一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统及其工作方法，该系统包括补给平台、给水部和无人机本体，补给平台设置在可移动的消防小车上，给水部安装在补给平台上，无人机本体与给水部之间通过激光视觉信息融合，以能够实现自动对接；给水部包括给水管道，给水管道的一端与消防小车内的水箱相连接，给水管道的主体存放在消防小车的存储箱内，当无人机本体与给水部完成对接后，无人机本体将携带给水管道升空，实现持续灭火作业。与现有技术相比，本发明专利技术基于激光视觉融合方式，能够实现无人机与补给平台上给水管道之间的自动精准对接，能够解决现有无人机消防携带灭火剂量有限、需要等待消防人员的控制进行补给，进而造成不必要损失的问题。成不必要损失的问题。成不必要损失的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统及其工作方法


[0001]本专利技术涉及无人消防
，尤其是涉及一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]在一些火灾易发区域，例如森林、草场或者一些存放易燃易爆品的地方，往往容易突然发生火灾，并且快速蔓延，在消防人员到达之前就会导致火灾难以控制并造成重大的损失。因此有必要实现一种能够及时发现火灾并迅速在初期扑灭的无人消防系统，现有的无人消防系统中，无人机上携带的灭火剂是有限的，且在无人机巡查阶段，由于无人机持续续航能力的需求，携带灭火剂会导致无人机重量上升、速度下降、影响巡查工作时间。而为了实现无人机在巡查阶段无需携带灭火剂，并在无人机发现火情的时候，能及时将给水管道快速连接到无人机上进行灭火，需要对无人机和给水管道进行快速、准确的自动对接。
[0003]中国专利CN202010662961.4提供了一种无人机灭火剂快速补给系统，无人机可以通过自带的自吸泵进行主动补给，也可以通过消防车上的快速定位连接装置进行被动补给，实现了无人机无需落地停机、在空中进行快速灭火剂补给、循环灭火作业。但是，无人机以及消防车需要人为遥控等操作才可以进行补给工作，不能实现无人消防，同时遇到火情较大的时候，需要不断的补给，这可能会导致难以控制火情。
[0004]中国专利CN202011260580.X提供了一种消防用无人机对接装置，消防无人机可以通过连接辅助无人机进行供水，用以无人机进行不间断消防工作，实现连续消防作业。但是无人机与辅助无人机连接补水也需要进行人为操作，不能在消防人员到达之前实现无人作业，也就无法将火灾遏制在萌芽状态。而且无人机能装载的水量有限，需要不断地使用辅助无人机进行补给，耗费的人力物力较多。
[0005]综上所述，对于无人消防系统，缺少一种能对无人机进行自动对接补给的装置，以能够在火灾发生初期、消防人员未到位的时候，及时补给充足的灭火剂对火灾进行控制。此外，现有的对接方法大多通过多个传感器分别进行定位、测距等工作，会产生许多冗余的数据，造成资源的浪费。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统及其工作方法，以解决现有无人机消防携带灭火剂量有限、需要等待消防人员的控制进行补给，进而造成不必要损失的问题。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统，包括补给平台、给水部以及无人机本体，所述补给平台设置在可移动的消防小车上，所述给水部安装在补给平台上，所述无人机本体与给水部之间通过激光视觉信息融合，以能够实现自动对接；
[0008]所述给水部包括给水管道，所述给水管道的一端与消防小车内的水箱相连接，所
述给水管道的主体存放在消防小车的存储箱内，当无人机本体与给水部完成对接后，无人机本体将携带给水管道升空，实现持续灭火作业。
[0009]进一步地，所述补给平台包括停机部，所述停机部上设置有用于连接安装给水部的管道安装口，所述管道安装口的外围设置有管道外圈，所述管道外圈包括可旋转的激光反射圈以及双目相机特征圈，所述激光反射圈、双目相机特征圈与无人机本体之间相互协作，以使无人机本体获取给水管道的位置及深度信息。
[0010]进一步地，所述激光发射圈上均布设置有四个激光发射镜，所述四个激光发射镜之间共同形成反射环，以对无人机本体发出的激光进行反射。
[0011]进一步地，所述双目相机特征圈位于激光反射圈的外围。
[0012]进一步地，所述无人机本体包括灭火枪、水泵箱、管道对接头、两台可翻转视角的双目相机以及两台激光测距仪，所述管道对接头安装于无人机本体的底部，所述两台双目相机分别安装于无人机本体两端的底部，所述两台激光测距仪分别安装于无人机本体两侧，所述灭火枪安装于无人机本体的一端，所述双目相机在无人机巡逻阶段为平视视角，当无人机在巡逻阶段发现火情之后，通过双目相机识别消防小车及补给平台的位置，双目相机会根据跟踪消防小车的位置向下翻转视角，直至无人机本体移动到补给平台上方后，双目相机翻转至俯视视角。
[0013]进一步地，所述给水部设置有无人机连接头和电磁开关，所述无人机连接头设置在给水管道的出口一端，所述无人机连接头安装在管道安装口位置，所述电磁开关安装在给水管道的出口边缘，所述无人机连接头与管道对接头完成对接后，所述电磁开关被触发，以完成管道对接头与给水管道之间的吸附连接。
[0014]进一步地，所述无人机连接头采用电磁铁材料，所述无人机连接头为圆锥台结构，所述无人机连接头的顶面圆直径小于管道安装口的直径。
[0015]一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统的工作方法，包括以下步骤：
[0016]S1、无人机在巡查阶段发现火情时，双目相机启动，以获取补给平台的位置信息；
[0017]S2、根据补给平台的位置信息，无人机朝补给平台移动，同时双目相机跟随补给平台的位置向下翻转变换视角，直至无人机移动至补给平台的上方，双目相机由平视视角完全翻转为俯视视角；
[0018]S3、双目相机对拍摄的图像进行目标检测，以获取给水管道位置，使无人机与给水管道之间完成粗对准；
[0019]S4、激光发射圈旋转形成激光反射环，以便无人机以任意航向向下降落时，激光测距仪都能接收到反射激光；
[0020]S5、激光测距仪通过接收到的反射激光，以获取给水管道位置，使无人机的管道对接口轴线与给水管道轴线对齐，完成无人机与给水管道之间的精对准；
[0021]S6、双目相机从相机特征圈拍摄选取测距特征点，两台双目相机分别进行双目立体匹配，以获取特征点视差图，之后分别进行双目视差测距，根据测距结果是否一致，以调整无人机俯仰角度，从而获取给水管道前后深度信息；
[0022]S7、两台激光测距仪分别发射正弦调制激光，经过激光反射镜的反射，通过激光测距仪的鉴波器接收反射的激光，并通过往返激光的相位差计算出给水管道的深度信息，根据左右深度是否一致，以调整无人机的滚转角度，从而获取给水管道左右深度信息；
[0023]S8、将给水管道前后深度信息以及给水管道左右深度信息进行融合处理，得到给水管道的深度信息融合结果；
[0024]S9、根据给水管道的深度信息融合结果，无人机在向下降落过程中实时调整自身位置，以保持管道对接口轴线与给水管道轴线对准，同时结合无人机连接头进行修正，使得无人机降落至补给平台、管道对接口与给水管道的出口对接上、触发电磁开关、两端通过电磁吸附完成对接；
[0025]S10、无人机携带给水管道重新升空，进行灭火作业。
[0026]进一步地，所述步骤S6具体包括以下步骤：
[0027]S61、双目相机拍摄图像后，对图像进行灰度转化、高斯去噪、图像增强后输入图像语义分割模型中，将给水管道及相机特征圈信息分割出来；
[0028]通过OpenCV获取最小外接矩形，两台双目摄像头分别选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统，其特征在于，包括补给平台(1)、给水部(2)以及无人机本体(3)，所述补给平台(1)设置在可移动的消防小车上，所述给水部(2)安装在补给平台(1)上，所述无人机本体(3)与给水部(2)之间通过激光视觉信息融合，以能够实现自动对接；所述给水部(2)包括给水管道，所述给水管道的一端与消防小车内的水箱相连接，所述给水管道的主体存放在消防小车的存储箱内，当无人机本体(3)与给水部(2)完成对接后，无人机本体(3)将携带给水管道升空，实现持续灭火作业。2.根据权利要求1所述的一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统，其特征在于，所述补给平台(1)包括停机部(11)，所述停机部(11)上设置有用于连接安装给水部(2)的管道安装口，所述管道安装口的外围设置有管道外圈(12)，所述管道外圈(12)包括可旋转的激光反射圈(121)以及双目相机特征圈(122)，所述双目相机特征圈(122)位于激光反射圈(121)的外围，所述激光反射圈(121)、双目相机特征圈(122)与无人机本体(3)之间相互协作，以使无人机本体(3)获取给水管道的位置及深度信息。3.根据权利要求2所述的一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统，其特征在于，所述激光发射圈上均布设置有四个激光发射镜(123)，所述四个激光发射镜(123)之间共同形成反射环，以对无人机本体(3)发出的激光进行反射。4.根据权利要求2所述的一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统，其特征在于，所述无人机本体(3)包括灭火枪(31)、水泵箱(32)、管道对接头(33)、两台可翻转视角的双目相机(34)以及两台激光测距仪(35)，所述管道对接头(33)安装于无人机本体(3)的底部，所述两台双目相机(34)分别安装于无人机本体(3)两端的底部，所述两台激光测距仪(35)分别安装于无人机本体(3)两侧，所述灭火枪(31)安装于无人机本体(3)的一端，所述双目相机(34)在无人机巡逻阶段为平视视角，当无人机在巡逻阶段发现火情之后，通过双目相机(34)识别消防小车及补给平台(1)的位置，双目相机(34)会根据跟踪消防小车的位置向下翻转视角，直至无人机本体(3)移动到补给平台(1)上方后，双目相机(34)翻转至俯视视角。5.根据权利要求4所述的一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统，其特征在于，所述给水部(2)设置有无人机连接头(21)和电磁开关(22)，所述无人机连接头(21)设置在给水管道的出口一端，所述无人机连接头(21)安装在管道安装口位置，所述电磁开关(22)安装在给水管道的出口边缘，所述无人机连接头(21)与管道对接头(33)完成对接后，所述电磁开关(22)被触发，以完成管道对接头(33)与给水管道之间的吸附连接。6.根据权利要求5所述的一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统，其特征在于，所述无人机连接头(21)采用电磁铁材料，所述无人机连接头(21)为圆锥台结构，所述无人机连接头(21)的顶面圆直径小于管道安装口的直径。7.一种基于激光视觉融合的自动补给对接系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、无人机在巡查阶段发现火情时，双目相机启动，以获取补给平台的位置信息；S2、根据补给平台的位置信息，无人机朝补给平台移动，同时双目相机跟随补给平台的位置向下翻转变换视角，直至无人机移动至补给平台的上方，双目相机由平视视角完全翻转为俯视视角；S3、双目相机对拍摄的图像进行目标检测，以获取给水管道位置，使无人机与给水管道
之间完成粗对准；S4、激光发射圈旋转形成激光反射环，以便无人机以任意航向向下降落时，激光测距仪都能接收到反射激光；S5、激光测距仪通过接收到的反射激光，以获取给水管道位置，使无人机的管道对接口轴线与给水管道轴线对齐，完成无人机与给水管道之间的精对准；S6、双目相机从相机特征圈拍摄选取测距特征点，两台双目相机分别进行双目立体匹配，以获取特征点视差图，之后分别进行双目视差测距，根据测距结果是否一致，以调整无人机俯仰...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳春，林凯鑫，董昕阳，赵志乐，管宇翔，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：