一種基于云端控制的無人機快遞自動投放系統的制作方法

本發明涉及一種基于云端控制的無人機快遞自動投放系統，屬于無人機和自動控制領域。

背景技術：

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

目前快遞無人機均是人為操控，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抖動顛簸甚至墜毀事故，照成不必要的財產損失，對地面人員也會造成一定危險。

目前快遞無人機在投放快遞時準確度不高，不能保證快遞的準確送達，送達后沒有相應的送達取證，在發生投遞糾紛時，無法找到有利證據

云控制技術：云控制技術是指在廣域網或局域網內將硬件、軟件、網絡等系列資源統一起來，實現數據的計算、儲存、處理和共享并且對特定的實體進行相關控制。

衛星定位：衛星定位是使用衛星對某物進行準確定位的技術。只要保證在任意時刻，地球上任意一點可以同時觀測到4顆衛星，便可實現導航、定位、授時等功能。可以用來引導無人機飛行。但是在天氣云層厚，有遮擋物等狀態下，不能實現準確定位，而且即使在接收狀態良好的狀態下，定位精度也達不到無人機定點定高懸停的精度要求。以上不足之處對無人機的飛行以及定高定點懸停有重大影響。

自緊式槳葉：四旋翼無人機在飛行時如果槳葉突然脫落飛出，就會產生射槳的安全事故，這對無人機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，不會產生射槳事故。

超聲波測距：由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量，如測距儀等均可以通過超聲波來實現。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方式，光流傳感器可以通過測定景物的運動來獲得無人機的運動狀態，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，發射器向接收器以“低頻發射、時分檢測”方式發出紅外光，接收器不斷檢測是否有紅外光照射。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術不足,提供一種基于云端控制的無人機快遞自動投放系統，以實現快遞由無人機迅速、安全、無損的送到預設地點或人員手中。

本發明所述自動投放系統包括：自緊式槳葉(1)、衛星定位模塊(2)、攝像頭模塊(3)、三軸云臺(4)、無人機總控模塊(5)、起落支架(6)、高性能無刷電機(7)、光流傳感器(8)、超聲波模塊(9)、高性能電子調速器(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)、高精度步進電機(15)、鋰電池組(16)。自緊式槳葉(1)安裝在高性能無刷電機(7)上，攝像頭模塊(3)固定在三軸云臺(4)上，快遞裝載盒(11)懸掛在無人機機腹后部，起落支架(6)安裝在無人機左右兩邊，超聲波模塊(9)和光流傳感器(8)分別安裝在無人機的左右兩側。

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

所述高性能電子調速器(10)與高性能無刷電機(7)相連，控制高性能無刷電機(7)的轉速，從而改變各個槳葉所產生的升力，最終實現調節無人機飛行狀態。

所述鋰電池組(16)與衛星定位模塊(2)、攝像頭模塊(3)、三軸云臺(4)、無人機總控模塊(5)、光流傳感器(8)、超聲波模塊(9)、高性能電子調速器(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。

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

所述光流傳感器(8)和超聲波模塊(9)和無人機總控模塊(5)相連，將無人機的運動數據和高度數據傳給無人機總控模塊(5)。

所述快遞裝載盒控制器(12)負責監控裝載盒內快遞情況，以及接收無人機總控模塊(5)發來的指令打開或關閉快遞裝載盒(11)門。

所述紅外光柵(13)裝在快遞裝載盒(11)的內壁上，監控快遞裝載盒(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，將指紋數據傳給無人機總控模塊(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，減震墊可使攝像頭模塊(3)拍攝穩定，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和全面。

所述攝像頭模塊(3)與無人機總控模塊(5)相連，在其控制下拍攝無人機周圍的圖像并傳送給無人機總控模塊(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，此單片機與51單片機的指令集相容，在運行時打開其WATCH_DOG功能，在受到強電磁干擾等惡劣情況下導致跑飛時可以自動復位，提高系統穩定性。此單片機具有價格低廉、運行速度快、能耗低、運行穩定等特點。

本發明所述自動投放系統工作原理為: 無人機接收來自云端的相關數據，包括航線、快遞投放地點、快遞接收人信息等數據，待快遞被放入快遞裝載盒(11)中后，無人機自動起飛，不斷讀取衛星定位模塊(2)數據以及其它各傳感器數據，不斷修正無人機航線和飛行姿態，安全準確的飛到預定地點，到達預定地點后，通過光流傳感器(8)，無人機實現定點懸停并讀取衛星定位模塊(2)數據，確定無誤后，無人機總控模塊(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，云端確認無誤后向無人機下達降落指令，隨即無人機開始下降高度，并且無人機中控模塊不斷讀取超聲波模塊(9)數據，確定無人機的高度和下降速度，以通過高性能電子調速器(10)調整高性能無刷電機(7)轉速，以調整無人機下降速度，使無人機平穩的降落。隨后無人機提示快遞接收人指紋確認身份，然后讀取指紋掃描模塊(14)數據，在確定收件人身份準確無誤后，無人機總控模塊(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)傳回數據時，根據溫度不同為超聲波提供溫度補償，以修正超聲波的溫漂現象，提高測量精度，使無人機降落更加穩定、安全。

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

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

衛星定位模塊(2)采用可接受GPS和北斗雙信號的設計，可保證在一種衛星定位系統信號不佳的狀態下繼續精確飛行，提高了飛行的安全性和穩定性。

本發明的有益效果: 本發明采用云端對無人機進行統一控制，無人機借助各種傳感器感知周圍環境，實現自主飛行，飛行安全性高，可準確的將快遞送至預定地點，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)對快遞接收人進行拍照取證，保證了快遞安全準確送達。

附圖說明

圖1為本實施例的立體結構示意圖；

圖中:1.自緊式槳葉、2衛星定位模塊、3攝像頭模塊、4三軸云臺、5無人機總控模塊、6起落支架、7高性能無刷電機、8光流傳感器、9超聲波模塊、10高性能電子調速器、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高精度步進電機、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)步進電機驅動電路原理圖；

圖4為本實施例光流相機JTAG接口電路原理圖；

圖5為本實施例光流相機L3GD20陀螺儀電路原理圖；

圖6為本實施例光流相機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

本發明所述自動投放系統包括：自緊式槳葉(1)、衛星定位模塊(2)、攝像頭模塊(3)、三軸云臺(4)、無人機總控模塊(5)、起落支架(6)、高性能無刷電機(7)、光流傳感器(8)、超聲波模塊(9)、高性能電子調速器(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)、高精度步進電機(15)、鋰電池組(16)。自緊式槳葉(1)安裝在高性能無刷電機(7)上，攝像頭模塊(3)固定在三軸云臺(4)上，快遞裝載盒(11)懸掛在無人機機腹后部，起落支架(6)安裝在無人機左右兩邊，超聲波模塊(9)和光流傳感器(8)分別安裝在無人機的左右兩側。

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

所述高性能電子調速器(10)與高性能無刷電機(7)相連，控制高性能無刷電機(7)的轉速，從而改變各個槳葉所產生的升力，最終實現調節無人機飛行狀態。

所述鋰電池組(16)與衛星定位模塊(2)、攝像頭模塊(3)、三軸云臺(4)、無人機總控模塊(5)、光流傳感器(8)、超聲波模塊(9)、高性能電子調速器(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。

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

所述光流傳感器(8)和超聲波模塊(9)和無人機總控模塊(5)相連，將無人機的運動數據和高度數據傳給無人機總控模塊(5)。

所述快遞裝載盒控制器(12)負責監控裝載盒內快遞情況，以及接收無人機總控模塊(5)發來的指令打開或關閉快遞裝載盒(11)門。

所述紅外光柵(13)裝在快遞裝載盒(11)的內壁上，監控快遞裝載盒(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，將指紋數據傳給無人機總控模塊(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，減震墊使攝像頭模塊(3)拍攝穩定，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和全面。

所述攝像頭模塊(3)與無人機總控模塊(5)相連，在無人機總控模塊(5)的控制下拍攝無人機周圍的圖像并傳送給無人機總控模塊(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，此單片機與51單片機的指令集相容，在運行時打開其WATCH_DOG功能，在受到強電磁干擾等惡劣情況下導致跑飛時自動復位，提高系統穩定性。此單片機具有價格低廉、運行速度快、能耗低、運行穩定等特點。

在本實施例中，無人機接收來自云端的相關數據，包括航線、快遞投放地點、快遞接收人信息等數據，待快遞被放入快遞裝載盒(11)中后，無人機自動起飛，不斷讀取衛星定位模塊(2)數據以及其它各傳感器數據，不斷修正無人機航線和飛行姿態，安全準確的飛到預定地點，到達預定地點后，通過光流傳感器(8)，無人機實現定點懸停并讀取衛星定位模塊(2)數據，確定無誤后，無人機總控模塊(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，云端確認無誤后向無人機下達降落指令，隨即無人機開始下降高度，并且無人機總控模塊(5)不斷讀取超聲波模塊(9)數據，確定無人機的高度和下降速度，以通過高性能電子調速器(10)調整高性能無刷電機(7)轉速，以調整無人機下降速度，使無人機平穩的降落。隨后無人機提示快遞接收人指紋確認身份，然后讀取指紋掃描模塊(14)數據，在確定收件人身份準確無誤后，無人機總控模塊(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)接收無人機總控模塊(5)的指令，當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)控制高精度步進電機(15)打開快遞裝載盒(11)門，待紅外光柵(13)感應到快遞被取走后，快遞裝載盒控制器(12)控制高精度步進電機(15)關閉快遞裝載盒(11)門，并將快遞已被取走以及快遞裝載盒(11)門已關閉等信息傳給無人機總控模塊(5)，無人機總控模塊(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，此單片機與51單片機的指令集相容，在運行時打開其WATCH_DOG功能，在受到強電磁干擾等惡劣情況下導致跑飛時可以自動復位，提高系統穩定性，所以此單片機具有價格便宜、運行速度快、能耗低、運行穩定等特點。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高精度步進電機(15)驅動電路原理圖，步進電機驅動芯片型號為ULN2003 是高耐壓、大電流復合晶體管陣列，由七個硅NPN 復合晶體管組成。按著原理圖搭建高精度步進電機(15)驅動電流

在本實施例中圖4為光流傳感器(8)JTAG接口電路原理圖，JTAG是聯合測試工作組，JTAG接口可用于對FLASH等器件進行編程，JTAG編程方式大大加快工程進度，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，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的運動狀況，從而使無人機自動修正運動狀態，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，由于主控制芯片內部存儲空間有限，所以必須外加存儲器，存儲部分數據或程序，按照原理圖搭建電路。