一种使用无人机和无人船协同清理水面漂浮垃圾的方法技术

本发明专利技术提供了一种通过无人机和水面无人船协作工作从而有效清理水面垃圾的方法。无人机和无人船组成工作系统，其中无人机负责在空中探查水面垃圾分布位置，无人船根据无人机的探查结果清理水面漂浮垃圾。

A method of cleaning up floating garbage on water surface by UAV and UAV

【技术实现步骤摘要】
一种使用无人机和无人船协同清理水面漂浮垃圾的方法
本专利技术涉及无人机无人船控制领域，尤其涉及一种使用无人机无人船协同清理水面漂浮垃圾的方法。
技术介绍
我国许多地区的池塘、小型河流、人工湖泊等水域，其表面漂浮着众多水面垃圾，每年都要花费大量的人力去清理。而目前的无人机清理水面机器因工作在水面，视野受限，其寻找水面垃圾的能力较差，工作效率较低。随着民用无人机技术的不断发展，民用无人机用途越来越广泛、能够在各个领域发挥的作用也越来越大。而无人机所具备的广阔视野的优势正式目前的水面清理机器所缺失的。因此，将无人机和无人船相结合，使其能够协同工作，可以在较大程度上提高工作效率。
技术实现思路
本专利技术提供了一种通过无人机和水面无人船协作工作从而有效清理水面垃圾的方法，包括：无人机使用图像处理技术识别并定位水面上的漂浮垃圾，并对得到的坐标信息进行转换发送给停留在水面的无人船。无人船接收无人机发送的坐标信息，根据坐标进行路线规划，无人船按照规划好的路线依次前往各个垃圾所在位置。无人船到达垃圾所在位置后，使用双目测距技术获取水面垃圾相对于船身的具体位置，无人船使用机械臂抓取垃圾，并将垃圾回收进垃圾储存槽中。依次回收各个垃圾，直至所有水面漂浮垃圾全部清理回收完毕。有益效果相比于无人船单独清理水面垃圾，使用无人机和无人船协同工作方式清理水面垃圾，可以有效提高寻找垃圾、清理垃圾的效率，缩短工作时间，减少寻找垃圾时耗费的时间。附图说明此处所描述的附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，属于本申请的一部分，并不是对本
技术实现思路
的不当限定。图1为本专利技术提供的一种无人机和无人船协作清理水面垃圾的方法实施流程图。图2为本专利技术提供的无人船设计图。具体实施方法如图1所示，基于无人机和无人船协作清理水面垃圾的方法实施包括9个部分S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10。其中S1、S10为开始结束；S2为无人船携带无人机到达指定工作水域；S3为无人船静停，无人机起飞工作；S4为无人机拍摄水面，并对图像中的水面漂浮垃圾进行定位；S5为无人机对垃圾坐标进行坐标系转换，并将转换后的坐标发给无人船；S6为无人机返回无人船；S7为无人船路径规划；S8为无人船按照规划路线清理水面垃圾；S9为前往未扫描区域。S2(无人船携带无人机到达指定工作水域)过程：步骤A1：无人船携带无人机到达指定水域。步骤A2：无人机使用高德地图获取当前水域地图。步骤A3：无人机根据地图将整片水域划分为若干个合适大小的子区域，无人船携带无人机前往第一个子区域。S3(无人船静停，无人机起飞工作)过程：步骤B1：无人船静止停在子区域水域，无人机从无人船停机平台(1)上起飞，无人机竖直向上上升到一定高度。S4(无人机拍摄水面，并对图像中的水面漂浮垃圾进行定位)过程：步骤C1：无人机竖直升到合适高度后，无人机打开摄像头拍摄水面图像。步骤C2：无人机拍摄水面画面的同时，使用图像目标检测算法，用以识别水面的漂浮垃圾。当识别到水面漂浮垃圾后，无人机使用双目测距技术测得无人机身与检测到的水面漂浮垃圾的距离，进而计算出该垃圾相对于无人机的坐标。步骤C3：当前角度的画面全部处理后，无人机顺时针旋转合适角度，再次拍摄图像，识别水面垃圾并计算坐标。步骤C4：重复旋转，直至无人机旋转360度，对所有方向的水面都完成了检测。S5(无人机对垃圾坐标进行坐标系转换，并将转换后的坐标发给无人船)过程：步骤D1：无人机根据计算得到的垃圾坐标以及无人船的绝对坐标计算出各个水面漂浮垃圾相对于无人船的坐标。步骤D2：无人机将转换完成的坐标信息发送给停在水面的无人船。S6(无人机返回无人船)过程：步骤E1：无人机返回无人船，降落在停机平台(1)上，无人船开始工作。S7(无人船路径规划)过程：步骤F1：无人船接收无人机发送的坐标信息，构建坐标地图。步骤F2：无人船使用遗传算法，通过迭代方式计算出一条较优的路线(每个垃圾必须且只经过一次，总的路线长度接近与理论上的最短路线)。S8(无人船按照规划路线清理水面垃圾)过程：步骤G1：无人船按照S7得到的规划路线，依次前往各个垃圾所在区域。步骤G2：当无人船到达水面漂浮垃圾所在区域后，无人船使用目标检测技术和双目测距技术测得水面垃圾的具体位置，无人船驱动机械臂(2)抓取该垃圾。步骤G3：机械臂(2)抓取到垃圾后，将抓取到的垃圾放置与无人船船身的垃圾储存槽(3)中，而后继续前往下一个垃圾所在区域进行抓取，直至路线中的所有垃圾均清理完毕。S9(前往未扫描区域)过程：步骤H1：S2中划分得到的若干个子区域，S3-S8过程对其中一个子区域进行的垃圾清理工作。当该子区域工作完成后，无人船携带无人机前往下一子区域进行工作(重复S3-S8步骤)。步骤H2：若所有子区域的清理工作均已完成，则进行S10(结束)，工作结束，无人船携带无人机返航。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于无人机和无人船协作清理水面垃圾的方法，其特征在于：/n无人机通过自身搭载的摄像头拍摄水面画面，并使用图像处理技术对水面上的漂浮垃圾进行识别；/n无人机使用双目测距技术获取识别出的垃圾坐标(以无人机为坐标原点)；/n无人机将得到的坐标进行坐标转换，从而得到以无人船为原点的各个垃圾坐标，并将转换完成的坐标信息发送给无人船；/n无人船根据接收到的坐标信息，使用路径规划算法计算得到一条能够遍历所有垃圾的较短路径；/n无人船按照规划好的路径依次作业，通过机械臂抓取垃圾。/n

【技术特征摘要】
1.基于无人机和无人船协作清理水面垃圾的方法，其特征在于：
无人机通过自身搭载的摄像头拍摄水面画面，并使用图像处理技术对水面上的漂浮垃圾进行识别；
无人机使用双目测距技术获取识别出的垃圾坐标(以无人机为坐标原点)；
无人机将得到的坐标进行坐标转换，从而得到以无人船为原点的各个垃圾坐标，并将转换完成的坐标信息发送给无人船；
无人船根据接收到的坐标信息，使用路径规划算法计算得到一条能够遍历所有垃圾的较短路径；
无人船按照规划好的路径依次作业，通过机械臂抓取垃圾。


2.如权利要求1所述的一种基于无人机和无人船协作清理水面垃圾的方法，所述无人机通过自身搭载的摄像头拍摄水面画面，并使用图像处理技术对水面上的漂浮垃圾进行识别，使用双目测距技术获取识别出的垃圾坐标(以无人机为坐标原点)包括：
待无人船在工作水域停稳后，无人机从无人船上垂直升高飞行到合适高度，打开摄像头，然后以合适速率自转一周，在自传的同时使用图像目标检测算法和双目测距技术计算得到画面中的水面垃圾相对于无人机的坐标。


3.如权利要求1所述的一种基于无人机和无人船协作清理水面垃圾的方法，所述无人机将得到的坐标进行坐标转换，从而得到以无人船为原点的各个垃圾坐标，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王求真，王小齐，黄家文，孙梦园，陈圣琪，刘慧琳，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43