本发明专利技术公开了一种自动跟随空中加油模拟装置及方法。装置包括相对设置的模拟输油端和模拟受油端；模拟输油端包括六自由度平台一，其上设有模拟加油枪模块和图像采集模块，控制模块。模拟受油端包括六自由度平台二，其上设有模拟受油嘴，模拟受油嘴上设有标定环，标定环上配置有定位图案。控制模块基于图像采集模块采集的定位图案的信息，控制六自由度平台一运动，实现模拟加油枪模块对模拟受油嘴的自动跟随。本发明专利技术使用模拟装置模拟空中加油场景，并运用图像视觉检测跟踪技术实现自动跟随，为复杂的空中加油场景提供了模拟装置与技术支持，有利于空中加油技术的进一步提高。有利于空中加油技术的进一步提高。有利于空中加油技术的进一步提高。
【技术实现步骤摘要】
一种自动跟随空中加油模拟装置及方法
[0001]本专利技术涉及空中加油
，具体为一种通过图像视觉检测跟踪对准原理实现自动跟踪的空中加油模拟装置及方法。
技术介绍
[0002]空中加油机的作用就是在空中为受油机加注燃料。空中加油能增加作战飞机的航程，使受油机飞抵以往无法达到的空域、执行以往无法完成的任务，并省去了飞机中途降落补充燃料的时间。对于侦察机、反潜机等特殊机种来说，空中加油机可以增加这些特种飞机的滞空时间，从而减少飞机的出动架次，更加高效率地完成相应的作战任务。
[0003]现有的空中加油技术分为两种,分别是软管式与硬管式。这两种技术都需要空中加油人员手动对接油管以实现加油，整个过程加油机和受油机都要保持稳定飞行，对驾驶员的飞行技术和心理素质都是极大的考验，稍有差池就会导致加油失败或引发事故。若能自动检测并跟随油口位置，则可以提升空中加油的可靠性。在真实空中加油环境中测试相关技术，耗时且成本非常高，因此需要一种模拟装置，来测试空中加油的自动跟随技术，这种模拟装置也可用于学校教学。
技术实现思路
[0004]为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术公开了一种自动跟随空中加油模拟装置及方法，以实现对空中加油场景的模拟，通过图像视觉检测跟踪技术实现对模拟油口的检测与跟踪。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的第一方面提供一种自动跟随空中加油模拟装置，包括相对设置的模拟输油端和模拟受油端；所述模拟输油端包括六自由度平台一，所述六自由度平台一上设有模拟加油枪模块和图像采集模块；所述模拟输油端还包括控制模块，所述控制模块与所述图像采集模块和六自由度平台一通信连接；所述模拟受油端包括与所述六自由度平台一相向固定的六自由度平台二，所述六自由度平台二上设有模拟受油嘴，所述模拟受油嘴上设有标定环，所述标定环上配置有定位图案；所述图像采集模块用于采集所述定位图案的图像信息，所述控制模块用于基于所述图像采集模块采集的定位图案的图像信息，控制六自由度平台一运动，实现模拟加油枪模块对模拟受油嘴的自动跟随。
[0006]进一步的，所述六自由度平台一和六自由度平台二分别包括底座平台和运动平台；两者之间设有六根液压缸；所述液压缸的一端通过固定平台虎克铰与底座平台进行铰接，另一端通过运动平台虎克铰与运动平台进行铰接。
[0007]进一步的，所述图像采集模块包括固定于所述模拟输油端的运动平台上的相机支架，以及固定于所述相机支架上的可见光相机。
[0008]进一步的，所述控制模块为一嵌入式开发板，固定于所述模拟输油端的运动平台上，所述控制模块通过网线与所述可见光相机相连，通过串口数据线与所述六自由度平台
一相连。
[0009]进一步的，所述模拟加油枪模块包括固定于所述模拟输油端运动平台上的油枪底座，安装于油枪底座上的旋转驱动电机，以及通过中间连接件与所述旋转驱动电机输出轴连接的伸缩油枪；所述旋转驱动电机用于驱动所述伸缩油枪进行周向旋转。
[0010]进一步的，所述油枪底座上还设有两个平行的油枪液压缸，两个油枪液压缸的活塞杆连接一圆环，所述圆环于内侧沿周向设有滑槽；所述中间连接件包括相互铰接的第一连接件和第二连接件，所述第一连接件与旋转驱动电机的输出至第二连接件，所述第二连接件于铰接轴上设有向外延伸的拨杆，所述拨杆的末端设有球头，所述球头与圆环内的滑槽相适配并装配于所述滑槽内；所述伸缩油枪固定于第二连接件上；所述油枪液压缸用于控制所述圆环进行轴向位移，进而通过拨杆带动第二连接件围绕铰接轴动作，控制伸缩油枪展开或折叠。
[0011]进一步的，所述定位图案由相间且间距不等的黑白格组成。
[0012]进一步的，装置还包括底座，所述模拟输油端和模拟受油端设置于底座两端。
[0013]本专利技术的第二方面提供一种自动跟随空中加油模拟方法，应用于上述第一方面所述的自动跟随空中加油模拟装置，该方法包括以下步骤：S1、对图像采集模块进行内参标定、畸变矫正，确定标定环上定位图案角点在世界坐标系下的坐标，进行点集初始化；S2、控制模拟受油端六自由度平台二的位姿，使其上的标定环的位姿发生变化，模拟受油机油口的不同位姿；S3、通过图像采集模块获取标定环上定位图案的连续帧图像，将连续帧图像发送给控制模块；S4、控制模块通过自动跟随算法，计算得到六自由度平台一的三轴旋转欧拉角和平移向量；S5、基于计算得到的三轴旋转欧拉角和平移向量控制所述六自由度平台一的位姿，使六自由度平台一跟随六自由度平台二进行位姿改变，使模拟加油枪模块对准模拟受油嘴。
[0014]进一步的，所述自动跟随算法包括以下步骤：S41、对标定环的定位图案轮廓图像进行角点检测；根据角点轮廓计算每个定位图案分部角点的重心，从而得到每个定位图案分部角点在图像中的具体位置；S42、标定环改变位姿后呈现为椭圆形状，根据定位图案角点具体位置进行霍夫变换拟合椭圆，使得预设数量的定位图案角点重心落在同一个椭圆上；S43、根据落在同一个椭圆上的定位图案角点重心点数量，在最初的定位图案角点坐标中选取对应数量的坐标点，将每一种可能存入向量A中；S44、将所述定位图案轮廓图像中的定位图案角点重心点作为二维点，向量A中的每一项作为三维点，进行透视N点算法求解获取旋转向量和平移向量，将向量A中对应项的三维点重投影到二维图像中，与所述定位图案轮廓图像中的定位图案角点重心点进行误差计算，得到向量A中的此项对应的重投影误差；遍历向量A中的每一项进行透视N点算法求解后，得到向量A中重投影误差最小的一项，将该项求解的旋转向量m和平移向量T作为最优结果；
S45、将最优的旋转向量m进行罗德里格斯变换得到旋转矩阵M，根据旋转矩阵M计算出三轴旋转欧拉角，将该三轴旋转欧拉角和平移向量T作为计算结果。
[0015]本专利技术的有益效果：（1）使用模拟输油端六自由度平台一模拟加油机，使用模拟受油端六自由度平台二模拟受油机，更加符合空中加油真实工作场景；（2）使用模拟加油枪模块模拟加油机的加油枪，使用模拟受油嘴模拟受油机的受油嘴，与实际工作情况相吻合，更高程度上还原空中加油工作流程；使用标定环模拟受油机油口，便于进行后续图像处理操作，更加简单高效；（3）本专利技术通过图像视觉检测跟踪技术对模拟受油嘴进行实时检测，能够实时获得模拟受油嘴的位姿，根据获得的位姿控制模拟输油端六自由度平台一的运动，实现模拟加油枪对模拟受油嘴的自动跟踪，无需手动对接；（5）在使用自动跟踪技术的同时，可对模拟加油枪模块进行手动控制从而调整伸缩油枪姿态，将自动跟踪与手动控制相结合，弥补图像视觉检测跟踪技术存在的轻微误差，使结果更加精确。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例的立体图；图2为本专利技术实施例的立体图；图3为本专利技术实施例的正视图；图4为本专利技术实施例的俯视图；图5为本专利技术实施例中模拟加油枪的立体图；图6为本专利技术实施例中模拟加油枪的立体图；图7为本专利技术实施例中模拟加油枪的爆炸图；图8为本专利技术实施例的工作流程图；附图标记说明：1
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底座；2
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底座平台；本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自动跟随空中加油模拟装置，其特征在于：包括相对设置的模拟输油端和模拟受油端；所述模拟输油端包括六自由度平台一，所述六自由度平台一上设有模拟加油枪模块（14）和图像采集模块；所述模拟输油端还包括控制模块（10），所述控制模块（10）与所述图像采集模块和六自由度平台一通信连接；所述模拟受油端包括与所述六自由度平台一相向固定的六自由度平台二，所述六自由度平台二上设有模拟受油嘴（13），所述模拟受油嘴（13）上设有标定环（12），所述标定环（12）上配置有定位图案；所述图像采集模块用于采集所述定位图案的图像信息，所述控制模块（10）用于基于所述图像采集模块采集的定位图案的图像信息，控制六自由度平台一运动，实现模拟加油枪模块（14）对模拟受油嘴（13）的自动跟随。2.根据权利要求1所述的一种自动跟随空中加油模拟装置，其特征在于：所述六自由度平台一和六自由度平台二分别包括底座平台（2）和运动平台（8）；两者之间设有六根液压缸（5）；所述液压缸（5）的一端通过固定平台虎克铰（3）与底座平台（2）进行铰接，另一端通过运动平台虎克铰（7）与运动平台（8）进行铰接。3.根据权利要求2所述的一种自动跟随空中加油模拟装置，其特征在于：所述图像采集模块包括固定于所述模拟输油端的运动平台（8）上的相机支架（11），以及固定于所述相机支架（11）上的可见光相机（9）。4.根据权利要求3所述的一种自动跟随空中加油模拟装置，其特征在于：所述控制模块（10）为一嵌入式开发板，固定于所述模拟输油端的运动平台（8）上，所述控制模块（10）通过网线与所述可见光相机（9）相连，通过串口数据线与所述六自由度平台一相连。5.根据权利要求2所述的一种自动跟随空中加油模拟装置，其特征在于：所述模拟加油枪模块（14）包括固定于所述模拟输油端运动平台（8）上的油枪底座（141），安装于油枪底座（141）上的旋转驱动电机，以及通过中间连接件与所述旋转驱动电机输出轴连接的伸缩油枪；所述旋转驱动电机用于驱动所述伸缩油枪（146）进行周向旋转。6.根据权利要求5所述的一种自动跟随空中加油模拟装置，其特征在于：所述油枪底座（141）上还设有两个平行的油枪液压缸（142），两个油枪液压缸（142）的活塞杆连接一圆环（143），所述圆环（143）于内侧沿周向设有滑槽；所述中间连接件包括相互铰接的第一连接件（144）和第二连接件（145），所述第一连接件（144）与旋转驱动电机的输出至第二连接件（145），所述第二连接件（145）于铰接轴上设有向外延伸的拨杆，所述拨杆的末端设有球头，所述球头与圆环（143）内的滑槽相适配并装配于所述滑槽内；所述伸缩...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宣银，普彬，吴振国，程品祺，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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