一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统

1.本实用新型属于无人机领域，特别是涉及一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统。


背景技术：

2.近年来，无人机技术发展迅速，特别是消费级无人机的兴起，诸如航拍无人机等，已愈发为人所熟知，不可否认，消费级无人机为人们的日常生活提供了便利，支持了人们的兴趣爱好。然而，由于是新兴事物，民众对消费级无人机的使用缺乏安全意识和规范性，“黑飞”事件不断发生，因此，对“黑飞”无人机的捕获是一项需要解决的问题。
3.由于“黑飞”无人机的驾驶员不具备足够的飞行技术和飞行经验，无人机的飞行轨迹往往捉摸不定，这类无人机还具有飞行高度低，飞行速度慢，并时常以“阶跃”方式飞行，极易产生人身及财产损害，而且“黑飞”往往发生在城市等人群密集的场所，所以，对其进行捕获需要快速响应，并应该确保安全。
4.而现有的捕获“黑飞”无人机的方式一般是使用无人机反制枪击落或飞行机械臂抓取，但无人机反制枪可能导致目标无人机失控坠毁，在人群密集处容易伤人；飞行机械臂在抓取高速飞行的无人机时，有可能损坏飞行机械臂或损坏目标无人机。


技术实现要素：

5.目的是针对背景技术中提出的一些问题，至少在一定程度上解决其中之一。
6.为此，本实用新型提出一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，该系统可实现环形翼无人机在视觉引导系统的引导下自主检测无人机，对其进行跟踪捕获，兼具了快速性和灵活性，且能够防止被捕获无人机损坏。
7.本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，包括：环形翼无人机、捕获网以及视觉引导装置；
8.其中，环形翼无人机，包括：环形翼，旋翼，飞控装置，驱动装置和动力系统；
9.在所述环形翼环形顶面上固设有多个驱动装置，所述驱动装置输出轴固设有旋翼；
10.在环形翼外壁上开设有多个凹槽，凹槽内设有飞控装置；所述动力系统对称设于环形翼外壁上，且与驱动装置连接；
11.捕获网固设于环形翼底面上，视觉引导装置对称设于环形翼外壁上，且与飞控装置连接。
12.所述环形翼为纵截面为方形的环状结构，环形翼采用碳纤维一体化成型壳体，内部填设泡沫。
13.所述旋翼有多个，分别与对应的驱动装置连接；
14.所述旋翼等间距布设于环形翼上。
15.所述旋翼的翼长小于环形翼的半径，相邻所述旋翼中心之间的直线距离大于旋翼
的翼长。
16.所述驱动装置，包括：旋翼电机、连接杆、输出轴、罩体和保护网；
17.所述罩体内设有旋翼电机，旋翼电机与动力系统连接；
18.所述旋翼电机的输出端与输出轴，所述输出轴上固设有旋翼；
19.所述罩体为底部封闭的中空壳体，罩体设有保护网，以保护旋翼电机；
20.所述罩体为底部中心处固设有连接杆，连接杆插设于环形翼顶面上。
21.所述连接杆为中空结构，旋翼电机的连接线穿过罩体底部进入到连接杆与动力系统连接。
22.所述飞控装置，包括：设置于环形翼凹槽内部的微型计算机，惯性测量装置，气压计和定位装置；
23.其中，所述惯性测量装置，气压计和定位装置均与微型计算机连接。
24.所述动力系统为两组相互并联或相互串联的锂电池，设置于环形翼两侧。
25.所述捕获网为织物绳材质的编织网，捕获网的网口大小与环形翼的直径相同，且捕获网网口固设于环形翼底部环形面上。
26.所述视觉引导装置为单目视觉传感器或双目视觉传感器。
27.本实用新型具有以下有益效果及优点：
28.1.本实用新型采用的环形翼无人机，综合了多旋翼无人机和固定翼无人机的优点，既可实现垂直起降，不要求特定的机场或跑道，姿态控制较灵活，又能实现快速飞行，抗风扰能力强。
29.2.本实用新型采用的环形翼无人机，通过设计各组件的气动布局，提高对不定向气流等环境噪声的抵抗能力。
30.3.本实用新型采用的捕获网，可相对安全地捕获无人机，也能防止因捕获无人机可能造成的人身及财产损害，规避了干扰枪以及机械臂的一些缺点。
31.4.本实用新型采用的视觉引导系统，基于单目或双目视觉传感器，提高了大范围远距离跟踪引导捕获无人机的能力。
附图说明
32.图1为本实用新型基于环形翼无人机的无人机捕获系统的结构示意图。
33.图2为本实用新型中环形翼无人机的结构示意图。
34.图3为本实用新型中旋翼和驱动装置的结构示意图。
35.其中，1为环形翼无人机，2为捕获网，3为视觉引导系统，101为环形翼，102为旋翼，103为飞控装置，104为驱动装置，105为动力系统，1041为旋翼电机，1042为连接杆，1043为输出轴，1044为罩体，1045为保护网。
具体实施方式
36.下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。通过参考说明书的其余部分和附图，可以实现对本文公开的特定实施例的性质和优点的进一步理解。
37.如图1所示，一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，包括环形翼无人机1，捕获网2，视觉引导系统3，其中：捕获网2设置于环形翼101后方，用于安全地捕获无人机；视觉引
导系统3设置于环形翼101的两侧，用于远距离检测无人机的位置。
38.如图2所示，环形翼无人机1，包括：环形翼101，旋翼102，飞控装置103，驱动装置104和动力系统105；其中，旋翼102和驱动装置104分布式布局在环形翼101外侧，飞控装置103和动力系统105设置于环形翼101内部。
39.在所述环形翼101环形顶面上固设有多个驱动装置104，驱动装置104输出轴固设有旋翼102；
40.在环形翼101外壁上开设有多个凹槽，凹槽内设有飞控装置103；动力系统105对称设于环形翼101外壁上，且与驱动装置104连接；
41.捕获网2固设于环形翼101底面上，视觉引导装置3对称设于环形翼101外壁上，且与飞控装置103连接。
42.根据本实用新型实施例的环形翼无人机捕获装置，环形翼101为纵截面为方形的环状结构，环形翼101采用碳纤维一体化成型壳体，内部填设泡沫，用于支撑所有其他的装置，且这种呈柱状的机翼的形式可以通过空气绕流，在前向飞行时通过形成正攻角以产生升力，改善飞行物的空气动力学，克服了旋翼飞行速度慢的问题，提高了稳定性和安全性。
43.旋翼102有多个，分别与对应的驱动装置104连接；
44.旋翼102等间距布设于环形翼101上，旋翼102的翼长小于环形翼101的半径，相邻所述旋翼102之间的距离大于旋翼102的翼长。
45.该装置可实现垂直起降功能，如图2所示，起飞时，由动力系统105供电，驱动装置104带动旋翼102旋转，提供升力，待起飞至一定高度，捕获网2完全张开后，可进行姿态调整，对目标无人机跟踪引导。
46.根据本实用新型实施例的环形翼无人机捕获装置，所述旋翼采用分布式布局，设置于环形翼外侧。所述旋翼作为环形翼无人机的主要推力，在起飞降落时提供向上的升力，在巡航跟踪时提供推进力，并灵活调整姿态，具备快速响应的优势。
47.具体的旋翼102有多个，分别与对应的驱动装置104连接；旋翼102等间距布设于环形翼101上。
48.旋翼102的翼长小于环形翼101的半径，相邻旋翼102中心之间的直线距离大于旋翼102的翼长。
49.如图3所示，为本实用新型中旋翼和驱动装置的结构示意图，驱动装置包括旋翼电机1041、连接杆1042、输出轴1043、罩体1044和保护网1045；
50.罩体1044内设有旋翼电机1041，旋翼电机1041与动力系统105连接；
51.旋翼电机1041的输出端与输出轴1043，输出轴1043上固设有旋翼102，用于驱动旋翼旋转以提供推力；
52.罩体1044为底部封闭的中空壳体，罩体1044设有保护网1045，以保护旋翼电机1041；
53.罩体1044为底部中心处固设有连接杆1042，连接杆1042插设于环形翼101顶面上。
54.连接杆1042为中空结构，旋翼电机1041的连接线穿过罩体1044底部进入到连接杆1042与动力系统105连接，并通过内部合理布线与动力系统相连，驱动环形翼无人机飞行，在跟踪过程中，电机通过改变转速，可以灵活调整环形翼的姿态，克服了固定翼飞机的缺点，并且更加精准，适合进行无人机捕获作业。
55.根据本实用新型实施例的环形翼无人机捕获装置，飞控装置103，包括：设置于环形翼1凹槽内部的微型计算机，惯性测量装置，气压计和定位装置；
56.其中，惯性测量装置，气压计和定位装置均与微型计算机连接；
57.飞控装置103设置于环形翼内部。微型计算机用于控制环形翼无人机进行捕获作业的任务流程，
58.惯性测量单元，用于测量环形翼无人机的三轴运动状态；
59.气压计用于测量环形翼无人机的飞行高度；
60.定位系统用于确定环形翼无人机的位置。飞控装置保证了环形翼无人机正常进行无人机捕获作业。
61.根据本实用新型实施例的环形翼无人机捕获装置，动力系统105包括两组锂电池，设置于环形翼内部分布在两侧，用于为驱动装置供电并平衡环形翼无人机的配重。
62.根据本实用新型实施例的环形翼无人机捕获装置，捕获网采用织物编织而成，设置于环形翼下方，用于捕获无人机并防止损坏无人机，规避了干扰枪，机械臂等捕获装置可能带来的安全隐患。在一些实施例中，罩体可设置为部分圆环状，尾部向内侧弯曲，以改善空气动力学。
63.根据本实用新型实施例的环形翼无人机捕获装置，视觉引导系统3包括单目或双目视觉传感器，用于反馈待捕获无人机的位置，支持飞控装置对其进行跟踪捕获，可实现大范围远距离定位。
64.本实用新型的工作原理如下：
65.起飞至一定高度后，多旋翼102差速以调整姿态，同时前向飞行，此时环形翼101可提供部分升力，由视觉引导系统3确定目标无人机的位置，并反馈给飞控装置103，飞控装置103根据状态流程向目标无人机飞行。
66.当捕获装置飞行或巡航至接近目标无人机时，由视觉引导系统3在一段时间内获取目标无人机的位置信息，飞控装置103则通过惯性测量单元获取捕获装置自身的三轴速度和加速度信息。
67.微型计算机接收视觉引导系统3实时传来的位置信息后，并进一步调整捕获装置的速度和姿态，向目标位置飞行，驱动装置104驱动旋翼102加速旋转，使得捕获装置快速飞行并捕获目标无人机。
68.捕获目标无人机后，目标无人机停止运转，捕获目标无人机相对于捕获装置而言，相当于受到了强烈的环境噪声，此时，由惯性测量单元敏锐感知环形翼无人机1的三轴信息，并发送给计算机，计算机根据状态流程调整捕获装置的姿态，最终，环形翼无人机1保持垂直方向上悬停。
69.捕获装置姿态稳定后，驱动装置104驱动旋翼102差速，调整环形翼无人机1的姿态，进入返航流程，向起飞点上方飞行。
70.环形翼无人机1飞行至起飞点上方后，继续调整姿态，在垂直方向上缓慢降落，完成无人机捕获作业。
71.上述实施例是示例性的，目的是便于描述和理解，实施例仅对应一种工况而已，对于特定的应用场景，可对上述实施例进行变化，修改，优化。

技术特征：
1.一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，其特征在于，包括：环形翼无人机(1)、捕获网(2)以及视觉引导装置(3)；其中，环形翼无人机(1)，包括：环形翼(101)，旋翼(102)，飞控装置(103)，驱动装置(104)和动力系统(105)；在所述环形翼(101)环形顶面上固设有多个驱动装置(104)，所述驱动装置(104)输出轴固设有旋翼(102)；在环形翼(101)外壁上开设有多个凹槽，凹槽内设有飞控装置(103)；所述动力系统(105)对称设于环形翼(101)外壁上，且与驱动装置(104)连接；捕获网(2)固设于环形翼(101)底面上，视觉引导装置(3)对称设于环形翼(101)外壁上，且与飞控装置(103)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，其特征在于，所述环形翼(101)为纵截面为方形的环状结构，环形翼(101)采用碳纤维一体化成型壳体，内部填设泡沫。3.根据权利要求1所述的一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，其特征在于，所述旋翼(102)有多个，分别与对应的驱动装置(104)连接；所述旋翼(102)等间距布设于环形翼(101)上。4.根据权利要求1或3所述的一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，其特征在于，所述旋翼(102)的翼长小于环形翼(101)的半径，相邻所述旋翼(102)中心之间的直线距离大于旋翼(102)的翼长。5.根据权利要求1所述的一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，其特征在于，所述驱动装置(104)，包括：旋翼电机(1041)、连接杆(1042)、输出轴(1043)、罩体(1044)和保护网(1045)；所述罩体(1044)内设有旋翼电机(1041)，旋翼电机(1041)与动力系统(105)连接；所述旋翼电机(1041)的输出端与输出轴(1043)，所述输出轴(1043)上固设有旋翼(102)；所述罩体(1044)为底部封闭的中空壳体，罩体(1044)设有保护网(1045)，以保护旋翼电机(1041)；所述罩体(1044)为底部中心处固设有连接杆(1042)，连接杆(1042)插设于环形翼(101)顶面上。6.根据权利要求5所述的一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，其特征在于，所述连接杆(1042)为中空结构，旋翼电机(1041)的连接线穿过罩体(1044)底部进入到连接杆(1042)与动力系统(105)连接。7.根据权利要求1所述的一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，其特征在于，所述飞控装置(103)，包括：设置于环形翼(101)凹槽内部的微型计算机，惯性测量装置，气压计和定位装置；其中，所述惯性测量装置，气压计和定位装置均与微型计算机连接。8.根据权利要求1所述的一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，其特征在于，所述动力系统(105)为两组相互并联或相互串联的锂电池，设置于环形翼两侧。9.根据权利要求1所述的一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，其特征在于，所述
捕获网(2)为织物绳材质的编织网，捕获网(2)的网口大小与环形翼(101)的直径相同，且捕获网(2)网口固设于环形翼(101)底部环形面上。10.根据权利要求1所述的一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，其特征在于，所述视觉引导装置(3)为单目视觉传感器或双目视觉传感器。

技术总结
本实用新型属于无人机领域，特别是涉及一种基于环形翼无人机的无人机捕获系统，包括：环形翼无人机、捕获网以及视觉引导装置；其中，环形翼无人机，包括：环形翼，旋翼，飞控装置，驱动装置和动力系统；在所述环形翼环形顶面上固设有多个驱动装置，所述驱动装置输出轴固设有旋翼；在环形翼外壁上开设有多个凹槽，凹槽内设有飞控装置；所述动力系统对称设于环形翼外壁上，且与驱动装置连接；捕获网固设于环形翼底面上，视觉引导装置对称设于环形翼外壁上，且与飞控装置连接。本实用新型采用的环形翼无人机，综合了多旋翼无人机和固定翼无人机的优点，既可实现垂直起降，不要求特定的机场或跑道，姿态控制较灵活，又能实现快速飞行，抗风扰能力强。能力强。能力强。


技术研发人员：何玉庆 张广玉 杨丽英 姚冠宇 李思梁 黄朝雄 刘俊爽
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2022.11.29
技术公布日：2023/4/20