CN111506091A - 基于动态二维码的无人机精准降落控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于动态二维码的无人机交互式精准降落***及方法,包括:无人机和基站;无人机的第一GPS模块采集无人机当前的位置信息,并将无人机当前的位置信息传输给无人机的第一控制器,第一控制器将无人机当前的位置信息通过无人机的第一通信模块,传输给基站的第二通信模块,基站的第二通信模块,将接收到的无人机当前的位置信息传输给基站的第二控制器,基站的第二控制器根据接收的无人机当前位置信息调整二维码的显示数量和显示尺寸,引导无人机平稳降落在停机坪上。
Description
技术领域
本公开涉及无人机自主精准降落技术领域,特别是涉及基于动态二维码的无人机精准降落控制***及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术,并不必然构成现有技术。
无人机自主起飞和降落技术是实现多旋翼无人机户外部署、自动化飞行重要一环。多旋翼无人机需要在直径1米甚至更小直径的停机坪上进行起降。因此,精准降落技术是飞行控制技术中对精准度要求很高的技术。
在基于深度学习的图像识别流行之前,常规的降落方法是依靠GPS定位来辅助降落,而民用级别的GPS定位精度能达到10m左右,误差较大,而且GPS信号在遮挡物较多的区域,比如建筑物密集或森林,会造成误差增大甚至信号丢失;甚至会受到恶意的卫星定位信号干扰而降落到错误地点。专业级高精度GPS RTK设备定位精度达到厘米级,但是成本昂贵。在深度学习技术成熟之后,无人机降落技术开始使用图像识别的方法进行降落。
无人机自主降落过程中通过不停识别停机坪位置,动态调整无人机的水平位置和高度,保持停机坪位于镜头中间位置,实现无人机由高到低的降落过程。在这个过程中无人机镜头中停机坪图案由小变大,这对基于固定大小停机坪图案的检测方法造成了一定困难。如果停机坪图案较大,无人机在高处盘旋时能看清,但是在低处时,无人机看不到完整的图案,只能看到其中的一部分;如果停机坪图案较小,无人机在低处盘旋时能看到完整图案,但是无人机在高处盘旋时很可能无法看清。
另外,如何防止多旋翼无人机降落到错误的停机坪上也是无人机大规模部署面临的一个问题。如果两个停机坪之间距离很近,无人机在高处盘旋时同时能看到两个停机坪,无人机如何选择其中一个停机坪进行降落;如何防止恶意假冒的停机坪诱骗无人机降落;为此,必须在降落过程中进行无人机与停机坪之间的双向身份认证,一方面保证无人机只会降落在通过身份认证的停机坪上,另一方面实现只有通过身份认证的无人机才能允许降落在该停机坪上。
旋翼无人机夜间降落时,通常在停机坪上设置H形状的LED灯,引导无人机人工降落。在无人机夜间自主降落时,如何让无人机观察到地面引导降落图案也是一个重要问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本公开提供了基于动态二维码的无人机交互式精准降落***及方法;根据无人机距离地面高度动态调整二维码标签大小实现对无人机由高到底的交互式精准引导降落,通过带身份认证的二维码内容实现无人机对停机坪的身份认证,防止无人机降落在错误位置。
第一方面,本公开提供了基于动态二维码的无人机交互式精准降落***;
基于动态二维码的无人机交互式精准降落***,包括:无人机和基站;
所述无人机,包括:第一控制器,所述第一控制器分别与摄像机、第一GPS模块、第一通信模块和第一电源模块连接;
所述基站,包括:停机箱,所述停机箱内布设有第二控制器,所述第二控制器分别与LED显示屏、第二GPS模块,第二通信模块、第二电源模块、电磁锁和驱动器连接,所述驱动器与两个推拉杆连接,所述驱动器用于为无人机开启或关闭停机箱;
第一GPS模块采集无人机当前的位置信息,并将无人机当前的位置信息传输给第一控制器,第一控制器将无人机当前的位置信息通过第一通信模块,传输给基站的第二通信模块,基站的第二通信模块,将接收到的无人机当前的位置信息传输给第二控制器,第二控制器根据接收的无人机当前位置信息调整二维码的显示数量和显示尺寸,引导无人机平稳降落在停机坪上。
第二方面,本公开提供了基于动态二维码的无人机交互式精准降落方法;
基于动态二维码的无人机交互式精准降落方法,包括:
基站根据接收的无人机当前位置信息调整二维码的显示数量和显示尺寸,引导无人机平稳降落在停机坪上。
基于动态二维码的无人机交互式精准降落方法,具体步骤包括:
S100:无人机根据基站提供的GPS位置信息,设置自身的航线,无人机根据设置的航线飞行到停机箱的上空;
S200:无人机根据基站提供的GPS位置信息和自身采集的GPS位置信息,判断无人机是否位于停机箱正上方,如果是,就执行S300,如果否就返回S100;
S300:无人机向基站发送请求降落指令,基站对无人机进行身份识别,判断身份审核是否通过,如果否,则基站向无人机发送拒绝降落信息;如果是,则基站控制停机箱开启,基站控制停机坪的LED显示屏显示一个大二维码;
S400:无人机采集LED显示屏显示的一个大二维码图像,无人机计算自身位置与停机坪的相对偏移量,无人机根据相对偏移量调整自身位置,无人机调整自身位置后,继续下降;
S500:无人机判断自身高度是否大于第一设定阈值,如果是就返回S400;如果否,则无人机向基站发送当前无人机高度小于第一设定阈值的指令;
S600:基站接收到当前无人机高度小于第一设定阈值的指令后,基站控制停机坪的LED显示屏显示五个小二维码;五个小二维码其中一幅位于基站停机坪中心位置,另外四幅位于基站停机坪四个角上;
S700:无人机采集LED显示屏显示的四个角上二维码图像中的一幅,无人机根据位于基站停机坪角上的二维码计算自身位置与停机坪的相对偏移量,无人机根据相对偏移量调整自身位置,无人机调整自身位置后,继续下降;
S800:无人机判断自身是否已经落到停机坪上,如果是,就停桨;如果否就返回S700。
与现有技术相比,本公开的有益效果是:
进行位置精准、安全可靠的降落,增加旋翼无人机降落的准确度和安全性,能够实现无人机从距离地面100米高度降落到地面0.5m×0.5m甚至更小的停机坪上,通过带身份认证的二维码内容实现无人机对停机坪的身份认证,防止无人机降落在错误位置或假冒的停机坪上。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解,本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开,并不构成对本公开的不当限定。
图1为第一个实施例的无人机内部电气结构图;
图2为第一个实施例的停机箱内部电气结构图;
图3为第一个实施例的停机箱结构示意图;
图4为第一个实施例的停机箱顶盖关闭状态的示意图;
图5为第一个实施例的无人机位于停机箱上方3米以上距离的示意图;
图6为第一个实施例的无人机位于停机箱3米以内距离的示意图;
图7为第一个实施例的无人机降落过程控制流程示意图;
其中,1、长方体壳体,2、停机坪,3、第二控制器,4、支撑杆。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一,本实施例提供了基于动态二维码的无人机交互式精准降落***;
基于动态二维码的无人机交互式精准降落***,包括:无人机和基站;
所述无人机,包括:第一控制器,所述第一控制器分别与摄像机、第一GPS模块、第一通信模块和第一电源模块连接;
所述基站,包括:停机箱,所述停机箱内布设有第二控制器,所述第二控制器分别与LED显示屏、第二GPS模块,第二通信模块、第二电源模块、电磁锁和驱动器连接,所述驱动器与两个推拉杆连接,所述驱动器用于为无人机开启或关闭停机箱;
第一GPS模块采集无人机当前的位置信息,并将无人机当前的位置信息传输给第一控制器,第一控制器将无人机当前的位置信息通过第一通信模块,传输给基站的第二通信模块,基站的第二通信模块,将接收到的无人机当前的位置信息传输给第二控制器,第二控制器根据接收的无人机当前位置信息调整二维码的显示数量和显示尺寸,引导无人机平稳降落在停机坪上。
进一步地,所述无人机的正下方安装多轴机械臂,所述多轴机械臂的末端安装云台,所述云台上安装摄像机。
进一步地,所述停机箱安装在停机架上,所述停机架,包括停机坪,所述停机坪与四个支撑杆连接,所述支撑杆用于支撑停机坪。
进一步地,所述停机坪上安装停机箱,所述停机箱包括两个长方体壳体,所述两个长方体壳体分别为第一长方体壳体和第二长方体壳体;
所述第一长方体壳体与第二长方体壳体的形状一致;
所述第一长方体壳体,包括:第一顶面和与第一顶面连接的三个侧面,所述第一顶面和三个侧面连接后形成半封闭性壳体,未封闭的一面朝向停机坪中心位置;
所述第二长方体壳体,也包括:第二顶面和与第二顶面连接的三个侧面,所述第二顶面和三个侧面连接后形成半封闭性壳体,未封闭的一面朝向停机坪中心位置;
所述两个推拉杆,分别为第一推拉杆和第二推拉杆;
第一推拉杆的一端固定在第一长方体壳体上,第一推拉杆的另外一端固定在驱动器上;
第二推拉杆的一端固定在第二长方体壳体上,第二推拉杆的另外一端固定在驱动器上;
所述驱动器设置在停机坪表面。
所述驱动器,用于驱动第一推拉杆和第二推拉杆的移动,进而带动第一长方体壳体和第二长方体客体的闭合与开启;实现停机箱对无人机的保护与工作配合。
所述LED显示屏,设置在停机坪的中心区域;所述LED显示屏通过显示一个二维码或五个二维码,来实现引导无人机平稳降落在停机坪上。
所述LED显示屏为防水的高分辨率显示器,能够动态显示二维码。
应理解的,这里的动态显示是指,每间隔设定时间就进行一次更新。
所述摄像机,用于采集无人机正下方的图像信息,并将采集的图像信息传输给第一控制器进行分析处理;
所述第一电源模块,用于为无人机停机箱的各个电气部件进行供电。
所述第二GPS模块,用于采集基站的位置,将基站的位置通过第二通信模块传输给无人机的第一通信模块,第一通信模块再将基站的位置传输给第一控制器,第一控制器根据基站的位置调整无人机飞行的航线,引导无人机找到自身归属的基站。
所述电磁锁,安装在两个长方体壳体的边缘,当第一长方体壳体与第二长方体壳体闭合时,第二控制器控制电磁锁闭合,实现保护无人机的目的。
实施例二,本实施例提供了基于动态二维码的无人机交互式精准降落方法;
如图7所示,基于动态二维码的无人机交互式精准降落方法,包括:
基站根据接收的无人机当前位置信息调整二维码的显示数量和显示尺寸,引导无人机平稳降落在停机坪上。
基于动态二维码的无人机交互式精准降落方法,具体步骤包括:
S100:无人机根据基站提供的GPS位置信息,设置自身的航线,无人机根据设置的航线飞行到停机箱的上空;
S200:无人机根据基站提供的GPS位置信息和自身采集的GPS位置信息,判断无人机是否位于停机箱正上方,如果是,就执行S300,如果否就返回S100;
S300:无人机向基站发送请求降落指令,基站对无人机进行身份识别,判断身份审核是否通过,如果否,则基站向无人机发送拒绝降落信息;如果是,则基站控制停机箱开启,基站控制停机坪的LED显示屏显示一个大二维码;
S400:无人机采集LED显示屏显示的一个大二维码图像,无人机计算自身位置与停机坪的相对偏移量,无人机根据相对偏移量调整自身位置,无人机调整自身位置后,继续下降;
S500:无人机判断自身高度是否大于第一设定阈值,如果是就返回S400;如果否,则无人机向基站发送当前无人机高度小于第一设定阈值的指令;
S600:基站接收到当前无人机高度小于第一设定阈值的指令后,基站控制停机坪的LED显示屏显示五个小二维码;五个小二维码其中一幅位于基站停机坪中心位置,另外四幅位于基站停机坪四个角上;
S700:无人机采集LED显示屏显示的四个角上二维码图像中的一幅,无人机根据位于基站停机坪角上的二维码计算自身位置与停机坪的相对偏移量,无人机根据相对偏移量调整自身位置,无人机调整自身位置后,继续下降;
S800:无人机判断自身是否已经落到停机坪上,如果是,就停桨;如果否就返回S700。
所述大二维码与小二维码是相对而言的。所述大二维码的面积等于显示屏的面积;所述小二维码的面积小于显示屏面积的五分之一。
作为一个或多个实施例,S100:无人机根据基站提供的GPS位置信息,设置自身的航线,无人机根据设置的航线飞行到停机箱的上空;具体步骤包括:
无人机获取基站的第二GPS模块上传的基站位置信息,无人机获取自身的第一GPS模块采集的自身位置信息,根据基站位置信息和自身位置信息,设置无人机水平方向上的航线,无人机根据设置的水平方向上的航线飞行到停机箱的上空。
作为一个或多个实施例,S300:无人机向基站发送请求降落指令,基站对无人机进行身份识别,判断身份审核是否通过,具体步骤包括:
无人机的第一通信模块向基站的第二通信模块发送请求降落指令和无人机自身ID编号;
基站的第二通信模块将请求降落指令和无人机自身ID编号发送给基站的第二控制器;
基站的第二控制器将无人机的ID编号与预存储的无人机ID编号进行匹配,如果匹配成功,则表示当前无人机身份合格;否则表示无人机身份不合格。
作为一个或多个实施例,所述基站控制停机箱开启,基站控制停机坪的LED显示屏显示一个大二维码;具体步骤包括:
基站的第二控制器控制驱动器,驱动第一推拉杆的第二推拉杆将第一长方体壳体和第二长方体客体彼此分离设定距离,实现停机箱的开启;
基站控制停机坪的LED显示屏显示一个大二维码,所述大二维码的面积满大于等于设定面积。
作为一个或多个实施例,S400:无人机采集LED显示屏显示的一个大二维码图像,具体步骤包括:
无人机采集LED显示屏显示的一个大二维码图像后,无人机对大二维码图像进行识别,识别出当前停机坪ID,将当前停机坪ID与无人机第一控制器内预存储的可降落停机坪ID进行匹配,如果匹配成功,则表示当前停机坪为身份合格停机坪;否则表示当前停机坪为身份不合格停机坪,则无人机飞离当前身份不合格停机坪,避免无人机被恶意窃取。
作为一个或多个实施例,S500:无人机判断自身高度是否大于第一设定阈值,如果是就返回S400;如果否,则无人机向基站发送当前无人机高度小于第一设定阈值的指令;应理解的,第一设定阈值,本领域技术人员可以根据实际情况进行选择,例如3米、4米或5米。
作为一个或多个实施例,S600:基站接收到当前无人机高度小于第一设定阈值的指令后,基站控制停机坪的LED显示屏显示五个小二维码;具体步骤包括:五个小二维码中,所有小二维码的面积均是一样的,所有小二维码的面积均小于设定面积阈值;其中四个小二维码设置在显示屏的四个角落,剩余一个小二维码设置在显示屏的中心位置。
作为一个或多个实施例,S700:无人机采集LED显示屏显示的五个小二维码图像,无人机计算自身位置与停机坪的相对偏移量,无人机根据相对偏移量调整自身位置,无人机调整自身位置后,继续下降;具体步骤包括:
无人机采集LED显示屏显示的五个小二维码图像后,无人机对五个小二维码图像中的中心图像进行识别,识别出当前停机坪ID,将当前停机坪ID与无人机第一控制器内预存储的可降落停机坪ID进行匹配,如果匹配成功,则表示当前停机坪为身份合格停机坪;否则表示当前停机坪为身份不合格停机坪,则无人机飞离当前身份不合格停机坪,避免无人机被恶意窃取;
五个小二维码图像中除了中心图像以外的四幅图像分别设置在显示屏的四个角落,四个角落的四个小二维码图像分别表示不同的数字标签,无人机采集不同数字标签的四幅图像的其中一幅后,计算自身水平位置与停机坪水平位置的相对平移量,指导无人机根据水平相对偏移量调整无人机的水平位置,调整后,继续下降。
停机箱用于保护起飞前或降落后内部停放的无人机,如图2所示。无人机起飞后,停机箱关闭。当无人机执行完任务,返回到停机坪上方时,通过无线方式向基站的第二控制器发出请求降落通知;基站的第二控制器对无人机身份进行检查后,如果身份通过认证,打开停机箱,露出停机坪的LED显示屏,LED显示屏通电,并显示一个包含停机坪ID的二维码标签。无人机检测停机坪ID是否正确,如果正确无误,无人机再降落。
二维码标签整体大小和像素粒度根据无人机距离地面的高度动态确定:由于无人机镜头视野固定,随着高度由高到底变化,无人机镜头中的地面实际面积会逐渐减小。如图3所示,当无人机距离地面大于一定阈值时(例如,3米),LED屏幕全部面积用于显示一个包含停机坪ID的二维码,而且显示像素粒度较大,有助于无人机远距离图像识别。
当无人机距离地面3米左右时,向基站的第二控制器发送当前高度信息。基站的第二控制器修改LED屏幕图案,显示五个较小的二维码,使得无人机镜头依旧至少能够看到一个完整的二维码。
如图4所示,五个小二维码中,四个位于停机坪四角,一个在正中间位置。停机坪正中间的二维码标签是主要的识别标签,显示加密后的停机坪ID,四角上的二维码标签标号不同,主要作用是在解决测风较大时无人机悬停会发生水平偏移量,无人机检测到某个角上标签后,根据该标签编号获得相对停机坪中心点的偏移角度和偏移距离,然后反向移动返回停机坪中心,然后继续降落。
所有二维码可以使用类似AprilTags的定位标签,帮助无人机获得距离标签的三维空间距离和角度,这是提高降落精准度的关键,主要过程为摄像头拍摄的含有二维码标签的彩色图像,对图像进行滤波、去噪、计算像素的梯度以聚类提取边缘、拟合边缘线,为边缘线添加从暗区指向明区的向量,对边缘线进行连接得到quad回路,判断quad回路并解码,获取相机参数,识别出二维码ID,构建姿态数据的方程,求解得到无人机在以二维码中心点为原点、二维码平面为基准平面的三维空间位置和角度。
如图1所示,停机箱由长方体壳体、停机坪、第二控制器和支撑杆四部分组成。长方体壳体采用电控触发双向打开、居中关闭的方式。当停机箱内部有无人机停放时,长方体壳体关闭,防止失窃或雨淋;当无人机放飞时,长方体壳体打开,无人机飞出停机箱,执行飞行任务。停机坪主要由一个高分辨的LED显示屏组成,可以显示控制器输出的二维码。控制器采用ARM低功耗嵌入式***开发,与后台管理***和无人机进行无线通信。支撑杆起到支持停机箱的作用。
长方体壳体用于保护起飞前或降落后内部停放的无人机。如图2所示,无人机不执行飞行任务时,放置在停机箱内部停机坪上,长方体壳体关闭,加电控锁,防止风吹雨淋、偷盗行为。无人机执行任务起飞后,长方体壳体关闭。
AprilTags组成图案是红色,在大雾、夜晚等情况下更容易识别,背景为黑色,又根据无人机所在高度,显示图1中不同大小的标签。
四角的二维码大小为4cm*4cm,中间最大的二维码为30cm*30cm,其边上的二维码大小为8cm*8cm;
接下来将结合降落流程来说明标签分布的原因。
如图5所示,为本发明的无人机精准降落的流程示意图。
在实验时,当无人机至停机坪的上空时,将摄像头调整至向下方向,使得停机坪出现在摄像头视野范围内,接下来开始识别。
在这之前需要使用棋盘格法对高清摄像机进行校准,获取包括摄像机的焦距、畸变参数在内的内参,通过无人机云台获取视频流,利用图像处理算法检测识别图像中的AprilTags标志,利用校准好的相机参数,结合AprilTags标志进行停机坪的相对定位,根据返回的位姿结合Eigen库计算出相对于相机的旋转角度。
如果无人机高度大于3m,无人机识别图3所示图案的二维码标签。当开始返回识别结果时,无人机悬停在当前高度,比较结果和预设误差值,通过控制算法进行水平方向的位置调整,直到满足误差范围。
无人机高度小于等于3m时,向第二控制器发送当前高度信息。第二控制器修改LED屏幕图案,显示五个小的二维码,无人机识别到中间的一个标签或四个角上某一个标签,计算无人机实际采集的停机坪正方向箭头图像的正方向与通过标签计算出来无人机的实际方向的偏差,进行无人机正方向的角度调整。
如图6中箭头表明停机坪正方向,也就是无人机降落后镜头应该朝向的方向,便于更换电池或充电等下一步操作。正方向角度最小误差为10°-30°,比较当前图像识别获取的水平距离是否满足误差范围,若满足设定值,执行降落操作;若不满足,悬停在当前位置,修正水平距离,直到满足误差范围。
如图4所示,五个小二维码中,四个位于停机坪四角,一个在正中间位置。停机坪正中间的二维码标签是主要的识别标签,显示加密后的停机坪ID;四角上的二维码标签标号不同,主要作用是在解决测风较大时无人机悬停会发生水平偏移量的问题。
如图6所示,根据视野范围内的二维码标签的坐标与屏幕中心坐标的差值,重新计算调整量;特别是摄像头视野范围内没有了停机坪中间的AprilTags标签,出现了四角上的某个标签,无人机将悬停,获取当前的水平位移,进行水平方向的位置调整,直到把无人机移动到停机坪中间的AprilTags标签中心位置,然后降低飞行高度,直至无人机降落到停机坪上。
在无人机在降落过程中在会一直记录停机坪在屏幕中的位置,如果风速过大导致完全无人机失去停机坪的位置时,无人机会朝着最后记录的位置移动,与此同时会逐渐上升高度,在此过程中,调整值会重新计算;如果还未找到停机坪,将借助GPS来引导无人机调整。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已,并不用于限制本公开,对于本领域的技术人员来说,本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于动态二维码的无人机交互式精准降落***,其特征是,包括:无人机和基站;
所述无人机,包括:第一控制器,所述第一控制器分别与摄像机、第一GPS模块、第一通信模块和第一电源模块连接;
所述基站,包括:停机箱,所述停机箱内布设有第二控制器,所述第二控制器分别与LED显示屏、第二GPS模块,第二通信模块、第二电源模块、电磁锁和驱动器连接,所述驱动器与两个推拉杆连接,所述驱动器用于为无人机开启或关闭停机箱;
第一GPS模块采集无人机当前的位置信息,并将无人机当前的位置信息传输给第一控制器,第一控制器将无人机当前的位置信息通过第一通信模块,传输给基站的第二通信模块,基站的第二通信模块,将接收到的无人机当前的位置信息传输给第二控制器,第二控制器根据接收的无人机当前位置信息调整二维码的显示数量和显示尺寸,引导无人机平稳降落在停机坪上。
2.如权利要求1所述的***,其特征是,所述无人机的正下方安装多轴机械臂,所述多轴机械臂的末端安装云台,所述云台上安装摄像机;
所述停机箱安装在停机架上,所述停机架,包括停机坪,所述停机坪与四个支撑杆连接,所述支撑杆用于支撑停机坪;
所述停机坪上安装停机箱,所述停机箱包括两个长方体壳体,所述两个长方体壳体分别为第一长方体壳体和第二长方体壳体;
所述第一长方体壳体与第二长方体壳体的形状一致;
所述第一长方体壳体,包括:第一顶面和与第一顶面连接的三个侧面,所述第一顶面和三个侧面连接后形成半封闭性壳体,未封闭的一面朝向停机坪中心位置;
所述第二长方体壳体,也包括:第二顶面和与第二顶面连接的三个侧面,所述第二顶面和三个侧面连接后形成半封闭性壳体,未封闭的一面朝向停机坪中心位置;
所述两个推拉杆,分别为第一推拉杆和第二推拉杆;
第一推拉杆的一端固定在第一长方体壳体上,第一推拉杆的另外一端固定在驱动器上;
第二推拉杆的一端固定在第二长方体壳体上,第二推拉杆的另外一端固定在驱动器上;
所述驱动器设置在停机坪表面;
所述驱动器,用于驱动第一推拉杆和第二推拉杆的移动,进而带动第一长方体壳体和第二长方体客体的闭合与开启;实现停机箱对无人机的保护与工作配合。
3.如权利要求1所述的***,其特征是,所述LED显示屏,设置在停机坪的中心区域;所述LED显示屏通过显示一个二维码或五个二维码,来实现引导无人机平稳降落在停机坪上;
所述LED显示屏为防水的高分辨率显示器,能够动态显示二维码;
所述摄像机,用于采集无人机正下方的图像信息,并将采集的图像信息传输给第一控制器进行分析处理;
所述第一电源模块,用于为无人机停机箱的各个电气部件进行供电;
所述第二GPS模块,用于采集基站的位置,将基站的位置通过第二通信模块传输给无人机的第一通信模块,第一通信模块再将基站的位置传输给第一控制器,第一控制器根据基站的位置调整无人机飞行的航线,引导无人机找到自身归属的基站;
所述电磁锁,安装在两个长方体壳体的边缘,当第一长方体壳体与第二长方体壳体闭合时,第二控制器控制电磁锁闭合,实现保护无人机的目的。
4.基于动态二维码的无人机交互式精准降落方法,其特征是,包括:
基站根据接收的无人机当前位置信息调整二维码的显示数量和显示尺寸,引导无人机平稳降落在停机坪上。
5.如权利要求4所述的方法,其特征是,基站根据接收的无人机当前位置信息调整二维码的显示数量和显示尺寸,引导无人机平稳降落在停机坪上;具体步骤包括:
采集步骤:无人机采集LED显示屏显示的一个大二维码图像,无人机计算自身位置与停机坪的相对偏移量,无人机根据相对偏移量调整自身位置,无人机调整自身位置后,继续下降;
无人机判断自身高度是否大于第一设定阈值,如果是就返回上一步;如果否,则无人机向基站发送当前无人机高度小于第一设定阈值的指令;
基站接收到当前无人机高度小于第一设定阈值的指令后,基站控制停机坪的LED显示屏显示五个小二维码;五个小二维码其中一幅位于基站停机坪中心位置,另外四幅位于基站停机坪四个角上;
无人机采集LED显示屏显示的四个角上二维码图像中的一幅,无人机根据位于基站停机坪角上的二维码计算自身位置与停机坪的相对偏移量,无人机根据相对偏移量调整自身位置,无人机调整自身位置后,继续下降;
无人机判断自身是否已经落到停机坪上,如果是,就停桨;如果否就返回上一步。
6.如权利要求5所述的方法,其特征是,所述方法的采集步骤之前,还包括:
航线设置步骤:无人机根据基站提供的GPS位置信息,设置自身的航线,无人机根据设置的航线飞行到停机箱的上空;
无人机根据基站提供的GPS位置信息和自身采集的GPS位置信息,判断无人机是否位于停机箱正上方,如果是,就执行下一步,如果否就返回航线设置步骤;
无人机向基站发送请求降落指令,基站对无人机进行身份识别,判断身份审核是否通过,如果否,则基站向无人机发送拒绝降落信息;如果是,则基站控制停机箱开启,基站控制停机坪的LED显示屏显示一个大二维码。
7.如权利要求6所述的方法,其特征是,无人机根据基站提供的GPS位置信息,设置自身的航线,无人机根据设置的航线飞行到停机箱的上空;具体步骤包括:
无人机获取基站的第二GPS模块上传的基站位置信息,无人机获取自身的第一GPS模块采集的自身位置信息,根据基站位置信息和自身位置信息,设置无人机水平方向上的航线,无人机根据设置的水平方向上的航线飞行到停机箱的上空。
8.如权利要求6所述的方法,其特征是,无人机向基站发送请求降落指令,基站对无人机进行身份识别,判断身份审核是否通过,具体步骤包括:
无人机的第一通信模块向基站的第二通信模块发送请求降落指令和无人机自身ID编号;
基站的第二通信模块将请求降落指令和无人机自身ID编号发送给基站的第二控制器;
基站的第二控制器将无人机的ID编号与预存储的无人机ID编号进行匹配,如果匹配成功,则表示当前无人机身份合格;否则表示无人机身份不合格。
9.如权利要求6所述的方法,其特征是,所述基站控制停机箱开启,基站控制停机坪的LED显示屏显示一个大二维码;具体步骤包括:
基站的第二控制器控制驱动器,驱动第一推拉杆的第二推拉杆将第一长方体壳体和第二长方体客体彼此分离设定距离,实现停机箱的开启;
基站控制停机坪的LED显示屏显示一个大二维码,所述大二维码的面积满大于等于设定面积。
10.如权利要求5所述的方法,其特征是,无人机采集LED显示屏显示的一个大二维码图像,具体步骤包括:
无人机采集LED显示屏显示的一个大二维码图像后,无人机对大二维码图像进行识别,识别出当前停机坪ID,将当前停机坪ID与无人机第一控制器内预存储的可降落停机坪ID进行匹配,如果匹配成功,则表示当前停机坪为身份合格停机坪;否则表示当前停机坪为身份不合格停机坪,则无人机飞离当前身份不合格停机坪,避免无人机被恶意窃取;
或者,
基站接收到当前无人机高度小于第一设定阈值的指令后,基站控制停机坪的LED显示屏显示五个小二维码;具体步骤包括:五个小二维码中,所有小二维码的面积均是一样的,所有小二维码的面积均小于设定面积阈值;其中四个小二维码设置在显示屏的四个角落,剩余一个小二维码设置在显示屏的中心位置;
或者,
无人机采集LED显示屏显示的四个角上二维码图像中的一幅,无人机根据位于基站停机坪角上的二维码计算自身位置与停机坪的相对偏移量,无人机根据相对偏移量调整自身位置,无人机调整自身位置后,继续下降;具体步骤包括:
无人机采集LED显示屏显示的五个小二维码图像后,无人机对五个小二维码图像中的中心图像进行识别,识别出当前停机坪ID,将当前停机坪ID与无人机第一控制器内预存储的可降落停机坪ID进行匹配,如果匹配成功,则表示当前停机坪为身份合格停机坪;否则表示当前停机坪为身份不合格停机坪,则无人机飞离当前身份不合格停机坪,避免无人机被恶意窃取;
五个小二维码图像中除了中心图像以外的四幅图像分别设置在显示屏的四个角落,四个角落的四个小二维码图像分别表示不同的数字标签,无人机采集不同数字标签的四幅图像其中一幅后,计算自身水平位置与停机坪水平位置的相对平移量,指导无人机根据水平相对偏移量调整无人机的水平位置,调整后,继续下降。
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---|---|
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Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112764431A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-05-07 | 北京三快在线科技有限公司 | 无人机的控制方法、装置、计算机可读存储介质及无人机 |
CN112783189A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-11 | 北京三快在线科技有限公司 | 无人机降落***、方法、地标装置、无人机和可读介质 |
CN112908040A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-04 | 广州信息投资有限公司 | 一种基于智慧灯杆的无人机服务管控*** |
CN112906842A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-06-04 | 清华大学 | 基于动态交通信息码的信息处理方法和引导*** |
CN113086231A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 中国农业科学院烟草研究所(中国烟草总公司青州烟草研究所) | 一种基于纳米农药无人机喷洒的装载平台的控制方法 |
CN113147436A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-07-23 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种多无人机无线充电***及其充电控制方法 |
CN113655806A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-11-16 | 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 | 一种无人机群辅助降落方法 |
CN113759943A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-07 | 北京理工大学重庆创新中心 | 无人机降落平台及识别方法、降落方法和飞行作业*** |
CN114355975A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-15 | 达闼机器人有限公司 | 飞行设备回巢的方法、***、处理设备及介质 |
CN114460970A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-10 | 四川通信科研规划设计有限责任公司 | 一种无人机库定位标识显示方法及无人机降落方法 |
RU2794046C1 (ru) * | 2022-06-30 | 2023-04-11 | Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис" | Способ позиционирования объекта |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105652887A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-06-08 | 临沂高新区翔鸿电子科技有限公司 | 采用二级图形识别的无人机降落方法 |
CN107176047A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-09-19 | 先测电子科技(上海)有限公司 | 一种无人机停机库 |
CN107878751A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-06 | 重庆大学 | 智能无人机定位停放***及其工作方法 |
CN108275281A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-07-13 | 北京利泽菲尔文化科技有限公司 | 一种无人机自动无线充电装置 |
CN108549397A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-09-18 | 武汉大学 | 基于二维码和惯导辅助的无人机自主降落方法及*** |
CN108873943A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-23 | 南京奇蛙智能科技有限公司 | 一种无人机厘米级精准降落的图像处理方法 |
CN109298723A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-01 | 山东大学 | 一种车载无人机精准降落方法和*** |
CN109407700A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-01 | 周口师范学院 | 一种采用图像引导的无人机自主着陆方法及其实施装置 |
US10479528B1 (en) * | 2018-11-06 | 2019-11-19 | Ping Liang | Network of distributed drone system and parking pads |
CN110728484A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-01-24 | 深圳市丰巢科技有限公司 | 基于无人机的智能仓派件方法、装置、智能仓及存储介质 |
CN110991207A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-04-10 | 山东大学 | 综合H图案识别和AprilTag二维码识别的无人机精准降落方法 |
CN110989661A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-04-10 | 山东大学 | 一种基于多个定位二维码的无人机精准降落方法及*** |
-
2020
- 2020-05-07 CN CN202010376699.7A patent/CN111506091A/zh active Pending
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105652887A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-06-08 | 临沂高新区翔鸿电子科技有限公司 | 采用二级图形识别的无人机降落方法 |
CN107176047A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-09-19 | 先测电子科技(上海)有限公司 | 一种无人机停机库 |
CN107878751A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-06 | 重庆大学 | 智能无人机定位停放***及其工作方法 |
CN108275281A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-07-13 | 北京利泽菲尔文化科技有限公司 | 一种无人机自动无线充电装置 |
CN108549397A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-09-18 | 武汉大学 | 基于二维码和惯导辅助的无人机自主降落方法及*** |
CN108873943A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-23 | 南京奇蛙智能科技有限公司 | 一种无人机厘米级精准降落的图像处理方法 |
CN109407700A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-01 | 周口师范学院 | 一种采用图像引导的无人机自主着陆方法及其实施装置 |
US10479528B1 (en) * | 2018-11-06 | 2019-11-19 | Ping Liang | Network of distributed drone system and parking pads |
CN109298723A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-01 | 山东大学 | 一种车载无人机精准降落方法和*** |
CN110728484A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-01-24 | 深圳市丰巢科技有限公司 | 基于无人机的智能仓派件方法、装置、智能仓及存储介质 |
CN110991207A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-04-10 | 山东大学 | 综合H图案识别和AprilTag二维码识别的无人机精准降落方法 |
CN110989661A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-04-10 | 山东大学 | 一种基于多个定位二维码的无人机精准降落方法及*** |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
]ZHANG YONGWEI,ET AL: "Autonomous Landing on Ground Target of UAV by Using Image-Based Visual Servo Control" * |
高嘉瑜;袁苏哲;景鑫;李阳;: "基于AprilTag二维码的无人机着陆引导方法" * |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112783189A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-11 | 北京三快在线科技有限公司 | 无人机降落***、方法、地标装置、无人机和可读介质 |
CN112906842A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-06-04 | 清华大学 | 基于动态交通信息码的信息处理方法和引导*** |
CN112906842B (zh) * | 2021-01-18 | 2023-07-14 | 清华大学 | 基于动态交通信息码的信息处理方法和引导*** |
CN112908040A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-04 | 广州信息投资有限公司 | 一种基于智慧灯杆的无人机服务管控*** |
CN113147436B (zh) * | 2021-03-04 | 2023-03-14 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种多无人机无线充电***及其充电控制方法 |
CN113147436A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-07-23 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种多无人机无线充电***及其充电控制方法 |
CN113086231A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 中国农业科学院烟草研究所(中国烟草总公司青州烟草研究所) | 一种基于纳米农药无人机喷洒的装载平台的控制方法 |
CN112764431B (zh) * | 2021-04-08 | 2021-07-06 | 北京三快在线科技有限公司 | 无人机的控制方法、装置、计算机可读存储介质及无人机 |
CN112764431A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-05-07 | 北京三快在线科技有限公司 | 无人机的控制方法、装置、计算机可读存储介质及无人机 |
CN113655806A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-11-16 | 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 | 一种无人机群辅助降落方法 |
CN113655806B (zh) * | 2021-07-01 | 2023-08-08 | 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 | 一种无人机群辅助降落方法 |
CN113759943A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-07 | 北京理工大学重庆创新中心 | 无人机降落平台及识别方法、降落方法和飞行作业*** |
CN114355975A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-15 | 达闼机器人有限公司 | 飞行设备回巢的方法、***、处理设备及介质 |
CN114355975B (zh) * | 2021-12-30 | 2024-03-05 | 达闼机器人股份有限公司 | 飞行设备回巢的方法、***、处理设备及介质 |
CN114460970A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-10 | 四川通信科研规划设计有限责任公司 | 一种无人机库定位标识显示方法及无人机降落方法 |
RU2794046C1 (ru) * | 2022-06-30 | 2023-04-11 | Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис" | Способ позиционирования объекта |
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