本發(fā)明涉及一種可以自主充電的無(wú)人機(jī)基站及無(wú)線(xiàn)充電方法。

背景技術(shù)：

一般小型無(wú)人機(jī)的電池續(xù)航能力有限。在很多典型應(yīng)用環(huán)境中，無(wú)人機(jī)執(zhí)行巡邏任務(wù)十分常見(jiàn)，比如深林大火、化學(xué)品泄漏、地震的災(zāi)害情況監(jiān)測(cè)、邊境巡邏、野生動(dòng)植物保護(hù)、軍事偵察等任務(wù)。受續(xù)航時(shí)間的限制，一臺(tái)微小型無(wú)人機(jī)巡邏范圍都在幾十公里以?xún)?nèi)，并且需要專(zhuān)人值守，操作和維護(hù)無(wú)人機(jī)。無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，需要操縱手操縱，并且需要配備地面基站。

然而，為了無(wú)人機(jī)更適應(yīng)全自動(dòng)化的飛行作業(yè)，傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)地面基站都采用有人基站，并手動(dòng)充電，如果任務(wù)覆蓋范圍較廣，就需要每幾十公里內(nèi)部署無(wú)人機(jī)基站其人力成本非常昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)充電的無(wú)人機(jī)充電系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)充電方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種基于無(wú)人機(jī)基站的無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其特征在于，包括無(wú)人機(jī)控制模塊、機(jī)載組合定位模塊、地面基站、pc端、數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器，其中：

地面基站，用于與機(jī)載組合定位模塊建立無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信，接收機(jī)載組合定位模塊發(fā)送的無(wú)線(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)，利用其中的測(cè)距信息計(jì)算機(jī)載組合定位模塊與地面基站之間的距離，并將距離信息送交數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器進(jìn)行處理；

機(jī)載組合定位模塊，用于與地面基站建立無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并接收數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器發(fā)送的飛行動(dòng)作調(diào)整指令，將飛行動(dòng)作調(diào)整指令反饋至無(wú)人機(jī)控制模塊，同時(shí)，用于對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行定位使其著陸在地面基站上；

無(wú)人機(jī)控制模塊，用于從機(jī)載組合定位模塊接收飛行動(dòng)作調(diào)整指令，根據(jù)飛行動(dòng)作調(diào)整指令控制各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，對(duì)航線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正；

數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器，用于采集地面基站上傳的距離信息，根據(jù)采集到的無(wú)人機(jī)到各個(gè)地面基站間的距離計(jì)算出無(wú)人機(jī)具體的坐標(biāo)信息，并與pc端繪制的航線(xiàn)信息進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)無(wú)人機(jī)位置與航線(xiàn)間的誤差判斷出無(wú)人機(jī)下一步需要做出的調(diào)整動(dòng)作，生成飛行動(dòng)作調(diào)整指令，將飛行動(dòng)作調(diào)整指令通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送給無(wú)人機(jī)的機(jī)載組合定位模塊，同時(shí)，將計(jì)算得到的坐標(biāo)上傳至pc端用于在其上顯示無(wú)人機(jī)現(xiàn)在的位置；

pc端，用于繪制無(wú)人機(jī)航線(xiàn)，并將航線(xiàn)信息送交數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器，并從數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器獲取相應(yīng)的坐標(biāo)信息用于在其上顯示。

優(yōu)選地，所述無(wú)人機(jī)控制模塊包括電源模塊、微處理單元及電機(jī)控制模塊，由電源模塊為微處理單元及電機(jī)控制模塊提供工作電壓，微處理單元接收所述飛行動(dòng)作調(diào)整指令，由微處理單元根據(jù)飛行動(dòng)作調(diào)整指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊。

優(yōu)選地，所述的機(jī)載組合定位模塊包括ins/gps組合導(dǎo)航定位模塊、dsp圖像定位模塊、無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊、供電單元、微處理單元，供電單元為ins/gps組合導(dǎo)航定位模塊、dsp圖像定位模塊、無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊及微處理單元提供工作電壓，微處理單元分別連接ins/gps組合導(dǎo)航定位模塊、dsp圖像定位模塊及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊，無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊與所述地面基站及所述數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器建立數(shù)據(jù)通信。

優(yōu)選地，所述dsp圖像定位模塊包括圖像采集單元、dsp圖像處理單元、結(jié)果輸出單元、控制單元，其中：

圖像采集單元由攝像頭及視頻圖像采集芯片組成，圖像采集單元通過(guò)攝像頭采集到模擬圖像信號(hào)，并由視頻采集芯片對(duì)其進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字圖像信號(hào)，送至dsp圖像處理單元，由dsp圖像處理單元通過(guò)sobel算子檢測(cè)出圖像的邊緣信息，確定地面基站標(biāo)記的當(dāng)前坐標(biāo)，再由結(jié)果輸出單元對(duì)運(yùn)算處理后的信號(hào)運(yùn)算輸出，并將該結(jié)果發(fā)射至所述無(wú)人機(jī)飛行控制模塊。

優(yōu)選地，所述地面基站設(shè)有特征圖像標(biāo)記，該特征圖像標(biāo)記外形為實(shí)心紅等腰三角形，在其重心處有一較小黑色圓形，在無(wú)人機(jī)與地面基站距離較遠(yuǎn)時(shí)，先定位紅三角形，當(dāng)距離較近時(shí)，定位黑色圓形。

本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種無(wú)人機(jī)無(wú)線(xiàn)充電方法，采用上述的無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：機(jī)載組合定位模塊中的ins/gps組合導(dǎo)航定位模塊向地面基站發(fā)送無(wú)線(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)，接收地面基站返回的無(wú)線(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)，對(duì)收發(fā)無(wú)線(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并接收數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器發(fā)送的飛行動(dòng)作調(diào)整指令，并反饋至無(wú)人機(jī)控制模塊進(jìn)行處理；

步驟2：無(wú)人機(jī)控制模塊根據(jù)機(jī)載組合定位模塊采集到的飛行動(dòng)作調(diào)整指令控制各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，對(duì)航線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，以保證無(wú)人機(jī)用指定的速度飛行在指定的航線(xiàn)上；

步驟3：地面基站接收機(jī)載組合定位模塊發(fā)送的無(wú)線(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)，利用其中的測(cè)距信息計(jì)算機(jī)載組合定位模塊與地面基站之間的距離，并將距離信息送交數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器進(jìn)行處理；

步驟4：數(shù)據(jù)采集服務(wù)器將數(shù)據(jù)采集后發(fā)送至數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器，數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器根據(jù)采集到的無(wú)人機(jī)到各個(gè)地面基站間的距離計(jì)算出無(wú)人機(jī)具體的坐標(biāo)信息，并與pc端繪制的航線(xiàn)信息進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)無(wú)人機(jī)位置與航線(xiàn)間的誤差判斷出無(wú)人機(jī)下一步需要做出的調(diào)整動(dòng)作，生成飛行動(dòng)作調(diào)整指令，將飛行動(dòng)作調(diào)整指令通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送給無(wú)人機(jī)的機(jī)載組合定位模塊，同時(shí)將計(jì)算得到的坐標(biāo)上傳至pc端用于在其上顯示無(wú)人機(jī)現(xiàn)在的位置；

步驟5：pc端用于繪制無(wú)人機(jī)航線(xiàn)，并將航線(xiàn)信息送交數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器，并從數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器獲取相應(yīng)的坐標(biāo)信息用于在其上顯示；

步驟6：機(jī)載組合定位模塊中的dsp圖像定位模塊通過(guò)攝像頭定位并著陸。

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)和自動(dòng)充電，減少了運(yùn)營(yíng)成本，提升了四軸的飛行效率，解除了四軸的續(xù)航時(shí)間限制，實(shí)現(xiàn)了四軸的遠(yuǎn)程飛行。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖；

圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖；

圖3是本發(fā)明的dsp圖像定位模塊框架結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明中的dsp圖像定位模塊工作原理圖；

圖5是本發(fā)明中的地面充電站特征圖像標(biāo)記示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。

實(shí)施例：如圖1及圖2所示，本發(fā)明定位系統(tǒng)包括無(wú)人機(jī)控制模塊，機(jī)載組合定位模塊，地面基站，pc端，數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器。

當(dāng)無(wú)人機(jī)電力將要耗盡，或者接收到充電續(xù)航型號(hào)時(shí)，通過(guò)gps巡航到附近基站的大致位置；通過(guò)攝像頭定位精確位置，方法是在裝置上設(shè)置圖像標(biāo)記，在機(jī)載dsp上通過(guò)sobel算子檢測(cè)出圖像的邊緣信息實(shí)現(xiàn)精確定位并著陸；著陸成功后，四軸與基站通信開(kāi)啟無(wú)線(xiàn)充電。

機(jī)載組合定位模塊中的ins/gps組合導(dǎo)航定位模塊向地面基站發(fā)送無(wú)線(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)，接收地面基站返回的無(wú)線(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)，對(duì)收發(fā)無(wú)線(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并接收數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器發(fā)送的飛行動(dòng)作調(diào)整指令，并反饋至電機(jī)控制單元進(jìn)行處理電機(jī)控制單元根據(jù)機(jī)載組合定位模塊采集到的指令控制各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)航線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，以保證無(wú)人機(jī)用指定的速度飛行在指定的航線(xiàn)上。地面基站接收機(jī)載組合定位模塊發(fā)送的無(wú)線(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)，利用其中的測(cè)距信息計(jì)算機(jī)載組合定位模塊與地面基站之間的距離，并將距離信息送交。數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器進(jìn)行處理數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器根據(jù)采集到的無(wú)人機(jī)到各個(gè)基站間的距離計(jì)算出無(wú)人機(jī)具體的坐標(biāo)信息，并與pc端繪制的航線(xiàn)信息進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)無(wú)人機(jī)位置與航線(xiàn)間的誤差判斷出無(wú)人機(jī)下一步需要做出的調(diào)整動(dòng)作，將調(diào)整指令通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送給無(wú)人機(jī)的定位采集模塊，同時(shí)將計(jì)算得到的坐標(biāo)上傳至pc端用于在上顯示無(wú)人機(jī)現(xiàn)在的位置。pc端用于繪制無(wú)人機(jī)航線(xiàn)，并將航線(xiàn)信息送交數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器，并從數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器獲取相應(yīng)的坐標(biāo)信息用于在上顯示。機(jī)載組合定位模塊中的dsp圖像定位模塊通過(guò)攝像頭定位并著陸。

機(jī)載組合定位模塊由ins/gps組合導(dǎo)航定位模塊、dsp圖像定位模塊、無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊、供電單元、微處理單元組成。無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊在微處理器單元作用下通過(guò)天線(xiàn)向地面各個(gè)基站發(fā)射無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)或是接收無(wú)線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行處理，并接收數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器發(fā)送的控制指令，將其交送飛行控制單元。

如圖3所示，dsp圖像定位模塊由圖像采集單元、dsp圖像處理單元、結(jié)果輸出單元、控制單元組成。所述的圖像采集單元由攝像頭、視頻圖像采集芯片組成。如圖4所示，攝像頭采集實(shí)時(shí)模擬圖像信息，視頻圖像采集芯片進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。所述的dsp圖像處理單元選用ti(texasinstruments)公司tms320c6000系列的642芯片。該型號(hào)芯片時(shí)鐘頻率高，具有較高的運(yùn)算速度和運(yùn)算精度。其配有大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)控制器dma以及豐富的內(nèi)部外設(shè)。在該單元中，原始數(shù)字圖像進(jìn)行圖像壓縮，圖像灰度轉(zhuǎn)化，圖像濾波，圖像二值化等一系列基本圖片處理，再進(jìn)行邊緣檢測(cè)，識(shí)別地面站標(biāo)記，確定其相對(duì)坐標(biāo)。所述的結(jié)果輸出單元根據(jù)地面站當(dāng)前坐標(biāo)，結(jié)合無(wú)人機(jī)預(yù)置的航線(xiàn)以及速度值，判斷出無(wú)人機(jī)下一步的飛行方向，運(yùn)算輸出無(wú)人機(jī)的航線(xiàn)規(guī)劃，并將其發(fā)送至無(wú)人機(jī)飛行控制模塊。所述的控制單元與上述圖像采集單元、dsp圖像處理單元、結(jié)果輸出單元相連，對(duì)各單元進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。

電機(jī)控制單元由傳感器單元微處理器單元飛行動(dòng)力系統(tǒng)和供電單元組成。傳感器單元用于采集無(wú)人機(jī)的傾角方向與地磁偏角加速度等姿態(tài)信息。微控制器根據(jù)機(jī)載組合定位模塊接收到的控制信息調(diào)整各個(gè)電機(jī)速度用于校準(zhǔn)航線(xiàn)調(diào)整速度和姿態(tài)。

地面基站單元分布于地面各處，通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式測(cè)量地面基站到無(wú)人機(jī)的距離，將得到的距離信息上報(bào)給數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。

如圖5所示，地面充電基站圖像標(biāo)記外形為實(shí)心紅等腰三角形，在其重心處有一較小黑色圓形。在無(wú)人機(jī)與基站距離較遠(yuǎn)時(shí)，先定位紅三角形；當(dāng)距離較近時(shí)，定位黑色圓形。該圖像標(biāo)記具有較強(qiáng)的抗干擾性能，且有利于實(shí)現(xiàn)精確定位并著陸。

數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器將各個(gè)基站采集的信息進(jìn)行匯總，并通過(guò)計(jì)算得到無(wú)人機(jī)在地圖內(nèi)的坐標(biāo)信息。并與預(yù)置的航線(xiàn)以及速度值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)情況判斷出無(wú)人機(jī)下一步的飛行方向，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送給無(wú)人機(jī)。同時(shí)將無(wú)人機(jī)的坐標(biāo)信息上傳給pc端。

pc端主要用于繪制地圖預(yù)置航線(xiàn)，并接收數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器上傳的坐標(biāo)信息，然后在pc端顯示無(wú)人機(jī)在地圖內(nèi)的實(shí)時(shí)位置。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)的自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)和自動(dòng)充電。提出的自動(dòng)充電方法，能夠有效提升四軸的飛行效率，解除了四軸的續(xù)航時(shí)間限制實(shí)現(xiàn)了四軸的遠(yuǎn)程飛行。