CN105068559B - 一种无人机码垛作业系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种无人机码垛作业系统，包括：无人机协同码垛作业子系统、无人机运动跟踪视频定位子系统、无人机码垛监控中心管理平台、无人机飞行及作业控制子系统、无人机码垛抓取识别子系统、无人机动力补给调度子系统、无人机故障检测与修复子系统以及紧急状况处理子系统；采用该无人机码垛作业系统的有益效果在于不需调整任何设备生产设备的情况下可随时重新变更作业流程，只需根据特定的需求改变无人机的飞行控制系统；通过关停无人机数量轻松提高或降低作业效率，而且可以采用一架无人机来应对多条包装流水线；采用该系统可以提高码垛作业的柔性化，并且相对于传统码垛作业节约了大量的人力物力成本，提高了码垛效率。

Description

一种无人机码垛作业系统

技术领域

本发明涉及物料搬运、输送技术领域，具体涉及一种无人机码垛作业系统。

背景技术

近几年，随着无人机航拍技术的成熟，使越来越多的人开始关注无人机，并研究将无人机应用到更广泛的技术领域。到目前为止，无人机已经在医疗、救灾甚至快递运输等领域进行应用。

在物流、仓储等行业中，码垛、拆垛等工作一直耗费大量的人力。现有的码垛机械臂等自动化机械，可以实现操作简单、工作效率高、节省人力能源等特点，但码垛速度相对比较慢，且因成本高，一般只应用在较大型的箱式生产线上；在轻型的物料码垛中，因成本问题一般不会使用机械臂，因而会耗费大量人力。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机码垛作业系统，通过无人机进行码垛作业，以节省人力，提高工作效率。

为达到上述目的，本发明实施例提供了一种无人机码垛作业系统，包括：

无人机协同码垛作业子系统，用于供用户制定作业方案；

无人机运动跟踪视频定位子系统，用于实时定位无人机的三维空间坐标；

无人机码垛监控中心管理平台，与所述无人机协同码垛作业子系统以及所述无人机运动跟踪视频定位子系统通过无线信号连接，用于将作业方案数据以及实时的三维空间坐标发送给无人机飞行及作业控制子系统；

所述无人机飞行及作业控制子系统，与所述无人机码垛监控中心管理平台通过无线信号连接，用于根据该无人机码垛监控中心管理平台的指令，实时控制所述无人机的飞行轨迹；

无人机码垛抓取识别子系统，与所述无人机码垛监控中心管理平台通过无线信号连接，用于识别货物的尺寸及位置；

无人机动力补给调度子系统，与所述无人机码垛监控中心管理平台通过无线信号连接，用于实时监测所述无人机供电装置的剩余电量，当电量不足时，制定电量补充调度方案并发送至所述无人机码垛监控中心管理平台；

无人机故障检测与修复子系统，与所述无人机码垛监控中心管理平台通过无线信号连接，用于实时监测所述无人机的故障状况，并实时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台；并在修复完成之后，将修复完成的信息实时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台；

紧急状况处理子系统，与所述无人机码垛监控中心管理平台通过无线信号连接，用于当所述无人机出现紧急状况时，制定故障处理计划，并发送给所述无人机码垛监控中心管理平台。

优选的，

所述无人机包括：无人机支架主体、电机驱动控制装置、飞行控制装置、无线传输装置、电流电压传感装置、货物摄像装置、货物抓取装置、识别标记以及供电装置；

所述无人机支架主体用于承载所述电机驱动控制装置、飞行控制装置、无线传输装置、电流电压传感装置、货物摄像装置、货物抓取装置、识别标记以及供电装置；

所述电机驱动控制装置用于驱动无人机的四个电机装置，为无人机提供飞行动力；

所述飞行控制装置包括处理器装置、加速度陀螺仪装置和电子罗盘装置；所述处理器装置用于控制所述货物抓取装置及四个电机装置；所述加速度陀螺仪装置和电子罗盘装置用于采集无人机在空中飞行的状态参数；

所述电流电压传感装置用于实时监测无人机供电装置的剩余电量；

所述货物摄像装置用于实时对货物进行图像采集；

所述抓取装置用于抓取需要码垛的货物；

所述识别标记用于为所述无人机运动跟踪视频定位子系统提供识别依据；

所述供电装置为飞行控制装置、无线传输装置、电流电压传感装置、货物摄像装置、抓取装置、电机装置供电；

所述无线传输装置用于该无人机与所述无人机码垛监控中心管理平台之间的数据交互。

优选的，

所述无人机码垛抓取识别子系统，包括机载图像识别装置、图像处理装置以及机载的抓取控制装置；所述图像识别装置安装在无人机机身上，用于对货物的尺寸及位置进行识别，并将识别数据传输给图像处理装置；图像处理装置与所述无人机码垛监控中心管理平台相连。

优选的，

所述无人机运动跟踪视频定位子系统，包括运动捕捉摄像装置、有源以太网PoE交换机装置、上传交换机装置和运动跟踪单元；

其中运动捕捉摄像装置用于对无人机作业过程中的运动轨迹进行捕捉；

所述PoE交换机装置与多个运动捕捉摄像装置相连，用于将运动捕捉摄像装置采集到的无人机运动轨迹数据进行收集并传输给所述上传交换机装置；

所述上传交换机装置与多个所述PoE交换机连接，用于并将所述无人机运动轨迹数据上传给所述运动跟踪单元；

所述运动跟踪单元用于将所述无人机运动轨迹数据发送给所述无人机码垛监控中心管理平台。

优选的，

所述无人机故障检测与修复子系统包括无人机故障检测系统与无人机故障修复系统；

所述无人机故障检测系统，包括无人机的被控过程元件故障检测单元、传感器故障检测单元和执行器故障检测单元；所述无人机修复子系统包括无人机被控过程元件故障修复单元、传感器故障修复单元和执行器故障修复单元；

无人机故障检测系统检测将所述无人机的故障状况同时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台及无人机修复子系统；

所述无人机修复子系统用于根据无人机的故障状况修复相应故障，并在修复完成之后，将修复完成的信息实时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台。

优选的，

所述无人机动力补给调度子系统，通过所述无线传输装置获取所述无人机供电装置的剩余电量。

优选的，

所述无人机飞行及作业控制子系统包括无人机飞行控制平台和无线信号发射装置；

所述的无人机飞行控制平台用于实时监测所述无人机的飞行控制装置采集的无人机在空中飞行的状态参数，并根据该状态参数及所述作业方案实时生成控制命令；

所述无线信号发射装置用于通过所述无人机上的无线传输装置发送所述控制命令。

上述技术方案具有如下有益效果：

采用该无人机码垛作业系统的有益效果在于不需调整任何设备生产设备的情况下可随时重新变更作业流程，只需根据特定的需求改变无人机的飞行控制系统；通过关停无人机数量轻松提高或降低作业效率，而且可以采用一架无人机来应对多条包装流水线；采用该系统可以提高码垛作业的柔性化，并且相对于传统码垛作业节约了大量的人力物力成本，提高了码垛效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的无人机码垛作业系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的无人机的连接结构示意图；

图3为本发明实施例的无人机运动跟踪视频定位子系统102的结构示意图；

图4为本发明实施例的无人机码垛方法的流程示意图

图5为本发明实施例的无人机动力补给调度子系统检测无人机的电量情况的作业流程示意图；

图6为本发明实施例的无人机故障检测与修复子系统对无人机进行故障监测及修复的作业流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一种无人机码垛作业系统的结构示意图，包括：

无人机协同码垛作业子系统101，用于供用户制定作业方案；

无人机运动跟踪视频定位子系统102，用于实时定位无人机的三维空间坐标；

无人机码垛监控中心管理平台103，与所述无人机协同码垛作业子系统101以及所述无人机运动跟踪视频定位子系统102通过无线信号连接，用于将作业方案数据以及实时的三维空间坐标发送给无人机飞行及作业控制子系统104；

所述无人机飞行及作业控制子系统104，与所述无人机码垛监控中心管理平台103通过无线信号连接，用于根据该无人机码垛监控中心管理平台103的指令，实时控制所述无人机的飞行轨迹；

无人机码垛抓取识别子系统105，与所述无人机码垛监控中心管理平台通103过无线信号连接，用于识别货物的尺寸及位置；

无人机动力补给调度子系统106，与所述无人机码垛监控中心管理平台103通过无线信号连接，用于实时监测所述无人机供电装置的剩余电量，当电量不足时，制定电量补充调度方案并发送至所述无人机码垛监控中心管理平台；

无人机故障检测与修复子系统107，与所述无人机码垛监控中心管理平台103通过无线信号连接，用于实时监测所述无人机的故障状况，并实时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台；并在修复完成之后，将修复完成的信息实时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台；

紧急状况处理子系统108，与所述无人机码垛监控中心管理平台103通过无线信号连接，用于当所述无人机出现紧急状况时，制定故障处理计划，并发送给所述无人机码垛监控中心管理平台。

图2为本发明实施例的无人机的连接结构示意图，如图所示：

所述无人机包括：无人机支架主体201、电机驱动控制装置202、飞行控制装置203、无线传输装置204、电流电压传感装置205、货物摄像装置206、货物抓取装置207、识别标记208以及供电装置209；

所述无人机支架主体用于承载所述电机驱动控制装置、飞行控制装置、无线传输装置、电流电压传感装置、货物摄像装置、货物抓取装置、识别标记以及供电装置；

所述电机驱动控制装置用于驱动无人机的四个电机装置210，为无人机提供飞行动力；

所述飞行控制装置包括处理器装置、加速度陀螺仪装置和电子罗盘装置；所述处理器装置用于控制所述货物抓取装置及四个电机装置；所述加速度陀螺仪装置和电子罗盘装置用于采集无人机在空中飞行的状态参数；

所述电流电压传感装置用于实时监测无人机供电装置的剩余电量；

所述货物摄像装置用于实时对货物进行图像采集；

所述抓取装置用于抓取需要码垛的货物；

所述识别标记用于为所述无人机运动跟踪视频定位子系统提供识别依据；

所述供电装置为飞行控制装置、无线传输装置、电流电压传感装置、货物摄像装置、抓取装置、电机装置供电；

所述无线传输装置用于该无人机与所述无人机码垛监控中心管理平台之间的数据交互。

优选的，

所述无人机码垛抓取识别子系统，包括机载图像识别装置、图像处理装置以及机载的抓取控制装置；所述图像识别装置安装在无人机机身上，用于对货物的尺寸及位置进行识别，并将识别数据传输给图像处理装置；图像处理装置与所述无人机码垛监控中心管理平台相连。

其中，所述记载的抓取控制装置用于控制无人机对货物的抓取作业，即，控制所述抓取装置。

图3为本发明实施例的无人机运动跟踪视频定位子系统102的结构示意图，如图所示，优选的，

所述无人机运动跟踪视频定位子系统102，包括运动捕捉摄像装置301、有源以太网PoE(Power Over Ethernet)交换机装置302、上传交换机装置303和运动跟踪单元304；

其中运动捕捉摄像装置用于对无人机作业过程中的运动轨迹进行捕捉；

所述PoE交换机装置与多个运动捕捉摄像装置相连，用于将运动捕捉摄像装置采集到的无人机运动轨迹数据进行收集并传输给所述上传交换机装置；

所述上传交换机装置与多个所述PoE交换机连接，用于并将所述无人机运动轨迹数据上传给所述运动跟踪单元；

所述运动跟踪单元用于将所述无人机运动轨迹数据发送给所述无人机码垛监控中心管理平台。

可选的，该无人机运动跟踪视频定位子系统102中的运动捕捉摄像装置301数量较少时，该无人机运动跟踪视频定位子系统102不包括所述上传交换机装置303，而是POE交换机装置302直接将数据发送给所述运动跟踪单元304。

在此需要说明的是，运动捕捉摄像装置301支持同时捕捉多个目标物体，并且优选高速、高精度的摄像装置；

所述POE交换机装置302用于将运动捕捉摄像装置采集到的无人机运动轨迹数据进行统一收集，支持混合使用同类接口的、不同型号的摄像机，混合系统可无障碍使用；

所述上传交换机装置303用于当系统的摄像机数量过多，需使用多台POE交换机装置时；利用上传交换机将各POE交换机统一集成，将收到的数据进行统一整理，上传给所述的运动跟踪单元；

该系统支持的运动捕捉摄像机数量无限制，内置数据管理系统，支持系统与外部信号源同步，实时监控摄像机的工作状况，提供运动捕捉摄像装置覆盖的参考视频。

优选的，

所述无人机故障检测与修复子系统包括无人机故障检测系统与无人机故障修复系统；

所述无人机故障检测系统，包括无人机的被控过程元件故障检测单元、传感器故障检测单元和执行器故障检测单元；所述无人机修复子系统包括无人机被控过程元件故障修复单元、传感器故障修复单元和执行器故障修复单元；

优选的，

所述无人机动力补给调度子系统，通过所述无线传输装置获取所述无人机供电装置的剩余电量。

优选的，

所述无人机飞行及作业控制子系统包括无人机飞行控制平台和无线信号发射装置；

所述的无人机飞行控制平台用于实时监测所述无人机的飞行控制装置采集的无人机在空中飞行的状态参数，并根据该状态参数及所述作业方案实时生成控制命令；

所述无线信号发射装置用于通过所述无人机上的无线传输装置发送所述控制命令。

为更好的说明上述码垛系统，以下结合附图介绍一下采用上述无人机码垛作业系统进行码垛的过程：

图4为本发明实施例的无人机码垛方法的流程示意图，如图所示，包括以下步骤：

步骤401，无人机协同码垛作业子系统制定作业方案；

步骤402，无人机动力补给调度子系统检测无人机的电量情况；

图5为本发明实施例的无人机动力补给调度子系统检测无人机的电量情况的作业流程示意图，如图所示，所述无人机动力补给调度子系统根据无人机上无线传输装置反馈的电流电压传感装置的剩余电量信息进行处理，并把信息发送给无人机码垛监控中心管理平台，无人机码垛监控中心管理平台再把相关的信息发送给飞行控制子系统控制无人机飞向充电区域进行补充动力，充电完成之后，无人机将充电完成的信息发送给无人机码垛监控中心管理平台进行处理，并将该无人机加入可分配作业的调度行列。

步骤403，无人机故障检测与修复子系统对无人机进行故障监测及修复；

图6为本发明实施例的无人机故障检测与修复子系统对无人机进行故障监测及修复的作业流程示意图，如图所示，

所述无人机故障检测系统，包括无人机的被控过程元件故障检测单元、传感器故障检测单元和执行器故障检测单元；所述无人机修复子系统包括无人机被控过程元件故障修复单元、传感器故障修复单元和执行器故障修复单元。

当检测到存在故障时，无人机故障检测系统检测将所述无人机的故障状况同时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台及无人机修复子系统；无人机码垛监控中心管理平台将相应无人机调度为非作业状态，同时，所述无人机修复子系统用于根据无人机的故障状况修复相应故障，并在修复完成之后，将修复完成的信息实时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台，以使相应无人机进入待作业调度状态。

步骤404，无人机运动跟踪视频定位子系统实时定位无人机所处位置；

步骤405，紧急状况处理子系统实时监测紧急情况并处理；

上述五个步骤完全独立进行。

步骤406，无人机码垛监控中心管理平台实时接收以上五个步骤反馈的信息并实时处理；

步骤407，飞行控制子系统根据无人机码垛监控中心管理平台发送的控制指令，对无人机的飞行轨迹进行控制；

步骤408，无人机进行码垛作业；该步骤包括：

步骤4081，无人机码垛抓取识别子系统对货物的尺寸及位置进行识别；

步骤4082，无人机上的抓取装置对获取进行抓取及码垛作业。

上述技术方案具有如下有益效果：

采用该无人机码垛作业系统的有益效果在于不需调整任何设备生产设备的情况下可随时重新变更作业流程，只需根据特定的需求改变无人机的飞行控制系统；通过关停无人机数量轻松提高或降低作业效率，而且可以采用一架无人机来应对多条包装流水线；采用该系统可以提高码垛作业的柔性化，并且相对于传统码垛作业节约了大量的人力物力成本，提高了码垛效率。

以上所述具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无人机码垛作业系统，其特征在于，包括：

无人机协同码垛作业子系统，用于供用户制定作业方案；

无人机运动跟踪视频定位子系统，用于实时定位无人机的三维空间坐标；

无人机码垛监控中心管理平台，与所述无人机协同码垛作业子系统以及所述无人机运动跟踪视频定位子系统通过无线信号连接，用于将作业方案数据以及实时的三维空间坐标发送给无人机飞行及作业控制子系统；

所述无人机飞行及作业控制子系统，与所述无人机码垛监控中心管理平台通过无线信号连接，用于根据该无人机码垛监控中心管理平台的指令，实时控制所述无人机的飞行轨迹；

无人机码垛抓取识别子系统，与所述无人机码垛监控中心管理平台通过无线信号连接，用于识别货物的尺寸及位置；

无人机动力补给调度子系统，与所述无人机码垛监控中心管理平台通过无线信号连接，用于实时监测所述无人机供电装置的剩余电量，当电量不足时，制定电量补充调度方案并发送至所述无人机码垛监控中心管理平台；

无人机故障检测与修复子系统，与所述无人机码垛监控中心管理平台通过无线信号连接，用于实时监测所述无人机的故障状况，并实时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台；并在修复完成之后，将修复完成的信息实时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台；

紧急状况处理子系统，与所述无人机码垛监控中心管理平台通过无线信号连接，用于当所述无人机出现紧急状况时，制定故障处理计划，并发送给所述无人机码垛监控中心管理平台。

2.根据权利要求1所述无人机码垛作业系统，其特征在于：

所述无人机包括：无人机支架主体、电机驱动控制装置、飞行控制装置、无线传输装置、电流电压传感装置、货物摄像装置、货物抓取装置、识别标记以及供电装置；

所述无人机支架主体用于承载所述电机驱动控制装置、飞行控制装置、无线传输装置、电流电压传感装置、货物摄像装置、货物抓取装置、识别标记以及供电装置；

所述电机驱动控制装置用于驱动无人机的四个电机装置，为无人机提供飞行动力；

所述飞行控制装置包括处理器装置、加速度陀螺仪装置和电子罗盘装置；所述处理器装置用于控制所述货物抓取装置及四个电机装置；所述加速度陀螺仪装置和电子罗盘装置用于采集无人机在空中飞行的状态参数；

所述电流电压传感装置用于实时监测无人机供电装置的剩余电量；

所述货物摄像装置用于实时对货物进行图像采集；

所述抓取装置用于抓取需要码垛的货物；

所述识别标记用于为所述无人机运动跟踪视频定位子系统提供识别依据；

所述供电装置为飞行控制装置、无线传输装置、电流电压传感装置、货物摄像装置、抓取装置、电机装置供电；

所述无线传输装置用于该无人机与所述无人机码垛监控中心管理平台之间的数据交互。

3.根据权利要求2所述无人机码垛作业系统，其特征在于：

所述无人机码垛抓取识别子系统，包括机载图像识别装置、图像处理装置以及机载的抓取控制装置；所述图像识别装置安装在无人机机身上，用于对货物的尺寸及位置进行识别，并将识别数据传输给图像处理装置；图像处理装置与所述无人机码垛监控中心管理平台相连。

4.根据权利要求2所述无人机码垛作业系统，其特征在于：

所述无人机运动跟踪视频定位子系统，包括运动捕捉摄像装置、有源以太网PoE交换机装置、上传交换机装置和运动跟踪单元；

其中运动捕捉摄像装置用于对无人机作业过程中的运动轨迹进行捕捉；

所述PoE交换机装置与多个运动捕捉摄像装置相连，用于将运动捕捉摄像装置采集到的无人机运动轨迹数据进行收集并传输给所述上传交换机装置；

所述上传交换机装置与多个所述PoE交换机连接，用于并将所述无人机运动轨迹数据上传给所述运动跟踪单元；

所述运动跟踪单元用于将所述无人机运动轨迹数据发送给所述无人机码垛监控中心管理平台。

5.根据权利要求2所述无人机码垛作业系统，其特征在于：

所述无人机故障检测与修复子系统包括无人机故障检测系统与无人机故障修复系统；

所述无人机故障检测系统，包括无人机的被控过程元件故障检测单元、传感器故障检测单元和执行器故障检测单元；所述无人机修复子系统包括无人机被控过程元件故障修复单元、传感器故障修复单元和执行器故障修复单元；

无人机故障检测系统检测将所述无人机的故障状况同时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台及无人机修复子系统；

所述无人机修复子系统用于根据无人机的故障状况修复相应故障，并在修复完成之后，将修复完成的信息实时发送给所述无人机码垛监控中心管理平台。

6.根据权利要求2所述无人机码垛作业系统，其特征在于：

所述无人机动力补给调度子系统，通过所述无线传输装置获取所述无人机供电装置的剩余电量。

7.根据权利要求2所述无人机码垛作业系统，其特征在于：

所述无人机飞行及作业控制子系统包括无人机飞行控制平台和无线信号发射装置；

所述的无人机飞行控制平台用于实时监测所述无人机的飞行控制装置采集的无人机在空中飞行的状态参数，并根据该状态参数及所述作业方案实时生成控制命令；

所述无线信号发射装置用于通过所述无人机上的无线传输装置发送所述控制命令。