一种基于室内定位的无人机围栏系统技术方案

本发明专利技术涉及无人机技术领域，涉及到无人机的运动区域控制，具体涉及一种基于室内定位的无人机围栏，包括：若干定位基站，定位基站极限坐标标定的空间区域为无人机飞行区域，飞行缓冲区域包括内部活动区域和外部缓冲区域；定位标签，用于检测无人机的当前定位；方向传感器，用于检测无人机的当前姿态；加速度传感器，用于检测无人机的当前加速度；处理器，用于处理无人机的当前飞行数据；通信模块，用于发送无人机当前飞行数据和接受控制指令；服务器，通过通信模块与无人机交换数据，接受和处理无人机的飞行数据并生成相应的控制指令。本发明专利技术中无人机在内部活动区域可自由飞行，无人机进入外部缓冲区域仅可朝向内部空间区域运动。

【技术实现步骤摘要】
一种基于室内定位的无人机围栏系统
本专利技术涉及无人机
，涉及到无人机的运动区域控制，具体涉及一种基于室内定位的无人机围栏。
技术介绍
应用于无人机领域的电子围栏主要用于确定无人机的相对位置，在无人机飞行的过程中，实时反馈无人机是否位于预定的范围内，并对无人机的位置进行标记。当无人机处于围栏内时，电子围栏系统反馈无异常，当无人机处于围栏外时，电子系统进行提示。由于无人机的飞行范围较大，因此电子围栏主要设置于室外环境，用于无人机大致定位，但无法对无人机的运动进行限制。当无人机在运动范围比较局限的小空间内飞行时，当前电子围栏不能起到及时的限制作用，当无人机运动到电子围栏的界限之外后，难以避免发生碰撞事故。因此，针对现有的电子围栏系统存在的不足，还需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于室内定位的无人机围栏系统，通过该系统将无人机的运动范围划分为内部活动区域和外部缓冲区域，无人机在内部活动区域可自由飞行，当进入外部缓冲区域后将执行悬停，并只能向内部活动区域飞行，这样对无人机离开电子围栏后的行为进行限制，可以有效减少无人机的损坏，提高无人机飞行的安全性。为了实现上述效果，本专利技术采用技术方案为：一种基于室内定位的无人机围栏系统，包括：若干定位基站，定位基站在空间上设置并与室内墙壁之间保留间隔，每个定位基站限定一个方向的极限坐标，定位基站极限坐标标定的空间区域为无人机飞行区域，飞行缓冲区域包括内部活动区域和外部缓冲区域；定位标签，设置于无人机上并用于检测无人机的当前定位；方向传感器，设置于无人机上并用于检测无人机的当前姿态；加速度传感器，设置于无人机上并用于检测无人机的当前加速度；处理器，设置于无人机上并用于处理无人机的当前飞行数据；通信模块，设置于无人机上并用于发送无人机当前飞行数据和接受控制指令；服务器，通过通信模块与无人机交换数据，接受和处理无人机的飞行数据并生成相应的控制指令。上述公开的无人机围栏系统，通过设置定位基站限定无人机飞行的区域的外部围栏，外部围栏作为飞行缓冲区域的边界，可有效限制无人机飞行的极限区域；围栏系统还在飞行区域内划定了内部活动区域，内部活动区域即为无人机自由飞行的区域。在系统启动后，无人机的位置实时被检测和更新，当无人机被确认位于内部活动区域时可自由飞行，当无人机被确认离开内部活动区域而进入外部缓冲区域后，无人机失去自由飞行的权限，只能向内部活动区域飞行。进一步的，上述围栏系统公开了系统的组成，无人机的飞行区域由定位基站确定，定位基站的布设方式会直接影响无人机的飞行区域。通过定位基站确定无人机的飞行区域的方式有多种，飞行区域的形状也不尽相同，作为一种选择，本专利技术对定位基站的布设方式进行优化，并举出如下可行的方案，所述的定位基站数量为四，以其中一个定位基站为基准点，另三个定位基站分别设置在x、y和z方向上，四个定位基站组成空间笛卡尔直角坐标系，四个定位基站将无人机飞行区域限制为立方体区域。这样设置时，通过将四个定位基站设置在室内，其中基准点设置于一角落处，另外三个定位基站的分别设置于基准点的相邻角落，如此即能划定无人机飞行区域。再进一步，外部缓冲区域与内部活动区域的相对位置并不固定，根据在不同的室内结构，外部缓冲区域与内部活动区域将可采用相邻相接、包围的方式进行设置。作为一种选择，对二者的位置关系进行限定，举出如下可行的方案：所述的外部缓冲区域位于内部活动区域的外侧，且内部活动区域为立方体区域，内部活动区域的中心与飞行区域的中心重合，且内部活动区域的每条棱长对应飞行区域的棱长按相同比例缩小。进一步的，飞行区域通过定位基站建立的空间笛卡尔坐标系划定，飞行区域内每个位置都通过点坐标进行标定，因此，内部活动区域和外部缓冲区域的每个位置都由唯一确定的点坐标对应确定。在确定内部活动区域和外部缓冲区域时，所述的内部活动区域的边界面和所述的外部缓冲区域的边界面均通过点坐标集的方式被记录存储在服务器中，内部活动区域边界面上的点与外部缓冲区域边界面上的点相对应。再进一步，判断无人机是否由内部活动区域进入外部活动区域，仅需判断无人机与边界面的关系。当无人机位于内部飞行区域和外部缓冲区域的边界面上，无人机的坐标值(x,y,z)正好从属于边界面的点坐标集，当无人机坐标值(x,y,z)中有任意两项与边界面上的一个点对应相等时，通过剩下一个坐标参数值的大小关系可判断无人机的位置关系。进一步的，上述方案对内部活动区域和外部缓冲区域的相对位置关系进行了说明，设置外部缓冲区域的根本意义在于为无人机提供减速空间，当无人机离开内部活动区域后，可以在外部缓冲区域内充分减速至悬停。因此，外部缓冲区域的宽度需满足无人机在最大速度时以最小加速度减速至悬停的宽度足球。具体的，此处举出一种可行的方案：所述的外部缓冲区域的区间宽度为其中为V0为无人机进入外部缓冲区域时的最大速度，a为无人机减速时的最小加速度，t1为服务器发出控制指令到无人机接收控制指令的延迟时间，t2为无人机接到控制指令到实现悬停所需的时间。在这种方案中，无人机的最大速度由服务器预先设定，最小加速度指无人机仅受空气阻力时的加速度。再进一步，外部缓冲区域即为无人机运动的极限边界，为了提高无人机飞行区域的安全性，定位基站设置的位置与室内墙壁之间预留一定间隔，作为一种选择，此处举出可行的方案，所述的间隔至少为1m。间隔宽度具体根据无人机的速度决定，无人机最大速度越大，则该间隔设置也越大。再进一步，系统实时监测无人机的运动方向，一是通过无人机的运动位置判断无人机的运动轨迹，二是通过无人机自身的方向传感器提供运动方向，具体的，作为可行的选择，本专利技术举出如下可行的方案：所述的方向传感器采用陀螺仪。再进一步，对定位基站进行优化，本专利技术举出如下可行的方案：所述的定位基站采用UWB(UltraWideBand，UWB，超宽带)模块。再进一步，对定位标签进行优化，本专利技术举出如下可行的方案：所述的定位标签采用UWB模块。上述围栏系统在运行时，无人机通过定位标签实时向服务器提供自身坐标，服务器以此确认无人机的位置；同时，无人机通过方向传感器测定其前进方向，服务器根据方向传感器的测定结果判断无人机的姿态和运动趋势。当无人机位于内部活动区域时，可向各个方向自由运动，服务器不限制无人机的动作；当无人机离开内部活动区域，进入外部缓冲区域时，服务器限制无人机的运动方向，无人机远离内部活动区域的指令被限制，仅允许无人机执行朝向内部活动区域的指令。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术以定位基站确定无人机的飞行区域，将飞行区域又划分为内部活动区域和外部缓冲区域，无人机的位置被实时监测，当无人机在内部活动区域内时，系统允许无人机自由飞行，当无人机离开内部活动区域而进入外部缓冲区域后，系统限制无人机自由飞行，仅允许无人机朝向内部空间区域运动。附图说明为了更清楚地说明本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于室内定位的无人机围栏系统，其特征在于，包括：/n若干定位基站，定位基站在空间上设置并与室内墙壁之间保留间隔，每个定位基站限定一个方向的极限坐标，定位基站极限坐标标定的空间区域为无人机飞行区域，飞行缓冲区域包括内部活动区域和外部缓冲区域；/n定位标签，设置于无人机上并用于检测无人机的当前定位；/n方向传感器，设置于无人机上并用于检测无人机的当前姿态；/n加速度传感器，设置于无人机上并用于检测无人机的当前加速度；/n处理器，设置于无人机上并用于处理无人机的当前飞行数据；/n通信模块，设置于无人机上并用于发送无人机当前飞行数据和接受控制指令；/n服务器，通过通信模块与无人机交换数据，接受和处理无人机的飞行数据并生成相应的控制指令。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于室内定位的无人机围栏系统，其特征在于，包括：
若干定位基站，定位基站在空间上设置并与室内墙壁之间保留间隔，每个定位基站限定一个方向的极限坐标，定位基站极限坐标标定的空间区域为无人机飞行区域，飞行缓冲区域包括内部活动区域和外部缓冲区域；
定位标签，设置于无人机上并用于检测无人机的当前定位；
方向传感器，设置于无人机上并用于检测无人机的当前姿态；
加速度传感器，设置于无人机上并用于检测无人机的当前加速度；
处理器，设置于无人机上并用于处理无人机的当前飞行数据；
通信模块，设置于无人机上并用于发送无人机当前飞行数据和接受控制指令；
服务器，通过通信模块与无人机交换数据，接受和处理无人机的飞行数据并生成相应的控制指令。


2.根据权利要求1所述的基于室内定位的无人机围栏系统，其特征在于：所述的定位基站数量为四，以其中一个定位基站为基准点，另三个定位基站分别设置在x、y和z方向上，四个定位基站组成空间笛卡尔直角坐标系，四个定位基站将无人机飞行区域限制为立方体区域。


3.根据权利要求2所述的基于室内定位的无人机围栏系统，其特征在于：所述的外部缓冲区域位于内部活动区域的外侧，且内部活动区域为立方体区域，内部活动...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄抒，陶伟，张云翔，
申请(专利权)人：航迅信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11