一種基於光機電一體化視覺定位的無人機定點飛行控制系統的製作方法

2023-05-29 12:57:11 2

本發明涉及光機電一體化領域技術領域，具體為一種基於光機電一體視覺定位的無人機定點飛行控制系統。

背景技術：

無人駕駛飛機簡稱「無人機」，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。機上無駕駛艙，但安裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設備。地面、艦艇上或母機遙控站人員通過雷達等設備，對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和數字傳輸。可反覆使用多次。廣泛用於空中偵察、監視、通信、反潛、電子幹擾等，隨著網際網路技術的不斷進步，我國電子商務發展迅速，市場規模擴張迅速，物流產業也得到了飛速發展。然而風光的背後也暴露出了諸多問題，如快遞送達不及時，貨物送到損壞嚴重等，這些問題也反映出人工物流領域的缺陷。為了彌補這些缺陷，各大物流企業開始思考如何在降低成本的同時還能保證服務的質量，滿足客戶需求。由此，具有造價低、體積小、操控簡便、生存能力較強等優點的無人機派送方案應運而生，如今無人機派送在國外已經形成了較為完善的運行模式，其中尤以美國亞馬遜為例。該公司無人機物流試運行模式採用「配送車+無人機」為國內的投入使用提供了參考方案。該模式主要是無人機負責物流配送的「最後一公裡」。舉例來說就是，配送車在離開倉庫之後，只需行走在主路上即可，然後在每個小支路處停車，並派出無人機進行配送，完成配送之後自動返航準備下一個投送任務，但是普通無人機均是通過GPS進行定位，而GPS在狹窄的空間信號較差，這樣就會導致無人機無法進行定位，且無人機通過視覺進行定位時，由於對數據處理時的計算頻率較低，導致無人機飛行時容易發生偏斜，這樣容易造成無人機與其他物體發生碰撞，造成損毀，為此，我們提出一種基於光機電一體視覺定位的無人機定點飛行控制系統。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種基於光機電一體視覺定位的無人機定點飛行控制系統，以解決上述背景技術中提出的無人機通過視覺進行定位時，由於對數據處理時的計算頻率較低，導致無人機飛行時容易發生偏斜，這樣容易造成無人機與其他物體發生碰撞，造成損毀的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基於光機電一體視覺定位的無人機定點飛行控制系統，包括中央處理器，所述中央處理器電性輸入連接輸入單元，所述中央處理器電性輸出連接顯示單元，所述中央處理器分別電性雙向連接視覺定位坐標平臺和無人機自動控制系統，所述中央處理器電性雙向連接數據採集系統，所述數據採集系統包括圖像採集子系統和無人機飛行數據採集子系統，所述中央處理器電性雙向連接數據分析系統，所述數據分析系統包括圖像分析子系統和無人機飛行數據分析子系統。

優選的，所述視覺定位坐標平臺包括無線數據收發器，所述無線數據收發器電性輸出連接定位平臺控制器，所述定位平臺控制器電性輸出連接識別碼驅動單元，所述識別碼驅動單元電性輸出連接識別碼顯示器，所述定位平臺控制器電性輸出連接光源驅動單元，所述光源驅動單元電性輸出連接LED燈。

優選的，所述無人機自動控制系統包括無線數據接收單元，所述無線數據接收單元電性輸出連接無線數據處理單元，所述無線數據處理單元電性輸出連接無人機控制系統晶片，所述無人機控制系統晶片電性輸出連接無人機主體。

優選的，所述圖像採集子系統包括單目攝像機，所述單目攝像機電性輸出連接圖像採集單元，所述圖像採集單元電性輸出連接處理器，所述處理器電性輸出連接數據轉換單元，所述數據轉換單元電性輸出連接編碼單元，所述編碼單元電性輸出連接壓縮單元，所述壓縮單元電性輸出連接圖像數據存儲單元。

優選的，所述無人機飛行數據採集子系統包括數據採集單元，所述數據採集單元分別電性輸入連接光流傳感器、慣性測量單元和超聲波傳感器，所述數據採集單元電性輸出連接微處理器，所述微處理器電性輸出連接感應信號放大單元，所述感應信號放大單元電性輸出連接感應信號檢測單元，所述感應信號檢測單元電性輸出連接無人機數據存儲單元。

優選的，所述圖像分析子系統包括圖像數據提取單元，所述圖像數據提取單元電性輸出連接圖像數據處理單元，所述圖像數據處理單元電性輸出連接控制器，所述控制器分別電性雙向連接圖像分割單元和圖像特徵提取單元，所述控制器電性輸出連接圖像識別單元，所述圖像識別單元電性輸出連接判斷推理單元，所述判斷推理單元電性輸出連接信息反饋單元。

優選的，所述無人機飛行數據分析子系統包括無人機數據提取單元，所述無人機數據提取單元電性輸出連接無人機數據處理單元，所述無人機數據處理單元電性輸出連接伺服器，所述伺服器電性雙向連接計算單元，所述伺服器電性輸出連接數據分析單元，所述數據分析單元電性輸出連接數據反饋單元。

優選的，所述計算單元包括SLAM算法電路。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：與現有的無人機定位控制系統相比，本發明採用的是無GPS的視覺定位，這樣使得無人機可以在城市狹小的空間進行定位，使得無人機可以進行派送物品的工作，且通過SLAM算法電路和慣性測量單元相配合方式對無人機飛行路線進行計算處理，使得計算的頻率更高，從而使得無人機飛行的更加安全。

附圖說明

圖1為本發明原理框圖；

圖2為本發明視覺定位坐標平臺原理框圖；

圖3為本發明無人機自動控制系統原理框圖；

圖4為本發明圖像採集子系統原理框圖；

圖5為本發明無人機飛行數據採集子系統原理框圖；

圖6為本發明圖像分析子系統原理框圖；

圖7為本發明無人機飛行數據分析子系統原理框圖。

圖中：1中央處理器、2輸入單元、3顯示單元、4視覺定位坐標平臺、41無線數據收發器、42定位平臺控制器、43識別碼驅動單元、44識別碼顯示器、45光源驅動單元、46LED燈、5無人機自動控制系統、51無線數據接收單元、52無線數據處理單元、53無人機控制系統晶片、54無人機主體、6數據採集系統、61圖像數據採集子系統、611單目攝像機、612圖像採集單元、613處理器、614數據轉換單元、615編碼單元、616壓縮單元、617圖像數據存儲單元、62無人機飛行數據採集子系統、621數據採集單元、622光流傳感器、623慣性測量單元、624超聲波傳感器、625微處理器、626感應信號放大單元、627感應信號檢測單元、628無人機數據存儲單元、7數據分析系統、71圖像分析子系統、711圖像數據提取單元、712圖像數據處理單元、713控制器、714圖像特徵提取單元、715圖像分割單元、716圖像識別單元、717判斷推理單元、718信息反饋單元、72無人機飛行數據分析子系統、721無人機數據提取單元、722無人機數據處理單元、723伺服器、724計算單元、725數據分析單元、726數據反饋單元。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

請參閱圖1-7，本發明提供一種技術方案：一種基於光機電一體視覺定位的無人機定點飛行控制系統，包括中央處理器1，中央處理器1電性輸入連接輸入單元2，中央處理器1電性輸出連接顯示單元3，中央處理器1分別電性雙向連接視覺定位坐標平臺4和無人機自動控制系統5，中央處理器1電性雙向連接數據採集系統6，數據採集系統6包括圖像採集子系統61和無人機飛行數據採集子系統62，中央處理器1電性雙向連接數據分析系統7，數據分析系統包括圖像分析子系統71和無人機飛行數據分析子系統72，通過輸入單元2輸入視覺定位坐標平臺4的識別碼對比信息和後期數據處理分析所需的基礎數值，是數據採集系統6進行數據採集，數據採集系統6分別通過圖像數據採集子系統61對無人機飛行時周圍環境的影像進行採集和無人機飛行數據採集子系統62對無人機飛行時無人機主體54的數據進行採集，圖像數據採集子系統61採集來的無人機實時飛行的圖像數據為後期無人機飛行數據分析提供數據基礎，無人機飛行數據採集子系統62飛行時的穩定性數據進行採集，為後期對無人機穩定性判斷提供數據基礎，採集後的數據通過數據分析系統7進行數據分析處理，數據分析系統7分別通過圖像分析子系統71對圖像採集子系統61採集來的圖像信息進行分析處理和無人機飛行數據分析子系統72對無人機飛行數據採集子系統62採集的數據、輸入單元2輸入的計算用基礎數據和圖像分析子系統71分析後的數據進行分析處理，通過計算單元724中的SLAM算法電路和慣性測量單元623相配合的方式，可以提高計算頻率，使得無人機在通過分析所得的數據進行飛行時更加安全，數據分析系統7將分析後的數據反饋給中央處理器1，中央處理器1將分析後的數據傳遞給無人機自動控制系統5，無人機自動控制系統5通過分析所得的數據對無人機主體54進行調整控制，顯示單元3對無人機飛行位置進行顯示，便於操作人員進行觀察，通過通過計算單元724中的SLAM算法電路和慣性測量單元623相配合的方式，提高了無人機飛行時的計算速率，這樣無人機在飛行時就不容易發生偏斜，進而減少了無人機發生撞毀的情況發生。

其中，視覺定位坐標平臺4包括無線數據收發器41，無線數據收發器41電性輸出連接定位平臺控制器42，定位平臺控制器42電性輸出連接識別碼驅動單元43，識別碼驅動單元43電性輸出連接識別碼顯示器44，定位平臺控制器42電性輸出連接光源驅動單元45，光源驅動單元45電性輸出連接LED燈46，視覺定位坐標平臺4通過無線數據收發器41接收到中央處理器1發送來的啟動信息，定位平臺控制器42控制識別碼驅動單元43對識別碼顯示器44進行驅動工作，識別碼顯示器44將該視覺定位坐標平臺4顯示出來，定位平臺控制器42控制光源驅動單元45對LED燈46進行驅動工作，LED燈46亮起，為無人機視覺定位提供光源；

無人機自動控制系統5包括無線數據接收單元51，無線數據接收單元51電性輸出連接無線數據處理單元52，無線數據處理單元52電性輸出連接無人機控制系統晶片53，無人機控制系統晶片53電性輸出連接無人機主體54，中央處理器1將經過數據分析系統7分析後的數據傳遞給無人機自動控制系統5，無人機自動控制系統5通過無線數據接收單元51對中央處理器1傳送來的無線信息進行接收，無線數據處理單元52對接收來的信息進行數據處理，處理的方式是對輸入的信息進行格式轉換和信號加強，便於無人機控制系統晶片53對數據進行識別，無人機控制系統晶片53對無人機主體54進行控制，無人機控制系統晶片53的主要控制方式是對無人機的螺旋槳和補償螺旋槳進行控制，使得無人機豬主體54能夠平穩的停置在視覺定位坐標平臺4的上方；

圖像採集子系統61包括單目攝像機611，單目攝像機611電性輸出連接圖像採集單元612，圖像採集單元612電性輸出連接處理器613，處理器613電性輸出連接數據轉換單元614，數據轉換單元614電性輸出連接編碼單元615，編碼單元615電性輸出連接壓縮單元616，壓縮單元616電性輸出連接圖像數據存儲單元617，單目攝像機611為多組，單目攝像機611對無人機飛行時的周圍環境的影像數據進行記錄，圖像採集系統611對多組單目攝像機611上的圖像數據進行採集，採集後的數據通過處理器613傳遞給數據轉換單元614進行圖像數據轉換，使得採集的圖像信息被轉換成易於存儲和編碼的圖像數據格式，轉換後的數據通過編碼單元615進行編碼，編碼後的數據再通過壓縮單元616進行數據壓縮，壓縮和編碼後的數據在傳輸和存儲時不會發生更改，使得數據的安全性和準確性更高，圖像數據存儲單元617對採集來的圖像數據進行存儲；

無人機飛行數據採集子系統62包括數據採集單元621，數據採集單元621分別電性輸入連接光流傳感器622、慣性測量單元623和超聲波傳感器624，數據採集單元621電性輸出連接微處理器625，微處理器625電性輸出連接感應信號放大單元626，感應信號放大單元626電性輸出連接感應信號檢測單元627，感應信號檢測單元627電性輸出連接無人機數據存儲單元628，光流傳感器622對無人機水平速度進行感應，慣性測量單元623對無人機的角速度和加速度進行測量，超聲波傳感器622對無人機的高度進行測量，數據採集單元621分別對光流傳感器622、慣性測量單元623和超聲波傳感器624上的數據進行採集，採集後的數據通過微處理器625傳遞給感應信號放大單元626進行信號放大處理，便於後續對感應信號進行檢測，放大處理後的數據通過感應信號檢測單元627對感應信號進行檢測，使得採集來的數據更加具有準確性，最後通過無人機數據存儲單元628進行數據存儲；

圖像分析子系統71包括圖像數據提取單元711，圖像數據提取單元711電性輸出連接圖像數據處理單元712，圖像數據處理單元712電性輸出連接控制器713，控制器713分別電性雙向連接圖像分割單元715和圖像特徵提取單元714，控制器713電性輸出連接圖像識別單元716，圖像識別單元716電性輸出連接判斷推理單元717，判斷推理單元717電性輸出連接信息反饋單元718，圖像數據提取單元711對圖像採集子系統61採集來的圖像信息進行採集，採集後的數據通過圖像數據處理單元712進行圖像處理，主要的處理方式是對圖像進行出噪聲、圖像增強和圖像優化，圖像處理後的數據傳遞給控制器713，控制器713控制圖像分割單元715對圖像進行分割處理，分割處理後的圖像通過圖像特徵提取單元714對圖像信息進行特徵提取，特徵提取後的數據通過圖像識別單元716進行圖像識別，將輸入單元2輸入的視覺定位坐標平臺4的識別碼對比信息與採集來的圖像數據中視覺定位坐標平臺4上的識別碼進行識別，判斷推理單元717對識別後的數據進行推理判斷，判斷其是否相符合，判斷後的信息通過信息反饋單元718反饋給中央處理器1；

無人機飛行數據分析子系統72包括無人機數據提取單元721，無人機數據提取單元721電性輸出連接無人機數據處理單元722，無人機數據處理單元722電性輸出連接伺服器723，伺服器723電性雙向連接計算單元724，伺服器723電性輸出連接數據分析單元725，數據分析單元725電性輸出連接數據反饋單元726，計算單元724包括SLAM算法電路，通過無人機數據提取單元721對無人機飛行數據採集子系統62採集來的數據、輸入單元2輸入的計算用基礎數據和圖像分析子系統71分析後的數據進行提取，提取後的數據無人機數據處理單元722對提取來的數據進行分類整理，分類整理後的數據傳遞給伺服器723，伺服器723控制計算單元724對提取來的數據進行計算，計算單元724通過SLAM算法電路對提取來的數據進行算法處理，在較高速計算頻率下為無人機飛行計算出合理的飛行路線，計算單元724計算後的數據通過數據分析單元725對計算後的數據進行分析，在計算單元724計算出的多條合理路線進行擇優挑選。

儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。