CN112118557B - 无人车与无人机协同感知系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人车与无人机协同感知系统及其控制方法，应用在救援及勘探设备领域，包括无人车，包括车体、传感器、第一处理器和第一无线通信模块，所述传感器、第一处理器以及第一无线通信模块均安装在所述车体上，所述第一处理器分别与所述传感器和第一无线通信模块连接；无人机，包括无人机本体、第二处理器、第二无线通信模块和第三无线通信模块，所述无人机本体设置有用于承载无人车的吊架，所述第二处理器分别与第二无线通信模块和第三无线通信模块连接，所述第二无线通信模块和所述第一无线通信模块通信；接收端，包括第四无线通信模块，所述第四无线通信模块与第三无线通信模块通信。本发明有利于在复杂地形区实施投放和搜救。
Description
技术领域
本发明涉及救援及勘探设备，尤其是一种无人车与无人机协同感知系统及其控制方法。
背景技术
近年来，物联网凭借广连接，小流量，低功耗等特点，在环境监测系统、物流信息化系统、智能交通系统及基础设施安全系统等领域已经比较成熟。同时无人飞行器(UAV)在近些年也成为热门技术，众多科技公司投入其中进行大力研发，使其在很多领域崭露头角，但目前在国民经济领域，如对地震、火灾、污染源扩散、核辐射等重地的监测预报，在军事领域，比如对海战场的环境感知、港口值班监视等一系列问题，对自动化、智能化、时效性、安全性及可靠性要求极高，通常情况下传感器布置和通信传输等不易实现或较难达成，因此在高危或复杂环境条件的信息感知仍为难题。
很多代替人工在高危环境中采集数据的方法都是提前布置好环境监测装置，这些方法都只能针对提前已知的高危环境和高危环境没有出现紧急异常的情况，并且需要在不同空间同时布置大量检测设备，设备长时间待命，安装后一般不会再移动，笨拙不灵活，不能应对由普通安全环境变为危险环境和高危环境出现紧急异常状况时，临时应急的数据采集任务。与此同时也有另一种比较常用的方案是在离高危现场一定距离之外放置搭载有各项传感器和设备的遥控小车，遥控小车进入危险场地，但是进入危险场地的路况复杂多样，如墙面坍塌后则小车无法进入，并且小车从远距离进入场地和采集多点数据均需要花费大量时间，总体来说还是不够灵活，所以这样的方法在很多时候并不适用。综上，目前急切需要能及时进入场地，可以灵活移动，快速采集各点数据和远距离回传的方法。
发明内容
为解决上述技术问题的至少之一，本发明的目的在于：提供一种无人车与无人机协同感知系统，以实现远距离投放无人车，从而应付复杂地形。
第一方面，本发明实施例提供了：
一种无人车与无人机协同感知系统，包括：
无人车，包括车体、传感器、第一处理器和第一无线通信模块，所述传感器、第一处理器以及第一无线通信模块均安装在所述车体上，所述第一处理器分别与所述传感器和第一无线通信模块连接；
无人机，包括无人机本体、第二处理器、第二无线通信模块和第三无线通信模块，所述无人机本体设置有用于承载无人车的吊架，所述第二处理器分别与第二无线通信模块和第三无线通信模块连接，所述第二无线通信模块和所述第一无线通信模块通信；
接收端，包括第四无线通信模块，所述第四无线通信模块与第三无线通信模块通信；
其中，所述无人车的数量有多个；所述无人机用于在接收到投放指令后，释放所述无人车，通过第二无线通信模块与各所述第一无线通信模块建立通信，并下发指令使得所述无人车之间组网。
在一些实施例中，所述吊架包括用于承受无人车重量的底板、舵机和挡板，所述挡板与所述底板铰接，所述舵机用于驱动所述挡板旋转，所述舵机与所述第二处理器连接。
在一些实施例中，所述挡板和所述底板之间的夹角在90°和180°之间变换；
其中，在释放所述无人车时，所述第二处理器控制所述舵机旋转，以使所述挡板和所述底板之间的夹角为180°。
在一些实施例中，所述底板上还设置有锁定机构，所述无人车的车体还设置有与所述锁定机构配合的锁环，所述锁定机构与所述第二处理器连接；
其中，在释放所述无人车时，所述第二处理器控制所述锁定机构释放所述锁环。
在一些实施例中，所述吊架的数量有两个。
在一些实施例中，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均为zigbee模块，所述第三无线通信模块和所述第四无线通信模块均为433MHz通信模块、2G通信模块、3G通信模块、4G通信模块或者5G通信模块。
在一些实施例中，所述传感器包括人体感应器、温度传感器、湿度传感器、摄像头和拾音器中的至少一种。
在一些实施例中，所述无人车的车体上还设置有照明灯、信号标和喇叭。
在一些实施例中，所述接收端还包括第三处理器和显示屏，所述第三处理器分别与所述显示屏和第四无线通信模块连接。
第二方面，本发明实施例提供了：
一种无人车与无人机协同感知系统的控制方法，包括以下步骤：
获取投放指令；
释放所述无人车；
通过第二无线通信模块与各所述第一无线通信模块建立通信；
下发指令使得所述无人车之间组网；
通过至少一个所述无人车的第一无线通信模块接收各所述无人车回传的数据；
向接收端发送各所述无人车回传的数据。
本发明实施例的有益效果是：在无人机上设置挂架，无人车可以放在挂架中，从而实现复杂地形的投放，无人车上设置有传感器和第一无线通信模块，可以通过第一无线通信模块将传感器采集的数据传输给在作业区域上空盘旋的无人机的第二无线通信模块，无人机的通过第三无线通信模块将数据回传到接收端，本发明可以实现复杂地形的无人车投放，在无人车在现场相互组网，能够克服现有技术对于部分场景无法有效救援和勘探的问题。
附图说明
图1为根据本发明实施例提供的一种无人车与无人机协同感知系统的模块框图；
图2为根据本发明实施例提供的一种无人车与无人机协同感知系统的作业示意图；
图3为根据本发明实施例提供的一种吊架和无人车的机构示意图；
图4为图3中吊架的锁定机构的结构图；
图5为根据本发明实施例提供的一种无人车与无人机协同感知系统的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。
参照图1和图2，本实施例公开了一种无人车与无人机协同感知系统，该系统包括无人车、无人机和接收端。
无人车，包括车体、传感器、第一处理器和第一无线通信模块，所述传感器、第一处理器以及第一无线通信模块均安装在所述车体上，所述第一处理器分别与所述传感器和第一无线通信模块连接。
无人机，包括无人机本体、第二处理器、第二无线通信模块和第三无线通信模块，所述无人机本体设置有用于承载无人车的吊架，所述第二处理器分别与第二无线通信模块和第三无线通信模块连接，所述第二无线通信模块和所述第一无线通信模块通信。
接收端，包括第四无线通信模块，所述第四无线通信模块与第三无线通信模块通信。
其中，所述无人车的数量有多个；所述无人机用于在接收到投放指令后，释放所述无人车，通过第二无线通信模块与各所述第一无线通信模块建立通信，并下发指令使得所述无人车之间组网。
具体地，在本实施例中，无人车通过无人机投放，然后在搜索救援地区通过传感器进行数据采集，然后通过中短距离无线通信技术(如zigbee技术)与无人机通信，无人机相当于一个数据中转站或者一个信号中继器，无人机再通过远程通信网络(诸如4G/5G网络)向接收端回传数据。这样，通过接收器就可以获取无人车所采集的数据。
需要理解的是，无人机和无人车可以是由人遥控的，也可以是基于预先设定的程序自动控制的。其中，无人车上的传感器可以有一种或者多种，包括但不限于摄像头、拾音器、温度传感器、湿度传感器、超声波传感器和红外传感器等等。
无人机，可以在现有的无人机上进行改造，通过设置一个吊架来放置无人车。一般情况下，为了增加搜救的效率，无人车的数量可以是多个。
接收端，可以是诸如手机、笔记本或者PC机等设备，可以接收无人机回传的传感数据。
其中，无人车之间基于无人机的指令进行相互组网，无人车会在与无人机之间的信号较弱的情况下，通过其他无人车和无人机之间进行通信，这一过程可以利用zigbee网络实现。即无人车和无人机之间的通信链路并非固定的，而是根据信号的强弱动态调整。这一措施使得无人机可以在较为复杂的现场环境中，接收到各无人车的信息，避免信号中断。同时，无人机也作为通信的中转，根据诸如遥控器等设备的指令，指挥控制现场的无人车进行作业。
参照图3和图4，在一些实施例中，所述吊架包括用于承受无人车重量的底板100、舵机101和挡板200，所述挡板200与所述底板100铰接，所述舵机101用于驱动所述挡板200旋转。此外，在本实施例中还包括锁定机构，锁定机构用于锁定无人车400。该锁定机构包括锁机立板300，锁机立板300上设置有锁孔301；在锁机立板300上设置有电机302，电机302连接有螺杆306，螺杆306上设置有螺杆螺母310，螺杆螺母310上设置有杆体311。在螺杆306的两侧设置有与螺杆306平行的两个锁栓307，两个锁栓307均分别被设置在上部的锁栓固定器303a和设置在下部的锁栓固定器303b固定在锁机立板300上。每个锁栓307上设置有弹簧304，弹簧304被限制在锁栓固定器303a和一个弹簧固定卡片305a之间，在锁栓307上还设置有弹簧拉升卡片305b，其中，弹簧拉升卡片305b在弹簧的作用下被压向杆体311。其中，在电机302的作用下，螺杆306旋转，可以通过弹簧拉升卡片305b压缩弹簧，使得锁栓307抬起，无人车400上设置的锁环401通过锁孔301插入，此时，电机302反转，将锁栓307插入穿过锁孔301的锁环401，使得无人车400和无人机固定。
需要理解的是，吊架的控制由无人机上的第二处理器执行，吊架和无人机的连接方式可以有很多种，只要预留供无人车脱离无人机的空间即可。在本实施例中不对吊架的安装方式作具体的限定。一般，可以根据配重情况设置吊架的安装方式。
参照图3，在这些实施例中，挡板200主要用户防止车辆在飞行过程中滑出，挡板200的结构可以有多种，例如可以是一个长板或者是若干个小挡板。在一些实施例中，为了削减飞行重量，可以将挡板做成左右两侧的两个小挡板。
参照图3，在一些实施例中，所述挡板200和所述底板100之间的夹角在90°和180°之间变换。一般情况下，挡板200和所述底板100之间的夹角在90°时，无人车被阻挡，挡板200和所述底板100之间的夹角在180°时，无人车可以驶出。
在一些实施例中，所述吊架的数量为至少两个，或者所述吊架中可容纳至少两个所述无人车。在本实施例中，设置两个吊架或者增加吊架的能力，可以增加无人车的数量，增加系统的搜寻能力。
在一些实施例中，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均为zigbee模块，所述第三无线通信模块和所述第四无线通信模块均为433MHz通信模块、2G通信模块、3G通信模块、4G通信模块或者5G通信模块。在本实施例中，选用zigbee作为中短程通信网络，其具有穿透性强，网络稳定等特点，适用于复杂地形。通过无人机在空中作为中转，可以获得较好的通信效果，无人机在空中再通过远程通信网络向接收端回传数据，使得使用者可以在较远的位置进行搜救。
在一些实施例中，所述传感器包括人体感应器、温度传感器、湿度传感器、摄像头和拾音器中的至少一种。所述无人车的车体上还设置有照明灯、信号标和喇叭。通过设置多种传感器、照明灯还有喇叭，不仅能够将现场信息回传，还可以通过喇叭在现场发出声音。
在一些实施例中，所述接收端还包括第三处理器和显示屏，所述第三处理器分别与所述显示屏和第四无线通信模块连接。在本实施例中，通过设置显示屏和处理器，能够将无人机回传的信息进行显示，以方便地了解现场情况。
在一些实施例中，多个无人车的投放可以采用栅格阵列的形式部署，无人机依次飞往栅格阵列中各点部署无人车。然后无人机可以在栅格阵列得到中心位置进行数据传输，这样可以保证每个无人车所采集的数据都可以通过无人机回传。
参照图5，本实施例公开了一种无人车与无人机协同感知系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤510、获取投放指令。其中，投放指令可以由无人机遥控器配置，或者投放指令预置在无人机内，无人机飞抵目标位置后，自动读取该指令。
步骤520、释放所述无人车。具体地，无人机通过控制锁定机构上的电机转动，带动锁栓升起，无人车上的锁环从锁定机构的锁机立板的锁孔中释放出来，脱离锁定机构，同时无人机控制舵机旋转，使得挡板放下，无人车可以从吊架上脱离。
步骤530、通过第二无线通信模块与各所述第一无线通信模块建立通信。
步骤540、下发指令使得所述无人车之间组网。
无人机首先和各无人车进行组网，然后下发指令对无人车进行配置，使得无人车之间相互组网。
其中，无人车会在与无人机之间的信号较弱的情况下，通过其他无人车和无人机之间进行通信，这一过程可以利用zigbee网络实现。即无人车和无人机之间的通信链路并非固定的，而是根据信号的强弱动态调整。这一措施使得无人机可以在较为复杂的现场环境中，接收到各无人车的信息，避免信号中断。同时，无人机也作为通信的中转，根据诸如遥控器等设备的指令，指挥控制现场的无人车进行作业。
步骤550、通过至少一个所述无人车的第一无线通信模块接收各所述无人车回传的数据。
本实施例中，当部分无人车和无人机之间的信号不佳时，可以通过其他无人车与无人机进行通信，以回传所采集的数据。
步骤560、向接收端发送各所述无人车回传的数据。
接收端通过诸如4G或者5G等远程通信网络和无人机进行通信，以获取无人车在现场的采集的数据。
对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种无人车与无人机协同感知系统，其特征在于，包括：
无人车，包括车体、传感器、第一处理器和第一无线通信模块，所述传感器、第一处理器以及第一无线通信模块均安装在所述车体上，所述第一处理器分别与所述传感器和第一无线通信模块连接；
无人机，包括无人机本体、第二处理器、第二无线通信模块和第三无线通信模块，所述无人机本体设置有用于承载无人车的吊架，所述第二处理器分别与第二无线通信模块和第三无线通信模块连接，所述第二无线通信模块和所述第一无线通信模块通信；
其中，所述吊架包括用于承受无人车重量的底板、舵机和用于限制所述无人车移动的挡板，所述挡板与所述底板铰接，所述舵机用于驱动所述挡板旋转，所述舵机与所述第二处理器连接；所述底板上还设置有锁定机构，所述锁定机构用于锁定所述无人车；所述无人车的车体还设置有与所述锁定机构配合的锁环，所述锁定机构与所述第二处理器连接；其中，在释放所述无人车时，所述第二处理器控制所述锁定机构释放所述锁环；所述锁定机构包括锁机立板，所述锁机立板上设置有锁孔；在所述锁机立板上设置有电机，所述电机连接有螺杆，所述螺杆上设置有螺杆螺母，所述螺杆螺母上设置有杆体；在所述螺杆的两侧设置有与所述螺杆平行的两个锁栓，两个所述锁栓均分别被设置在上部的锁栓固定器和设置在下部的锁栓固定器,两个所述锁栓均固定在所述锁机立板上；每个所述锁栓上设置有弹簧，所述弹簧被限制在所述锁栓固定器和一个弹簧固定卡片之间，在所述锁栓上还设置有弹簧拉升卡片，其中，所述弹簧拉升卡片在弹簧的作用下被压向杆体；其中，在所述电机的作用下，所述螺杆旋转，通过所述弹簧拉升卡片压缩所述弹簧，使得所述锁栓抬起，所述无人车上设置的所述锁环通过所述锁孔插入；所述锁环插入所述锁孔后，所述电机反转，将所述锁栓插入穿过所述锁孔的所述锁环，使得所述无人车和所述无人机固定；
接收端，包括第四无线通信模块，所述第四无线通信模块与第三无线通信模块通信；
其中，所述无人车的数量有多个；所述无人机用于在接收到投放指令后，释放所述无人车，通过第二无线通信模块与各所述第一无线通信模块建立通信，并下发指令使得所述无人车之间组网；
其中，无人车之间基于无人机的指令进行相互组网，无人车会在与无人机之间的信号较弱的情况下，通过其他无人车和无人机之间进行通信；无人车和无人机之间的通信链路并非固定的，而是根据信号的强弱动态调整。
2.根据权利要求1所述的一种无人车与无人机协同感知系统，其特征在于，所述挡板和所述底板之间的夹角在90°和180°之间变换；
其中，在释放所述无人车时，所述第二处理器控制所述舵机旋转，以使所述挡板和所述底板之间的夹角为180°。
3.根据权利要求1所述的一种无人车与无人机协同感知系统，其特征在于，所述吊架的数量为至少两个，或者所述吊架中可容纳至少两个所述无人车。
4.根据权利要求1所述的一种无人车与无人机协同感知系统，其特征在于，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均为zigbee模块，所述第三无线通信模块和所述第四无线通信模块均为433MHz通信模块、2G通信模块、3G通信模块、4G通信模块或者5G通信模块。
5.根据权利要求1所述的一种无人车与无人机协同感知系统，其特征在于，所述传感器包括人体感应器、温度传感器、湿度传感器、摄像头和拾音器中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种无人车与无人机协同感知系统，其特征在于，所述无人车的车体上还设置有照明灯、信号标和喇叭。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种无人车与无人机协同感知系统，其特征在于，所述接收端还包括第三处理器和显示屏，所述第三处理器分别与所述显示屏和第四无线通信模块连接。
8.一种无人车与无人机协同感知系统的控制方法，应用于权利要求1至7任一项所述的一种无人车与无人机协同感知系统，其特征在于，包括以下步骤：
获取投放指令；
释放所述无人车；
通过第二无线通信模块与各所述第一无线通信模块建立通信；
接收各所述无人车回传的数据；其中，无人车之间基于无人机的指令进行相互组网，无人车会在与无人机之间的信号较弱的情况下，通过其他无人车和无人机之间进行通信；无人车和无人机之间的通信链路并非固定的，而是根据信号的强弱动态调整；
向接收端发送各所述无人车回传的数据。
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