本發(fā)明涉及一種基于云端控制的無人機(jī)快遞自動投放系統(tǒng)，屬于無人機(jī)和自動控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著網(wǎng)購和電子商務(wù)的興起，快遞行業(yè)也隨之蓬勃發(fā)展，越來越多的貨物需要快遞運送和分發(fā)，并且大多數(shù)貨物具有體積小重量輕的特點，近年來用工成本不斷提高，導(dǎo)致快遞費用居高不下，快遞公司利潤縮水，并且目前大多數(shù)快遞采用車輛運輸，車輛在行駛中的顛簸，快遞之間的擠壓等種種原因?qū)е驴爝f運送過程中的時常發(fā)生損壞問題。

目前快遞無人機(jī)均是人為操控，智能化程度低，飛行和投放過程需要人為控制，飛行安全度不高，受人為因素影響較大，且飛行過程中由于人為控制的不確定性造成飛機(jī)抖動顛簸甚至墜毀事故，照成不必要的財產(chǎn)損失，對地面人員也會造成一定危險。

目前快遞無人機(jī)在投放快遞時準(zhǔn)確度不高，不能保證快遞的準(zhǔn)確送達(dá)，送達(dá)后沒有相應(yīng)的送達(dá)取證，在發(fā)生投遞糾紛時，無法找到有利證據(jù)

云控制技術(shù)：云控制技術(shù)是指在廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)內(nèi)將硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)等系列資源統(tǒng)一起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算、儲存、處理和共享并且對特定的實體進(jìn)行相關(guān)控制。

衛(wèi)星定位：衛(wèi)星定位是使用衛(wèi)星對某物進(jìn)行準(zhǔn)確定位的技術(shù)。只要保證在任意時刻，地球上任意一點可以同時觀測到4顆衛(wèi)星，便可實現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時等功能?？梢杂脕硪龑?dǎo)無人機(jī)飛行。但是在天氣云層厚，有遮擋物等狀態(tài)下，不能實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，而且即使在接收狀態(tài)良好的狀態(tài)下，定位精度也達(dá)不到無人機(jī)定點定高懸停的精度要求。以上不足之處對無人機(jī)的飛行以及定高定點懸停有重大影響。

自緊式槳葉：四旋翼無人機(jī)在飛行時如果槳葉突然脫落飛出，就會產(chǎn)生射槳的安全事故，這對無人機(jī)的飛行安全以及周圍群眾的安全都會造成威脅，自緊式槳葉可以在飛行時自動鎖緊，不會產(chǎn)生射槳事故。

超聲波測距：由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀等均可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制。

光流傳感器：光流是一種簡單實用的圖像運動的表達(dá)方式，光流傳感器可以通過測定景物的運動來獲得無人機(jī)的運動狀態(tài)，如運動距離、運動速度等。

紅外光柵：紅外光柵是主動紅外對射的一種，采用多束紅外光對射，發(fā)射器向接收器以“低頻發(fā)射、時分檢測”方式發(fā)出紅外光，接收器不斷檢測是否有紅外光照射。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)不足,提供一種基于云端控制的無人機(jī)快遞自動投放系統(tǒng)，以實現(xiàn)快遞由無人機(jī)迅速、安全、無損的送到預(yù)設(shè)地點或人員手中。

本發(fā)明所述自動投放系統(tǒng)包括：自緊式槳葉(1)、衛(wèi)星定位模塊(2)、攝像頭模塊(3)、三軸云臺(4)、無人機(jī)總控模塊(5)、起落支架(6)、高性能無刷電機(jī)(7)、光流傳感器(8)、超聲波模塊(9)、高性能電子調(diào)速器(10)、快遞裝載盒(11)、快遞裝載盒控制器(12)、紅外光柵(13)、指紋掃描模塊(14)、高精度步進(jìn)電機(jī)(15)、鋰電池組(16)。自緊式槳葉(1)安裝在高性能無刷電機(jī)(7)上，攝像頭模塊(3)固定在三軸云臺(4)上，快遞裝載盒(11)懸掛在無人機(jī)機(jī)腹后部，起落支架(6)安裝在無人機(jī)左右兩邊，超聲波模塊(9)和光流傳感器(8)分別安裝在無人機(jī)的左右兩側(cè)。

所述無人機(jī)總控模塊(5)為本無人機(jī)快遞自動投放系統(tǒng)的核心控制模塊，由無人機(jī)總控模塊(5)控制高性能電子調(diào)速器(10)、衛(wèi)星定位模塊(2)、攝像頭模塊(3)、三軸云臺(4)、高性能無刷電機(jī)(7)、光流傳感器(8)、超聲波模塊(9)、指紋掃描模塊(14)。

所述高性能電子調(diào)速器(10)與高性能無刷電機(jī)(7)相連，控制高性能無刷電機(jī)(7)的轉(zhuǎn)速，從而改變各個槳葉所產(chǎn)生的升力，最終實現(xiàn)調(diào)節(jié)無人機(jī)飛行狀態(tài)。

所述鋰電池組(16)與衛(wèi)星定位模塊(2)、攝像頭模塊(3)、三軸云臺(4)、無人機(jī)總控模塊(5)、光流傳感器(8)、超聲波模塊(9)、高性能電子調(diào)速器(10)、快遞裝載盒控制器(12)、紅外光柵(13)、指紋掃描模塊(14)相連，為上述各部分提供電能。

所述衛(wèi)星定位模塊(2)與無人機(jī)總控模塊(5)相連，不斷將無人機(jī)的位置信息傳給無人機(jī)總控模塊(5)；在衛(wèi)星定位模塊(2)的下方粘貼錫箔紙，防止其他電子設(shè)備對衛(wèi)星定位模塊(2)干擾。

所述光流傳感器(8)和超聲波模塊(9)和無人機(jī)總控模塊(5)相連，將無人機(jī)的運動數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)傳給無人機(jī)總控模塊(5)。

所述快遞裝載盒控制器(12)負(fù)責(zé)監(jiān)控裝載盒內(nèi)快遞情況，以及接收無人機(jī)總控模塊(5)發(fā)來的指令打開或關(guān)閉快遞裝載盒(11)門。

所述紅外光柵(13)裝在快遞裝載盒(11)的內(nèi)壁上，監(jiān)控快遞裝載盒(11)中的快遞是否被拿出。

所述指紋掃描模塊(14)與無人機(jī)總控模塊(5)相連，安裝在快遞裝載盒(11)外，可以掃描取快遞者的指紋，將指紋數(shù)據(jù)傳給無人機(jī)總控模塊(5)，以確定取快遞者身份。

所述三軸云臺(4)包括云臺支架、減震墊以及三個高精度舵機(jī)，減震墊可使攝像頭模塊(3)拍攝穩(wěn)定，云臺可使攝像頭模塊(3)拍攝不同角度方向的圖像，使其對周圍的觀察更加詳細(xì)和全面。

所述攝像頭模塊(3)與無人機(jī)總控模塊(5)相連，在其控制下拍攝無人機(jī)周圍的圖像并傳送給無人機(jī)總控模塊(5)。

所述快遞裝載盒控制器(12)的核心控制芯片采用STC89C52單片機(jī)，此單片機(jī)與51單片機(jī)的指令集相容，在運行時打開其WATCH_DOG功能，在受到強(qiáng)電磁干擾等惡劣情況下導(dǎo)致跑飛時可以自動復(fù)位，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。此單片機(jī)具有價格低廉、運行速度快、能耗低、運行穩(wěn)定等特點。

本發(fā)明所述自動投放系統(tǒng)工作原理為: 無人機(jī)接收來自云端的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括航線、快遞投放地點、快遞接收人信息等數(shù)據(jù)，待快遞被放入快遞裝載盒(11)中后，無人機(jī)自動起飛，不斷讀取衛(wèi)星定位模塊(2)數(shù)據(jù)以及其它各傳感器數(shù)據(jù)，不斷修正無人機(jī)航線和飛行姿態(tài)，安全準(zhǔn)確的飛到預(yù)定地點，到達(dá)預(yù)定地點后，通過光流傳感器(8)，無人機(jī)實現(xiàn)定點懸停并讀取衛(wèi)星定位模塊(2)數(shù)據(jù)，確定無誤后，無人機(jī)總控模塊(5)控制攝像頭模塊(3)和三軸云臺(4)配合拍攝地面以及周圍情況，并且通過無線傳輸傳到云端，云端確認(rèn)無誤后向無人機(jī)下達(dá)降落指令，隨即無人機(jī)開始下降高度，并且無人機(jī)中控模塊不斷讀取超聲波模塊(9)數(shù)據(jù)，確定無人機(jī)的高度和下降速度，以通過高性能電子調(diào)速器(10)調(diào)整高性能無刷電機(jī)(7)轉(zhuǎn)速，以調(diào)整無人機(jī)下降速度，使無人機(jī)平穩(wěn)的降落。隨后無人機(jī)提示快遞接收人指紋確認(rèn)身份，然后讀取指紋掃描模塊(14)數(shù)據(jù)，在確定收件人身份準(zhǔn)確無誤后，無人機(jī)總控模塊(5)控制攝像頭模塊(3)拍攝收件人圖像取證，隨后給快遞裝載盒控制器(12)發(fā)送開啟快遞裝載盒(11)門命令。

由于超聲波模塊(9)測距受溫度影響較大，所以在超聲波模塊(9)傳回數(shù)據(jù)時，根據(jù)溫度不同為超聲波提供溫度補(bǔ)償，以修正超聲波的溫漂現(xiàn)象，提高測量精度，使無人機(jī)降落更加穩(wěn)定、安全。

由于衛(wèi)星定位精度有限，僅能滿足查詢無人機(jī)位置，而不能滿足無人機(jī)高精度定點懸停的要求，所以為無人機(jī)加裝了光流傳感器(8)，通過光流傳感器(8)來測定無人機(jī)運動，從而實現(xiàn)高精度的定點懸停。

在快遞裝載盒(11)中加裝了紅外光柵(13)，可以實時監(jiān)控快遞狀態(tài)，避免因無人機(jī)飛行過于顛簸損壞快遞。

衛(wèi)星定位模塊(2)采用可接受GPS和北斗雙信號的設(shè)計，可保證在一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號不佳的狀態(tài)下繼續(xù)精確飛行，提高了飛行的安全性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明的有益效果: 本發(fā)明采用云端對無人機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制，無人機(jī)借助各種傳感器感知周圍環(huán)境，實現(xiàn)自主飛行，飛行安全性高，可準(zhǔn)確的將快遞送至預(yù)定地點，并且核實快遞接收人身份，投放快遞后通過搭載的攝像頭模塊(3)對快遞接收人進(jìn)行拍照取證，保證了快遞安全準(zhǔn)確送達(dá)。

附圖說明

圖1為本實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中:1.自緊式槳葉、2衛(wèi)星定位模塊、3攝像頭模塊、4三軸云臺、5無人機(jī)總控模塊、6起落支架、7高性能無刷電機(jī)、8光流傳感器、9超聲波模塊、10高性能電子調(diào)速器、11快遞裝載盒、12快遞裝載盒控制器、13紅外光柵、14指紋掃描模塊、15高精度步進(jìn)電機(jī)、16鋰電池組；

圖2為本實施例快遞裝載盒(11)主控制器控制芯片的電路原理圖；

圖3為本實施例快遞裝載盒(11)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路原理圖；

圖4為本實施例光流相機(jī)JTAG接口電路原理圖；

圖5為本實施例光流相機(jī)L3GD20陀螺儀電路原理圖；

圖6為本實施例光流相機(jī)MT9V034攝像頭電路原理圖；

圖7為本實施例快遞裝載盒(11)電源濾波電路原理圖；

圖8為本實施例快遞裝載盒控制器(12)128K EEPROM存儲芯片電路原理圖。

具體實施方案

本發(fā)明所述自動投放系統(tǒng)包括：自緊式槳葉(1)、衛(wèi)星定位模塊(2)、攝像頭模塊(3)、三軸云臺(4)、無人機(jī)總控模塊(5)、起落支架(6)、高性能無刷電機(jī)(7)、光流傳感器(8)、超聲波模塊(9)、高性能電子調(diào)速器(10)、快遞裝載盒(11)、快遞裝載盒控制器(12)、紅外光柵(13)、指紋掃描模塊(14)、高精度步進(jìn)電機(jī)(15)、鋰電池組(16)。自緊式槳葉(1)安裝在高性能無刷電機(jī)(7)上，攝像頭模塊(3)固定在三軸云臺(4)上，快遞裝載盒(11)懸掛在無人機(jī)機(jī)腹后部，起落支架(6)安裝在無人機(jī)左右兩邊，超聲波模塊(9)和光流傳感器(8)分別安裝在無人機(jī)的左右兩側(cè)。

所述無人機(jī)總控模塊(5)為本無人機(jī)快遞自動投放系統(tǒng)的核心控制模塊，由無人機(jī)總控模塊(5)控制高性能電子調(diào)速器(10)、衛(wèi)星定位模塊(2)、攝像頭模塊(3)、三軸云臺(4)、高性能無刷電機(jī)(7)、光流傳感器(8)、超聲波模塊(9)、指紋掃描模塊(14)。

所述高性能電子調(diào)速器(10)與高性能無刷電機(jī)(7)相連，控制高性能無刷電機(jī)(7)的轉(zhuǎn)速，從而改變各個槳葉所產(chǎn)生的升力，最終實現(xiàn)調(diào)節(jié)無人機(jī)飛行狀態(tài)。

所述鋰電池組(16)與衛(wèi)星定位模塊(2)、攝像頭模塊(3)、三軸云臺(4)、無人機(jī)總控模塊(5)、光流傳感器(8)、超聲波模塊(9)、高性能電子調(diào)速器(10)、快遞裝載盒控制器(12)、紅外光柵(13)、指紋掃描模塊(14)相連，為上述各部分提供電能。

所述衛(wèi)星定位模塊(2)與無人機(jī)總控模塊(5)相連，不斷將無人機(jī)的位置信息傳給無人機(jī)總控模塊(5)；在衛(wèi)星定位模塊(2)的下方粘貼錫箔紙，防止其他電子設(shè)備對衛(wèi)星定位模塊(2)的干擾。

所述光流傳感器(8)和超聲波模塊(9)和無人機(jī)總控模塊(5)相連，將無人機(jī)的運動數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)傳給無人機(jī)總控模塊(5)。

所述快遞裝載盒控制器(12)負(fù)責(zé)監(jiān)控裝載盒內(nèi)快遞情況，以及接收無人機(jī)總控模塊(5)發(fā)來的指令打開或關(guān)閉快遞裝載盒(11)門。

所述紅外光柵(13)裝在快遞裝載盒(11)的內(nèi)壁上，監(jiān)控快遞裝載盒(11)中的快遞是否被拿出。

所述指紋掃描模塊(14)與無人機(jī)總控模塊(5)相連，安裝在快遞裝載盒(11)外，掃描取快遞者的指紋，將指紋數(shù)據(jù)傳給無人機(jī)總控模塊(5)，以確定取快遞者身份。

所述三軸云臺(4)包括云臺支架、減震墊以及三個高精度舵機(jī)，減震墊使攝像頭模塊(3)拍攝穩(wěn)定，三軸云臺(4)使攝像頭模塊(3)拍攝不同角度方向的圖像，使其對周圍的觀察更加詳細(xì)和全面。

所述攝像頭模塊(3)與無人機(jī)總控模塊(5)相連，在無人機(jī)總控模塊(5)的控制下拍攝無人機(jī)周圍的圖像并傳送給無人機(jī)總控模塊(5)。

所述快遞裝載盒控制器(12)的核心控制芯片采用STC89C52單片機(jī)，此單片機(jī)與51單片機(jī)的指令集相容，在運行時打開其WATCH_DOG功能，在受到強(qiáng)電磁干擾等惡劣情況下導(dǎo)致跑飛時自動復(fù)位，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。此單片機(jī)具有價格低廉、運行速度快、能耗低、運行穩(wěn)定等特點。

在本實施例中，無人機(jī)接收來自云端的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括航線、快遞投放地點、快遞接收人信息等數(shù)據(jù)，待快遞被放入快遞裝載盒(11)中后，無人機(jī)自動起飛，不斷讀取衛(wèi)星定位模塊(2)數(shù)據(jù)以及其它各傳感器數(shù)據(jù)，不斷修正無人機(jī)航線和飛行姿態(tài)，安全準(zhǔn)確的飛到預(yù)定地點，到達(dá)預(yù)定地點后，通過光流傳感器(8)，無人機(jī)實現(xiàn)定點懸停并讀取衛(wèi)星定位模塊(2)數(shù)據(jù)，確定無誤后，無人機(jī)總控模塊(5)控制攝像頭模塊(3)和三軸云臺(4)配合拍攝地面以及周圍情況，并且通過無線傳輸傳到云端，云端確認(rèn)無誤后向無人機(jī)下達(dá)降落指令，隨即無人機(jī)開始下降高度，并且無人機(jī)總控模塊(5)不斷讀取超聲波模塊(9)數(shù)據(jù)，確定無人機(jī)的高度和下降速度，以通過高性能電子調(diào)速器(10)調(diào)整高性能無刷電機(jī)(7)轉(zhuǎn)速，以調(diào)整無人機(jī)下降速度，使無人機(jī)平穩(wěn)的降落。隨后無人機(jī)提示快遞接收人指紋確認(rèn)身份，然后讀取指紋掃描模塊(14)數(shù)據(jù)，在確定收件人身份準(zhǔn)確無誤后，無人機(jī)總控模塊(5)控制攝像頭模塊(3)拍攝收件人圖像取證，隨后給快遞裝載盒控制器(12)發(fā)送開啟快遞裝載盒(11)門命令。

在本實施例中，快遞裝載盒控制器(12)接收無人機(jī)總控模塊(5)的指令，當(dāng)接收到開啟快遞裝載盒(11)門的指令時，快遞裝載盒控制器(12)控制高精度步進(jìn)電機(jī)(15)打開快遞裝載盒(11)門，待紅外光柵(13)感應(yīng)到快遞被取走后，快遞裝載盒控制器(12)控制高精度步進(jìn)電機(jī)(15)關(guān)閉快遞裝載盒(11)門，并將快遞已被取走以及快遞裝載盒(11)門已關(guān)閉等信息傳給無人機(jī)總控模塊(5)，無人機(jī)總控模塊(5)接收到快遞裝載盒控制器(12)信息后隨即起飛，按預(yù)定航線飛回。

在本實施例中圖2為快遞裝載盒控制器(12)控制芯片的電路原理圖，主控制芯片采用STC89C52單片機(jī)，此單片機(jī)與51單片機(jī)的指令集相容，在運行時打開其WATCH_DOG功能，在受到強(qiáng)電磁干擾等惡劣情況下導(dǎo)致跑飛時可以自動復(fù)位，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，所以此單片機(jī)具有價格便宜、運行速度快、能耗低、運行穩(wěn)定等特點。按照原理圖搭建快遞裝載盒控制器(12)主控芯片電路。

在本實施例中圖3高精度步進(jìn)電機(jī)(15)驅(qū)動電路原理圖，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片型號為ULN2003 是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個硅NPN 復(fù)合晶體管組成。按著原理圖搭建高精度步進(jìn)電機(jī)(15)驅(qū)動電流

在本實施例中圖4為光流傳感器(8)JTAG接口電路原理圖，JTAG是聯(lián)合測試工作組，JTAG接口可用于對FLASH等器件進(jìn)行編程，JTAG編程方式大大加快工程進(jìn)度，按照如圖所示搭建JTAG接口的外部電路圖。

在本實施例中圖5為光流傳感器(8)L3GD20陀螺儀電路原理圖，陀螺儀可感知光流傳感器(8)的姿態(tài)，修正光流傳感器(8)對移動速度的計算，安裝原理圖搭建L3GD20外圍電路。

在本實施例中圖6為光流傳感器(8)MT9V034攝像頭電路原理圖，攝像頭是光流傳感器(8)最主要部件，光流傳感器(8)通過分析攝像頭圖像的變化來確定無人機(jī)的運動狀況，從而使無人機(jī)自動修正運動狀態(tài)，按照原理圖搭建電路。

在本實施例中圖7為快遞裝載盒控制器(12)電源濾波電路原理圖，通過該濾波電路可以濾除電流中含有的交流成分，為控制器的各芯片提供純凈的直流電，按照原理圖搭建電路。

在本實施例中圖8為快遞裝載盒控制器(12)128K EEPROM存儲芯片電路原理圖，由于主控制芯片內(nèi)部存儲空間有限，所以必須外加存儲器，存儲部分?jǐn)?shù)據(jù)或程序，按照原理圖搭建電路。