[发明专利]一种基于系绳连接的智能空中抓捕器及控制方法

权利要求书

1.一种基于系绳连接的智能空中抓捕器的控制方法，所述的基于系绳连接的智能空中抓捕器，包括单轴滑轨/滑块机构(1)、正桨叶涵道风扇(16)、反桨叶涵道风扇(17)、抓捕手爪(3)、单目相机(4)、IMU模块及主控模块(5)、抓捕器外部框架(6)和系绳(7)；所述的抓捕器外部框架(6)为上下均有盖板的圆柱结构，在上盖板上安装单轴滑轨/滑块机构(1)，系绳(7)安装在单轴滑轨/滑块机构(1)上并与无人机连接，在下盖板的下表面安装抓捕手爪(3)，在抓捕手爪(3)的中心安装单目相机(4)，在下盖板的上表面安装IMU模块及主控模块(5)，在抓捕器外部框架(6)的外侧对称安装正桨叶涵道风扇(16)、反桨叶涵道风扇(17)，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：利用IMU模块获取当前抓捕器姿态角信息偏航角θ、俯仰角滚转角γ，角速度信息ω_x、ω_y、ω_z，利用单目相机测量目标相对位置信息Δx、Δy；

步骤2：计算相对绝对距离信息Δl，期望的姿态角θ_e、γ_e：

步骤3：利用双通道的姿态控制器，计算姿态控制力矩M_y和M_z：

其中，控制系数k_z1,k_z2,k_y1,k_y2＞0；

步骤4：利用位置控制器，计算控制力F_sum：

其中，控制系数k_l1,k_l2＞0；

步骤5：通过执行器分配方程，分别计算涵道风扇推力F₁,F₂，滑块偏移质心位置x_c：

其中，d为正桨叶涵道风扇、反桨叶涵道风扇的中心轴线到抓捕器中心的距离，m为抓捕器质量，g为重力加速度；

步骤6：利用主控模块驱动涵道风扇，输出相应转速，并驱动滑块控制电机，将滑块移动到相应位置。

2.根据权利要求1所述的基于系绳连接的智能空中抓捕器的控制方法，其特征在于所述的单轴滑轨/滑块机构(1)包括步进电机(8)、联轴器(9)、移动滑块(10)、丝杆螺母(11)、丝杆(12)、光轴(13)、光轴固定支架(14)和丝杆固定支架(15)；光轴(13)通过光轴固定支架(14)、丝杆(12)通过丝杆固定支架(15)固定安装在抓捕器外部框架(6)的上盖板，步进电机(8)通过联轴器(9)与丝杆(12)连接，丝杆(12)通过丝杆螺母(11)与移动滑块(10)连接，光轴(13)穿过移动滑块(10)的左右侧孔，起到承力的作用。