[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

本發明屬于信息化處理與控制技術領域，公開了一種自動化微小型四旋翼自主降落與充電的方法及系統，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；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。本發明可自動控制微小型四旋翼的起降，節省了人力，同時，開合裝置和框架可以保證微小型四旋翼在特殊天氣不受損壞，國內現有的無人機起降大多在地面完成，沒有固定的可升降的開合結構來保證無人機的保存和平穩起飛。

技術領域

本發明屬于信息化處理與控制技術領域，尤其涉及一種自動化微小型四旋翼自主降落與充電的方法及系統。

背景技術

現階段微小型四旋翼存在兩大局限：續航時間過短、附加人工成本大，這從根本上限制了微小型四旋翼的規模化使用及應用領域。如果微小型四旋翼可以在電量預警時，自主就近尋找地面中繼站進行無線充電，并在充電結束后自動返回航線，繼續進行無人值守作業，就能實現整個過程的全自動化。要想使微小型四旋翼自主完成無線充電，就需要完成微小型四旋翼的室外自主降落。市面上大多數商業無人機采用GPS進行定位降落，然而GPS信號從太空傳到地面時，往往會出現延遲和誤差，此時無人機定位會出現數十厘米甚至數米的誤差。這種誤差對精準降落來說是致命的；使得無人機偏離落點而無法進行無線充電甚至損壞無人機，進而使得整個任務環斷裂，無法滿足方案需求。而現有的輔助定位方式又有不同程度的限制性。對于光流定位，可以將無人機的飄動控制到厘米級別，但是對光照有著極強的依賴，在陽光直射，照射不足等情況下都不能正常運作。對于大多數實驗室所采用的雙目視覺定位，對硬件設備有著極高的要求，較為適合室內環境的定位，不適合室外環境。雙目視覺輔助無人機自主著陸，需要進行大量的圖像分析，而圖像分析往往需要大量的計算機資源來運算，所以它對于無人機的大腦－－“飛行控制器”(簡稱“飛控”)的運算速度有不低的要求。而且，亦由于雙目避障需要大量的運算，導致增加了耗電量。雙目避障除了是對處理器和續航力有要求之外，它也直接增加無人機的生產成本。并且雙目視覺只有在光線良好的環境下才能達到較好效果，用于室外定位對于技術、配置要求過高。現有技術一：一種基于視覺輔助技術的自主著陸無人機，包括無人機機體和自主著陸系統，所述自主著陸系統包括DSP處理器、GPS定位模塊、攝像模塊、圖像處理模塊、飛行控制系統、電源模塊，所述GPS定位模塊、攝像模塊、圖像處理模塊、飛行控制系統分別與所述DSP處理器相連，所述電源模塊為整個無人機自主著陸系統提供電源，還包括著陸燈，所述著陸燈與所述DSP處理器相連。提高了著陸的精確度?，F有技術二：無人機平臺運動目標檢測與跟蹤及其視覺輔助著陸系統研究，以無人機平臺對運動目標檢測跟蹤和無人機輔助著落導航系統為背景，研究了圖像角點特征提取、像機自運動消除、復雜背景下運動目標跟蹤、目標尺度方向自適應跟蹤、小目標實時高精度跟蹤和無人機輔助著陸系統等方面的相關算法。

綜上所述，現有技術存在的問題是：技術一系統構成繁瑣、復雜，且對無人機硬件配置有較高的依賴性，導致無人機整體造價成本高，難以普及；技術二現有對無人機系統計算能力要求高，耗電量高，導致無人機續航能力下降，約束了其飛行距離，限制了應用領域。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種自動化微小型四旋翼自主降落與充電的方法及系統。

本發明是這樣實現的，一種自動化微小型四旋翼自主降落與充電的方法，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；

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。

進一步，微小型四旋翼降落到地面裝置的亞克力板，電機控制升降機的絲桿自動降落；監測電壓判斷是否需要進行無線充電。