CN107402584A - 基于着陆引导的无人机物流站点及物流方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于着陆引导的无人机物流站点及物流方法，属于无人机技术领域。包括停机位、合作标志、货箱解锁器，货物传送设备、中心控制器、供电单元、具有电子标签的货箱；无人机包括机载着陆引导模块、货箱。合作标志与停机位一一对应，采用视觉引导方式使无人机的下降直至着陆在停机位上，货箱解锁器扫描货箱的电子标签，验证后打开电子锁，进行货箱的装卸。提高了自动化程度和作业效率，减少了着陆和人工卸货带来的误操作事故，且具有多种灵活方便的实现方式。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机物流站，具体地涉及一种基于视觉导航的无人机物流站。属于无人机技术领域。
背景技术
随着无人机技术的发展，其使用领域不断增加，无人机在植保、物流、电力巡线等方面都执行大量的作业，无人机发展的下一个阶段即是无人机机器人，其高度自动化智能化可替代人工完成更多精细复杂的任务，其中物资的运输即物流是无人机的重要应用领域，我国部分农村地区已经开展无人机物流试点，然而其自主化程度很大程度上取决于物流站点的设计，尤其是无人值守的无人机物流站点仍是一个需要解决的技术问题，视觉导航下的自主引导带来了无人机物流效能和应用潜力。现有无人机物流站点多为无人机落地后人工摘取货箱，不利于智能化集中操作，且对地面环境要求较高，容易出现着陆事故或人为误操作，导致无人机受损、人员受伤或货物遗失等。无人机挂载的物资实现自动投递有助于减少人力和误操作，对于实现高自主性和无人机物流具有至关重要的意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于着陆引导的无人机物流站点及物流方法：
物流站点包括停机位、合作标志、货箱解锁器，货物传送设备、中心控制器、供电单元、具有电子标签的货箱；无人机包括机载着陆引导模块、货箱，所述无人机是垂直起降无人机；其中，
合作标志，是具有特定排列方式的并且亮度区分于背景的一组LED灯，用于配合无人机机载着陆引导模块引导无人机降落于指定停机位上；合作标志与停机位一一对应；当停机位被占用时，该停机位对应的合作标志熄灭；当停机位空闲时，其合作标志亮起；
停机位，是无人机降落的指定位置；
货物传送设备，用于传送无人机卸下的货物至指定位置，以及将待寄出的货物传送至无人机货箱相应位置；
具有电子标签的货箱，用于封装待运输的物品，并且每个物流任务对应唯一电子标签；
货箱，用于承载待运输的物资；货箱具有电子锁，该电子锁的解锁由货箱解锁器完成；电子锁用于将货箱锁定于无人机上；
机载着陆引导模块，用于搜索合作标志并引导无人机降落于指定停机位上；
机载着陆引导模块，包括机载摄像头、机载解算模块、卫星定位模块；机载摄像头、卫星定位模块分别与机载解算模块相连；
各站点的合作标志、卫星定位数据预存在机载解算模块中；
机载摄像头，用于拍摄无人机下方环境图像，机载摄像头保持下视；
卫星定位模块，用于获取无人机当前卫星定位信息；
机载解算模块与无人机飞行控制系统相连；用于将卫星定位模块、机载摄像头数据进行融合计算，并发送给无人机飞行控制系统，以控制无人机进场下降和着陆及调整无人机姿态；各物流站点的停机位的合作标志、每个合作标志与其对应的停机位之间的位置关系、各物流站点的卫星定位数据预存在机载解算模块中；
中心控制器与货物传送设备、电子锁连接，中心控制器用于控制和驱动各部分进行操作；中心控制器中存储电子标签与物流任务信息的对应关系，每个物流任务信息包括寄件方姓名、地址、电话，收件方姓名、地址、电话；
供电单元，用于为本站点各部分提供电源。
一种基于着陆引导的无人机物流方法，包括如下步骤：
物流站点停机位设置合作标志；且每个停机位采用唯一的合作标志；当停机位被占用时，该停机位对应的合作标志熄灭；当停机位空闲时，其合作标志亮起；
无人机起飞前，根据本次物流任务的目的地的卫星定位数据进行路径规划；
无人机起飞，按照规划的路线逐渐靠近该目的地位置，并进行自动避障，机载摄像头在采集的地面图像中搜索空闲停机位的合作标志，当发现合作标志后启动无人机下降，并在下降过程中持续锁定合作标志，采用视觉引导方式使无人机的下降方向指向停机位，直至着陆在停机位上；
当无人机降落至停机位，停机位上的货箱解锁器扫描货箱的电子标签，并与中心控制器通信，读取该电子标签的收件方信息，验证该货箱本次物流任务的目的地是否为本站点：
若是本站点则货箱解锁器打开货箱电子锁，货箱从无人机上卸下，中心控制器启动货物传送设备，货物传送设备将货箱运至指定位置等待下一步操作(如等待收件人前来提取，如果大箱内还有若干小包裹则人工或机器自动拆解货箱)；当货箱从无人机上卸下后，货物传送设备将该站点待寄出的下一个货箱运送至无人机，货箱固定于无人机上，货箱电子锁关闭，中心控制器根据收件方信息更新该货箱的电子标签，货箱挂载于无人机，等待起飞执行新的物流任务。
若目的地不是本站点，则解锁器不打开电子锁，无人机继续起飞执行原物流任务。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的采用视觉引导的无人机物流站点及方法，提供了无人机物流与地面作业进行衔接的途径，提高了自动化程度，特别适用物流站点化作业，减少了着陆和人工卸货带来的误操作事故，且具有多种灵活方便的实现方式，有效提高了无人机物流的作业效率。
附图说明
图1是本发明所述站点所用无人机组成示意图；
图2是本发明所述站点地面部分组成示意图；
其中：1-停机位、2-合作标志(点亮的LED灯)、3-货箱解锁器、4-货物传送设备、5-货箱(已投递)、6-电子标签。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明加以详细说明，同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
下面结合实施例和图1和图2对本发明所述一种基于着陆引导的无人机物流站点进一步解释，所述站点包括停机位、合作标志、货箱解锁器，货物传送设备、中心控制器、供电单元、具有电子标签的货箱；无人机包括机载着陆引导模块、货箱，所述无人机是垂直起降无人机；其中，
合作标志，是具有特定排列方式的并且亮度区分于背景的一组LED灯，用于配合无人机着陆引导模块引导无人机降落于指定停机位上；合作标志与停机位一一对应；当停机位被占用时，该停机位对应的合作标志熄灭；当停机位空闲时，其合作标志亮起；进一步地，合作标志包括多个LED灯、灯阵控制器；多个LED灯均匀排列且固定在围墙顶部，所述LED灯是采用LED构成的圆形发光体或者条带形发光体；各LED灯的电源线分别通过灯阵控制器与供电单元连接；灯阵控制器用于控制各LED灯的亮灭。所述LED灯是由条状LED灯带盘绕而成的实心圆形发光体，每个LED灯的直径至少为300mm；LED灯的数量大于4；其圆心之间的间距大于等于LED灯半径的3倍。每个LED灯的光度大于等于113000lm。
停机位，是无人机降落的指定位置；进一步地，每个停机位都具有无人机固定装置，用于将无人机固定于停机位上。
货物传送设备，用于传送无人机卸下的货物至指定位置，以及将待寄出的货物传送至无人机货箱相应位置；
具有电子标签的货箱，用于封装待运输的物品，并且每个物流任务对应唯一电子标签；例如，货箱外表面设有液晶屏幕，电子标签显示在货箱的液晶屏幕上。
货箱，用于承载待运输的物资；货箱具有电子锁，该电子锁的解锁由货箱解锁器完成；电子锁用于将货箱锁定于无人机上；
着陆引导模块，用于搜索合作标志并引导无人机降落于指定停机位上；
着陆引导模块，包括机载摄像头、机载解算模块、卫星定位模块；机载摄像头、卫星定位模块分别与机载解算模块相连；
各站点的合作标志、卫星定位数据预存在机载解算模块中；
机载摄像头，用于拍摄无人机下方环境图像，机载摄像头保持下视；
卫星定位模块，用于获取无人机当前卫星定位信息；
机载解算模块与无人机飞行控制系统相连；用于将卫星定位模块、机载摄像头数据进行融合计算，并发送给无人机飞行控制系统，以控制无人机进场下降和着陆及调整无人机姿态；各物流站点的停机位的合作标志、每个合作标志与其对应的停机位之间的位置关系、各物流站点的卫星定位数据预存在机载解算模块中；
中心控制器与货物传送设备、电子锁连接，中心控制器用于控制和驱动各部分进行操作；中心控制器中存储电子标签与物流任务信息的对应关系，每个物流任务信息包括寄件方姓名、地址、电话，收件方姓名、地址、电话；进一步地，物流任务信息中包括取件码，取件码为二维码或密码。
供电单元，用于为本站点各部分提供电源。
无人机上设置自动避障模块，且与无人机飞行控制系统相连，用于防止无人机相撞。
相应地，
一种基于着陆引导的无人机物流方法，包括如下步骤：
物流站点停机位设置合作标志；且每个停机位采用唯一的合作标志；当停机位被占用时，该停机位对应的合作标志熄灭；当停机位空闲时，其合作标志亮起；
无人机起飞前，根据本次物流任务的目的地的卫星定位数据进行路径规划；
无人机起飞，按照规划的路线逐渐靠近该目的地位置，并进行自动避障，机载摄像头在采集的地面图像中搜索空闲停机位的合作标志，当发现合作标志后启动无人机下降，并在下降过程中持续锁定合作标志，采用视觉引导方式使无人机的下降方向指向停机位，直至着陆在停机位上；
当无人机降落至停机位，停机位上的货箱解锁器扫描货箱的电子标签，并与中心控制器通信，读取该电子标签的收件方信息，验证该货箱本次物流任务的目的地是否为本站点：
若是本站点则货箱解锁器打开货箱电子锁，货箱从无人机上卸下，中心控制器启动货物传送设备，货物传送设备将货箱运至指定位置等待下一步操作(如等待收件人前来提取，如果大箱内还有若干小包裹则人工或机器自动拆解货箱)；当货箱从无人机上卸下后，货物传送设备将该站点待寄出的下一个货箱运送至无人机，货箱固定于无人机上，货箱电子锁关闭，中心控制器根据收件方信息更新该货箱的电子标签，货箱挂载于无人机，等待起飞执行新的物流任务。
若目的地不是本站点，则解锁器不打开电子锁，无人机继续起飞执行原物流任务。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换和替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于着陆引导的无人机物流站点，其特征在于，包括停机位、合作标志、货箱解锁器，货物传送设备、中心控制器、供电单元、具有电子标签的货箱；无人机包括机载着陆引导模块、货箱，所述无人机是垂直起降无人机；其中，
合作标志，是具有特定排列方式的并且亮度区分于背景的一组LED灯，用于配合无人机机载着陆引导模块引导无人机降落于指定停机位上；合作标志与停机位一一对应；当停机位被占用时，该停机位对应的合作标志熄灭；当停机位空闲时，其合作标志亮起；
停机位，是无人机降落的指定位置；
货物传送设备，用于传送无人机卸下的货物至指定位置，以及将待寄出的货物传送至无人机货箱相应位置；
具有电子标签的货箱，用于封装待运输的物品，并且每个物流任务对应唯一电子标签；
货箱，用于承载待运输的物资；货箱具有电子锁，该电子锁的解锁由货箱解锁器完成；电子锁用于将货箱锁定于无人机上；
机载着陆引导模块，用于搜索合作标志并引导无人机降落于指定停机位上；
机载着陆引导模块，包括机载摄像头、机载解算模块、卫星定位模块；机载摄像头、卫星定位模块分别与机载解算模块相连；
各站点的合作标志、卫星定位数据预存在机载解算模块中；
机载摄像头，用于拍摄无人机下方环境图像，机载摄像头保持下视；
卫星定位模块，用于获取无人机当前卫星定位信息；
机载解算模块与无人机飞行控制系统相连；用于将卫星定位模块、机载摄像头数据进行融合计算，并发送给无人机飞行控制系统，以控制无人机进场下降和着陆及调整无人机姿态；各物流站点的停机位的合作标志、每个合作标志与其对应的停机位之间的位置关系、各物流站点的卫星定位数据预存在机载解算模块中；
中心控制器与货物传送设备、电子锁连接，中心控制器用于控制和驱动各部分进行操作；中心控制器中存储电子标签与物流任务信息的对应关系，每个物流任务信息包括寄件方姓名、地址、电话，收件方姓名、地址、电话；
供电单元，用于为本站点各部分提供电源。
2.一种基于着陆引导的无人机物流方法，其特征在于，包括如下步骤：
物流站点停机位设置合作标志；且每个停机位采用唯一的合作标志；当停机位被占用时，该停机位对应的合作标志熄灭；当停机位空闲时，其合作标志亮起；
无人机起飞前，根据本次物流任务的目的地的卫星定位数据进行路径规划；
无人机起飞，按照规划的路线逐渐靠近该目的地位置，并进行自动避障，机载摄像头在采集的地面图像中搜索空闲停机位的合作标志，当发现合作标志后启动无人机下降，并在下降过程中持续锁定合作标志，采用视觉引导方式使无人机的下降方向指向停机位，直至着陆在停机位上；
当无人机降落至停机位，停机位上的货箱解锁器扫描货箱的电子标签，并与中心控制器通信，读取该电子标签的收件方信息，验证该货箱本次物流任务的目的地是否为本站点：
若是本站点则货箱解锁器打开货箱电子锁，货箱从无人机上卸下，中心控制器启动货物传送设备，货物传送设备将货箱运至指定位置等待下一步操作(如等待收件人前来提取，如果大箱内还有若干小包裹则人工或机器自动拆解货箱)；当货箱从无人机上卸下后，货物传送设备将该站点待寄出的下一个货箱运送至无人机，货箱固定于无人机上，货箱电子锁关闭，中心控制器根据收件方信息更新该货箱的电子标签，货箱挂载于无人机，等待起飞执行新的物流任务；
若目的地不是本站点，则解锁器不打开电子锁，无人机继续起飞执行原物流任务。
3.如权利要求1所述一种基于着陆引导的无人机物流站点，其特征在于，无人机上设置自动避障模块，且与无人机飞行控制系统相连，用于防止无人机相撞。
4.如权利要求1所述一种基于着陆引导的无人机物流站点，其特征在于，货箱外表面设有液晶屏幕，电子标签显示在货箱的液晶屏幕上。
5.如权利要求1所述一种基于着陆引导的无人机物流站点，其特征在于，物流任务信息中包括取件码，取件码为二维码或密码。
6.如权利要求1所述一种基于着陆引导的无人机物流站点，其特征在于，每个停机位都具有无人机固定装置，用于将无人机固定于停机位上。
7.如权利要求1所述一种基于着陆引导的无人机物流站点，其特征在于，合作标志包括多个LED灯、灯阵控制器；
多个LED灯均匀排列且固定在围墙顶部，所述LED灯是采用LED构成的圆形发光体或者条带形发光体；各LED灯的电源线分别通过灯阵控制器与供电单元连接；灯阵控制器用于控制各LED灯的亮灭。
8.如权利要求1所述一种基于着陆引导的无人机物流站点，其特征在于，所述LED灯是由条状LED灯带盘绕而成的实心圆形发光体，每个LED灯的直径至少为300mm；LED灯的数量大于4；其圆心之间的间距大于等于LED灯半径的3倍。
9.如权利要求1所述一种基于着陆引导的无人机物流站点，其特征在于，每个LED灯的光度大于等于113000lm。
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