面向自主搬运任务的无人机系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种面向自主搬运任务的无人机系统，包括无人机、设置在无人机上的机械爪抓取系统，动作捕捉系统，以及与所述的无人机的飞行控制系统通讯连接的地面控制站，所述的动作捕捉系统包括多个布置在工作区间内部和/或环周的摄像机，对应固定设置在无人机上的机载标志点，所述的摄像机与所述的地面控制站通讯连接。本实用新型专利技术利用多个摄像机对工作区间内的无人机及待抓取的目标物体的位姿信息并进行相应编号，可根据设定好的放置点进行轨迹设定，在各个抓取过程利用摄像机作为无人机的定位系统，定位的精度能够达到毫米级，远高于GPS等其他定位系统的精度。能够自主完成一些危险的抓取任务，降低人类受伤害的可能性，提升工作效率。

【技术实现步骤摘要】
面向自主搬运任务的无人机系统
本技术涉及无人机控制
，特别是涉及一种面向自主搬运任务的无人机系统。
技术介绍
随着微电子技术，MEMS,GPS,自主控制技术和数字通讯技术的不断发展，无人机逐渐成为了一种新型的空中力量，使其在军事、民用、科研和商业上得到了广泛的应用。在军事上，四轴飞行器可以代替士兵进行军事侦察、目标搜索以及战后的结果评估，以便减少人员的损伤。在民用和科研上，微小型的四轴飞行器，可以用于建筑的科学测量、天气和地质勘测、大型灾后现场的救援以及大范围农业的监控等任务。在商业上，四轴飞行器多会携带高清摄像头进行航拍，以便达到多角度拍摄效果，提高观赏度。虽然无人机在我们社会生活的各个方面，已经得到了广泛的应用，但主要还限制在对环境的监控和拍摄层面，还不能和环境进行主动“接触”，对周围环境的物体进行一些操作。如果给无人机装上机械爪，让无人机自主控制机械爪，无人机的功能将会更加强大，应用的范围也将会更广。无人机自主抓取的典型应用有，在事故现场快速运走爆炸装置，对桥梁和建筑物进行维修等，这样做可以降低危险发生的可能，减少二次危害。在社会生活中，发生危险和自然灾害的现场十分危险，人类无法进入。因此，装有机械爪无人机可以进入危险现场，进行自主作业，极大地降低了工作的危险性，提高救灾的工作效率。如中国专利CN106882363公开了一种用于医院血液样本运输的无人机运输系统及运输方法，其中无人机运输系统，包括:布置在各病区的血液样本采集终端；分布在各检验区的血液样本接收终端；用于放置血液样本的样本箱；在血液样本采集终端和血液样本接收终端之间运送样本箱的无人机，所述无人机的底部设有样本箱抓取装置，以及样本箱保护装置，利用无人机运输，提高了效率，但是其基本依靠自身姿态定位，抗干扰性差，不利于要求精细的场合。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种面向自主搬运任务的无人机系统。为实现本技术的目的所采用的技术方案是：一种面向自主搬运任务的无人机系统，包括无人机、设置在无人机上的机械爪抓取系统，动作捕捉系统，以及与所述的无人机的飞行控制系统通讯连接的地面控制站，所述的动作捕捉系统包括多个布置在工作区间内部和/或环周的摄像机，对应固定设置在无人机上的机载标志点，所述的摄像机与所述的地面控制站通讯连接。所述的机载标志点包括分别与所述的无人机表面固定连接的至少3个球形点，所述的球形点上涂覆有反光材料。所述的无人机为四旋翼无人机。所述的球形点粘结在所述的无人机底部和顶部。所述的摄像机固定在框架上且呈立体布局。所述的机械爪抓取系统为所述的无人机的飞行控制系统可控连接的机械爪。还包括与所述的飞行控制系统通讯连接的遥控器。一种面向自主抓取任务的抓取方法，包括以下步骤，1)地面控制站通过动作捕捉系统获取工作区间内的无人机以及待抓取的目标物体的位姿信息；2)地面控制站计算无人机飞行轨迹并生成控制指令，然后将所述的控制指令发送至无人机，3)无人机的飞行控制系统参照所述的控制指令飞至目标物体并执行抓取，4)无人机携带目标物体至工作区间内的放置点并释放；5)重复步骤1)-4)直至目标物体抓取完毕。所述的飞行轨迹为直线轨迹或圆弧形轨迹。所述的步骤3)和步骤4)中动作捕捉系统实时捕捉无人机的位姿信息并生成新的控制指令，飞行控制系统在保持无人机位姿稳定的同时实时接收地面控制站的新的控制指令以进行轨迹控制。包括通过接收遥控器信号脱离所述的飞行轨迹进行遥控飞行的步骤。所述的圆弧形轨迹的生成方法包括以下步骤，1)设定辅助轨迹点，2)根据无人机的位置点、辅助点及目标位置的水平面内坐标生成一个水平面圆弧，所述的目标位置为目标物体位置或放置位置；3)按起始位置的高度差均匀选取坐标点的Z值并与所述的水平面圆弧相结合生成所述的圆弧形轨迹。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术利用多个摄像机对工作区间内的无人机及待抓取的目标物体的位姿信息并进行相应编号，可根据设定好的放置点进行轨迹设定，在各个抓取过程利用摄像机作为无人机的定位系统，定位的精度能够达到毫米级，远高于GPS等其他定位系统的精度。能够自主完成一些危险的抓取任务，降低人类受伤害的可能性，提升工作效率。附图说明图1所示为本技术的面向自主搬运任务的无人机系统的示意图；图2所示为摄像机布局示意图。图3所示为飞行控制系统的控制流程示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图所示，本技术的面向自主搬运任务的无人机系统，包括无人机，如四旋翼无人机、设置在无人机上的机械爪抓取系统103，如与所述的无人机的飞行控制系统可控连接的机械爪，动作捕捉系统，以及与所述的无人机通讯连接的地面控制站，所述的动作捕捉系统包括多个布置在工作区间环周的摄像机，对应固定设置在无人机上的机载标志点，所述的摄像机与所述的地面控制站通讯连接。无线通信系统负责地面站控制系统106和飞行控制系统102间的相互通信，本技术的无线通信系统104以RS9113无线通信模块为核心，在5G网络下进行数据传输，本技术利用多个摄像机对工作区间内的无人机及待抓取的目标物体的位姿信息并进行相应编号，可根据设定好的放置点进行轨迹设定，在各个抓取过程利用摄像机作为无人机的定位系统，定位的精度能够达到毫米级，远高于GPS等其他定位系统的精度。能够自主完成一些危险的抓取任务，降低人类受伤害的可能性，提升工作效率。具体地说，所述的机载标志点包括分别与所述的无人机底部固定连接的至少3个球形点，一般为5-7个，所述的球形点上涂覆有反光材料以便被摄像头精确感知。球形点的安装可安装在无人机底部或顶面上，即需要安装在无人机的表面且摄像机能够拍摄到的地方，其在普通球状物体上喷涂上反光材料即可构成所述的球形点，如喷涂伯骑士牌的CFXY0015型的反光喷雾。标志性球形点分别与无人机固定连接，如粘结，即多点组成一个刚体，只要这个刚体的同时被至少两台摄像机追踪拍摄到，便可以得到刚体的位姿信息。这个刚体位姿代表了无人机的位姿，因此得到无人机的位姿信息。位姿信息包括位置信息和飞行姿态的信息，姿态包括无人机的俯仰角，横滚角和偏航角。基于此，地面控制站可进行轨迹的计算。同时，在目标物体上也可设置一定的标志信息，如二维码等，通过对其进行标识分别，可由摄像头获取其内容物信息，实现搬运的同时分类存放。其中，所述的摄像机固定在框架上且与地面保持预定高度，优选地，所述的摄像机呈立体布局以实现对不同高度位置的无人机实时有效监测。在对摄像机进行了校准与标定工作之后，则不再移动摄像机相机。作为一个具体实施例，多台摄像机，如16台摄像机安装在高度为2.5米的矩形框架上，平面安装示意图如图2所示，利用固定的摄像机圈定出一个工作区域，利用摄像机的固定位置进行无人机和目标物体的位姿信息获取，通过对视觉信息的采集处理得到无人机的位姿信息，并对应地根据位姿信息发出控制指令给无人机的飞控。精确性高而且获取速度快，能实现自主抓取。当然工作区间可以设置为任意形状，不一定要矩形，也可以是圆形等其他形状。摄像机的数目不固定，但是摄像机的数目越多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向自主搬运任务的无人机系统，其特征在于，包括无人机、设置在无人机上的机械爪抓取系统，动作捕捉系统，以及与所述的无人机的飞行控制系统通讯连接的地面控制站，所述的动作捕捉系统包括多个布置在工作区间内部和/或环周的摄像机，对应固定设置在无人机上的机载标志点，所述的摄像机与所述的地面控制站通讯连接。

【技术特征摘要】
1.一种面向自主搬运任务的无人机系统，其特征在于，包括无人机、设置在无人机上的机械爪抓取系统，动作捕捉系统，以及与所述的无人机的飞行控制系统通讯连接的地面控制站，所述的动作捕捉系统包括多个布置在工作区间内部和/或环周的摄像机，对应固定设置在无人机上的机载标志点，所述的摄像机与所述的地面控制站通讯连接。2.如权利要求1所述的面向自主搬运任务的无人机系统，其特征在于，所述的机载标志点包括分别与所述的无人机表面固定连接的至少3个球形点，所述的球形点上涂覆有反光材料。3.如权利要求1所述的面向自主搬运任...

【专利技术属性】
技术研发人员：康骥南，卢翔，刘帅，赵玥，赵晓伟，丁通，平原，
申请(专利权)人：一飞智控天津科技有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12