[发明专利]一种旋翼飞行双机械臂目标定位抓取系统及方法

说明书

本发明属于无人机技术领域，公开了一种旋翼飞行双机械臂目标定位抓取系统及方法，系统包括旋翼飞行器，机载计算机，双机械臂系统，飞行控制器，电源与通信集成电路模块，视觉传感器；方法包括：通过视觉传感器实时获取环境视频流信息，采用MobileNet‑SSD模型来训练识别抓取目标；将深度相机和AprilTag视觉定位切换使用，精确获取所是被目标的三维坐标信息；引入FCL碰撞，采用RRT_Connect路径规划算法进行机械臂的逆向运动学运算，完成空间无碰撞双臂规划与抓取。本发明能有效提升无人机与外界环境进行交互影响的能力，提升旋翼无人机从目标识别、运动规划到稳定抓取的自主性与精确性。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种旋翼飞行双机械臂目标定位抓取系统及方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

随着无人机技术得到快速发展，多旋翼无人机也开始走进人们的视野，多旋翼无人机有着垂直起降和悬停的能力，操作简单、体积小巧、飞行灵活，所以其在航拍检测、农林、安全执法、电网巡检、边防巡逻等领域得到了越来越广泛的应用。但这些都仅仅停留在观测的层面，并未有效的与环境互动，对于危险物品排查及运输、灾难救援、快速补给等一些危险或者特殊任务，现有无人机很难做到。因此，在旋翼无人机上安装灵活的机械手臂和“眼睛”(视觉传感器)使得其具备与环境相互作用的能力，极大的拓展了其应用领域，具备应用价值。

2017年，包，仓等人在发明专利《一种带有机械臂的飞行机器人及其控制方法》(公开号：CN107309872A)中公开了一种机械臂的空中作业控制方法，机械臂安装在无人机的下方。该发明专利虽然实现了旋翼无人机与机械臂的结合，解决旋翼无人机与环境交互的问题，但是其所述的系统机械臂为单臂系统，且自由度少，在抓取时单臂容易引起无人机不稳定，且单臂抓取局限性大，应用范围受到限制。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术中，旋翼飞行机械臂均为单臂系统，难以稳定重心，自由度较少，且抓取对象容易受到限制；

(2)现有技术中，大多旋翼飞行机械臂系统未配备多视觉传感器，不能实时与环境进行交互，大都为人工控制抓取，未形成基于视觉和机械臂规划的识别与抓取系统；

(3)现有技术中，旋翼飞行机械臂系统未有采用深度卷积网络对环境中目标进行检测识别，因此大多都是识别对象单一，不具备识别多样性，且识别精度低，鲁棒性差。

(4)现有技术中，旋翼飞行机械臂系统在硬件上均未设计电源与通信集中模块，在硬件软件连接与调试过程中，存在大量繁琐的线路连接操作，且难以安装，极易产生接线失误导致重要模块损坏，同时可能导致重心不稳。

旋翼飞行机械臂系统，由于机械臂的抓取运动会使得飞行器存在重心不稳的问题，且要使得旋翼飞行机械臂实现与环境的自主交互，则必须配备有先进的多视觉传感器和先进的环境感知和目标识别定位算法，以及改良的机械臂系统和运动规划算法，以此提高旋翼飞行机械臂系统的自主性、稳定性及鲁棒性，使得旋翼飞行机械臂系统有更加广泛的实际应用，具备现实价值。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种旋翼飞行双机械臂目标定位抓取系统及方法。

本发明是这样实现的，一种旋翼飞行双机械臂目标定位抓取系统，包括旋翼飞行器，双机械臂系统，电源与通信集成电路模块，机载计算机，飞行控制器，视觉传感器；

所述旋翼飞行器机架为四或六旋翼，包括机架平台、旋翼飞行器机架及与旋翼飞行器机架相连的四个或六个机臂；

所述旋翼飞行器机架还包括飞行平台动力系统：四或六组或无刷电机、无刷电调以及旋翼桨，每组电机安装在机架机臂上且与其对应的电调连接，旋翼桨安装在对应的电机上；GPS定位模块，为无人机提供定位服务；