕捉环境表面标志，结合图像检测算法得到特征点坐标，再将相关数据发送给目标追踪单元；目标追踪单元包括飞控系统、激光模块、光流模块，激光模块用于配合气压计实现融合定高，光流模块用于飞机实时测速，飞控系统接收目标识别单元的数据，从而使无人机做出相应飞行动作。

本发明的有益效果为：本发明在无人机机体a上集成了可控粘附脱附复合部件b，实现在不同目标物表面的寄居和复飞，具有很强的适应性，且极大地提高了无人机的续航能力；目标识别单元融合视觉技术，对特定标志进行识别捕获，使得无人机系统具备实时追踪和自主栖息功能，实现了无人机系统在运动物体表面的寄居以及复飞。本发明无人机系统可广泛用于环境监测、目标追踪等技术领域。

附图说明

图1为本发明无人机系统的整体示意图。

图2为本发明可控粘附脱附复合部件的结构示意图。

图3为本发明无人机系统追踪——寄居——复飞过程示意图。

具体实现方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

如图1所示，一种兼具飞行与寄居功能的无人机系统，包括无人机机体a和其上连接的可控粘附脱附复合部件b，可控粘附脱附复合部件b即寄居单元；无人机机体a具备拓展接口，实现与可控粘附脱附复合部件b的通信；可控粘附脱附复合部件b为一模块化组件，根据实际需求集成在不同无人机上，具有较强的适应性。

所述的无人机机体a上安装有目标识别单元、目标追踪单元；目标识别单元集成视觉模块，用于识别并捕捉环境表面标志，结合图像检测算法得到特征点坐标，再将相关数据发送给目标追踪单元；目标追踪单元包括飞控系统、激光模块、光流模块，激光模块用于配合气压计实现融合定高，光流模块用于飞机实时测速，飞控系统接收目标识别单元的数据，从而使无人机做出相应飞行动作。

参照图2，所述的可控粘附脱附复合部件b为三层结构，本实施例为三明治结构，顶层为粘附结构1，粘附结构1采用蘑菇状阵列，顶层直接接触目标物表面用于粘附；中间层为传感器2，传感器2采用柔性压力传感器，用于监测粘附状态；底层为驱动器3，驱动器3采用LCE驱动器，用来驱动顶层粘附结构实现脱附；可控粘附脱附复合部件b适应性强，可实现对不同目标物表面的粘附，包括光滑以及潮湿表面；可控粘附脱附复合部件b整体上采用柔性材料制作，不会对环境表面及无人机机体a产生任何损伤；当无人机寄居时，蘑菇状阵列的粘附结构1与目标物表面完全接触，使得无人机机体a牢固附着在目标物表面；当无人机复飞时，利用LCE驱动器加热伸缩的特性，采用电热丝为LCE驱动器加热，LCE发生收缩变形从而带动蘑菇状阵列的粘附结构1从目标物表面剥离，完成脱附过程。

参照图3，一种兼具飞行与寄居功能的无人机系统寄居复飞完整过程为：由目标识别单元准确识别目标物并决定寄居位置，目标追踪单元跟随目标物飞行，实现特定位置寄居；需要复飞时自主飞离目标物体表面；无人机根据粘附脱附状态做出响应动作，待粘附完成后及时停桨，脱附过程结束后及时启动，实现追踪——寄居——复飞功能。