CN108001698A - 无人值守的智能无人机回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无人值守的智能无人机回收系统，包括充电接口位于支撑脚上的四旋翼无人机和由支架、驱动机构、保护罩和的台板组成的机库，还包括与机库匹配的机库控制系统和自动充电系统；所述机库控制系统包括与驱动机构匹配的控制器，所述控制器上还连接有通信装置、限位开关和至少两个安装在台板上的摄像头；所述自动充电系统包括与无人机飞控系统连接的DSP，所述DSP上还连接有设置在无人机底部的摄像头组，还包括与无人机支撑脚匹配的设置在台板上的充电桩，所述充电桩中心设置有与摄像头组匹配的标识图像。解决由于无人机经常需要布设在环境恶劣的地方，有时难以对无人机机库进行人工操控的问题。

Description

无人值守的智能无人机回收系统
技术领域
本发明涉及一种无人机系统，具体涉及无人值守的智能无人机回收系统。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。
由于无人机经常需要布设在环境恶劣的地方，有时难以对无人机机库进行人工操控，因此也很难在这些地方布设无人机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是由于无人机经常需要布设在环境恶劣的地方，有时难以对无人机机库进行人工操控，目的在于提供无人值守的智能无人机回收系统，解决由于无人机经常需要布设在环境恶劣的地方，有时难以对无人机机库进行人工操控的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
无人值守的智能无人机回收系统，包括充电接口位于支撑脚上的四旋翼无人机和由支架、与支架连接的驱动机构、与驱动机构匹配的保护罩和与保护罩匹配的台板组成的机库，还包括与机库匹配的机库控制系统和自动充电系统；所述机库控制系统包括与驱动机构匹配的控制器，所述控制器上还连接有通信装置、限位开关和至少两个安装在台板上的摄像头；所述自动充电系统包括与无人机飞控系统连接的DSP，所述DSP上还连接有设置在无人机底部镜头垂直水平面向下的摄像头组，还包括与无人机支撑脚匹配的设置在台板上的充电桩，所述充电桩中心设置有与摄像头组匹配的标识图像；
驱动机构：接收控制器发送的控制信号进行动作；
控制器：接收通信装置发送开启信号和关闭信号，发送控制信号到驱动机构控制驱动机构工作；接收限位开关发送的完成信号，控制驱动机构停止工作
通信装置：接收外界发送的开启信号和关闭信号，将开启信号和关闭信号发送到控制器；
限位开关：采集位置信号，判断保护罩是否达到预设的位置，当保护罩达到预设位置后触发完成信号发送到控制器；
飞控系统：接收DSP发送水平偏差参数，根据水平偏差参数控制无人机飞行；
DSP：接收摄像头组发送的标识图像数据，处理后生成无人机与标识图像的水平偏差参数；
摄像头组：向地面拍摄照片生成标识图像参数发送到DSP。
无人机一般停放在台板上，当无人机需要起飞时，控制中心通过通信装置发送开启信号到控制器，控制器控制驱动机构驱动保护罩开启，直到保护罩开启到触发限位开关的位置，限位开关发送完成信号到控制器，控制器控制驱动机构停止工作，无人机可直接起飞；当无人机降落到台板上后，控制中心通过通信装置发送关闭信号到控制器，控制器控制驱动机构驱动保护罩关闭，直到保护罩关闭到触发限位开关的位置，限位开关发送完成信号到控制器，控制器控制驱动机构停止工作，无人机位于保护罩内，不受外界环境的干扰，同时，设置在台板上的摄像头检测到无人机是否在指定区域内完成着落，完成后发送触发信号到控制器，控制器接收触发信号后控制驱动机构关闭保护罩。自动充电系统基于图像识别技术，由摄像头组识别充电桩的标识图像，将标识图像发送到DSP进行处理，计算无人机与标识图像的水平误差，飞控系统根据水平误差控制无人机动作；当无人机飞到充电桩正上方时，开始降落，使设置在无人机底部的充电接口与充电桩连接，对无人机进行充电。
所述无人机上还设置有与DSP连接的近场信号接收装置，所述充电装置上连接有现场控制器，所述现场控制器上设置有近场信号发送装置。系统的启动依赖近场信号接收装置和近场信号发送装置的匹配完成，近场信号发送装置位于充电桩上，向外发送近场通信信号，信号的有效发送范围小于10m，近场信号接收装置位于无人机上，当近场信号接收装置接收到近场信号发送装置发送的近场通信信号时，意味着无人机位于着陆点10m之内，近场信号接收装置发送触发信号到DSP，开启摄像头组。
所述充电桩包括一个水平的支撑板，在水平的支撑板上嵌入与无人机的支撑脚匹配的充电槽，所述充电槽为凸出支撑板的开口由上到下逐渐减小的凹槽。采用上述结构的充电桩，充电接口为“V”字型，在无人机降落时，由于开口较大，便于将无人机的支撑脚导入充电槽中。
所述现场控制器上还连接有与台板匹配的照明系统和指示灯。在无人机上安装照明设备会影响无人机的起飞重量和续航，而为了便于无人机夜间着陆时能清晰的识别地面的标识，只能在充电桩上安装值与现场控制器连接的照明系统。通过指示灯，便于操作人员观察机库的使用情况。
所述标识图像采用在白色的背景中心设置黑色的“十”字标识，所述摄像头组为四个分别设置在无人机四个旋翼下的摄像头。黑色的“十”字标识有利于现有技术中较为成熟的窗口极限值法的识别。由于标识图像采用黑色的“十”字标识，因此，四个摄像头能对标识进行完美识别，同时，由于摄像头之间距离越大越有利于多摄像头图像处理和定位，而四旋翼无人机中距离最远的位置就是无人机四个旋翼下方。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明无人值守的智能无人机回收系统，基于现有的成熟的图像识别技术，可靠性高；
2、本发明无人值守的智能无人机回收系统，自动为无人机进行充电，有效的解决了偏远地区布设无人机的充电问题；
3、本发明无人值守的智能无人机回收系统，采用图像处理技术，无人机完成着陆后自动关闭机库。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明机库控制系统示意图；
图2为本发明自动充电系统示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本发明无人值守的智能无人机回收系统，包括充电接口位于支撑脚上的四旋翼无人机和由支架、与支架连接的驱动机构、与驱动机构匹配的保护罩和与保护罩匹配的台板组成的机库，还包括与机库匹配的机库控制系统和自动充电系统；所述机库控制系统包括与驱动机构匹配的STM32控制器，所述控制器上还连接有RaLink3070通信装置、限位开关和至少两个安装在台板上的摄像头；所述自动充电系统包括与无人机飞控系统连接的ADSP21DSP，所述DSP上还连接有设置在无人机底部镜头垂直水平面向下的摄像头组，还包括与无人机支撑脚匹配的设置在台板上的充电桩，所述充电桩中心设置有与摄像头组匹配的标识图像；无人机一般停放在台板上，当无人机需要起飞时，控制中心通过通信装置发送开启信号到控制器，控制器控制驱动机构驱动保护罩开启，直到保护罩开启到触发限位开关的位置，限位开关发送完成信号到控制器，控制器控制驱动机构停止工作，无人机可直接起飞；当无人机降落到台板上后，控制中心通过通信装置发送关闭信号到控制器，控制器控制驱动机构驱动保护罩关闭，直到保护罩关闭到触发限位开关的位置，限位开关发送完成信号到控制器，控制器控制驱动机构停止工作，无人机位于保护罩内，不受外界环境的干扰，同时，设置在台板上的摄像头检测到无人机是否在指定区域内完成着落，完成后发送触发信号到控制器，控制器接收触发信号后控制驱动机构关闭保护罩。自动充电系统基于图像识别技术，由摄像头组识别充电桩的标识图像，将标识图像发送到DSP进行处理，计算无人机与标识图像的水平误差，飞控系统根据水平误差控制无人机动作；当无人机飞到充电桩正上方时，开始降落，使设置在无人机底部的充电接口与充电桩连接，对无人机进行充电。所述无人机上还设置有与DSP连接的近场信号接收装置，所述充电装置上连接有现场控制器，所述现场控制器上设置有近场信号发送装置。系统的启动依赖近场信号接收装置和近场信号发送装置的匹配完成，近场信号发送装置位于充电桩上，向外发送近场通信信号，信号的有效发送范围小于10m，近场信号接收装置位于无人机上，当近场信号接收装置接收到近场信号发送装置发送的近场通信信号时，意味着无人机位于着陆点10m之内，近场信号接收装置发送触发信号到DSP，开启摄像头组。所述充电桩包括一个水平的支撑板，在水平的支撑板上嵌入与无人机的支撑脚匹配的充电槽，所述充电槽为凸出支撑板的开口由上到下逐渐减小的凹槽。采用上述结构的充电桩，充电接口为“V”字型，在无人机降落时，由于开口较大，便于将无人机的支撑脚导入充电槽中。所述现场控制器上还连接有与台板匹配的照明系统和指示灯。在无人机上安装照明设备会影响无人机的起飞重量和续航，而为了便于无人机夜间着陆时能清晰的识别地面的标识，只能在充电桩上安装值与现场控制器连接的照明系统。通过指示灯，便于操作人员观察机库的使用情况。所述标识图像采用在白色的背景中心设置黑色的“十”字标识，所述摄像头组为四个分别设置在无人机四个旋翼下的摄像头。黑色的“十”字标识有利于现有技术中较为成熟的窗口极限值法的识别。由于标识图像采用黑色的“十”字标识，因此，四个摄像头能对标识进行完美识别，同时，由于摄像头之间距离越大越有利于多摄像头图像处理和定位，而四旋翼无人机中距离最远的位置就是无人机四个旋翼下方。
驱动机构：接收控制器发送的控制信号进行动作；
控制器：接收通信装置发送开启信号和关闭信号，发送控制信号到驱动机构控制驱动机构工作；接收限位开关发送的完成信号，控制驱动机构停止工作
通信装置：接收外界发送的开启信号和关闭信号，将开启信号和关闭信号发送到控制器；
限位开关：采集位置信号，判断保护罩是否达到预设的位置，当保护罩达到预设位置后触发完成信号发送到控制器；
飞控系统：接收DSP发送水平偏差参数，根据水平偏差参数控制无人机飞行；
DSP：接收摄像头组发送的标识图像数据，处理后生成无人机与标识图像的水平偏差参数；
摄像头组：向地面拍摄照片生成标识图像参数发送到DSP。
以上所述的具体实施方式，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 (5)

1.无人值守的智能无人机回收系统，包括充电接口位于支撑脚上的四旋翼无人机和由支架、与支架连接的驱动机构、与驱动机构匹配的保护罩和与保护罩匹配的台板组成的机库，其特征在于，还包括与机库匹配的机库控制系统和自动充电系统；所述机库控制系统包括与驱动机构匹配的控制器，所述控制器上还连接有通信装置、限位开关和至少两个安装在台板上的摄像头；所述自动充电系统包括与无人机飞控系统连接的DSP，所述DSP上还连接有设置在无人机底部镜头垂直水平面向下的摄像头组，还包括与无人机支撑脚匹配的设置在台板上的充电桩，所述充电桩中心设置有与摄像头组匹配的标识图像；
驱动机构：接收控制器发送的控制信号进行动作；
控制器：接收通信装置发送开启信号和关闭信号，发送控制信号到驱动机构控制驱动机构工作；接收限位开关发送的完成信号，控制驱动机构停止工作
通信装置：接收外界发送的开启信号和关闭信号，将开启信号和关闭信号发送到控制器；
限位开关：采集位置信号，判断保护罩是否达到预设的位置，当保护罩达到预设位置后触发完成信号发送到控制器；
飞控系统：接收DSP发送水平偏差参数，根据水平偏差参数控制无人机飞行；
DSP：接收摄像头组发送的标识图像数据，处理后生成无人机与标识图像的水平偏差参数；
摄像头组：向地面拍摄照片生成标识图像参数发送到DSP。
2.根据权利要求1所述的无人值守的智能无人机回收系统，其特征在于，所述无人机上还设置有与DSP连接的近场信号接收装置，所述充电装置上连接有现场控制器，所述现场控制器上设置有近场信号发送装置。
3.根据权利要求1所述的无人值守的智能无人机回收系统，其特征在于，所述充电桩包括一个水平的支撑板，在水平的支撑板上嵌入与无人机的支撑脚匹配的充电槽，所述充电槽为凸出支撑板的开口由上到下逐渐减小的凹槽。
4.根据权利要求1所述的无人值守的智能无人机回收系统，其特征在于，所述现场控制器上还连接有与台板匹配的照明系统和指示灯。
5.根据权利要求1所述的无人值守的智能无人机回收系统，其特征在于，所述标识图像采用在白色的背景中心设置黑色的“十”字标识，所述摄像头组为四个分别设置在无人机四个旋翼下的摄像头。
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