[發明專利]一種基于PLC與工業相機的無人機視覺引導系統及方法

有效

• 申請號: 201910971547.9
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110968023B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 富立;何力洋;王玲玲
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發明公開了一種基于PLC與工業相機的無人機視覺引導系統及方法，將無人機與視覺技術相結合，并參考精準農業的相關要求，可代替人力提供農作物日常養護與保障服務。以無人機為飛行基礎，通過支架將工業相機、PLC和POE交換機安裝于無人機上，通過外接電源為設備供電，視覺部分的識別算法通過工業相機自帶軟件完成，工業相機輸出的像素坐標數據反饋給PLC，PLC對工業相機傳入的數據進行判斷、處理，生成決策指令后通過電磁閥和單片機傳輸至妙算計算機，通過無人機的飛控單元控制無人機做出相應的機動，實現了真正意義上的無人機的純視覺引導。并且，工業相機和PLC憑借各自的優勢能夠符合精準農業的嚴苛要求。

技術領域

本發明涉及可編程邏輯控制器及視覺導航技術領域，尤其涉及一種基于PLC與工業相機的無人機視覺引導系統及方法。

背景技術

精準農業是經濟發達國家在20世紀80年代末期繼LISA(低投入可持續農業)后，為適應信息化社會發展要求對農業發展提出的一個新的課題。精準農業又稱精細農業、精確農業、精準農作，是基于信息和知識管理的現代農業生產系統。精準農業采用3S即GPS(Global Positioning System)、GIS(Geographic Information System)和RS(RemoteSensing)高新技術與現代農業技術相結合，對農資、農作實施精確定時、定位、定量控制的現代化農業生產技術，可最大限度地提高農業生產力，是實現優質、高產、低耗和環保的可持續發展農業的有效途徑。

目前，無人機在精準農業中已經得到廣泛應用，例如，在超低空領域進行噴灑、施肥、灌溉等作業。該類應用一部分依靠手動飛行，這對于飛手的操作技術要求嚴格，且工作效率不高；另一部分則依靠差分GPS進行軌跡跟隨作業，差分GPS是利用地面站與無人機GPS信號做差分，可以保證無人機飛行時的定位精度，可靠性較高，然而，僅僅使用差分GPS會使無人機的飛行喪失自我決策性，單純地按照預先設定好的固定航路點飛行，不能夠滿足復雜多變的實際應用場景。

在如今的無人機應用領域，更多需要的是無人機本身發現問題、解決問題的能力，而非機械地完成固定的任務，然而，目前在無人機的純視覺導航領域尚無有效的解決方法。以早期的大疆無人機為例，采用光流和超聲波進行姿態控制和無人機自主避障，并無精確的視覺引導功能，機身定位完全依靠GPS。新推出的大疆無人機，雖然增加了指點飛行功能，該功能利用GPS和一定的視覺技術，允許無人機在一定高度圍繞定點進行環繞拍攝，用戶需要提前設定環繞速度、環繞半徑等參數，但這并非真正意義上的純視覺引導。

并且，實際應用的農業場景的條件較為嚴苛，設備在工作期間會遭遇復雜環境因素的沖擊，這對于設備的抗塵、抗電磁、防水、耐高溫、耐久性等性能要求嚴格，目前尚未出現能夠應用于精準農業領域的無人機視覺引導技術。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于PLC與工業相機的無人機視覺引導系統及方法，用以提供一種能夠應用于精準農業領域的無人機視覺引導技術。

因此，本發明提供了一種基于PLC與工業相機的無人機視覺引導系統，包括：POE交換機、工業相機、PLC、電磁閥、單片機、外接電源以及支架；其中，

所述POE交換機分別與所述工業相機和所述PLC連接，用于實現所述工業相機與所述PLC之間的數據傳輸；

所述工業相機，用于實時采集圖像信息，并根據預先標定的擬識別的特征，將實時采集的圖像信息中各所述特征的幾何中心的像素坐標實時傳輸給所述PLC；

所述PLC通過所述電磁閥與所述單片機連接，用于根據接收的各所述特征的幾何中心的像素坐標，進行計算與決算，并將決策指令傳輸給所述電磁閥；

所述電磁閥，用于對接收的決策指令進行降壓處理后傳輸給所述單片機；

所述單片機與無人機的妙算計算機連接，用于將接收的決策指令傳輸給所述妙算計算機；其中，所述妙算計算機通過飛控單元控制無人機執行所述決策指令；