[发明专利]一种无人机协同无人艇充电的方法及系统

权利要求书

1.一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，包括：

无人机采集无人艇图像，解析无人艇的抓取装置的相对位置和无人艇运动速度；

控制无人机靠近抓取装置，并使无人机悬停在抓取范围内的一定高度；

检测无人机是否在抓取范围内，若在范围内则无人艇抓取无人机；否则无人机重新采集无人艇图像；

通过抓取装置调节无人机位置，并进行无线充电。

2.根据权利要求1所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述无人机采集无人艇图像，解析无人艇的抓取装置的相对位置和无人艇运动速度，包括：

按一定时间间隔Δt采集无人艇在调试区域的图像；

识别图像中无人艇的位置和抓取装置的标记点位置，解析出标记点在无人艇上的相对位置；

根据采集图像中标记点的相对位置，差分计算出标记点的相对位移Δy＝y_t+Δt-y_t，其中y_t表示t时标记点的相对位置，y_t+Δt表示时间间隔Δt后标记点的相对位置；

根据相对位移解析出无人艇运动速度v＝Δy/Δt。

3.根据权利要求1所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述控制无人机靠近抓取装置，包括：

依据标记点的相对位置、无人艇运动速度以及无人机GPS位置信息，计算无人机与标记点相对位置的误差；

将误差进行求导并代入无人机运动学方程，建立位置误差跟踪模型；

设计无人机的控制算法，获得无人机到达期望轨迹的期望速度；

将期望速度和当前速度的差值代入无人机动力学模型，并利用反馈控制法获得无人机期望的横滚角R、俯仰角P、航偏角Y；

将横滚角R、俯仰角P、航偏角Y代入角度与无人机电机控制转化方程，解析出无人机电机的控制量；

调节无人机电机的控制量，使无人机以期望速度靠近抓取装置。

4.根据权利要求3所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述控制算法为双闭环PID控制算法、智能PID算法、LQR算法、非线性H无穷控制算法、鲁棒控制方法或滑模控制算法。

5.根据权利要求1所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述使无人机悬停在抓取范围内的一定高度，包括：

检测无人机的高度h，解析出与预设抓取高度h_d的误差Δh；

根据Δh设计反馈控制算法，解析出无人机高度控制量的控制参数Kp，Ki，Kd；其中，Kp表示比例调节系数，用于调节响应速度；Ki表示积分调节系数，用于调节残差；Kd表示微积分调节系数，用于调节振荡情况；

不断调节控制量使无人机悬停于距无人艇一定高度的抓取范围内。

6.根据权利要求1所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述识别无人机是否位于抓取范围内，若在范围内则抓取无人机；否则重新识别抓取装置的相对位置,包括：

通过抓取装置上的红外传感器或摄像头检测无人机是否在抓取范围内；

若在抓取范围内，则启动抓取装置的舵机，并通过控制曲柄滑块在直线导轨上移动，以使抓取装置抓取无人机；

若不在抓取范围内，则重新采集无人艇图像。

7.根据权利要求1所述的一种无人机协同无人艇充电的方法，其特征在于，所述通过抓取装置调节无人机位置，并进行无线充电，包括：

通过抓取装置将无人机移至无人艇充电线圈正上方，并使无人机线圈与充电线圈位置重合；

将电源接入无线充电装置发射端，通过无线充电板转换成交流电，并通过无人艇发射线圈进行发射；

无人机的接收线圈接收能量，并通过无线充电板对无人机电池进行先恒流再恒压充电。