CN109813322A - 无人机与无人车协作导航系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机与无人车协作导航系统，包括无人机、无人车以及地面站，所述无人机通过短距离无线通信网络与所述地面站进行数据交互，接收地面站的控制命令并对设定的区域进行地理环境信息采集，将采集的所述环境信息发送给地面站进行处理；地面站将所述地理环境信息进行处理，规划出无人车的最优运动路径；所述无人车通过短距离无线通信网络与所述地面站进行数据交互，接收地面站的控制命令，在所述地面站的控制下按照所述最优运动路径进行运动。所述系统充分发挥无人机的机动性和无人车的续航时间长的特点，二者的结合便于更快速的完成任务，提高了在抢险救灾等危险活动中人机协作的效率。
Description
技术领域
本发明涉及导航系统技术领域，尤其涉及一种无人机与无人车协作导航系统。
背景技术
现有技术中无人机与无人车各自独立工作时，易呈现各自不足。如无人机在恶劣环境下易受气流变化影响，增加电池消耗，导致续航能力不足；无人车在未知环境下移动效率和建图效率低下，导致耗时长，甚至在移动过程中受损，不能如期完成任务。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够快速的完成探测，提高在抢险救灾等危险活动中人机协作的效率的导航系统。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种无人机与无人车协作导航系统，其特征在于包括无人机、无人车以及地面站，所述无人机通过短距离无线通信网络与所述地面站进行数据交互，接收地面站的控制命令并对设定的区域进行地理环境信息采集，将采集的所述环境信息发送给地面站进行处理；地面站将所述地理环境信息进行处理，规划出无人车的最优运动路径；所述无人车通过短距离无线通信网络与所述地面站进行数据交互，接收地面站的控制命令，在所述地面站的控制下按照所述最优运动路径进行运动。
进一步的技术方案在于：所述无人机包括机架，所述机架的下侧设置有第一脚架和第二脚架，飞行电池固定在所述机架的下方，与所述无人机中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；第一飞行马达、第二飞行马达、第三飞行马达以及第四飞行马达固定在机架对应的位置上；所述第一飞行马达的动力输出端上设置有第一机翼，所述第二飞行马达的动力输出端上设置有第二机翼，所述第三飞行马达的动力输出端上设置有第三机翼，所述第四飞行马达的动力输出端上设置有第四机翼；飞控模块固定在机架上，无人机主控板的控制输出端与所述飞控模块的输入端连接，所述飞控模块的控制输出端与所述飞行马达的控制输入端连接，所述飞行马达在所述无人机主控板的控制下进行动作；所述第一短距离无线传输模块固定在所述机架上，且所述第一短距离无线传输模块与所述无人机主控板双向连接，通过所述无线传输模块接收地面站的控制命令并将采集的环境信息发送给地面站；地理信息采集模块固定于机架上方，所述地理信息采集模块与所述无人机主控板双向连接，用于在所述无人机主控板的控制下对环境信息进行采集；所述无人机主控板的下方固定有气压采集模块，所述气压采集模块与所述无人机主控板的信号输入端连接，用于采集环境的气压信息。
优选的，所述地理信息采集模块包括rplidar A1雷达。
进一步的技术方案在于：所述rplidar A1雷达通过铜柱固定在所述机架上。
优选的，所述无人机主控板包括Raspberry Pi 3b开发板。
进一步的技术方案在于：所述无人车包括小车底板，所述小车底板的四个角处依次设置有第一驱动马达、第二驱动马达、第三驱动马达以及第四驱动马达，所述驱动马达的动力输出端分别设置有第一驱动轮、第二驱动轮、第三驱动轮以及第四驱动轮，无人车主控板固定在所述底板上，所述主控板的控制输出端与马达驱动板的信号输入端连接，所述马达驱动板的控制输出端与所述驱动马达的控制输入端连接，所述主控板通过所述驱动板控制所述驱动马达动作；锂离子聚合物电池固定在所述底板上，所述锂离子聚合物电池的电源输出端与电压变换模块的输入端连接，所述电压变换模块的输出端与所述无人车中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；第二短距离无线传输模块与所述主控板双向连接，用于接收所述地面站发送的控制命令。
进一步的技术方案在于：所述无人车还包括左侧板和右侧板，所述左侧板和右侧板与所述底板固定连接，所述左侧板和右侧板用于对所述马达以及驱动轮进行定位。
进一步的技术方案在于：所述地面站包括计算主机、人机交互模块以及第三短距离无线传输模块，所述第三短距离无线传输模块与所述计算主机双向连接，用于与所述无人机以及无人车进行通信；所述人机交互模块与所述计算主机双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据；所述计算主机用于数据处理。
优选的，所述人机交互模块包括触摸屏。
优选的，所述人机交互模块包括与所述计算主机的输入端连接的按键模块以及与所述计算主机的输出端连接的显示模块。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述系统充分发挥无人机的机动性和无人车的续航时间长的特点，让无人机在宏观上位置更好的建立实时地图，为小车提供有效的地理信息和最优的行走路线，二者的结合便于更快速的完成任务，提高了在抢险救灾等危险活动中人机协作的效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述系统的原理框图；
图2是本发明实施例所述系统中无人机的结构示意图；
图3是本发明实施例所述系统中无人机的电路原理框图；
图4是本发明实施例所述系统中无人车的结构示意图；
图5是本发明实施例所述系统中无人车的电路原理框图；
其中：1、机架；2、第一脚架；3、第二脚架；4、飞行电池；5、机架；6、第一飞行马达；7、第一机翼；8、第二飞行马达；9、第二机翼；10、地理信息采集模块；11、飞控模块；12、第三飞行马达；13、第三机翼；14、铜柱；15、第一短距离无线传输模块；16、第四机翼；17、第四飞行马达；18、无人机主控板；
19、小车底板；20、第一驱动马达；21、第二驱动马达；22、第三驱动马达；23、第四驱动马达；24、第一驱动轮；25、第二驱动轮；26、第三驱动轮；27、第四驱动轮；28、无人车主控板；29、马达驱动板；30、锂离子聚合物电池；31、电压变换模块；32、第二短距离无线传输模块；33、左侧板；34、右侧板。
具体实施方式
下面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的一部分实施例，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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明实施例公开了一种无人机与无人车协作导航系统，包括无人机、无人车以及地面站。所述无人机通过短距离无线通信网络与所述地面站进行数据交互，接收地面站的控制命令并对设定的区域进行地理环境信息采集，将采集的所述环境信息发送给地面站进行处理；地面站将所述地理环境信息进行处理，规划出无人车的最优运动路径；所述无人车通过短距离无线通信网络与所述地面站进行数据交互，接收地面站的控制命令，在所述地面站的控制下按照所述最优运动路径进行运动。
如图2-图3所示，所述无人机包括机架5，所述机架5的下侧设置有第一脚架1和第二脚架4，所述第一脚架1和第二脚架4平行设置，用于支撑所述无人机。飞行电池3固定在所述机架5的下方，与所述无人机中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；第一飞行马达6、第二飞行马达8、第三飞行马达12以及第四飞行马达17固定在机架5对应的位置上；所述第一飞行马达6的动力输出端上设置有第一机翼7，所述第二飞行马达8的动力输出端上设置有第二机翼9，所述第三飞行马达12的动力输出端上设置有第三机翼13，所述第四飞行马达17的动力输出端上设置有第四机翼16；飞控模块11固定在机架5上，无人机主控板18的控制输出端与所述飞控模块11的输入端连接，所述飞控模块11的控制输出端与所述飞行马达的控制输入端连接，所述飞行马达在所述无人机主控板18的控制下进行动作；所述第一短距离无线传输模块15固定在所述机架5上，且所述第一短距离无线传输模块15与所述无人机主控板18双向连接，通过所述无线传输模块接收地面站的控制命令并将采集的环境信息发送给地面站；地理信息采集模块10固定于机架5上方，所述地理信息采集模块10与所述无人机主控板18双向连接，用于在所述无人机主控板18的控制下对环境信息进行采集；所述无人机主控板18的下方固定有气压采集模块2，所述气压采集模块2与所述无人机主控板18的信号输入端连接，用于采集环境的气压信息。
优选的，所述地理信息采集模块10包括rplidar A1雷达，还可以包括摄像头、红外传感器等。进一步的，所述rplidar A1雷达通过铜柱14固定在所述机架5上。优选的，所述无人机主控板18包括Raspberry Pi 3b开发板。
如图4-图5所示，所述无人车包括小车底板19，所述小车底板19的四个角处依次设置有第一驱动马达20、第二驱动马达21、第三驱动马达22以及第四驱动马达23。所述驱动马达的动力输出端分别设置有第一驱动轮24、第二驱动轮25、第三驱动轮26以及第四驱动轮27，无人车主控板28固定在所述底板上，所述主控板的控制输出端与马达驱动板29的信号输入端连接，所述马达驱动板29的控制输出端与所述驱动马达的控制输入端连接，所述主控板通过所述驱动板控制所述驱动马达动作；锂离子聚合物电池30固定在所述底板上，所述锂离子聚合物电池30的电源输出端与电压变换模块31的输入端连接，所述电压变换模块31的输出端与所述无人车中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；第二短距离无线传输模块32与所述主控板双向连接，用于接收所述地面站发送的控制命令。
进一步的，如图4所示，所述无人车还包括左侧板33和右侧板34，所述左侧板33和右侧板34与所述底板固定连接，所述左侧板33和右侧板34用于对所述马达以及驱动轮进行定位。
如图1所示，所述地面站包括计算主机、人机交互模块以及第三短距离无线传输模块，所述第三短距离无线传输模块与所述计算主机双向连接，用于与所述无人机以及无人车进行通信；所述人机交互模块与所述计算主机双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据；所述计算主机用于数据处理。
所述人机交互模块的具体形式至少有以下两种：第一种，所述人机交互模块包括触摸屏。第二种，所述人机交互模块包括与所述计算主机的输入端连接的按键模块以及与所述计算主机的输出端连接的显示模块。
所述系统的工作原理在于：在未知地理信息的环境下，启动无人机、无人车以及地面站，使无人机、无人车以及地面站工作，当系统启动稳定运行后，遥控无人机对环境的地理信息进行采集，无人机运行时采集的信息和自身坐标位置通过无线网络传输至地面站，在地面站上显示自身坐标和地理信息，地面站实时构建地图，地面站通过无线网络连接无人车，当地面站给出小车运行目标位置时，地面站通过迪杰斯特拉算法，求出无人车运动的最优路径，经由无线网络将路径传输给无人车，无人车接收信息后，执行相应指令控制小车循迹运行至目标位置；同时实施反馈无人车自身坐标至地面站。
所述系统充分发挥无人机的机动性和无人车的续航时间长的特点，让无人机在宏观上位置更好的建立实时地图，为小车提供有效的地理信息和最优的行走路线，二者的结合便于更快速的完成任务，提高了在抢险救灾等危险活动中人机协作的效率。
Claims (10)
1.一种无人机与无人车协作导航系统，其特征在于包括无人机、无人车以及地面站，所述无人机通过短距离无线通信网络与所述地面站进行数据交互，接收地面站的控制命令并对设定的区域进行地理环境信息采集，将采集的所述环境信息发送给地面站进行处理；地面站将所述地理环境信息进行处理，规划出无人车的最优运动路径；所述无人车通过短距离无线通信网络与所述地面站进行数据交互，接收地面站的控制命令，在所述地面站的控制下按照所述最优运动路径进行运动。
2.如权利要求1所述的无人机与无人车协作导航系统，其特征在于：所述无人机包括机架(5)，所述机架(5)的下侧设置有第一脚架(1)和第二脚架(4)，飞行电池(3)固定在所述机架(5)的下方，与所述无人机中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；第一飞行马达(6)、第二飞行马达(8)、第三飞行马达(12)以及第四飞行马达(17)固定在机架(5)对应的位置上；所述第一飞行马达(6)的动力输出端上设置有第一机翼(7)，所述第二飞行马达(8)的动力输出端上设置有第二机翼(9)，所述第三飞行马达(12)的动力输出端上设置有第三机翼(13)，所述第四飞行马达(17)的动力输出端上设置有第四机翼(16)；飞控模块(11)固定在机架(5)上，无人机主控板(18)的控制输出端与所述飞控模块(11)的输入端连接，所述飞控模块(11)的控制输出端与所述飞行马达的控制输入端连接，所述飞行马达在所述无人机主控板(18)的控制下进行动作；所述第一短距离无线传输模块(15)固定在所述机架(5)上，且所述第一短距离无线传输模块(15)与所述无人机主控板(18)双向连接，通过所述无线传输模块接收地面站的控制命令并将采集的环境信息发送给地面站；地理信息采集模块(10)固定于机架(5)上方，所述地理信息采集模块(10)与所述无人机主控板(18)双向连接，用于在所述无人机主控板(18)的控制下对环境信息进行采集；所述无人机主控板(18)的下方固定有气压采集模块(2)，所述气压采集模块(2)与所述无人机主控板(18)的信号输入端连接，用于采集环境的气压信息。
3.如权利要求2所述的无人机与无人车协作导航系统，其特征在于：所述地理信息采集模块(10)包括rplidar A1雷达。
4.如权利要求3所述的无人机与无人车协作导航系统，其特征在于：所述rplidar A1雷达通过铜柱(14)固定在所述机架(5)上。
5.如权利要求2所述的无人机与无人车协作导航系统，其特征在于：所述无人机主控板(18)包括Raspberry Pi 3b开发板。
6.如权利要求1所述的无人机与无人车协作导航系统，其特征在于：所述无人车包括小车底板(19)，所述小车底板(19)的四个角处依次设置有第一驱动马达(20)、第二驱动马达(21)、第三驱动马达(22)以及第四驱动马达(23)，所述驱动马达的动力输出端分别设置有第一驱动轮(24)、第二驱动轮(25)、第三驱动轮(26)以及第四驱动轮(27)，无人车主控板(28)固定在所述底板上，所述主控板的控制输出端与马达驱动板(29)的信号输入端连接，所述马达驱动板(29)的控制输出端与所述驱动马达的控制输入端连接，所述主控板通过所述驱动板控制所述驱动马达动作；锂离子聚合物电池(30)固定在所述底板上，所述锂离子聚合物电池(30)的电源输出端与电压变换模块(31)的输入端连接，所述电压变换模块(31)的输出端与所述无人车中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；第二短距离无线传输模块(32)与所述主控板双向连接，用于接收所述地面站发送的控制命令。
7.如权利要求6所述的无人机与无人车协作导航系统，其特征在于：所述无人车还包括左侧板(33)和右侧板(34)，所述左侧板(33)和右侧板(34)与所述底板固定连接，所述左侧板(33)和右侧板(34)用于对所述马达以及驱动轮进行定位。
8.如权利要求1所述的无人机与无人车协作导航系统，其特征在于：所述地面站包括计算主机、人机交互模块以及第三短距离无线传输模块，所述第三短距离无线传输模块与所述计算主机双向连接，用于与所述无人机以及无人车进行通信；所述人机交互模块与所述计算主机双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据；所述计算主机用于数据处理。
9.如权利要求8所述的无人机与无人车协作导航系统，其特征在于：所述人机交互模块包括触摸屏。
10.如权利要求8所述的无人机与无人车协作导航系统，其特征在于：所述人机交互模块包括与所述计算主机的输入端连接的按键模块以及与所述计算主机的输出端连接的显示模块。
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