[發(fā)明專利]基于視覺的多旋翼無人機移動供電裝置

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201911156872.6
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110920886A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙燕偉;張健;尤文波;黃程侃;周仙明;王觀龍
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B64C39/02
• 分類號: B64C39/02;B64D47/08;B64F1/00;B64D27/24;B64F1/18;H02J7/00;B64F1/02;B60P3/11
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.基于視覺的多旋翼無人機移動供電裝置，其特征在于：包括無人機(1)、無人車(2)；

所述無人機(1)上設(shè)置有相機(101)、起落架(102)，所述相機(101)安裝無人機(1)正下方；在無人機(1)底部裝有若干個起落架(102)，起落架(102)的末端安裝有引導(dǎo)塊(103)；所述引導(dǎo)塊(103)采用導(dǎo)電的磁性材質(zhì)；

所述無人車(2)包括車面(201)、引導(dǎo)座(202)、和驅(qū)動裝置(21)，所述驅(qū)動裝置(21)共兩套分別安裝在車面(201)的前后兩端，構(gòu)成四驅(qū)系統(tǒng)；所述車面(201)上側(cè)安裝引導(dǎo)座(202)；所述引導(dǎo)座(202)的位置與無人機(1)停放在無人車(2)上時起落架(102)的位置對應(yīng)，引導(dǎo)座(202)具有頂部開口的內(nèi)腔，引導(dǎo)座(202)的內(nèi)腔的底部安裝有電磁鐵(203)，所述的內(nèi)腔和引導(dǎo)塊(103)呈上大下小的錐面體，當(dāng)無人機(1)停放在無人車(2)上時引導(dǎo)塊(103)納入所述的內(nèi)腔，電磁鐵(203)與引導(dǎo)塊(103)接觸；

無人車(2)上裝有蓄電池，蓄電池與電磁鐵(203)電連接；無人機(1)上的電板與引導(dǎo)塊(103)電連接；當(dāng)無人機(1)停放在無人車(2)上時，所述的蓄電池為無人機(1)上的電板充電；

無人機(1)上裝有第一中央控制器和第一無線通信模塊，無人機(1)的螺旋槳的驅(qū)動電機的控制端連接第一中央控制器；無人車(2)上裝有第二中央控制器和第二無線通信模塊，無人車(2)的驅(qū)動裝置(21)的控制端連接第二中央控制器；

無人機(1)和無人車(2)保持實時通信，通過機載的全球定位系統(tǒng)(GPS)獲取各自的位置，無人機(1)在執(zhí)行任務(wù)時時刻計算與無人車(2)的相對距離，并評估自身電量是否滿足飛行并降落在無人車(2)上，當(dāng)無人機(1)的電量正好滿足或大于無人機(1)抵達并降落至無人車(2)上的所需電量時，無人車(2)將自身經(jīng)緯度信息發(fā)送給無人機(1)，無人機(1)通過GPS導(dǎo)航飛抵無人車(2)；

車面(201)上設(shè)有用于無人車(2)降落時進行視覺引導(dǎo)的視覺信標(biāo)(3)，視覺信標(biāo)(3)呈每條邊為曲線的“三角形”，內(nèi)部為漸變色；

無人機(1)通過GPS導(dǎo)航飛行至無人車(2)附近后，在視覺引導(dǎo)時，相機(101)始終垂直朝下拍攝，以如下步驟獲取無人機(1)的位置與朝向并引導(dǎo)無人機(1)降落：

步驟一：建立相機(101)的成像畫面的XY平面坐標(biāo)系，選取成像畫面的形心位置為坐標(biāo)原點，向左為X軸正方向，向上為Y軸正方向，其坐標(biāo)值即對應(yīng)點到X軸和Y軸間隔的像素值；

步驟二：正對著視覺信標(biāo)(3)拍攝一副圖片，然后截取包含信標(biāo)圖案的部分作為圖案模板，將視覺信標(biāo)(3)的圖案模板輸入到無人機(1)的中央控制器，通過Camshift跟蹤算法檢測視覺信標(biāo)(3)中的形狀特征和漸變色特征，進行特征匹配自動檢測出相機(101)的成像畫面中的視覺信標(biāo)(3)的特征，并找到跟蹤窗口；

步驟三：得到跟蹤窗口后，只能獲得視覺信標(biāo)(3)在相機(101)的成像畫面內(nèi)的大致位置，不能獲得準(zhǔn)確位置和方向，需進行下一步檢測，即在跟蹤窗口運行“角點檢測”算法，“角點檢測”算法是一種成熟的圖像處理算法，能快速準(zhǔn)確的檢測到成像畫面內(nèi)的存在的“角點”及其坐標(biāo)，由于視覺信標(biāo)(3)的特殊設(shè)計，在跟蹤窗口內(nèi)只能檢測到三個“角點”，即角點(301)、角點(302)和角點(303)；

步驟四：在相機(101)的成像畫面內(nèi)獲取到三個“角點”后，計算三個角點之間的兩兩距離，距離由兩個“角點”之間相隔的像素數(shù)成正比，找出相隔最近的兩個“角點”，即圖二中的角點(301)和角點(302)，再取角點(301)和角點(302)的中點，連接該中點與剩下的角點(303)，得到一條直線，該直線的中點坐標(biāo)即視覺信標(biāo)(3)的相機(101)成像畫面內(nèi)的準(zhǔn)確坐標(biāo)，從角點(301)和角點(302)的中點向角點(303)的矢量即視覺信標(biāo)(3)的相機(101)成像畫面內(nèi)的朝向；

步驟五：進行無人機(1)的飛行控制，跟蹤過程中，如果視覺信標(biāo)(3)在相機(101)成像畫面內(nèi)的坐標(biāo)偏離坐標(biāo)系原點了，計算出相應(yīng)的X、Y坐標(biāo)值，該值將作為無人機(1)的控制量，X對應(yīng)無人機(1)左右平移，Y對應(yīng)無人機(1)前后平移，X值為正時，無人機(1)向左調(diào)整，Y值為正時，無人機(1)向前調(diào)整，反之亦然，期望位置即X值和Y值都接近0的時候；視覺信標(biāo)(3)的相機(101)成像畫面內(nèi)的朝向與X軸正方向存在夾角時，無人機(1)將進行自旋來調(diào)整該夾角，期望夾角也是近似為0的時候；

步驟六：當(dāng)期望位置和期望夾角小到預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，則滿足了降落條件，當(dāng)有降落指令時，無人機(1)將降落在無人車(2)上；當(dāng)然降落的過程無人機始終調(diào)整自身的位姿，保持期望位置和期望夾角在預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)。