CN107878751A - 智能无人机定位停放系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种智能无人机定位停放系统及其工作方法，包括：定位块设置在无人机停机坪中心部位，定位块和无人机底部的起落架的凹陷部相配合，从而保证无人机能够稳固停靠在无人机停机坪上，在定位块四周设置限位环，限位环每隔一定距离开设限位凹槽，用于固定无人机，无人机停机坪与基座通过立柱相互连接。本发明为人工智能环境下无人机的使用提供了创新的可行的解决方案。

Description

智能无人机定位停放系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及智能无人机控制领域，尤其涉及一种智能无人机定位停放系统及其工作方法。

背景技术

当今社会无人机应用到越来越多的行业，其发挥的作用逐渐显现，由于无人机通过电能提供其动力系统的稳定工作，虽然无人机在工作中带来了方便，但是其续航问题始终无法彻底解决，而且当无人机应用在例如外卖、快递、物流或者相关配送领域时，到达相应终点位置，没有停放装置，也没有充电设备保证无人机能够安全着陆并且安全返航，这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种智能无人机定位停放系统及其工作方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种智能无人机定位停放系统，包括：定位块1、限位环2、无人机停机坪3、立柱4、固定鳍5、基座6和限位凹槽7；

定位块1设置在无人机停机坪3中心部位，定位块1和无人机底部的起落架的凹陷部相配合，从而保证无人机能够稳固停靠在无人机停机坪3上，在定位块1四周设置限位环2，限位环2每隔一定距离开设限位凹槽7，用于固定无人机，无人机停机坪3与基座6通过立柱4相互连接，立柱4轴向与基座6通过固定鳍5固定连接，用于保证基座6的稳定，定位块1为无人机充电，该定位块1功能为充电插座或者无线充电线圈。

所述的智能无人机定位停放系统，优选的，还包括所述定位块1为圆锥形凸起，且在限位环设置磁性部件，涂覆高亮颜色便于摄像头抓取该圆锥形顶端，以便于无人机更准确的定位，

所述的智能无人机定位停放系统，优选的，还包括：立柱4为多节套接结构，每一节立柱中空形状且下部为外螺纹结构，该外螺纹结构与另一节连接的立柱上部的内螺纹相配合，从而达到紧固的效果，每一节立柱的两端分别为公头和母头，公头设置为凸起的硬质导体，而母头设置为相对应凸起的硬质导体的凹陷，该凹陷为金属片，两节立柱套接状态下，一节的公头能和另一节的母头刚好对接，立柱中间设置导线，连接这一节立柱的公头和母头。从而将电能传输到定位块1为无人机充电。

所述的智能无人机定位停放系统，优选的，所述无人机包括：第一控制器、第一缓存模块、第一存储模块、第一GPS定位模块、无线电接收模块、第一电源管理模块、第一串口通讯模块和摄像模块；

第一控制器缓存数据收发端连接第一缓存模块数据收发端，第一控制器存储信号端连接第一存储模块存储信号端，第一GPS定位模块信号端连接第一控制器GPS信号端，无线电接收模块信号端连接第一控制器无线电信号控制端，第一串口通讯模块数据传输端连接第一控制器串口信号传输端，摄像模块信号端连接第一控制器摄像信号端，第一电源管理模块分别连接第一控制器电源端、无线电接收模块电源端和摄像模块电源端。

所述的智能无人机定位停放系统，优选的，所述无人机停机坪包括：第二控制器、第二缓存模块、第二存储模块、第二GPS定位模块、无线电发射模块、第二电源管理模块和第二串口通讯模块；

第二控制器缓存数据收发端连接第二缓存模块数据收发端，第二控制器存储信号端连接第二存储模块存储信号端，第二GPS定位模块信号端连接第二控制器GPS信号端，无线电发射模块信号端连接第二控制器无线电信号控制端，第二串口通讯模块数据传输端连接第二控制器串口信号传输端，第二电源管理模块分别连接第二控制器电源端和无线电发射模块电源端。该无人机停机坪和无人机形成一个完整的技术方案，单独拿出任何部件都不能够实现无人机的准确降落和稳定充电。

本发明还公开一种智能无人机定位停放系统的工作方法，包括如下步骤：

S1，无人机向总控制系统发送请求停放无人机的指令，总控制系统根据无人机停机坪的分配和占用情况来发送无人机停机坪停放信息到无人机；如果没有可使用的无人机停机坪，总控制系统则会将该无人机安排进入无人机停机坪的预约队列中，当有无人机停机坪空闲的时候总控制系统会将该无人机停机坪分配给在预约队列中最前面等待的无人机；若干无人机停机坪在分配停放指令后，停发无人机的无人机停机坪将占用信息反馈给总控制系统；如果通过第二控制器判断后，全部停机坪被占用时，发送指令到无人机，当无人机完成工作指令或者充电完成后，无人机脱离相应的无人机停机坪时，发送空闲指令到总控制系统；当有无人机停机坪发送空闲信号后，根据若干无人机发送指令的顺序，将最先接收的占用无人机停机坪指令加入预约队列，将该空闲停机坪信息发送到最先预约的无人机，将停机坪的身份代码信息，GPS位置信息以及身份验证信息发送到该无人机；

S2，获取停机信息的无人机根据停机坪的身份代码信息，GPS位置信息以及身份验证信息飞行到该空闲停机坪，在无人机根据GPS信号飞行到停机坪近距离位置时，为了定位的准确性，该空闲停机坪通过无线电发射模块发送降落指令，无人机通过无线电接收模块获取该停机坪的无线电信号，向该空闲停机坪靠近，在接近到空闲停机坪后，为了让定位块能够与无人机底部的起落架相吻合，无人机开启摄像模块，通过第一控制器对定位块图像进行抓取计算，获取定位块的准确定位信息，从而得到目标位置将无人机执行降落操作，为了提高定位精度，定位块涂抹高亮颜色以便于抓取该定位块的图像信息，如果定位块和无人机底部的起落架完全吻合，则通过立柱的导线柱向无人机进行充电操作，如果定位块和无人机底部的起落架未完全吻合，将无人机继续保持在停机坪位置盘旋，通过摄像模块和无线电接收模块协同配合，再次降落无人机，直至定位块和无人机底部的起落架完全吻合；

S3，当无人机充电完毕或者任务执行完成后，无人机请求驶离停机坪，无人机判断周围环境是否有其他无人机，如果没有其他无人机，无人机飞离该停机坪，如果有其他无人机在附近盘旋，发送飞离信号到该其他无人机，其他无人机进行避让操作，停在停机坪上的无人机飞离，该停机坪继续发送停机坪的身份代码信息，GPS位置信息以及身份验证信息，告知其他无人机能够停放的信息。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

通过本发明的方案实现了无人机的安全停放以及在停放过程中的充电操作，保证无人机在非人为干预下能够保持不间断工作，并且实现无人机的电源供电控制操作，为人工智能环境下无人机的使用提供了创新的可行的解决方案，而且停放系统的设计节省空间，美观实用，同时设置定位块能够保证无人机在停放准确，保证充电安全。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明总体示意图；

图2是本发明使用示意图；

图3是本发明立柱示意图；

图4是本发明无人机停放流程图；

图5是本发明停机坪工作流程图；

图6是本发明无人机飞离流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1、2和3所示，本发明提供了一种智能无人机定位停放系统，包括：定位块1、限位环2、无人机停机坪3、立柱4、固定鳍5、基座6和限位凹槽7；

定位块1设置在无人机停机坪3中心部位，定位块1和无人机底部的起落架的凹陷部相配合，从而保证无人机能够稳固停靠在无人机停机坪3上，在定位块1四周设置限位环2，限位环2每隔一定距离开设限位凹槽7，用于固定无人机，无人机停机坪3与基座6通过立柱4相互连接，立柱4轴向与基座6通过固定鳍5固定连接，用于保证基座6的稳定，定位块1为无人机充电，该定位块1功能为充电插座或者无线充电线圈。

所述的智能无人机定位停放系统，优选的，还包括所述定位块1为圆锥形凸起，且在限位环设置磁性部件，涂覆高亮颜色便于摄像头抓取该圆锥形顶端，以便于无人机更准确的定位，

所述的智能无人机定位停放系统，优选的，还包括：立柱4为多节套接结构，每一节立柱中空形状且下部为外螺纹结构，该外螺纹结构与另一节连接的立柱上部的内螺纹相配合，从而达到紧固的效果，每一节立柱的两端分别为公头和母头，公头设置为凸起的硬质导体，而母头设置为相对应凸起的硬质导体的凹陷，该凹陷为金属片，两节立柱套接状态下，一节的公头能和另一节的母头刚好对接，立柱中间设置导线，连接这一节立柱的公头和母头。从而将电能传输到定位块1为无人机充电。

所述的智能无人机定位停放系统，优选的，所述无人机包括：第一控制器、第一缓存模块、第一存储模块、第一GPS定位模块、无线电接收模块、第一电源管理模块、第一串口通讯模块和摄像模块；

第一控制器缓存数据收发端连接第一缓存模块数据收发端，第一控制器存储信号端连接第一存储模块存储信号端，第一GPS定位模块信号端连接第一控制器GPS信号端，无线电接收模块信号端连接第一控制器无线电信号控制端，第一串口通讯模块数据传输端连接第一控制器串口信号传输端，摄像模块信号端连接第一控制器摄像信号端，第一电源管理模块分别连接第一控制器电源端、无线电接收模块电源端和摄像模块电源端。

所述的智能无人机定位停放系统，优选的，所述无人机停机坪包括：第二控制器、第二缓存模块、第二存储模块、第二GPS定位模块、无线电发射模块、第二电源管理模块和第二串口通讯模块；

第二控制器缓存数据收发端连接第二缓存模块数据收发端，第二控制器存储信号端连接第二存储模块存储信号端，第二GPS定位模块信号端连接第二控制器GPS信号端，无线电发射模块信号端连接第二控制器无线电信号控制端，第二串口通讯模块数据传输端连接第二控制器串口信号传输端，第二电源管理模块分别连接第二控制器电源端和无线电发射模块电源端。该无人机停机坪和无人机形成一个完整的技术方案，单独拿出任何部件都不能够实现无人机的准确降落和稳定充电。

无人机停放柱是一个供无人机停放以及充电的智能设备。一般不单独设立，而是多个停放柱编排设立到公共场所如商场、酒店、步行街等旁边。当用户需要使用无人机停放柱时，可以通过智能手机、电脑等设备发出请求，远程服务器接收到请求后会根据当前无人机的型号、无人机离停放柱阵列的距离和停放柱的已分配情况来自行决定将哪一个停放柱分配给该无人机。然后服务器会将该停放柱的ID信息和GPS位置信息发送给无人机，使无人机飞行到大致区域距离目标10米以内。当距离较近时，无人机能根据探测到的停放柱发出的无线电信号来找到对应的停放柱。当无人机距离停放柱非常近距离小于1米的时候，无人机会使用底部的摄像头进行精准定位，从而对接到停放柱上面的充电接口。根据用户设置，可以在无人机充电完成后自动驶离无人机停放柱，或者由用户控制无人机驶离无人机停放柱的时间。

无人机停放柱的充电触点位于一个圆锥形凸起的顶端，圆锥形凸起能刚好和无人机底部下凹的部分相吻合，这个设计能够让无人机与停放柱对接时不需要完全精准，只需要部分接触到就可以自然滑落到停机柱的中心部分。而外面一圈的环是磁吸式设计，同样能和无人机底部的设计吻合，不仅能通过磁力使无人机能更容易对接到这个接口，同时还能在一定程度上减少充电过程中外界环境比如风的干扰。半球形凸起除了顶端的触点部分是裸露的金属，其余部分使用着色较鲜艳的颜色，如红色的光滑的绝缘体，方便近距离对接时无人机上面的摄像头能轻易捕捉到该对接接口的位置。

无人机停机柱的柱体采用分段式设计，因此可以根据实际情况来调整停机柱的高度，并且安装简单，除了底座部分需要接通电源，其他部分都不需要排线，直接将下面一节的凸起金属柱体插接到上面一节的下凹的部分、旋紧即可。

电路模块分为两个部分，一个是无人机上面与对接、充电相关的模块；另一个是无人机停放柱上面的电路模块。

1无人机部分

1.无人机嵌入式CPU：负责进行所有的数据运算，包括保持无人机稳定运行的基本运算、根据GPS信息来计算无人机的行进方向、根据多个无线电接收器接收到的无线电信号来计算信号发生源的空间位置、根据拍摄到的图像来综合判断目标方向和距离等。

2.RAM：为CPU的运行提供高速的数据存储空间。

3.ROM：存储嵌入式操作系统和一些需要长期保存的数据。

4.GPS定位模块：获取无人机的GPS位置。

5.无线电接收模块：用于接收无线电信号的模块，包含3个或以上的无线电接收器，将接收到的信号交由模块6处理。

6.无线电定位信息处理模块：根据多个接收器在无人机上的布局和他们接收到目标同一无线电发射装置的信号强弱来计算出该目标的空间位置。

7.高速串口通讯模块：其他使各个模块之间能够高速传输数据的模块。

8.摄像模块：摄像头位于无人机底部，在无人机距离无人机停放柱非常近小于1m时拍摄图像，然后通过CPU运算行进方向，使无人机能精确停放在无人机停放柱上。

9.电源管理：管理无人机运行时的供电。

2无人机停放系统部分，

1.停放系统嵌入式CPU：负责无人机停放柱运行的核心模块，功能包括计算和存储自身的GPS位置、更改和保存ID信息、与服务器之间同步设置信息。

2.RAM：为CPU的运行提供高速存储空间。

3.ROM：保存嵌入式CPU的操作系统、无人机停放柱的ID和位置信息等。

4.GPS定位模块：获取自身的GPS位置。

5.无线电发射模块：持续发射无线电信号，使无人机能在距离较近时根据无线电信号来计算出该停放柱的位置。

6.电源管理模块：管理无人机停放柱运行时所要的供电和给无人机充电时的供电。

7.高速串口通讯模块：使其他各个模块之间能够高速通讯。

二、系统使用流程概述

根据该系统的工作流程可以将系统的使用过程分为三个阶段，分别是：

1用户发出请求，使用无人机停放柱。

2无人机向无人机停放柱飞行并且对接，进行充电。

3无人机完成充电过程或者用户提出请求，无人机驶离无人机停放柱。

如图4至6所示，本发明还公开一种工作方法，包括如下步骤：

S1，无人机向总控制系统发送请求停放无人机的指令，总控制系统根据无人机停机坪的分配和占用情况来发送无人机停机坪停放信息到无人机；如果没有可使用的无人机停机坪，总控制系统则会将该无人机安排进入无人机停机坪的预约队列中，当有无人机停机坪空闲的时候总控制系统会将该无人机停机坪分配给在预约队列中最前面等待的无人机；若干无人机停机坪在分配停放指令后，停发无人机的无人机停机坪将占用信息反馈给总控制系统；如果通过第二控制器判断后，全部停机坪被占用时，发送指令到无人机，当无人机完成工作指令或者充电完成后，无人机脱离相应的无人机停机坪时，发送空闲指令到总控制系统；当有无人机停机坪发送空闲信号后，根据若干无人机发送指令的顺序，将最先接收的占用无人机停机坪指令加入预约队列，将该空闲停机坪信息发送到最先预约的无人机，将停机坪的身份代码信息，GPS位置信息以及身份验证信息发送到该无人机；

S2，获取停机信息的无人机根据停机坪的身份代码信息，GPS位置信息以及身份验证信息飞行到该空闲停机坪，在无人机根据GPS信号飞行到停机坪近距离位置时，为了定位的准确性，该空闲停机坪通过无线电发射模块发送降落指令，无人机通过无线电接收模块获取该停机坪的无线电信号，向该空闲停机坪靠近，在接近到空闲停机坪后，为了让定位块能够与无人机底部的起落架相吻合，无人机开启摄像模块，通过第一控制器对定位块图像进行抓取计算，获取定位块的准确定位信息，从而得到目标位置将无人机执行降落操作，为了提高定位精度，定位块涂抹高亮颜色以便于抓取该定位块的图像信息，如果定位块和无人机底部的起落架完全吻合，则通过立柱的导线柱向无人机进行充电操作，如果定位块和无人机底部的起落架未完全吻合，将无人机继续保持在停机坪位置盘旋，通过摄像模块和无线电接收模块协同配合，再次降落无人机，直至定位块和无人机底部的起落架完全吻合；

S3，当无人机充电完毕后，无人机请求驶离停机坪，无人机判断周围环境是否有其他无人机，如果没有其他无人机，无人机飞离该停机坪，如果有其他无人机在附近盘旋，发送飞离信号到该其他无人机，其他无人机进行避让操作，停在停机坪上的无人机飞离，该停机坪继续发送停机坪的身份代码信息，GPS位置信息以及身份验证信息，告知其他无人机能够停放的信息。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种智能无人机定位停放系统，其特征在于，包括：定位块(1)、限位环(2)、无人机停机坪(3)、立柱(4)、固定鳍(5)、基座(6)和限位凹槽(7)；

定位块(1)设置在无人机停机坪(3)中心部位，定位块(1)和无人机底部的起落架的凹陷部相配合，从而保证无人机能够稳固停靠在无人机停机坪(3)上，在定位块(1)四周设置限位环(2)，限位环(2)每隔一定距离开设限位凹槽(7)，用于固定无人机，无人机停机坪(3)与基座(6)通过立柱(4)相互连接，立柱(4)轴向与基座(6)通过固定鳍(5)固定连接，用于保证基座(6)的稳定，定位块(1)为无人机充电，该定位块(1)功能为充电插座或者无线充电线圈。

2.根据权利要求1所述的智能无人机定位停放系统，其特征在于，还包括所述定位块(1)为圆锥形凸起。

3.根据权利要求1所述的智能无人机定位停放系统，其特征在于，还包括：立柱(4)为多节套接结构，每一节立柱中空形状且下部为外螺纹结构，该外螺纹结构与另一节连接的立柱上部的内螺纹相配合，从而达到紧固的效果，立柱中部设置导线柱，从而将电能传输到定位块(1)为无人机充电。

4.根据权利要求1所述的智能无人机定位停放系统，其特征在于，所述无人机包括：第一控制器、第一缓存模块、第一存储模块、第一GPS定位模块、无线电接收模块、第一电源管理模块、第一串口通讯模块和摄像模块；

第一控制器缓存数据收发端连接第一缓存模块数据收发端，第一控制器存储信号端连接第一存储模块存储信号端，第一GPS定位模块信号端连接第一控制器GPS信号端，无线电接收模块信号端连接第一控制器无线电信号控制端，第一串口通讯模块数据传输端连接第一控制器串口信号传输端，摄像模块信号端连接第一控制器摄像信号端，第一电源管理模块分别连接第一控制器电源端、无线电接收模块电源端和摄像模块电源端。

5.根据权利要求1所述的智能无人机定位停放系统，其特征在于，所述无人机停机坪包括：第二控制器、第二缓存模块、第二存储模块、第二GPS定位模块、无线电发射模块、第二电源管理模块和第二串口通讯模块；

第二控制器缓存数据收发端连接第二缓存模块数据收发端，第二控制器存储信号端连接第二存储模块存储信号端，第二GPS定位模块信号端连接第二控制器GPS信号端，无线电发射模块信号端连接第二控制器无线电信号控制端，第二串口通讯模块数据传输端连接第二控制器串口信号传输端，第二电源管理模块分别连接第二控制器电源端和无线电发射模块电源端。

6.一种智能无人机定位停放系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，无人机向总控制系统发送请求停放无人机的指令，总控制系统根据无人机停机坪的分配和占用情况来发送无人机停机坪停放信息到无人机；如果没有可使用的无人机停机坪，总控制系统则会将该无人机安排进入无人机停机坪的预约队列中，当有无人机停机坪空闲的时候总控制系统会将该无人机停机坪分配给在预约队列中最前面等待的无人机；若干无人机停机坪在分配停放指令后，停发无人机的无人机停机坪将占用信息反馈给总控制系统；如果通过第二控制器判断后，全部停机坪被占用时，发送指令到无人机，当无人机完成工作指令或者充电完成后，无人机脱离相应的无人机停机坪时，发送空闲指令到总控制系统；当有无人机停机坪发送空闲信号后，根据若干无人机发送指令的顺序，将最先接收的占用无人机停机坪指令加入预约队列，将该空闲停机坪信息发送到最先预约的无人机，将停机坪的身份代码信息，GPS位置信息以及身份验证信息发送到该无人机；

S2，获取停机信息的无人机根据停机坪的身份代码信息，GPS位置信息以及身份验证信息飞行到该空闲停机坪，在无人机根据GPS信号飞行到停机坪近距离位置时，为了定位的准确性，该空闲停机坪通过无线电发射模块发送降落指令，无人机通过无线电接收模块获取该停机坪的无线电信号，向该空闲停机坪靠近，在接近到空闲停机坪后，为了让定位块能够与无人机底部的起落架相吻合，无人机开启摄像模块，通过第一控制器对定位块图像进行抓取计算，获取定位块的准确定位信息，从而得到目标位置将无人机执行降落操作，为了提高定位精度，定位块涂抹高亮颜色以便于抓取该定位块的图像信息，如果定位块和无人机底部的起落架完全吻合，则通过立柱的导线柱向无人机进行充电操作，如果定位块和无人机底部的起落架未完全吻合，将无人机继续保持在停机坪位置盘旋，通过摄像模块和无线电接收模块协同配合，再次降落无人机，直至定位块和无人机底部的起落架完全吻合；

S3，当无人机充电完毕或者任务执行完成后，无人机请求驶离停机坪，无人机判断周围环境是否有其他无人机，如果没有其他无人机，无人机飞离该停机坪，如果有其他无人机在附近盘旋，发送飞离信号到该其他无人机，其他无人机进行避让操作，停在停机坪上的无人机飞离，该停机坪继续发送停机坪的身份代码信息，GPS位置信息以及身份验证信息，告知其他无人机能够停放的信息。