[发明专利]一种无人机自主抓取控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种无人机自主抓取控制系统，其特征在于，所述系统包括地面监控系统（1）、飞机控制系统（2）和自主抓取系统（3）；所述地面监控系统（1），包括数传单元（11）、无线通信单元（12）和电脑或手机客户端（13）；飞行控制系统（2）包括无人机悬停定高单元（21）、无人机飞行控制单元（22）、无人机飞行动力单元（23）；自主抓取系统（3）包括双目视觉单元（31）、图像处理单元（32）、自主抓取控制单元（33）、抓取动作单元（34）；所述数传单元（11）为摄像头模块，其与无线通信单元（12）通过RTCP协议排线相连；所述无线通信单元（12）与无人机飞行控制单元（22）通过SBUS协议排线相连接；所述定高单元（21）通过IIC协议排线与无人机控制单元（22）相连，所述飞行动力单元（23）通过电子调速器ESC与无人机飞行控制单元（22）相连；所述双目视觉单元（31）为双目摄像头，通过USB接口与图像处理单元（32）相连，所述图像处理单元（32）通过USART排线与无人机飞行控制单元（22）相连；所述自主抓取控制单元（33）通过IO口与无人机飞行控制单元（22）相连。

2.根据权利要求1所述的一种无人机自主抓取控制系统，其特征在于，所述地面监控系统（1）搭载手机或电脑客户端（13）。

3.根据权利要求1所述的一种无人机自主抓取控制系统，其特征在于，所述控制无人机飞行高度的定高单元（21）包括超声波模块和光流模块。

4.根据权利要求1所述的一种无人机自主抓取控制系统，其特征在于，所述图像处理单元（32）为图像处理模块。

5.根据权利要求1所述的一种无人机自主抓取控制系统，其特征在于，所述无人机飞行控制单元（22）为嵌入式架构。

6.一种无人机自主抓取控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、无人机起飞，通过两轴云台摄像机回传图像，通过无人机监控系统（1）人工操作使无人机飞向待抓取目标附近，若在回传图像中人工看到待抓取目标，接着便可以开启自主抓取系统3，无人机开始自主飞行；

S2、自主抓取系统3中的双目视觉单元（31）的左摄像机用于待抓取目标视频信息采集，图像处理单元（32）接收视频信息，将视频信息转换成帧图片并与其内部存储的待匹配图片进行SURF特征匹配，检测是否为待抓取目标，若不是待抓取目标，则自动关闭自主抓取系统（3），切换至人工操作；若匹配成功，则进行抓取任务；

S3、若图像处理单元（32）匹配识别成功则对待抓取目标进行Canny算法轮廓检测，基线距为两摄像机镜头中心之距离；相机焦距为f，像素点个数为n，图像处理单元（32）求解目标物边缘轮廓像素坐标，求解物体几何中心点坐标

整个图像像素点坐标中最大值，记记为偏移量，计算偏移量主要是用于调整无人机飞行位置，让其在被抓取物体正上方悬停，实现小范围目标位置寻找；

S4、利用双目视觉可以获取物体深度信息的特点，进行视觉深度检测，图像处理单元（32）求解目标物某点空间z坐标：

图像处理单元（32）求解物体深度值的最大值和最小值，将其均值化主要是为了获取飞机悬停高度；

S5、将S1、S2计算的和送至无人机飞行控制单元（22），无人机进行下述过程，式中a，b为微调系数

，

将和矢量化转换成，这可实现无人机在同一个平面内任意角度移动，当满足时，不再进行调整；

无人机依靠进行任意角度的姿态微调，飞行控制单元（22）检测超声波和光流定高单元（21）的发送值，将其与目标深度值进行比较，发送比较结果至飞行控制单元22，形成闭环控制，从而实现无人机的空间精确悬停；

S6、无人机完成抓取任务，终止自主抓取系统（3），无人机上升至安全距离，切换成人工操作控制模式，完成自主抓取任务。