一种基于GPS和AprilTag的视觉辅助无人机降落的设备与方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114104310A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111675993.9(22)申请日2021.12.31(71)申请人重庆高新区飞马创新研究院地址400050重庆市九龙坡区建工二村50号1幢(72)发明人何川刘朝勋戴小东陈渡黄丹蔡克任萍胡志鹏芦天祥(74)专利代理机构重庆智慧之源知识产权代理事务所(普通合伙)50234代理人吴丽梅(51)Int.Cl.B64D45/08(2006.01)B64F1/20(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种基于GPS和AprilTag的视觉辅助无人机降落的设备与方法(57)摘要本发明涉及无人飞行设备运动控制技术领域，尤其涉及一种基于GPS和AprilTag的视觉辅助无人机降落的设备与方法，由地面定位设备循环检测自身的位置和向飞行控制设备发送地面定位设备的信息，飞行控制设备实时接收地面定位设备信息，执行速度、位置串联PID控制策略，当靠近目标时，摄像头实时检测视野内是否有AprilTag靶标，若出现AprilTag靶标，执行视觉与GPS融合控制策略，控制无人机按预定的位姿降落，若无AprilTag靶标出现，则根据地面定位设备的位置信息寻找AprilTag靶标，本发明采用GPS定位与视觉识别定位两种定位方式结合，实现远、近距离的精确定位，充分互补二者的缺陷，对无人机进行精确导航。CN114104310ACN114104310A权利要求书1/2页1.一种基于GPS和AprilTag的视觉辅助无人机降落的设备，其特征在于，包括：地面定位设备，所述地面定位设备安装在车辆顶部，用于接收地面定位设备的北斗定位信息；用于计算地面定位设备自身的速度及加速度；用于向飞行控制设备发送地面定位设备的北斗定位、速度及加速度信息；AprilTag靶标，所述AprilTag靶标与地面定位设备相邻布置，用于向空中提供指定的视觉辅助坐标；飞行控制设备，所述飞行控制设备安装在无人机的底部，用于接收所述地面定位设备的信息；用于对飞行控制设备自身进行运动状态的数据检测；用于对飞行控制设备自身的方位进行定位；用于收集地面的图像信息并与地面定位设备的信息结合处理，进行融合导航。2.根据权利要求1所述的一种基于GPS和AprilTag的视觉辅助无人机降落的设备，其特征在于，所述地面定位设备包括：地面主控模块，所述地面主控模块用于对接收到的数据进行处理；地面GPS接收机，所述地面GPS接收机用于接收地面定位设备的北斗定位信息，并向地面主控模块发送北斗定位信息；地面无线数据传输模块，所述地面无线数据传输模块用于向飞行控制设备发送地面定位设备的北斗定位、速度及加速度信息。3.根据权利要求1所述的一种基于GPS和AprilTag的视觉辅助无人机降落的设备，其特征在于，所述飞行控制设备包括：飞行主控模块，所述飞行主控模块用于对接收到的数据进行处理；飞行GPS接收机，所述飞行GPS接收机用于接收飞行控制设备的北斗定位信息，并向飞行无线数据传输模块发送北斗定位信息；飞行无线数据传输模块，所述飞行无线数据传输模块用于接收地面定位设备发送的信息；IMU，所述IMU用于为飞行控制设备提供飞行控制设备的即时运动状态，检测飞行路线偏移，对飞行控制设备的纵向及横向的摆动角速度，纵向、横向及垂直加速度信号进行采集；磁力计，所述磁力计用于对飞行控制设备所处环境的磁场强度和方向进行检测，对飞行控制设备的方位进行定位；图像处理板卡，所述图像处理板卡用于实时检测接收到的视频数据图像，判断是否存在AprilTag靶标；云台摄像头，所述云台摄像头位于飞行控制设备的底面，用于对地面上的图像信息进行录入，并传送给图像处理板卡进行处理。4.一种基于GPS和AprilTag的视觉辅助无人机降落的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、地面定位设备接收自身的北斗定位信息，并计算自身的速度及加速度；S2、地面定位设备向飞行控制设备发送地面定位设备的北斗定位信息、速度及加速度；S3、飞行控制设备接收自身的北斗定位信息，对自身的运动状态数据进行检测，对自身的方位进行定位，接收地面定位设备的信息；2CN114104310A权利要求书2/2页S4、飞行控制设备通过自身的运动状态数据及自身的方位进行定位，进行对无人机的姿态解算及速度控制；S5、飞行控制设备收集地面的图像信息，判断是否存在AprilTag靶标；S6、飞行控制设备对图像信息进行处理，将步骤S4与图像信息的处理结果结合，进行融合导航，完成对无人机向地面定位设备方向运动的精确导航。5.根据权利要求4所述的一种基于GPS和AprilTag的视觉辅助无人机降落的方法，其特征在于：所述步骤S4中，飞行控制设备通