[发明专利]基于视觉的多旋翼无人机移动供电装置

权利要求书

1.基于视觉的多旋翼无人机移动供电装置，其特征在于：包括无人机(1)、无人车(2)；

所述无人机(1)上设置有相机(101)、起落架(102)，所述相机(101)安装无人机(1)正下方；在无人机(1)底部装有若干个起落架(102)，起落架(102)的末端安装有引导块(103)；所述引导块(103)采用导电的磁性材质；

所述无人车(2)包括车面(201)、引导座(202)、和驱动装置(21)，所述驱动装置(21)共两套分别安装在车面(201)的前后两端，构成四驱系统；所述车面(201)上侧安装引导座(202)；所述引导座(202)的位置与无人机(1)停放在无人车(2)上时起落架(102)的位置对应，引导座(202)具有顶部开口的内腔，引导座(202)的内腔的底部安装有电磁铁(203)，所述的内腔和引导块(103)呈上大下小的锥面体，当无人机(1)停放在无人车(2)上时引导块(103)纳入所述的内腔，电磁铁(203)与引导块(103)接触；

无人车(2)上装有蓄电池，蓄电池与电磁铁(203)电连接；无人机(1)上的电板与引导块(103)电连接；当无人机(1)停放在无人车(2)上时，所述的蓄电池为无人机(1)上的电板充电；

无人机(1)上装有第一中央控制器和第一无线通信模块，无人机(1)的螺旋桨的驱动电机的控制端连接第一中央控制器；无人车(2)上装有第二中央控制器和第二无线通信模块，无人车(2)的驱动装置(21)的控制端连接第二中央控制器；

无人机(1)和无人车(2)保持实时通信，通过机载的全球定位系统(GPS)获取各自的位置，无人机(1)在执行任务时时刻计算与无人车(2)的相对距离，并评估自身电量是否满足飞行并降落在无人车(2)上，当无人机(1)的电量正好满足或大于无人机(1)抵达并降落至无人车(2)上的所需电量时，无人车(2)将自身经纬度信息发送给无人机(1)，无人机(1)通过GPS导航飞抵无人车(2)；

车面(201)上设有用于无人车(2)降落时进行视觉引导的视觉信标(3)，视觉信标(3)呈每条边为曲线的“三角形”，内部为渐变色；

无人机(1)通过GPS导航飞行至无人车(2)附近后，在视觉引导时，相机(101)始终垂直朝下拍摄，以如下步骤获取无人机(1)的位置与朝向并引导无人机(1)降落：

步骤一：建立相机(101)的成像画面的XY平面坐标系，选取成像画面的形心位置为坐标原点，向左为X轴正方向，向上为Y轴正方向，其坐标值即对应点到X轴和Y轴间隔的像素值；

步骤二：正对着视觉信标(3)拍摄一副图片，然后截取包含信标图案的部分作为图案模板，将视觉信标(3)的图案模板输入到无人机(1)的中央控制器，通过Camshift跟踪算法检测视觉信标(3)中的形状特征和渐变色特征，进行特征匹配自动检测出相机(101)的成像画面中的视觉信标(3)的特征，并找到跟踪窗口；

步骤三：得到跟踪窗口后，只能获得视觉信标(3)在相机(101)的成像画面内的大致位置，不能获得准确位置和方向，需进行下一步检测，即在跟踪窗口运行“角点检测”算法，“角点检测”算法是一种成熟的图像处理算法，能快速准确的检测到成像画面内的存在的“角点”及其坐标，由于视觉信标(3)的特殊设计，在跟踪窗口内只能检测到三个“角点”，即角点(301)、角点(302)和角点(303)；

步骤四：在相机(101)的成像画面内获取到三个“角点”后，计算三个角点之间的两两距离，距离由两个“角点”之间相隔的像素数成正比，找出相隔最近的两个“角点”，即图二中的角点(301)和角点(302)，再取角点(301)和角点(302)的中点，连接该中点与剩下的角点(303)，得到一条直线，该直线的中点坐标即视觉信标(3)的相机(101)成像画面内的准确坐标，从角点(301)和角点(302)的中点向角点(303)的矢量即视觉信标(3)的相机(101)成像画面内的朝向；

步骤五：进行无人机(1)的飞行控制，跟踪过程中，如果视觉信标(3)在相机(101)成像画面内的坐标偏离坐标系原点了，计算出相应的X、Y坐标值，该值将作为无人机(1)的控制量，X对应无人机(1)左右平移，Y对应无人机(1)前后平移，X值为正时，无人机(1)向左调整，Y值为正时，无人机(1)向前调整，反之亦然，期望位置即X值和Y值都接近0的时候；视觉信标(3)的相机(101)成像画面内的朝向与X轴正方向存在夹角时，无人机(1)将进行自旋来调整该夹角，期望夹角也是近似为0的时候；

步骤六：当期望位置和期望夹角小到预设范围内时，则满足了降落条件，当有降落指令时，无人机(1)将降落在无人车(2)上；当然降落的过程无人机始终调整自身的位姿，保持期望位置和期望夹角在预设误差范围内。