CN114964265A - 一种用于微型无人机的室内自主导航系统及导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微型无人机的室内自主导航系统及导航方法，属于无人机领域，一种用于微型无人机的室内自主导航系统及导航方法，通过无人机的图像采集功能、图像处理功能和资源共享功能，能够在无人机对室内布局进行勘测飞行时，实时修改导航无人机的飞行路线，根据布局的不同，实时修改导航数据，并将数据与云服务器进行相互调用，达到无人机导航时的高精准性和实时勘测的效果，同时无人机的应急模块还可以对无人机飞行过程中出现的应急事件进行及时处理，保护无人机与周围环境的安全性，通过登录模块还可以方便不同操作员之间对无人机的导航数据进行快速修改、备份、加密和传输的效果。

Description

一种用于微型无人机的室内自主导航系统及导航方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，更具体地说，涉及一种用于微型无人机的室内自主导航系统及导航方法。

背景技术

微型无人机(MAV)是指尺寸只有手掌大小(约15cm)的飞行器。它将作为士兵可携带的一种战场侦察设备，其潜在的作用包括空中监视、生物战剂探测、目标识别、通信中继，它甚至能探测到大型建筑物和大型设施的内部情况，因此，为士兵增添了“空中之眼”。

微型无人机，主要针对室内和小环境的勘测活动，根据人工控制进行飞行，或者提前设置的导航路线进行飞行，完成一系列飞行勘测任务。

传统无人机的导航系统，需要人工控制飞行，少部分的导航系统也是按照预定的路线进行飞行，难以做到根据室内布局的不同，进行实时修改路线，达到实时勘测的效果，且在复杂的室内环境内，难以保证周围环境和无人机自身的安全。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于微型无人机的室内自主导航系统及导航方法，可以实现无人机对室内布局进行勘测飞行时，实时修改导航无人机的飞行路线，根据布局的不同，实时修改导航数据，并将数据与云服务器进行相互调用，达到无人机导航时的高精准性和实时勘测的效果。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种用于微型无人机的室内自主导航系统及导航方法，包括无人机系统，所述无人机系统内设有接收传感器信号的传感器模块、用于控制无人机各项指令的控制模块、用于对室内进行实时勘测的勘测模块、用于控制无人机飞行运动的驱动模块和在意外情况下进行紧急避险的应急模块，所述勘测模块连接有对室内布局进行实时采集的图像采集模块，所述图像采集模块连接有对初始图像进行进一步精细处理的图像处理模块，且图像处理模块与勘测模块相连接，用于图像处理模块直接将处理好的数据传输给勘测模块进行使用，提升勘测模块的勘测效率，所述图像处理模块连接有资源共享模块，用于将采集到的图像数据与外界进行共享，所述资源共享模块连接有数据压缩模块，用于对共享数据进行快速压缩，进而提升数据传输效率，所述数据压缩模块与云服务器相连接，通过云服务器可以增大压缩后的共享数据分享范围以及数据的处理效率，所述无人机系统内设有本地数据库，且本地数据库与云服务器信号连接，用于云服务器与本地数据库之间数据的互换和调用，通过无人机系统实时协调传感器模块、控制模块、勘测模块、驱动模块和应急模块，达到无人机在室内进行稳定飞行勘测的效果，首先通过图像采集模块对室内情况进行勘测，并将数据传输给勘测模块，用于无人机系统的调用，当图像数据不完整时，会将图像数据传输给图像处理模块进行处理，随后在图像处理模块的加工处理下，新的图像数据会再次传输给勘测模块，供无人机系统进行调用，在此过程中，资源共享模块会将变化的图像数据传输给数据压缩模块，并在压缩后快速传输给云服务器进行备用，在此期间，本地数据库与云服务器信号之间的连接，可以达到云服务器与本地数据库之间数据的互换和调用，提升无人机飞行时的导航的准确性。

进一步的，所述驱动模块内设有升降单元、飞行单元、平衡单元、速度单元，用于控制无人机在运动中的正常飞行，提升无人机的运动效果，通过驱动模块、控制模块与传感器模块之间的配合，使得驱动模块内的升降单元可以自由控制无人机在飞行中的升降运动，飞行单元控制无人机在飞行中的飞行运动，平衡单元控制无人机在飞行中的整体平衡状态，速度单元控制无人机在飞行中的速度状态，最终使得无人机可以稳定的完成各项飞行运动。

进一步的，所述应急模块连接有预警提示模块和气囊保护模块，所述预警提示模块内设有声音报警单元和灯光报警单元，用于无人机在与突然出现的障碍物，即将进行碰撞时，发出声音报警以及灯光报警，通过无人机在发出声音报警以及灯光报警后，可以达到提醒人类和动物及时反应，进而离开无人机的飞行轨道，达到保护人类和动物的安全，也避免了无人机发生碰撞导致的损坏，通过气囊保护模块快速启动无人机内安装的气囊，达到对无人机外侧进行柔性包裹的效果，使得无人机无论是与障碍物发生碰撞或是即将落地时，都能对无人机自身进行保护，同时也保护了人类和动物的生命安全。

进一步的，云服务器内设有用于方便操作员登录的用户登录模块，所述用户登录模块内设有身份验证单元和身份查询单元，所述身份验证单元采用的是密码结合面部识别的验证方式，所述身份查询单元采用弹窗询问的方式，用于在操作员登录云服务器时，记录操作员的身份信息，方便后续查证，同时也方便操作员的快速登录，通过身份验证单元采用的是密码结合面部识别的验证方式，可以达到避免账号丢失的效果，提升账号安全，通过身份查询单元，可以方便操作员快速填写身份，加速登录速度。

进一步的，所述图像采集模块内设有用于无人机在不同环境中切换不同照明灯光的灯光切换单元和用于在不同亮度环境中进行灯光补偿的光照补偿单元，通过灯光切换单元和光照补偿单元的彼此配合，可以达到提升无人机在不同环境中对室内布局情况的图像采集效果。

进一步的，所述图像处理模块内设有图像识别单元、图像分割单元、图像增强单元和图像边缘锐化平滑单元，通过图像识别单元、图像分割单元、图像增强单元、图像边缘锐化平滑单元，可以达到对图像数据的中的模糊画面与丢失画面进行修复还原，并再次对图像的特征进行识别，同时增强图像数据的完整性和平滑性，最终达到提升图像采集模块采集到的初始图像数据经过图像处理模块的处理后，再传入勘测模块时，能最大程度的让无人机对室内布局情况，进行识别，提升勘测效果。

进一步的，所述资源共享模块内设有数据发送单元和数据接收单元，用于将图像处理模块处理后的数据及时传输到云服务器内，同时也方便云服务器数据通过数据压缩模块压缩后，再利用数据接收模块传输到无人机系统内，方便无人机系统进行调用，通过数据发送单元和数据接收单元，可以达到提升无人机系统与云服务器之前的数据传输效率，降低无人机系统在处理数据时的其他模块之间的损耗。

进一步的，所述云服务器连接有数据处理模块，所述数据处理模块内设有数据加密单元、数据备份单元、数据修改单元和数据传输单元，通过数据加密单元、数据备份单元、数据修改单元和数据传输单元，可以达到对资源共享模块传输到云服务器内的数据，进行及时的修改、备份，还可以用于用户之间的数据传输和数据加密，达到云服务器内的数据共享的效果，也方便用户与其他操作员之间进行及时调用查看。

进一步的，所述云服务器连接有检索比对模块，所述检索比对模块与数据压缩模块相连接，用于检索传输云服务器内与该室内布局相似度极高的解决方案或调整程序，压缩进入到无人机系统内，供无人机系统调用，通过检索比对模块，可以在图像处理模块在对图像数据进行进一步处理后，还是无法让无人机系统了解到室内清晰的布局情况，造成无人机无法继续飞行时，检索比对模块可以通过检索比对云服务器内的重合度极高的相似布局，发送给无人机系统，使其可以顺利进行飞行勘测工作。

进一步的，所述导航系统的导航方法包括以下步骤：

S1、通过本地数据库内的设计数据进行飞行，在此期间，同时利用勘测模块对室内布局进行实时勘测，并根据实际布局修改飞行路线，达到实时导航的效果；

S2、在飞行过程中，无人机飞行的路线和勘测画面会通过资源共享模块传输给云服务器进行处理备份；

S3、在飞行过程中，无人机发生应急情况时，通过应急模块可以达到对无人机以及突然出现的障碍物进行保护的效果；

S4、操作员可以通过云服务器对勘测数据进行修改、备份、加密和传输，从而达到持续更新并提升无人机的导航数据，增强导航效果。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：通过无人机的图像采集功能、图像处理功能和资源共享功能，能够在无人机对室内布局进行勘测飞行时，实时修改导航无人机的飞行路线，根据布局的不同，实时修改导航数据，并将数据与云服务器进行相互调用，达到无人机导航时的高精准性和实时勘测的效果，同时无人机的应急模块还可以对无人机飞行过程中出现的应急事件进行及时处理，保护无人机与周围环境的安全性，通过登录模块还可以方便不同操作员之间对无人机的导航数据进行快速修改、备份、加密和传输的效果。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体模块结构示意图；

图2为本发明中云服务器处部分模块的结构示意图；

图3为本发明中资源共享模块处的结构示意图。

具体实施方式

下面将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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-图3，一种用于微型无人机的室内自主导航系统及导航方法，包括无人机系统，无人机系统内设有接收传感器信号的传感器模块、用于控制无人机各项指令的控制模块、用于对室内进行实时勘测的勘测模块、用于控制无人机飞行运动的驱动模块和在意外情况下进行紧急避险的应急模块，勘测模块连接有对室内布局进行实时采集的图像采集模块，图像采集模块连接有对初始图像进行进一步精细处理的图像处理模块，且图像处理模块与勘测模块相连接，用于图像处理模块直接将处理好的数据传输给勘测模块进行使用，提升勘测模块的勘测效率，图像处理模块连接有资源共享模块，用于将采集到的图像数据与外界进行共享，资源共享模块连接有数据压缩模块，用于对共享数据进行快速压缩，进而提升数据传输效率，数据压缩模块与云服务器相连接，通过云服务器可以增大压缩后的共享数据分享范围以及数据的处理效率，无人机系统内设有本地数据库，且本地数据库与云服务器信号连接，用于云服务器与本地数据库之间数据的互换和调用，通过无人机系统实时协调传感器模块、控制模块、勘测模块、驱动模块和应急模块，达到无人机在室内进行稳定飞行勘测的效果，首先通过图像采集模块对室内情况进行勘测，并将数据传输给勘测模块，用于无人机系统的调用，当图像数据不完整时，会将图像数据传输给图像处理模块进行处理，随后在图像处理模块的加工处理下，新的图像数据会再次传输给勘测模块，供无人机系统进行调用，在此过程中，资源共享模块会将变化的图像数据传输给数据压缩模块，并在压缩后快速传输给云服务器进行备用，在此期间，本地数据库与云服务器信号之间的连接，可以达到云服务器与本地数据库之间数据的互换和调用，提升无人机飞行时的导航的准确性。

驱动模块内设有升降单元、飞行单元、平衡单元、速度单元，用于控制无人机在运动中的正常飞行，提升无人机的运动效果，通过驱动模块、控制模块与传感器模块之间的配合，使得驱动模块内的升降单元可以自由控制无人机在飞行中的升降运动，飞行单元控制无人机在飞行中的飞行运动，平衡单元控制无人机在飞行中的整体平衡状态，速度单元控制无人机在飞行中的速度状态，最终使得无人机可以稳定的完成各项飞行运动。

应急模块连接有预警提示模块和气囊保护模块，预警提示模块内设有声音报警单元和灯光报警单元，用于无人机在与突然出现的障碍物，即将进行碰撞时，发出声音报警以及灯光报警，通过无人机在发出声音报警以及灯光报警后，可以达到提醒人类和动物及时反应，进而离开无人机的飞行轨道，达到保护人类和动物的安全，也避免了无人机发生碰撞导致的损坏，通过气囊保护模块快速启动无人机内安装的气囊，达到对无人机外侧进行柔性包裹的效果，使得无人机无论是与障碍物发生碰撞或是即将落地时，都能对无人机自身进行保护，同时也保护了人类和动物的生命安全。

云服务器内设有用于方便操作员登录的用户登录模块，用户登录模块内设有身份验证单元和身份查询单元，身份验证单元采用的是密码结合面部识别的验证方式，身份查询单元采用弹窗询问的方式，用于在操作员登录云服务器时，记录操作员的身份信息，方便后续查证，同时也方便操作员的快速登录，通过身份验证单元采用的是密码结合面部识别的验证方式，可以达到避免账号丢失的效果，提升账号安全，通过身份查询单元，可以方便操作员快速填写身份，加速登录速度。

图像采集模块内设有用于无人机在不同环境中切换不同照明灯光的灯光切换单元和用于在不同亮度环境中进行灯光补偿的光照补偿单元，通过灯光切换单元和光照补偿单元的彼此配合，可以达到提升无人机在不同环境中对室内布局情况的图像采集效果。

图像处理模块内设有图像识别单元、图像分割单元、图像增强单元和图像边缘锐化平滑单元，通过图像识别单元、图像分割单元、图像增强单元、图像边缘锐化平滑单元，可以达到对图像数据的中的模糊画面与丢失画面进行修复还原，并再次对图像的特征进行识别，同时增强图像数据的完整性和平滑性，最终达到提升图像采集模块采集到的初始图像数据经过图像处理模块的处理后，再传入勘测模块时，能最大程度的让无人机对室内布局情况，进行识别，提升勘测效果。

资源共享模块内设有数据发送单元和数据接收单元，用于将图像处理模块处理后的数据及时传输到云服务器内，同时也方便云服务器数据通过数据压缩模块压缩后，再利用数据接收模块传输到无人机系统内，方便无人机系统进行调用，通过数据发送单元和数据接收单元，可以达到提升无人机系统与云服务器之前的数据传输效率，降低无人机系统在处理数据时的其他模块之间的损耗。

云服务器连接有数据处理模块，数据处理模块内设有数据加密单元、数据备份单元、数据修改单元和数据传输单元，通过数据加密单元、数据备份单元、数据修改单元和数据传输单元，可以达到对资源共享模块传输到云服务器内的数据，进行及时的修改、备份，还可以用于用户之间的数据传输和数据加密，达到云服务器内的数据共享的效果，也方便用户与其他操作员之间进行及时调用查看。

云服务器连接有检索比对模块，检索比对模块与数据压缩模块相连接，用于检索传输云服务器内与该室内布局相似度极高的解决方案或调整程序，压缩进入到无人机系统内，供无人机系统调用，通过检索比对模块，可以在图像处理模块在对图像数据进行进一步处理后，还是无法让无人机系统了解到室内清晰的布局情况，造成无人机无法继续飞行时，检索比对模块可以通过检索比对云服务器内的重合度极高的相似布局，发送给无人机系统，使其可以顺利进行飞行勘测工作。

工作原理：通过无人机系统实时协调传感器模块、控制模块、勘测模块、驱动模块和应急模块，达到无人机在室内进行稳定飞行勘测的效果，首先通过图像采集模块对室内情况进行勘测，并将数据传输给勘测模块，用于无人机系统的调用，在此期间，通过灯光切换单元和光照补偿单元的彼此配合，可以达到提升无人机在不同环境中对室内布局情况的图像采集效果；

当图像数据不完整时，会将图像数据传输给图像处理模块进行处理，随后在图像处理模块的加工处理下，新的图像数据会再次传输给勘测模块，供无人机系统进行调用，通过图像识别单元、图像分割单元、图像增强单元、图像边缘锐化平滑单元，可以达到对图像数据的中的模糊画面与丢失画面进行修复还原，并再次对图像的特征进行识别，同时增强图像数据的完整性和平滑性，最终达到提升图像采集模块采集到的初始图像数据经过图像处理模块的处理后，再传入勘测模块时，能最大程度的让无人机对室内布局情况，进行识别，提升勘测效果；

通过检索比对模块，可以在图像处理模块在对图像数据进行进一步处理后，还是无法让无人机系统了解到室内清晰的布局情况，造成无人机无法继续飞行时，检索比对模块可以通过检索比对云服务器内的重合度极高的相似布局，发送给无人机系统，使其可以顺利进行飞行勘测工作，在此期间，本地数据库与云服务器信号之间的连接，可以达到云服务器与本地数据库之间数据的互换和调用，提升无人机飞行时的导航的准确性；

通过无人机在发出声音报警以及灯光报警后，可以达到提醒人类和动物及时反应，进而离开无人机的飞行轨道，达到保护人类和动物的安全，也避免了无人机发生碰撞导致的损坏，通过气囊保护模块快速启动无人机内安装的气囊，达到对无人机外侧进行柔性包裹的效果，使得无人机无论是与障碍物发生碰撞或是即将落地时，都能对无人机自身进行保护，同时也保护了人类和动物的生命安全；

在此过程中，资源共享模块会将变化的图像数据传输给数据压缩模块，并在压缩后快速传输给云服务器进行备用，在资源共享模块和数据压缩模块的作用下，图像处理模块处理后的数据及时传输到云服务器内，同时也方便云服务器数据通过数据压缩模块压缩后，再利用数据接收模块传输到无人机系统内，方便无人机系统进行调用，在此期间，数据发送单元和数据接收单元，可以达到提升无人机系统与云服务器之前的数据传输效率，降低无人机系统在处理数据时的其他模块之间的损耗；

通过身份验证单元采用的是密码结合面部识别的验证方式，可以达到避免账号丢失的效果，提升账号安全，通过身份查询单元，可以方便操作员快速填写身份，加速登录速度，在操作员登录到云服务器上后，通过数据加密单元、数据备份单元、数据修改单元和数据传输单元，可以达到操作员对资源共享模块传输到云服务器内的数据，进行及时的修改、备份，还可以用于用户之间的数据传输和数据加密，达到云服务器内的数据共享的效果，也方便用户与其他操作员之间进行及时调用查看。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于微型无人机的室内自主导航系统，包括无人机系统，其特征在于：所述无人机系统内设有接收传感器信号的传感器模块、用于控制无人机各项指令的控制模块、用于对室内进行实时勘测的勘测模块、用于控制无人机飞行运动的驱动模块和在意外情况下进行紧急避险的应急模块，所述勘测模块连接有对室内布局进行实时采集的图像采集模块，所述图像采集模块连接有对初始图像进行进一步精细处理的图像处理模块，且图像处理模块与勘测模块相连接，用于图像处理模块直接将处理好的数据传输给勘测模块进行使用，提升勘测模块的勘测效率，所述图像处理模块连接有资源共享模块，用于将采集到的图像数据与外界进行共享，所述资源共享模块连接有数据压缩模块，用于对共享数据进行快速压缩，进而提升数据传输效率，所述数据压缩模块与云服务器相连接，通过云服务器可以增大压缩后的共享数据分享范围以及数据的处理效率，所述无人机系统内设有本地数据库，且本地数据库与云服务器信号连接，用于云服务器与本地数据库之间数据的互换和调用。

2.根据权利要求1所述的一种用于微型无人机的室内自主导航系统，其特征在于：所述驱动模块内设有升降单元、飞行单元、平衡单元、速度单元。

3.根据权利要求1所述的一种用于微型无人机的室内自主导航系统，其特征在于：所述应急模块连接有预警提示模块和气囊保护模块，所述预警提示模块内设有声音报警单元和灯光报警单元，用于无人机在与突然出现的障碍物，即将进行碰撞时，发出声音报警以及灯光报警。

4.根据权利要求1所述的一种用于微型无人机的室内自主导航系统，其特征在于：云服务器内设有用于方便操作员登录的用户登录模块，所述用户登录模块内设有身份验证单元和身份查询单元，所述身份验证单元采用的是密码结合面部识别的验证方式。

5.根据权利要求1所述的一种用于微型无人机的室内自主导航系统，其特征在于：所述图像采集模块内设有用于无人机在不同环境中切换不同照明灯光的灯光切换单元和用于在不同亮度环境中进行灯光补偿的光照补偿单元。

6.根据权利要求1所述的一种用于微型无人机的室内自主导航系统，其特征在于：所述图像处理模块内设有图像识别单元、图像分割单元、图像增强单元和图像边缘锐化平滑单元。

7.根据权利要求1所述的一种用于微型无人机的室内自主导航系统，其特征在于：所述资源共享模块内设有数据发送单元和数据接收单元。

8.根据权利要求1所述的一种用于微型无人机的室内自主导航系统，其特征在于：所述云服务器连接有数据处理模块，所述数据处理模块内设有数据加密单元、数据备份单元、数据修改单元和数据传输单元。

9.根据权利要求1所述的一种用于微型无人机的室内自主导航系统，其特征在于：所述云服务器连接有检索比对模块，所述检索比对模块与数据压缩模块相连接。

10.根据权利要求1-9所述的一种用于微型无人机的室内自主导航系统的导航方法，其特征在于：所述导航系统的导航方法包括以下步骤：

S1、通过本地数据库内的设计数据进行飞行，在此期间，同时利用勘测模块对室内布局进行实时勘测，并根据实际布局修改飞行路线；

S2、在飞行过程中，无人机飞行的路线和勘测画面会通过资源共享模块传输给云服务器进行处理备份；

S3、在飞行过程中，无人机发生应急情况时，通过应急模块可以达到对无人机以及突然出现的障碍物进行保护的效果；

S4、操作员可以通过云服务器对勘测数据进行修改、备份、加密和传输，从而达到持续更新并提升无人机的导航数据，增强导航效果。

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