一种可交互无人机系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可交互无人机系统，涉及无人机领域，其包括表演无人机、辅助定位无人机、地面定位器和地面控制台；地面控制台包括主控中心、通信模块、地图绘制模块、交互模块、定位模块和参数生成模块。本发明专利技术使用表演无人机的惯性里程计作为基础的定位信息，并使用辅助定位无人机将表演无人机修正定位数据回传到地面控制台。地面控制台通过实时精准的定位数据可以快速进行轨迹规划，建立起各个无人机的安全飞行走廊。本发明专利技术通过图像识别和航点智能分配使得复杂的无人机群表演拥有了实时交互性。互性。互性。

【技术实现步骤摘要】
一种可交互无人机系统


[0001]本专利技术涉及无人机领域，具体涉及一种可交互无人机系统。

技术介绍

[0002]随着无人机相关技术的快速发展，无人机编队表演逐渐走进了人们的视野，但是因为无人机本身的自主飞行能力和编队编程难度，市场上并没有一款能提供给消费者拥有时实交互体验的无人机编队表演方案和系统。
[0003]根据现有的研究现状来看：大型的室外无人机集群灯光秀表演主要是使用RTK(Real
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time kinematic，实时动态)通过建立在地面的基准站校准，通过地面站将RTK的修正数据通过飞行控制器的数传系统发送给无人机，使得差分GPS的精度可以达到厘米级；室内的无人机群表演，一般则是通过无人机的底部的超声波高度计，用来测量无人机距地面高度，而向下的摄像头可以识别这些地面上的标记点来完成定位。满足定位要求之后室内外的无人机表演由于现有的无人机集群中所使用的无人机个体只是通过自己的定位数据来飞行，无人机本身对于环境感知和智能自主飞行能力几乎为零。这增加了无人机编队的训练成本，在需要完成既定的飞行表演时编程人员需要通过人工进行对每个无人机进行单独编程、训练整合以达到集群飞行的效果，对于队形提前进行的模拟仿真、建模和学习的过程一般需要两到三天，这样的模式需要大量的时间和人力成本进行表演平台的搭建无法满足无人机实时可交互表演的需求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种可交互无人机系统解决了现有无人机系统难以满足实时交互的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种可交互无人机系统，其包括表演无人机、辅助定位无人机地面定位器和地面控制台；地面控制台包括主控中心、通信模块、地图绘制模块、交互模块、定位模块和参数生成模块；表演无人机包括至少一个飞行控制器、惯性测量单元、灯光单元、第一通信单元和第一机载处理器；其中惯性测量单元用于获取表演无人机的位置信息，记为第一定位信息；辅助定位无人机包括至少一个飞行控制器、惯性测量单元、气压高度传感器、机载相机、第二通信单元和第二机载处理器；其中机载相机用于拍摄包含表演无人机的图像；地面定位器，用于向辅助定位无人机提供自定位标识；通信模块，用于与表演无人机和辅助定位无人机进行数据交互；定位模块，用于根据辅助定位无人机的位置信息和机载相机拍摄的图像获取表演无人机的位置信息，记为第二定位信息；地图绘制模块，用于绘制表演全域地图，并根据第二定位信息绘制实时定位地图；交互模块，用于识别并生成交互方案；
参数生成模块，用于对各个表演无人机进行飞行走廊的生成和轨迹优化，即生成表演无人机的飞行参数；飞行控制器，用于根据第二定位信息校正第一定位信息，并执行参数生成模块生成的飞行参数。
[0006]进一步地，辅助定位无人机和地面定位器均为3个，每个辅助定位无人机通过一个地面定位器进行水平位置的确定，并通过自身的气压高度传感器进行高度控制，实现稳定悬停；3个辅助定位无人机分别位于表演无人机群的左侧、右侧和后侧。
[0007]进一步地，定位模块获取第二定位信息的具体方法为：预设各个表演无人机在编队时的灯光RGB数据，获取机载相机拍摄的每架表演无人机在编队时的灯光RGB图像，通过张正友标定法根据灯光RGB图像获取表演无人机的编号及其三维坐标数据，得到第二定位信息。
[0008]进一步地，当在设定时间内未取得所有表演无人机的第二定位信息时，通过主控中心使取得第二定位信息的表演无人机关闭灯光，并使未取得第二定位信息的表演无人机提高灯光亮度，直至得到所有表演无人机的第二定位信息。
[0009]进一步地，参数生成模块生成表演无人机的飞行参数的具体方法包括以下步骤：A1、根据表演方案为各个表演无人机分配当前终点坐标；A2、将表演无人机的当前坐标与当前终点坐标进行连线，得到若干预设轨迹和预设飞行参数；A3、判断是否存在最小距离小于最小安全距离的两个预设轨迹，若是则将该两个预设轨迹记为相互干涉轨迹并进入步骤A4；否则将当前的预设轨迹和预设飞行参数作为表演无人机的运动轨迹和飞行参数，生成飞行走廊；A4、获取a轨迹上距离b轨迹最近的点a
*
，以及b轨迹上距离a轨迹最近的点b
*
；其中a轨迹和b轨迹为相互干涉轨迹；最近的点为干涉点；A5、分别获取a轨迹的表演无人机到达点a
*
的时间t
a
和b轨迹的表演无人机到达点b
*
的时间t
b
；A6、判断t
a
和t
b
的差值是否大于安全间隔时间，若是则判定该互干涉轨迹的表演无人机无碰撞风险，将当前的预设轨迹和预设飞行参数作为对应表演无人机的运动轨迹和飞行参数，生成飞行走廊；否则进入步骤A7；A7、延迟较晚到达干涉点的表演无人机达到干涉点的时间，使两个表演无人机分别达到对应干涉点的时间差大于等于安全间隔时间，获取对应的轨迹和飞行参数，生成飞行走廊。
[0010]进一步地，交互模块识别并生成交互方案的具体方法包括以下步骤：B1、获取用户通过小程序或移动设备画出的表演图案和选择的灯光特效；B2、通过图像识别将用户画出的图案分解为特征点，通过参数生成模块生成相应的飞行参数；B3、通过地面控制台处的摄像头拍摄达到相应位置的表演无人机群的图像；B4、判断摄像头获取的图像与用户画出的图像的相似度是否达到阈值，若是则进行相应的灯光表演；否则单独调整部分表演无人机的位置直至摄像头获取的图像与用户画出的图像的相似度是否达到阈值。
[0011]进一步地，交互模块内预置有表演图案，当用户画出的图案与预置的表演图案相似度达到阈值时，通过提示框供用户确认是否选择相应的预置表演图案。
[0012]进一步地，表演无人机上还设置有电量监控模块；当一段表演结束后，电量监控模块根据其所在表演无人机的实时电量控制灯光单元进行电量显示：若表演无人机的实时电量无法满足下一段表演，则控制灯光单元进行红灯常亮；若表演无人机的实时电量足够进行表演，则根据预设的单次表演需电量获取可进行表演的次数，并通过绿灯闪烁的方式进行通告；其中绿灯闪烁次数表示可进行表演的次数；灯光单元展示的电量信息由辅助定位无人机获取并发送至地面控制台。
[0013]本专利技术的有益效果为：本专利技术使用辅助定位无人机通过视觉方案获取表演无人机的真实位置数据。地面控制台通过实时精准的定位数据可以快速进行轨迹规划，建立起各个无人机的安全飞行走廊；飞行控制器根据地面控制台反馈的真实位置数据和飞行参数进行自定位数据校准与飞行，降低了信道压力和干扰提升了数据传输的效率。本专利技术通过图像识别和航点智能分配使得复杂的无人机群表演拥有了实时交互性。
附图说明
[0014]图1为本可交互无人机系统结构框图；图2为左右两侧的辅助定位无人机得到每个表演无人机在世界坐标系下的Y轴和Z轴定位信息示意图；图3为左侧辅助定位无人机的视角示意图；图4为后侧的辅助定位无人机可以得到每个表演无人机在世界坐标系下的X本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可交互无人机系统，其特征在于，包括表演无人机、辅助定位无人机、地面定位器和地面控制台；地面控制台包括主控中心、通信模块、地图绘制模块、交互模块、定位模块和参数生成模块；表演无人机包括至少一个飞行控制器、惯性测量单元、灯光单元、第一通信单元和第一机载处理器；其中惯性测量单元用于获取表演无人机的位置信息，记为第一定位信息；辅助定位无人机包括至少一个飞行控制器、惯性测量单元、气压高度传感器、机载相机、第二通信单元和第二机载处理器；其中机载相机用于拍摄包含表演无人机的图像；地面定位器，用于向辅助定位无人机提供自定位标识；通信模块，用于与表演无人机和辅助定位无人机进行数据交互；定位模块，用于根据辅助定位无人机的位置信息和机载相机拍摄的图像获取表演无人机的位置信息，记为第二定位信息；地图绘制模块，用于绘制表演全域地图，并根据第二定位信息绘制实时定位地图；交互模块，用于识别并生成交互方案；参数生成模块，用于对各个表演无人机进行飞行走廊的生成和轨迹优化，即生成表演无人机的飞行参数；飞行控制器，用于根据第二定位信息校正第一定位信息，并执行参数生成模块生成的飞行参数。2.根据权利要求1所述的一种可交互无人机系统，其特征在于，辅助定位无人机和地面定位器均为3个，每个辅助定位无人机通过一个地面定位器进行水平位置的确定，并通过自身的气压高度传感器进行高度控制，实现稳定悬停；3个辅助定位无人机分别位于表演无人机群的左侧、右侧和后侧。3.根据权利要求2所述的一种可交互无人机系统，其特征在于，定位模块获取第二定位信息的具体方法为：预设各个表演无人机在编队时的灯光RGB数据，获取机载相机拍摄的每架表演无人机在编队时的灯光RGB图像，通过张正友标定法根据灯光RGB图像获取表演无人机的编号及其三维坐标数据，得到第二定位信息。4.根据权利要求3所述的一种可交互无人机系统，其特征在于，当在设定时间内未取得所有表演无人机的第二定位信息时，通过主控中心使取得第二定位信息的表演无人机关闭灯光，并使未取得第二定位信息的表演无人机提高灯光亮度，直至得到所有表演无人机的第二定位信息。5.根据权利要求1所述的一种可交互无人机系统，其特征在于，参数生成模块生成表演无人机的飞行参数的具体方法包括以下步骤：A1、根据表演方案为各个表演无人机分配当前终点坐标；A2、将表演无人机的当前坐标与当前终点坐标进行连线，得到若干预设轨迹和预设飞行参数；A3、判断是否存在最小距离小于最小安全距离的两个预设轨迹，若是则将该两个预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伊陶，王子恒，罗毅，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：