一种用于变电站的无人机回收系统及方法

1.本发明涉及无人机回收技术领域，尤其涉及一种用于变电站的无人机回收系统及方法。


背景技术：

2.无人机作业已经在很多领域得到应用，例如农业、电力业、水力业等，例如，利用无人机进行施肥、撒种，利用无人机进行电力检修、水力检修等。待作业的无人机通常是通过专门的设备如转运车辆从存放地运输到作业区，一是因为路程可能较远，二是尽可能地节约无人机的能耗，使得无人机可以作业更长时间。无人机的回收就是指无人机作业完成后回归到转运车辆的对应停机坪。现有技术，无人机的回收是转运车辆不动，遥控无人机与停机坪对准，对准过程中通过陀螺仪进行定位，然而陀螺仪具有累积误差，因此需要不断对准多次才能将无人机停靠在对应的停机坪，回收效率低。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种用于变电站的无人机回收系统及方法，以解决现有技术通过转运车辆不动，而遥控无人机与转运车上的停机坪对准的无人机回收方式导致回收效率低的问题。
4.第一方面，提供一种用于变电站的无人机回收系统，包括：转运车和多个载体，多个所述载体依次间隔均匀设置在预设路线上，每一所述载体上设置包含方位信息的信息码，所述方位信息包括：所述载体的位置和角度，所述转运车上设置有载波相位差分技术rtk卫星导航模块、扫码模块、超宽带uwb定位模块、车控模块和至少一个停机坪，所述载波相位差分技术rtk卫星导航模块、所述扫码模块和所述超宽带uwb定位模块均与所述车控模块电连接；
5.所述载波相位差分技术rtk卫星导航模块用于从卫星定位系统接收导航信息，并将所述导航信息发送到所述车控模块，使所述车控模块控制所述转运车按照所述导航信息沿所述预设路线行驶至目标区域；
6.所述扫码模块用于在行驶过程中扫描当前所述载体上的信息码以得到当前所述载体的方位信息，并将当前所述载体的方位信息发送到所述车控模块，使所述车控模块根据当前所述载体的方位信息和所述载波相位差分技术rtk卫星导航模块发送的当前的所述导航信息判断所述转运车是否偏离所述预设路线，当偏离所述预设路线时，所述车控模块修正所述转运车的行驶方向使所述转运车按照所述预设路线行驶；
7.所述超宽带uwb定位模块用于当所述转运车行驶到所述目标区域后，接收无人机的超宽带uwb定位标签发送的脉冲信号，根据所述脉冲信号对所述无人机进行定位得到无人机定位信息，并将所述无人机定位信息发送到所述车控模块，使所述车控模块根据所述无人机定位信息控制所述转运车行驶至目标位置。
8.第二方面，提供一种用于变电站的无人机回收方法，所述回收方法采用如上述第
一方面实施例所述的无人机回收系统，所述回收方法包括：
9.所述载波相位差分技术rtk卫星导航模块从卫星定位系统接收导航信息，并将所述导航信息发送到所述车控模块，使所述车控模块控制所述转运车按照所述导航信息沿所述预设路线行驶至目标区域；
10.在行驶过程中，所述扫码模块扫描当前所述载体上的信息码以得到当前所述载体的方位信息，并将当前所述载体的方位信息发送到所述车控模块，使所述车控模块根据当前所述载体的方位信息和所述载波相位差分技术rtk卫星导航模块发送的当前的所述导航信息判断所述转运车是否偏离所述预设路线，当偏离所述预设路线时，所述车控模块修正所述转运车的行驶方向使所述转运车按照所述预设路线行驶；
11.当所述转运车行驶到所述目标区域后，所述超宽带uwb定位模块接收无人机的超宽带uwb定位标签发送的脉冲信号，根据所述脉冲信号对所述无人机进行定位得到无人机定位信息，并将所述无人机定位信息发送到所述车控模块，使所述车控模块根据所述无人机定位信息控制所述转运车行驶至目标位置，以便无人机降落在所述停机坪上。
12.这样，本发明实施例，利用rtk卫星导航与信息码定位技术相结合，对转运车进行导航，使其行驶至目标区域，再利用uwb定位技术对无人机进行精确定位，并根据定位结果调整转运车的位置，使转运车准确停靠在无人机所在位置，通过这种转运车移动而无人机不动的方式实现两者之间的对准，对准过程更简单，效率更高，适用于应用在无人驾驶转运车领域。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1是本发明实施例的无人机回收系统的载体及信息码示意图；
15.图2是本发明实施例的无人机回收系统的模块示意图；
16.图3是本发明实施例的无人机归中装置的结构示意图；
17.图4是本发明实施例的无人机归中装置归中后的示意图；
18.图5是本发明实施例的无人机已降落情况下的无人机归中装置归中后的示意图；
19.图6是本发明一优选实施例的无人机回收方法的流程图；
20.图7是本发明另一优选实施例的无人机回收方法的流程图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明实施例公开了一种用于变电站的无人机回收系统。本发明实施例的无人机回收系统包括：转运车和多个载体。应当理解的是，该转运车是一种自动行驶车。
23.如图1所示，多个载体101依次间隔均匀设置在预设路线上。用于变电站的无人机的降落的目标区域一般是固定的，因此，预设路线也是固定的，由起点延伸至目标区域。每一载体101上设置包含方位信息的信息码。优选的，该信息码可以是二维码，实现难度小且成本低。具体的，方位信息包括：载体的位置和角度。
24.信息码中的位置和角度可以有不同的表达方式。例如，位置可以用载体101的编号表达，理论上，在布置载体101时可以记录相邻两个载体101之间的距离，继而在扫描载体101上的信息码后即可确定出当前的位置。为了降低算法难度，优选相邻载体101之间的距离相等，也就是所有的载体101等间距设置，这样就只需要知道第一个载体101的位置及相邻载体101之间的距离，即可确定出每个载体101的位置。例如，位置也可以是纬度和经度。例如，角度可以是以相邻载体101为参考，后一载体101的角度为相对于前一载体101的偏转角度。例如后一载体101相对于前一载体101的位置向西偏转30
°
，则后一载体101的角度为偏西30
°
。
25.载体101可以采用多种实现方式，例如载体101可以是指示牌、带塑封胶的纸，甚至也可以是地面。本发明实施例的载体101优先选择带塑封胶的纸，此时可以将二维码喷涂在纸上，然后通过塑封胶进行塑封，避免浸水，不仅成本低，而且也便于拆卸，当不需要时直接从地面撕掉即可。若是通过直接在地面喷涂二维码的方式，则需要使用防水性墨汁，相对成本高，且不易清除。
26.如图2所示，转运车上设置有载波相位差分技术rtk卫星导航模块201、扫码模块202、超宽带uwb定位模块203、车控模块204和至少一个停机坪。载波相位差分技术rtk卫星导航模块201、扫码模块202和超宽带uwb定位模块203均与车控模块204电连接，从而实现这些模块与车控模块204之间的数据传输。具体的，扫码模块202设置在转运车的车头或侧面，且面向载体101的一侧。当信息码为二维码时，扫码模块202为二维码识别器。优选的，超宽带uwb定位模块203的数量为四个。
27.载波相位差分技术rtk卫星导航模块201用于从卫星定位系统接收导航信息，并将导航信息发送到车控模块204，使车控模块204控制转运车按照导航信息沿预设路线行驶至目标区域。其中，目标区域指的是无人机降落的区域。导航信息包括转运车当前的位置、方向角度、以及将要行驶的线路等等。
28.扫码模块202用于在行驶过程中扫描当前载体101上的信息码以得到当前载体101的方位信息，并将当前载体101的方位信息发送到车控模块204，使车控模块204根据当前载体101的方位信息和载波相位差分技术rtk卫星导航模块201发送的当前的导航信息判断转运车是否偏离预设路线，当偏离预设路线时，车控模块204修正转运车的行驶方向使转运车按照预设路线行驶。
29.此处判断是否偏离预设路线，即当前行驶方向是否发生偏移，可通过将采用rtk定位得到的当前的位置、航向，与扫描信息码得到的位置、角度进行比较，若一致或者偏差不大于预设范围，则说明无偏移，否则就有偏移。
30.超宽带uwb定位模块203用于当转运车行驶到目标区域后，接收无人机的超宽带uwb定位标签发送的脉冲信号，根据脉冲信号对无人机进行定位得到无人机定位信息，并将无人机定位信息发送到车控模块204，使车控模块204根据无人机定位信息控制转运车行驶至目标位置。其中，目标位置指的是无人机降落前悬停对应的地面位置，其靠近目标区域或
者在目标区域的范围中。
31.当转运车行驶至目标区域后，再利用uwb定位技术对无人机进行定位，得出无人机的位置，该位置即为目标位置。如果转运车当前没有在目标位置，则调整转运车的行驶方向使其行驶至该目标位置，然后控制无人机降落在对应的停机坪。也就是说，利用uwb技术进行定位，无人机不动，而是转运车调节其位置以满足与无人机位置对准的需求。本方案中不仅利用了uwb技术进行定位，而且是突破常规方式的uwb定位，即定位标签和定位基站都分别安装在移动的载体上，在无人机降落时进行无人机与转运车之间的相对定位。
32.通过上述的结构设计，rtk卫星导航作为转运车行驶的主要导航手段指引转运车行驶，再配合信息码中的方位信息进行辅助纠偏，不存在累积误差，可以有效地保障转运车真实行驶路径的准确性，继而准确地停靠在目标区域，再利用uwb定位技术对无人机进行定位，继而根据定位结果调整转运车的位置，使得转运车与无人机的位置对准，再控制无人机降落进行回收，以转运车移动来对准无人机的方式，相比于遥控无人机准确对位转运车的方式，对位过程更加简化，回收效率更高。
33.优选的，载体101可以每相隔5米、10米等设置。在rtk卫星信号强的环境中，相邻载体101的间隔距离可以适当较大；而rtk卫星信号弱的环境中，相邻载体101的间隔距离需要缩短。
34.具体的，车控模块204还用于若转运车行驶到当前载体101的区域后，扫码模块202未扫描到信息码，则控制转运车沿原路返回上一载体101所在区域，并发出报警信息。
35.通过上述的结构设计，如果行驶到当前载体101所在区域却没有识别到信息码，说明转运车有可能是偏航太远，导致超出了扫码模块202的扫描范围，因此，此时通过原路返回上一载体101的方式以避免继续偏航，并通过报警方式提示工作人员进行偏航原因排查。即使处于电磁环境复杂的变电站等强电磁干扰环境导致rtk导航误差增大，转运车也可以通过信息码导航返回安全位置，大大增强了转运车的可靠性与安全性。
36.应当理解的是，载体101所在区域不是指一个具体的点，而是一个区域范围。此处，如何判断是否行驶至载体101所在区域，可以有多种方式。例如扫码模块202可以一直工作，当进入载体101所在区域时就能识别到信息码，不在该区域时就不能识别到信息码。
37.此外，鉴于上述的方式存在缺陷，例如一直工作浪费电能，又例如若因为方向偏离太远而无法识别，就不能及时发现。因此，在本发明一优选的实施例中，还可以通过行驶速度与时间的方式来判断是否进入载体101所在区域，一般情况是匀速行驶，根据速度与时间的乘积能够确定出行驶距离，而相邻两个载体101的间隔距离是已知的，因此通过记录行驶的时间就可以判断出当前是否已行驶至载体101所在区域，具体如下：
38.车控模块204还用于通过转运车的行驶速度和转运车离开上一载体101所在区域后的行驶时间确定转运车离开上一载体101后的行驶距离，并将行驶距离与相邻两个载体101之间的距离比较，当行驶距离大于相邻两个载体101之间的距离时，认为转运车行驶到当前载体101的区域。
39.此外，在一优选的实施例中，每一载体101上设置有方向指示线。方向指示线通常采用指示箭头。此外，预设路线中最后一个载体101上的方向指示线无箭头，或者为圆形图标等，或者其他实现方式，以与其他方向指示线区别。
40.转运车上还设置有与车控模块204电连接的激光模块205和方向指示线识别模块
206。激光模块205用于向转运车的行驶前方发射线激光，方向指示线识别模块206用于识别载体101上的方向指示线并将识别结果发送到车控模块204，使车控模块204根据线激光与载体101上的方向指示线的夹角判断转运车是否偏离行驶信息限定的路线，当偏离路线时，车控模块204修正转运车的行驶方向使转运车按照预设路线行驶。具体的，激光模块205发射的线激光为红色线激光，以便于识别。红色线激光与方向指示线之间的夹角为转运车的角度偏移误差。这种判断是否偏离路线的方式更加简单。
41.方向指示线的实现方式或材质不同，方向指示线识别模块206随之不同。例如，方向指示线仅是涂画的线条，那么方向指示线识别模块206为在转运车上安装的图像识别装置，以便进行图像采集与识别。又例如，方向指示线采用磁条，则方向指示线识别模块206为在转运车上安装的磁条读写器，以便进行信息读取。
42.此外，通过设置方向指示线，还更加具有指示效果，通过方向指示线可以更加明确前进方向，并检验当前行驶方向是否相反。
43.理论上，rtk卫星导航与信息码中的导航信息相互配合，可以保障行驶方向的准确性，但是为了避免或改善在转弯时产生行驶方向偏差，通过设置激光模块205，结合红色线激光对准的手段，其发出的红色线激光与方向指示线进行对准(平行或重合时为对准)，当存在偏移时就逐渐对准，对准过程就是纠偏过程，即可对当前的行驶方向进行纠正，是对通过前述的角度进行纠偏的补充。多重手段纠偏可以进一步可靠保障行驶方向的准确性。
44.此外，在一优选的实施例中，转运车上还设置有超声波测距传感器207。超声波测距传感器207用于向转运车的行驶前方发射超声波，接收障碍物反射回的超声波后得到转运车与障碍物之间的距离，并将转运车与障碍物之间的距离发送到车控模块204，使车控模块204控制转运车避开障碍物。
45.此外，在一优选的实施例中，停机坪的中心设置有磁力座。
46.无人机停落在停机坪的过程有可能不是绝对的准确，也就是说无人机可能并不是停落在停机坪的中心，因此，无人机降落过程或降落后需要对无人机进行归中处理。通过在停机坪的中心设置磁力座，利用磁力座对无人机的磁性吸力，使得无人机更加靠近停机坪的中心，一方面可以降低无人机需要与停机坪对准的精确性，另一方面也可以增强无人机停靠的稳定性。
47.此外，在一优选的实施例中，该回收系统还包括设置在转运车上的至少一个无人机归中装置，用于将无人机归置到停机坪的中心。每一无人机归中装置对应每一停机坪。如图3～5所示，该无人机归中装置包括：驱动机构302和围栏机构。其中，驱动机构302设置在停机坪301的边缘。驱动机构302可以与前述的车控系统电连接。围栏机构包括：线缆303和至少三个个伸缩拉线盒304。线缆303可以采用碳素纤维线。碳素纤维线具有强度高、重量轻的优点，可以保障线缆303能够长时间使用，继而保障整个装置的可靠性。至少三个伸缩拉线盒304围绕停机坪301的中心间隔设置在停机坪301的边缘。优选的，停机坪301为四方形，优选为正方形。则伸缩拉线盒304的数量为四个，分别设置在停机坪301的四个角上。伸缩拉线盒304是一种现有技术，在此不再赘述，可通过外力将伸缩拉线盒304中的弹性伸缩拉线305拉出所需距离，并且当外力去除后，弹性伸缩拉线305可在回复力作用下收回到伸缩拉线盒304中。每一伸缩拉线盒304的弹性伸缩拉线305的始端连接固定件306。驱动机构302连接线缆303的一端，线缆303的另一端依次穿设每一伸缩拉线盒304对应的固定件306后与第
一个穿设的伸缩拉线盒304对应的固定件306连接，使线缆303围绕停机坪301的中心。应当理解的是，至少需要三个伸缩拉线盒304间隔均匀围成一圈设置，才能使得线缆303围成一圈。根据控制精度等实际需求可灵活设置伸缩拉线盒304的数量。
48.通过上述的结构设计，当无人机309降落至停机坪301后，启动驱动机构302开始回收线缆303，线缆303逐渐开始绷紧，继而线缆303所围的围栏区域逐渐缩小，并带动无人机309向中间位置靠拢，伸缩拉线盒304的弹性伸缩拉线305随着拉长，最终将无人机309归置于停机坪301的中心。当完成归中后，驱动机构302释放线缆303，伸缩拉线盒304的弹性伸缩拉线305在自身回复力作用下向各自的伸缩拉线盒304方向回收，线缆303所围区域逐渐扩大，直至复位至原始的状态。
49.具体的，驱动机构302可采用现有技术常用的结构。本发明一优选的实施例中，驱动机构包括：步进电机和滚轮。滚轮套设在步进电机的输出轴上。线缆303的一端固定连接滚轮，线缆303一圈一圈围绕滚轮。更优选的，滚轮的轮面上具有凹槽，可便于绕线，避免线缆303滑脱。
50.这样，步进电机正转或反转，带动滚轮正转或反转，实现线缆303的收放。
51.具体的，固定件306可以为绕线轮。这样，线缆303的另一端依次绕过每一伸缩拉线盒304对应的绕线轮。绕线轮的轮面上具有凹槽，可便于线缆303绕线，避免线缆303滑脱。
52.具体的，每一伸缩拉线盒304的弹性伸缩拉线305的始端与每一固定件306之间通过卡扣308连接。卡扣308为现有技术常见的可打开和关闭的环形结构。卡扣308与固定件306固定连接，弹性伸缩拉线305的始端可以形成环形圈，使环形圈固定套设在卡扣308上。
53.优选的，本发明实施例的无人机归中装置进一步包括：防跳线轮307。防跳线轮307设置在停机坪301上靠近驱动机构302的位置。线缆303的另一端绕过防跳线轮307后依次穿设每一伸缩拉线盒304的固定件306。
54.通过设置防跳线轮307，对线缆303起引导作用，可防止线缆303在步进电机转动情况下出现跳线的问题，增强装置的可靠性及使用方便性。
55.优选的，本发明实施例的无人机归中装置进一步包括：设置在停机坪301的中心的用于探测无人机309是否降落的探测器。
56.具体的，该探测器可以是超声波传感器、光电传感器或重力传感器。超声波传感器通过发射超声波，光电传感器通过发射光线，重力传感器通过感知重量变化来探测无人机309。
57.通过设置探测器，可以检测无人机309是否降落到停机坪301上，从而可使该装置开始进行无人机309归中的操作。
58.上述的无人机归中装置通过驱动机构带动围栏机构实现围栏范围的缩小或放大，当围栏机构实现围栏范围缩小时，带动无人机309归于停机坪301的中心，能高效地将无人机309归中，并且结构简单，成本低。
59.本发明实施例还公开了一种用于变电站的无人机回收方法。该方法采用上述实施例所述的无人机回收系统实现。具体的，如图6所示，该方法包括如下的步骤：
60.步骤s601：载波相位差分技术rtk卫星导航模块从卫星定位系统接收导航信息，并将导航信息发送到车控模块，使车控模块控制转运车按照导航信息沿预设路线行驶至目标区域。
61.步骤s602：在行驶过程中，扫码模块扫描当前载体上的信息码以得到当前载体的方位信息，并将当前载体的方位信息发送到车控模块，使车控模块根据当前载体的方位信息和载波相位差分技术rtk卫星导航模块发送的当前的导航信息判断转运车是否偏离预设路线，当偏离预设路线时，车控模块修正转运车的行驶方向使转运车按照预设路线行驶。
62.步骤s603：当转运车行驶到目标区域后，超宽带uwb定位模块接收无人机的超宽带uwb定位标签发送的脉冲信号，根据脉冲信号对无人机进行定位得到无人机定位信息，并将无人机定位信息发送到车控模块，使车控模块根据无人机定位信息控制转运车行驶至目标位置，以便无人机降落在停机坪上。
63.上述步骤的具体过程可参见前述的装置实施例部分，在此不再赘述。
64.优选的，如图7所示，当无人机降落到停机坪上后，本发明实施例的方法还包括：
65.步骤s604：通过无人机归中装置将无人机进行归中。
66.一种方式是不管当前无人机是否停在停机坪的中心都执行归中操作；另一种方式是先检测无人机是否在停机坪的中心，如果是则不执行，如果不是则再执行归中操作。检测无人机是否在停机坪中心的元件可以是超声波传感器、光电传感器、重力传感器等。
67.上述步骤的具体过程可参见前述的装置实施例部分，在此不再赘述。
68.综上，本发明实施例，利用rtk卫星导航与信息码定位技术相结合，对转运车进行导航，使其行驶至目标区域，再利用uwb定位技术对无人机进行精确定位，并根据定位结果调整转运车的位置，使转运车准确停靠在无人机所在位置，通过这种转运车移动而无人机不动的方式实现两者之间的对准，对准过程更简单，效率更高，适用于应用在无人驾驶转运车领域。
69.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。