CN212988387U - 一种基于二维码阵列的室内无人机系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于二维码阵列的室内无人机系统，包括室内空间、上位机、无人机以及二维码，所述上位机与无人机无线连接，所述二维码布置于所述室内空间地面，用于供无人机识别。本实用新型在室内GPS信号较弱的时候，无人机可以借助二维码进行辅助定位，具体实现时无人机通过拍摄二维码阵列提供给上位机做进一步处理，从而进一步实现二维码定位功能。基于AprilTag二维码进行无人机室内定位，受环境干扰不大，且占用CPU资源小，成本低廉。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机领域，更具体地，涉及一种基于二维码阵列的室内无人机系统。
背景技术
室内定位在AR、VR以及机器人等领域是一个重点问题，并且是室内自主导航的前提。虽然GPS能解决定位问题，但是在室内定位中，其信号较弱导致精度无法满足要求，甚至无法进行定位，所以室内定位需要采用其他定位技术。现在为解决室内定位的问题，已经出现了UWB定位、WIFI定位、蓝牙定位、以及SLAM定位等方案。
但是上述方案均存在较大的技术局限或者缺乏经济实用性：
1、基于蓝牙的定位受环境干扰大，且不能遮挡设备；
2、基于UWB的定位方案在无人机上有所应用，但是最少需要3个基站，且信号传播会受到墙壁、天花板、门、人等障碍物的阻挡，导致信号发生反射、折射、衍射现象，发射信号经过不同的时间、不同路径到达UWB接收端，最终造成UWB精度降低，需要较复杂的算法进行滤波以及优化；
3、基于视觉SLAM的定位方案在运行的过程中占用CPU大量资源，需要比较强悍的CPU才能实时运行，设备成本高，技术难度大，且需要环境纹理特征丰富，而室内无人机的俯视视角的纹理特征并不是特别丰富，所以一般的SLAM算法并不完全适用于无人机俯视视角，且定位轨迹容易漂移；
4、采用三维激光雷达来进行建图与定位，其成本昂贵，且重量大，对无人机要求极高。
实用新型内容
本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种基于二维码阵列的室内无人机系统，用于借助二维码辅助无人机室内定位。
本实用新型采取的技术方案是，一种基于二维码阵列的室内无人机系统，包括室内空间、上位机、无人机以及二维码，所述上位机与所述无人机无线连接，所述二维码布置于所述室内空间地面，用于供无人机识别。
进一步的，所述无人机包括无人机主体、相机装置以及控制系统，所述相机装置安装于所述无人机主体上，所述无人机主体及所述相机装置均与所述控制系统电连接；所述控制系统与所述上位机无线连接。
进一步的，所述相机装置包括免驱摄像头，所述免驱摄像头与所述上位机无线连接，所述免驱摄像头用于进行航拍并将航拍的图像传输给上位机。
进一步的，所述相机装置还包括OV7725摄像头，所述OV7725摄像头与所述控制系统电连接，与所述上位机无线连接。所述OV7725摄像头用于拍摄二维码，并将拍摄的图像传输给上位机。
进一步的，所述相机装置还包括光流传感器，所述光流传感器与控制系统电连接，所述光流传感器拍摄地面图像传输给控制系统。
进一步的，所述的控制系统包括飞控以及遥控器，所述飞控安装于所述无人机主体上，飞控与上位机、遥控器无线连接，飞控与相机装置、无人机主体电连接。所述飞控用于控制无人机主体飞行时保持正常飞行姿态，减少环境等其他因素干扰，同时还接收其他器件发送的信息。所述遥控器主要是控制无人机一键起飞等操作。
进一步的，还包括标定板，所述标定板布置于所述室内空间地面。所述标定板用于对无人机相机模块的标定。
进一步的，所述二维码为3*3排列的TAG36H11家族的AprilTag阵列。AprilTag与其他二维码相比降低了复杂度以满足实时性要求，同时TAG36H11家族的识别正确率高且运行速度较快。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型提供了一种基于二维码阵列的室内无人机系统，可在室内GPS信号较弱的时候，无人机可以借助二维码进行辅助定位，具体实现时无人机通过拍摄二维码阵列提供给上位机做进一步处理，从而进一步实现二维码定位功能。基于AprilTag二维码进行无人机室内定位，受环境干扰不大，且占用CPU资源小，成本低廉。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图。
图2为本实用新型实施例中标定板300示意图。
图3为本实用新型实施例中飞控405原理图。
图4为本实用新型实施例中陀螺仪、加速计原理图。
图5为本实用新型实施例中电子罗盘原理图。
图6为本实用新型实施例中硬件连接框图。
附图标记说明：上位机100，二维码200，标定板300，无人机主体401，免驱摄像头402，OV7725摄像头403，光流传感器404，飞控405，遥控器406。
具体实施方式
本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
如图1所示，本实施例提供一种基于二维码阵列的室内无人机定位系统，包括室内空间、上位机100、无人机以及二维码200，所述上位机100与所述无人机无线连接，所述二维码200布置于所述室内空间地面，用于供所述无人机识别。本实施例中，所述上位机100为PC端，执行环境为Windows 10，GUI框架为Qt 5.9。
进一步的，所述无人机定位系统还包括标定板300，所述标定板300布置于所述室内空间地面。
本实施例中，如图2所示，具体采用的是棋盘标定板，16张棋盘图片，棋盘格子中的边长为24mm，所述无人机可以通过相机装置拍摄棋盘标定板传输给上位机处理。上位机接收到图像数据后可以做进一步的处理，如可以采用Matlab棋盘标定法对相机进行标定，求解内参以及畸变系数，Matlab会对棋盘标定板图2进行角点检测得到角点像素坐标，并将世界坐标系建立在棋盘上，棋盘上面的角点在世界坐标系的特点为z轴为0，最后将像素坐标系下的角点坐标与世界坐标系下的角点坐标建立联系，并通过PnP等方法求解出内参、畸变参数。
进一步的，所述二维码200为3*3排列的TAG36H11家族的AprilTag阵列。
进一步的，所述无人机包括无人机主体401、相机装置以及控制系统，所述相机装置安装于所述无人机主体401上，所述无人机主体401及所述相机模块均与所述控制系统电连接，所述控制系统与所述上位机无线连接。
进一步的，所述相机模块包括免驱摄像头402、OV7725摄像头403以及光流传感器404；所述免驱摄像头402与所述上位机100无线连接，所述免驱摄像头402用于进行航拍并将航拍的图像传输给上位机100；所述OV7725摄像头403与所述控制系统电连接，与所述上位机100无线连接，所述OV7725摄像头403用于拍摄二维码200，并将拍摄的图像传输给上位机100；所述光流传感器404与控制系统电连接，所述光流传感器404拍摄地面图像传输给控制系统。
进一步的，所述的控制系统包括飞控405以及遥控器406，所述飞控405安装于所述无人机主体401上，飞控405与上位机100、遥控器406无线连接，用于控制所述无人机主体401飞行及接收信息，所述遥控器405用于控制所述无人机起飞。
本实施例中，所述免驱摄像头402具体可以通过树莓派电路板与所述上位机100进行WIFI连接，所述免驱摄像头402采集到的图像信息可以通过WIFI远程传输到上位机100的PC端。所述OV7725摄像头403可以将拍摄到的图像通过串口传输到飞控405，以及通过串口传输至蓝牙，再通过蓝牙将拍摄的图像无线传输给上位机100进行下一步处理。同时，本实施例中，所述控制系统还可以包括陀螺仪、加速计以及电子罗盘，本实施例中所述飞控405可以采用匿名飞控，CPU可以为STM32F407，该飞控405可以具有多个串口通信接口，便于实现与OV7725摄像头403、光流传感器404的通信，本实施例中所述飞控原理图可以如图3所示，所述陀螺仪、加速计原理图可以如图4所示，所述电子罗盘原理图可以如图5所示。所述遥控器406还可以通过无线接收机与所述飞控405无线连接，所述飞控405还可以连接有如电机等驱动装置驱动其工作。本实施例中，部分硬件连接框图如图6所示。
本实施例中，该室内无人机系统定位的工作原理具体可以如：
1、在室内空间地面布置二维码阵列，使用标定板对相机进行标定，对无人机进行配置，如陀螺仪、加速计以及光流模块等进行校正；
2、无人机等待遥控器起飞指令，得到起飞指令后，无人机飞到指定高度进行悬停；
3、OV7725摄像头拍摄二维码，并将拍摄的图像传输给上位机；
4、上位机接收OV7725摄像头传输的图像信息，并进行进一步处理，如显示图像信息并划分ID号，以及进行二维轨迹绘制；
5、上位机指定其中一个ID号发送至无人机，无人机接收指定ID号后飞行至指定ID的二维码图像上。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于二维码阵列的室内无人机系统，其特征在于，包括室内空间、上位机、无人机以及二维码，所述上位机与无人机无线连接，所述二维码布置于所述室内空间地面，用于供无人机识别。
2.根据权利要求1所述的一种基于二维码阵列的室内无人机系统，其特征在于，所述无人机包括无人机主体、相机装置以及控制系统，所述相机装置安装于所述无人机主体上，所述无人机主体及所述相机装置均与所述控制系统电连接，所述控制系统与所述上位机无线连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于二维码阵列的室内无人机系统，其特征在于，所述相机装置包括免驱摄像头；所述免驱摄像头与所述上位机无线连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于二维码阵列的室内无人机系统，其特征在于，所述相机装置还包括OV7725摄像头，所述OV7725摄像头与所述控制系统电连接，与所述上位机无线连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于二维码阵列的室内无人机系统，其特征在于，所述相机装置还包括光流传感器，所述光流传感器与所述控制系统电连接。
6.根据权利要求2所述的一种基于二维码阵列的室内无人机系统，其特征在于，所述的控制系统包括飞控以及遥控器，所述飞控安装于所述无人机主体上，所述飞控与所述上位机及遥控器无线连接，所述飞控与所述无人机主体及相机装置电连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于二维码阵列的室内无人机系统，其特征在于，还包括标定板，所述标定板布置于所述室内空间地面。
8.根据权利要求1所述的一种基于二维码阵列的室内无人机系统，其特征在于，所述二维码为3*3排列的TAG36H11家族的AprilTag阵列。
Priority Applications (1)
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| CN202022111574.XU CN212988387U (zh) | 2020-09-23 | 2020-09-23 | 一种基于二维码阵列的室内无人机系统 |
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| CN117130392A (zh) * | 2023-10-26 | 2023-11-28 | 深圳森磊弘泰消防科技有限公司 | 基于bim数据进行室内定位导航的无人机及控制方法 |
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| CN117130392B (zh) * | 2023-10-26 | 2024-02-20 | 深圳森磊弘泰消防科技有限公司 | 基于bim数据进行室内定位导航的无人机及控制方法 |
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