CN109032173A - 一种基于空地交互的车载无人机系统 - Google Patents

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王俊雄
王震
牛啸辰
苏伟
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
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Abstract

本发明提供了一种基于空地交互的车载无人机系统，包括：无人机机体；支架大臂，所述支架大臂分别设置在无人机机体的四角；支架小臂，所述支架小臂与所述支架大臂连接；螺旋翼，所述螺旋翼设置在支架小臂的外侧；摄像机，所述摄像机设置在无人机机体下表面中心。还包括控制单元、通讯单元和电控单元。本发明提供的基于空地交互的车载无人机系统，结构简单，可靠性强，特别适用于城市道路工况的导航和停车位搜寻工作；本发明小巧的模块化设计和自主导航的功能满足不同车主对上述功能的需求；本发明的无线充电方式设计适合不同工况下车载需求。

Description

一种基于空地交互的车载无人机系统
技术领域
本发明涉及机电领域的一种无人机技术，具体地，涉及一种基于空地交互的车载无人机系统，通过车载无人机系统与汽车之间的通讯，实现汽车对周围环境的全方位感知。
背景技术
随着社会的迅速发展，全球各个城市的车辆数目都在急剧上升，直接结果就是人们的出行变得越来越不方便。无论是交通拥堵问题或是停车难问题，都给人们的出行效率及生活便利性带来了很多困难，造成不必要的时间浪费。能否设计一款工具辅助人们进行汽车的路径规划或者进行停车位置的寻找是现代生活需要面对的一个重大需求。
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。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种可以完成空地交互的基于空地交互的车载无人机系统来解决进行汽车路径规划或者进行停车位置寻找的问题，最终实现车载无人机系统可以服务于汽车的高效运行。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种基于空地交互的车载无人机系统，包括：
-无人机机体；
-支架大臂，所述支架大臂为多个，并分别设置于无人机机体的边角处；
-支架小臂，所述支架小臂与支架大臂数量一致，并分别与对应的支架大臂连接；
-螺旋翼，所述螺旋翼与支架小臂数量一致，并分别设置于对应的支架小臂的外侧；
-摄像机，所述摄像机设置于无人机机体的下表面中心位置，用于采集地面图像；
-控制单元，所述控制单元包括传感模块、导航模块和飞控模块；其中：
所述传感模块根据摄像机采集的地面图像，采用机器学习算法识别路上障碍物特征，并构建障碍物地图；
所述导航模块根据摄像机采集的地面图像，进行Astar算法进行路径规划，并获得路径规划信息；
所述飞控模块分别与支架大臂、支架小臂和螺旋翼控制连接，进而控制车载无人机系统的起降和巡航；
-通讯单元，所述通讯单元与控制单元通讯连接。
优选地，每一个所述支架大臂的内部均设有折叠机构。
优选地，每一个所述支架小臂的内部均设有通讯线路，所述通讯线路分别与通讯模块相连接。
优选地，每一个所述螺旋翼均采用直流无刷电机驱动。
优选地，所述摄像机为360°记录摄像机。
优选地，所述支架大臂为4个，4个支架大臂分别设置于无人机机体的四角处；相应地，所述支架小臂和螺旋翼分别为4个。
优选地，所述无人机机体的底部为平面，适合配合车体进行无线充电。
优选地，还包括电控单元，所述电控单元包括分析模块和显示模块；其中：
所述分析模块通过通讯单元分别与控制单元的传感模块和导航模块相连接，用于接收地图中空地信息和路径规划信息，并利用浮动车所采集的GPS和/或GIS传感器数据，配合历史交通数据库中的交通数据，获得当前实时城市交通数据，在车辆行驶缓慢的情况下，根据地图中空地信息和路径规划信息自动搜索泊车车位；所述显示模块与分析模块相连接，用于显示自动搜索结果。
优选地，所述电控单元采用汽车电控单元ECU。
优选地，所述当前实时城市交通数据，包括：行驶路段路况、道路拥挤程度、车辆变道频率、汇入车辆信息、驶出车辆信息、交通流量、下一时间段的交通流量。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明结构简单，可靠性强，特别适用于城市道路工况的导航和停车位搜寻工作。
2、本发明小巧的模块化设计和自主导航的功能满足不同车主对上述功能的需求。
3、本发明无线充电方式设计适合不同工况下车载需求。
4、本发明采用机器学习算法识别路上障碍物特征构建障碍物地图以及采用Astar算法进行路径规划获得路径规划信息的方式，在本领域中首次使用，为车载无人机系统完成空地交互解决汽车路径规划或者进行停车位置寻找提供了一种新的思路，方法简单有效。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明基于空地交互的车载无人机系统的结构立体图；
图2为本发明基于空地交互的车载无人机系统的结构侧视图；
图3为本发明基于空地交互的车载无人机系统的工作状态示意图；
图4为本发明基于空地交互的车载无人机系统在具体应用实例中的信息交互流程示意图；
图5为本发明基于空地交互的车载无人机系统在具体应用实例中的信息交互结构框图。
图中：1为无人机机体，2为支架大臂，3为支架小臂，4为螺旋翼，5为摄像机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例提供了一种基于空地交互的车载无人机系统，包括：
-无人机机体；
-支架大臂，多个所述支架大臂分别设置在无人机机体的边角处；
-支架小臂，多个所述支架小臂分别与对应的支架大臂连接；
-螺旋翼，多个所述螺旋翼分别设置在对应的支架小臂的外侧；
-摄像机，所述摄像机设置在无人机机体下表面的中心位置，用于采集地面图像；
-控制单元，所述控制单元包括传感模块、导航模块和飞控模块；其中：
所述传感模块根据摄像机采集的地面图像，进行地图识别，并获得地图中空地信息；
所述导航模块根据摄像机采集的地面图像，进行路径规划，并获得路径规划信息；
所述飞控模块分别与支架大臂、支架小臂和螺旋翼控制连接，进而控制车载无人机系统的起降和巡航；
-通讯单元，所述通讯单元与控制单元通讯连接。
进一步地，在所述无人机机体内部设有控制模块和通讯模块。
进一步地，在所述支架大臂内设有折叠机构。
进一步地，在所述支架小臂内设有通讯线路。
进一步地，所述螺旋翼驱动方式为直流无刷电机驱动。
进一步地，所述摄像机为360°记录摄像机，可采集图像并通过控制单元和通讯单元，给电控单元进行实时分析。
进一步地，所述支架大臂为4个，4个支架大臂分别设置于无人机机体的四角处；相应地，所述支架小臂和螺旋翼分别为4个。
进一步地，所述电控单元包括分析模块和显示模块；其中：
所述分析模块通过通讯单元分别与控制单元的传感模块和导航模块相连接，用于接收地图中空地信息和路径规划信息，并进行路况分析；
所述显示模块与分析模块相连接，用于显示路况分析结果。
下面结合具体应用实例，详细描述上述实施例给出的基于空地交互的车载无人机系统。
目前，城市交通存在诸多不便之处，例如：停车位难找，堵车，路况不明等，而无人机在各行各业已经开始使用，而设计一种车载无人机系统把车辆强大的数据分析能力和四旋翼无人机的小巧机动有机结合起来，使得解决上述问题成为可能。
本具体应用实例正是利用这种方式，设计了基于空地交互的车载无人机系统。
本具体应用实例的设计思路是，将汽车电控单元ECU作为电控单元，与控制单元进行结合，使得汽车具有了更强大的路况分析功能和辅助导航功能。本具体应用实例的设计关键在于：车辆的ECU和控制单元之间的信息交互。无人机的控制单元包括传感模块、导航模块和飞控模块，控制单元能够独立完成地图识别、路径规划和自动起降的功能；汽车ECU利用控制单元传递的信息进行分析和显示。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于空地交互的车载无人机系统，其特征在于，包括：
-无人机机体；
-支架大臂，所述支架大臂为多个，并分别设置于无人机机体的边角处；
-支架小臂，所述支架小臂与支架大臂数量一致，并分别与对应的支架大臂连接；
-螺旋翼，所述螺旋翼与支架小臂数量一致，并分别设置于对应的支架小臂的外侧；
-摄像机，所述摄像机设置于无人机机体的下表面中心位置，用于采集地面图像；
-控制单元，所述控制单元包括传感模块、导航模块和飞控模块；其中：
所述传感模块根据摄像机采集的地面图像，采用机器学习算法识别路上障碍物特征，并构建障碍物地图；
所述导航模块根据摄像机采集的地面图像，进行Astar算法进行路径规划，并获得路径规划信息；
所述飞控模块分别与支架大臂、支架小臂和螺旋翼控制连接，进而控制车载无人机系统的起降和巡航；
-通讯单元，所述通讯单元与控制单元通讯连接。
2.根据权利要求1所述的基于空地交互的车载无人机系统，其特征在于，每一个所述支架大臂的内部均设有折叠机构。
3.根据权利要求1所述的基于空地交互的车载无人机系统，其特征在于，每一个所述支架小臂的内部均设有通讯线路，所述通讯线路分别与通讯模块相连接。
4.根据权利要求1所述的基于空地交互的车载无人机系统，其特征在于，每一个所述螺旋翼均采用直流无刷电机驱动。
5.根据权利要求1所述的基于空地交互的车载无人机系统，其特征在于，所述摄像机为360°记录摄像机。
6.根据权利要求1所述的基于空地交互的车载无人机系统，其特征在于，所述支架大臂为4个，4个支架大臂分别设置于无人机机体的四角处；相应地，所述支架小臂和螺旋翼分别为4个。
7.根据权利要求1所述的基于空地交互的车载无人机系统，其特征在于，所述无人机机体的底部为平面。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的基于空地交互的车载无人机系统，其特征在于，还包括电控单元，所述电控单元包括分析模块和显示模块；其中：
所述分析模块通过通讯单元分别与控制单元的传感模块和导航模块相连接，用于接收地图中空地信息和路径规划信息，并利用浮动车所采集的GPS和/或GIS传感器数据，配合历史交通数据库中的交通数据，获得当前实时城市交通数据，在车辆行驶缓慢的情况下，根据地图中空地信息和路径规划信息自动搜索泊车车位；所述显示模块与分析模块相连接，用于显示自动搜索结果。
9.根据权利要求8所述的基于空地交互的车载无人机系统，其特征在于，所述电控单元采用汽车电控单元ECU。
10.根据权利要求8所述的基于空地交互的车载无人机系统，其特征在于，所述当前实时城市交通数据，包括：行驶路段路况、道路拥挤程度、车辆变道频率、汇入车辆信息、驶出车辆信息、交通流量、下一时间段的交通流量。
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