[發明專利]一種全自動化微小型四旋翼自主降落與充電的方法及系統

有效

• 申請號: 201710504062.X
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107458619B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 付家瑄;裴慶祺;趙曉萌;李詩瑤;哈克;李春鵬;王嘉祥
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: B64F1/18
• 分類號: B64F1/18;B60L53/12;B60L53/37;B60L53/38;G05D1/10;G06K9/00
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種自動化微小型四旋翼自主降落與充電的方法，其特征在于，所述自動化微小型四旋翼自主降落與充電的方法包括：

微小型四旋翼電量預警，通過GPS定位微小型四旋翼飛行到地面中繼站的正上方；

地面中繼站開合裝置打開，攝像機拍攝微小型四旋翼，進行背景差分，定位捕捉、追蹤微小型四旋翼；

結合微小型四旋翼和地面回傳的差分GPS信息，讀取微小型四旋翼高度，進行3D定位，引導微小型四旋翼自主降落；

微小型四旋翼降落到地面中繼站開合裝置的亞克力板，電機控制升降機自動降落；監測電壓判斷是否需要進行無線充電；

微小型四旋翼執行任務，開合裝置打開，電機驅動升降機上升，待穩定后，微小型四旋翼從亞克力板上起飛執行任務；

所述自動化微小型四旋翼自主降落與充電的方法采用差分GPS定位和單目視覺定位融合定位；

自動化微小型四旋翼的室外GPS與單目視覺融合精準定位的方法包括：

步驟一，提取背景，對差值圖像像素點亮度進行判斷，當亮度大于閾值時，該點保持不變；當亮度小于閾值時，則對該點進行更新；

步驟二，當提取到背景時，對微小型四旋翼是否存在于當前視野中進行判斷；不間斷的對新采集的圖像與背景圖片做差分處理，若視野中存在微小型四旋翼，則差分后的圖像將顯示出微小型四旋翼的區域；

步驟三，提取出前景運動圖像，對微小型四旋翼位置進行持續的追蹤調整，對微小型四旋翼的中心位置M(x,y)進行記錄并對其下一次出現的位置進行預測；

步驟四，差分GPS獲取準確高度信息，由地面中繼站解算出GPS誤差并發送至微小型四旋翼，消除誤差，使得降落更加精準；地面中繼站可測出與GPS衛星之間的偽距，且通過計算可得出地面中繼站與衛星的真實距離，偽距與真實距離兩者相減算出定位誤差；

步驟五，定位到微小型四旋翼在視野中的位置后，對微小型四旋翼的位置進行調整，精準降落在期望區域；在對微小型四旋翼位置進行調整控制時，采用PID調整精準控制使得微小型四旋翼始終保持在視野正中間。

2.如權利要求1所述的自動化微小型四旋翼自主降落與充電的方法，其特征在于，所述步驟一具體包括：

(1)將第一幀圖片I₀作為背景圖B₀；

(2)選取差分閾值T，迭代次數m′＝1，最大迭代次數m＝MAX-STEP；

(3)求當前幀的差分圖像：

(4)由二值圖像D_i(x,y)更新背景圖像B_i：

式中B_i(x,y)背景圖像的亮度值，D_i(x,y)為前景圖像在(x,y)處的亮度值，I_i為輸入的第i幀圖像，α為更新速度；

(5)迭代次數m′＝m′+1，返回(3)當最大迭代次數m＝MAX-STEP時結束迭代，此時B_i(x,y)可視為背景圖片；

所述步驟二具體包括：

其中，Dif_i為差分后的圖像，I_i為輸入的第i幀圖像，B_i為提取的背景圖，T為差分閾值；

所述步驟四中消除公共誤差具體包括：

(1)地面中繼站觀測衛星得出三維坐標X₀，Y₀，Z₀，已知地面中繼站真實坐標X₁，Y₁，Z₁，兩者相減取絕對值即為所求誤差：

(2)地面中繼站將修正值傳輸給微小型四旋翼，微小型四旋翼上的GPS觀測衛星得到自身坐標X_i，Y_i，Z_i，通過消除誤差，解算精準坐標，進而實現精準降落：

系統中只取用高度信息進行相關計算矯正即可。

3.如權利要求1所述的自動化微小型四旋翼自主降落與充電的方法，其特征在于，所述步驟五中PID公式如下：

式中u_P(n)＝K_Pe(n)稱為比例項，稱為積分項，稱為微分項。