技术领域
[0001] 本
发明涉及海上无人机技术领域，具体是指一种用于海上无人机的物资投放装置及控制方法。
背景技术
[0002] 随着社会的快速发展，无人机可以为人们提供越来越多的服务。无人机一般具有小型化、灵巧性、方便性等特点，可以广泛应用于拍摄、监测、物资投放等场景中。其中，采用无人机进行物资投放可以为人们的远程物资运输和远程物资救援提供很大的帮助。
[0003] 然而，
现有技术中的无人机物资投放方式一般只是通过
位置数据来控制无人机，无人机飞行至
指定位置之后就开始投放物资。然而该种方式会受到位置
定位精确度的影响，并且无人机与指定投放区域可能存在较大的偏转，使得无人机投放物资在投放目标上的具体位置无法精准控制。
发明内容
[0004] 为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于海上无人机的物资投放装置及控制方法，可以精确控制无人机的物资投放
角度和位置，实现物资精准投放。
[0005] 为了实现上述目的，本发明具有如下构成：
[0006] 本发明提供了一种用于海上无人机的物资投放装置，所述装置包括[0007] 激光测距设备，设置于所述无人机的底部，用于测量所述无人机与投放目标的距离；
[0008]
图像采集设备，用于拍摄投放目标的图像；
[0009] 定位设备，用于获取所述无人机自身的位置数据，并发送至所述远程
服务器；
[0010] 无线通讯设备，设置于所述无人机的内部，用于与远程服务器进行通信，从所述远程服务器接收投放目标的标准图像和位置，以及将所述无人机的位置数据发送至所述远程服务器，从所述远程服务器接收从所述无人机的位置到所述投放目标的位置的规划路径；
[0011]
图像分析设备，设置于所述无人机的内部，用于比较所述投放目标的拍摄图像与所述投放目标的标准图像，计算所述投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的标准图像的偏转角度；
[0012] 物资抓取架，设置于所述无人机的底部，用于抓取待投放的物资；
[0013]
控制器，设置于所述无人机的内部，用于根据所述投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的标准图像的偏转角度控制所述无人机偏转，使得所述无人机正对所述投放目标，并根据所述激光测距设备的测量数据控制所述无人机与所述投放目标的距离，使得所述无人机与所述投放目标的距离为预设距离范围之内；
[0014] 所述控制器控制所述无人机运动至所述无人机正对所述投放目标且所述无人机与所述投放目标的距离为预设距离范围之内时，控制所述物资抓取架松开所述待投放的物资。
[0015] 可选地，所述图像采集设备还用于在物资投放完成后拍摄所述投放目标的当前图像，所述无线通讯设备将所述投放目标的当前图像发送至所述远程服务器，所述远程服务器将所述投放目标的当前图像作为所述投放目标的标准图像，并在下一个无人机
请求获取标准图像时，将更新的所述投放目标的标准图像发送至对应的无人机。
[0016] 可选地，所述图像分析设备采用如下步骤比较所述投放目标的拍摄图像与所述投放目标的标准图像，计算所述投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的标准图像的偏转角度：
[0017] 所述图像分析设备选择所述标准图像中的至少一条第一基准线，并选择所述拍摄图像中相对应的第二基准线；
[0018] 所述图像分析设备计算每条第一基准线与所对应的第二基准线的夹角，作为各个所述第二基准线的偏转角度；
[0019] 所述图像分析设备计算各个所述第二基准线的偏转角度的平均值，作为所述拍摄图像相对于所述标准图像的偏转角度。
[0020] 可选地，所述图像分析设备选择所述标准图像中的至少一条第一基准线，包括所述图像分析设备确定所述标准图像中的至少两个第一标志点，将每两个第一标志点连接起来作为一第一基准线；
[0021] 所述图像分析设备选择所述拍摄图像中相对应的第二基准线，包括所述图像分析设备采用所述第一标志点在所述拍摄图像中进行图形匹配，匹配到所述拍摄图像中对应的第二标志点，将每两个第二标志点连接起来作为一第二基准线。
[0022] 可选地，所述图像采集设备在物资投放完成后拍摄所述投放目标的当前图像，所述图像分析设备对所述投放目标的当前图像进行分析，在所述当前图像中匹配得到与所述标准图像的第一标志点相对应的第三标志点；
[0023] 所述无线通讯设备将所述投放目标的当前图像发送至所述远程服务器时，所述无线通讯设备将所述投放目标的当前图像中的第三标志点的位置发送至所述远程服务器；
[0024] 所述远程服务器接收到所述投放目标的当前图像之后，更新所述投放目标的标准图像，并将所述第三标志点标记为所述标准图像中的第一标志点。
[0025] 可选地，所述图像分析设备还用于在所述投放目标的拍摄图像中提取指示灯区域，对所述指示灯区域的色彩进行识别，分析所述色彩的RGB值，判断所述色彩的RGB值是否处于第一预设范围内或处于第二预设范围内。
[0026] 可选地，所述控制器还用于在控制所述物资抓取架松开物资之前，接收所述图像分析设备的色彩识别结果，如果所述色彩的RGB值处于第一预设范围内，则所述控制器控制所述物资抓取架松开物资，如果所述色彩的RGB值处于第二预设范围内，则所述控制器不控制所述物资抓取架松开物资，直到检测到所述色彩的RGB值处于第一预设范围内为止。
[0027] 可选地，所述控制器还用于通过所述无线通讯设备从所述远程控制器接收到投放任务时，根据预存的物资存放处的位置数据控制所述无人机飞行至所述物资存放处。
[0028] 本发明
实施例还提供一种用于海上无人机的物资投放装置的控制方法，采用所述的用于海上无人机的物资投放装置，所述方法包括如下步骤：
[0029] 所述无线通讯设备从所述远程服务器接收到投放任务；
[0030] 所述定位设备获取所述无人机自身的位置数据，并通过所述无线通讯设备发送至所述远程服务器；
[0031] 所述无线通讯设备从所述远程服务器接收投放目标的标准图像和位置，以及从所述远程服务器接收从所述无人机的位置到所述投放目标的位置的规划路径；
[0032] 所述控制器根据所述规划路径控制所述无人机飞行至目标位置；
[0033] 所述激光测距设备测量所述无人机与投放目标的距离；
[0034] 所述控制器根据所述激光测距设备的测量数据调整所述无人机的高度，使得所述无人机与所述投放目标的距离在预设距离范围之内；
[0035] 所述图像采集设备拍摄投放目标的图像；
[0036] 所述图像分析设备比较所述投放目标的拍摄图像与所述投放目标的标准图像，计算所述投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的标准图像的偏转角度；
[0037] 所述控制器根据所述投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的拍摄图像的偏转角度控制所述无人机偏转，使得所述无人机正对所述投放目标；
[0038] 所述控制器控制所述无人机运动至所述无人机正对所述投放目标且所述无人机与所述投放目标的距离为预设距离范围之内时，控制所述物资抓取架松开所述待投放的物资。
[0039] 可选地，所述无线通讯设备从所述远程服务器接收到投放任务之后，还包括如下步骤：
[0040] 所述控制器根据预存的物资存放处的位置数据控制所述无人机飞行至所述物资存放处；
[0041] 所述激光测距设备测量所述无人机与待投放的物资的距离；
[0042] 所述控制器根据所述激光测距设备的测量数据控制所述无人机与所述待投放的物资的距离；
[0043] 所述控制器控制所述物资抓取架抓取所述待投放的物资。
[0044] 综上所述，与现有技术相比，本发明的控制器根据投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的标准图像的偏转角度控制所述无人机偏转，使得所述无人机正对所述投放目标，并根据所述激光测距设备的测量数据控制所述无人机与所述投放目标的距离，使得所述无人机与所述投放目标的距离为预设距离范围之内，从而可以实现物资投放的位置精准控制，尤其可以应用于精准位置物资投放的场景，例如可以将投放的物品以指定的角度投放在指定的区域范围之内，并且可以实现多次投放的物资的堆叠，适用于大范围推广应用。
附图说明
[0045] 图1为本发明一实施例的用于海上无人机的物资投放装置的结构示意图；
[0046] 图2为本发明一实施例的用于海上无人机的物资投放装置的控制方法的
流程图；
[0047] 图3为本发明一实施例的计算偏转角度的示意图；
[0048] 图4为本发明一实施例的计算偏转角度的流程图。
[0049] 附图标记：
[0050] 激光测距设备 M100
[0051] 图像采集设备 M200
[0052] 定位设备 M300
[0053] 无线通讯设备 M400
[0054] 图像分析设备 M500
[0055] 物资抓取架 M600
[0056] 控制器 M700
具体实施方式
[0057] 现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
[0058] 所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。
[0059] 如图1所示，为了解决现有技术中的技术问题，本发明提供了一种用于海上无人机的物资投放装置，包括如下各个设备：
[0060] 激光测距设备M100，设置于所述无人机的底部，用于测量所述无人机与投放目标的距离，所述激光测距设备M100可以采用激光发射器和激
光接收器，通过激光发射器向投放目标发送测距激光，激光接收器接收投放目标反射回来的激光，通过发射激光和接收激光的时间的差值来确定无人机与投放目标的距离；
[0061] 图像采集设备M200，用于拍摄投放目标的图像，所述图像采集设备M200可以采用设置于所述无人机底部或前方的摄像头，优选设置于无人机的底部，有利于后续基于图像进行无人机偏转角度的计算；
[0062] 定位设备M300，用于获取所述无人机自身的位置数据，并发送至所述远程服务器，所述定位设备M300可以采用GPS定位模
块、北斗星定位模块、GNNS定位模块等等；
[0063] 无线通讯设备M400，设置于所述无人机的内部，用于与远程服务器进行通信，从所述远程服务器接收投放目标的标准图像和位置，以及将所述无人机的位置数据发送至所述远程服务器，从所述远程服务器接收从所述无人机的位置到所述投放目标的位置的规划路径；所述无线通讯设备M400可以是4G通讯设备、3G通讯设备、WIFI通讯设备等类型；
[0064] 图像分析设备M500，设置于所述无人机的内部，用于比较所述投放目标的拍摄图像与所述投放目标的标准图像，计算所述投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的标准图像的偏转角度；
[0065] 物资抓取架M600，设置于所述无人机的底部，用于抓取待投放的物资；所述物资抓取架M600至少包括两个夹子，两个夹子由驱动
电机控制可以闭合和张开，
驱动电机接收控制器M700的指令控制所述夹子的状态；
[0066] 控制器M700，设置于所述无人机的内部，用于根据所述投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的标准图像的偏转角度控制所述无人机偏转，使得所述无人机正对所述投放目标，并根据所述激光测距设备M100的测量数据控制所述无人机与所述投放目标的距离，使得所述无人机与所述投放目标的距离为预设距离范围之内；
[0067] 所述控制器M700控制所述无人机运动至所述无人机正对所述投放目标且所述无人机与所述投放目标的距离为预设距离范围之内时，控制所述物资抓取架M600松开所述待投放的物资。
[0068] 因此，本发明可以通过图像比对实现精准控制无人机的偏转角度，通过激光测距实现距离的精准测量，从而可以实现无人机投放物资位置的精准确定，实现物资精准投放。适用于需要将无人机十分准确地投放至指定区域的场景，也可以在多次物资投放时进行物资堆叠，减少物资在投放目标的占用空间，适用于大规模推广应用。
[0069] 在该实施例中，所述图像采集设备M200还用于在物资投放完成后拍摄所述投放目标的当前图像，所述无线通讯设备M400将所述投放目标的当前图像发送至所述远程服务器，所述远程服务器将所述投放目标的当前图像作为所述投放目标的标准图像，并在下一个无人机请求获取标准图像时，将更新的所述投放目标的标准图像发送至对应的无人机。
[0070] 因为，所述远程服务器中存储的所述投放目标的标准图像是实时更新的，避免前一个无人机在物资投放之后，场景变化而标准图像没有变化的情况，方便后续无人机进行精准物资投放。尤其适用于需要将物资整齐摆放或者将物资上下堆叠的场景中。前一个无人机投放完成后，由于此时无人机是正对投放目标，并且与投放目标的距离在合理范围之内的，因此，可以将此时该无人机的拍摄图像作为新的标准图像，供下一个无人机投放物资时参考。
[0071] 如图2所示，本发明实施例还提供一种用于海上无人机的物资投放装置的控制方法，采用所述的用于海上无人机的物资投放装置，所述方法包括如下步骤：
[0072] 所述无线通讯设备M400从所述远程服务器接收到投放任务；可以是远程服务器主动给各个无人机分配任务，将任务指令发送到对应的无线通讯设备，也可以是无人机在完成一项任务后，控制器M700控制无线通讯设备M400主动给远程服务器请求接收任务；
[0073] 所述定位设备M300获取所述无人机自身的位置数据，并通过所述无线通讯设备发送至所述远程服务器；所述远程服务器用于给各个无人机分配任务，并且监督各个无人机任务完成的情况；
[0074] 所述无线通讯设备M400从所述远程服务器接收投放目标的标准图像和位置，以及从所述远程服务器接收从所述无人机的位置到所述投放目标的位置的规划路径；
[0075] 所述控制器M700根据所述规划路径控制所述无人机飞行至目标位置；此步骤为无人机位置的粗调整，即首先根据定位数据调整无人机飞行至投放目标的位置，但是考虑到定位
精度的问题以及无人机角度偏转的问题，下面进一步还有无人机位置的细调整；
[0076] 所述激光测距设备M100测量所述无人机与投放目标的距离；
[0077] 所述控制器M700根据所述激光测距设备M100的测量数据调整所述无人机的高度，使得所述无人机与所述投放目标的距离在预设距离范围之内；
[0078] 所述图像采集设备M200拍摄投放目标的图像；
[0079] 所述图像分析设备M500比较所述投放目标的拍摄图像与所述投放目标的标准图像，计算所述投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的标准图像的偏转角度；
[0080] 所述控制器M700根据所述投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的拍摄图像的偏转角度控制所述无人机偏转，使得所述无人机正对所述投放目标；
[0081] 所述控制器M700控制所述无人机运动至所述无人机正对所述投放目标且所述无人机与所述投放目标的距离为预设距离范围之内时，控制所述物资抓取架M600松开所述待投放的物资。
[0082] 在该实施例中，所述控制器M700还用于通过所述无线通讯设备从所述远程控制器M700接收到投放任务时，根据预存的物资存放处的位置数据控制所述无人机飞行至所述物资存放处。
[0083] 具体地，，所述无线通讯设备从所述远程服务器接收到投放任务之后，还包括如下步骤：
[0084] 所述控制器M700根据预存的物资存放处的位置数据控制所述无人机飞行至所述物资存放处；
[0085] 所述激光测距设备M100测量所述无人机与待投放的物资的距离；
[0086] 所述控制器M700根据所述激光测距设备M100的测量数据控制所述无人机与所述待投放的物资的距离，使得所述无人机与所述待投放的物资的距离可以达到物资抓取架M600的夹子能够抓取到待投放的物资为止；
[0087] 所述控制器M700控制所述物资抓取架M600抓取所述待投放的物资。
[0088] 因此，本发明的用于海上无人机的物资投放装置及控制方法可以实现无人机投放任务执行的自动化。工作人员只需要在远程控制器M700处增加任务和分配任务即可。工作人员可以在远程控制器M700处设置任务列表，任务列表中包括多个任务和任务信息，任务信息包括任务的物资存放处位置数据、投放目标的位置数据、投放目标的标准图像等等。远程服务器接收各个无人机的任务执行反馈，记录各个无人机当前是否处于空闲状态，如果出现空闲的无人机时，则从任务列表中选择最上面的任务分配给该空闲的无人机，实现自动流
水化任务执行。工作人员也可以实时从远程控制器M700中查看当前任务列表中任务执行情况和各个无人机的状态。
[0089] 如图3和图4所示，在该实施例中，所述图像分析设备M500采用如下步骤比较所述投放目标的拍摄图像与所述投放目标的标准图像，计算所述投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的标准图像的偏转角度：
[0090] 所述图像分析设备M500选择所述标准图像中的至少一条第一基准线，并选择所述拍摄图像中相对应的第二基准线；
[0091] 所述图像分析设备M500计算每条第一基准线与所对应的第二基准线的夹角，作为各个所述第二基准线的偏转角度；
[0092] 在存在多条第二基准线的时候，所述图像分析设备M500计算各个所述第二基准线的偏转角度的平均值，作为所述拍摄图像相对于所述标准图像的偏转角度，由此可以通过多条第二基准线计算得到一个比较客观真实的偏转角度，在计算平均值时，如果存在一个第二基准线的偏转角度与其他第二基准线的偏转角度相差很大，则可以删除该数据，该第二基准线的偏转角度的测量可能存在较大误差或错误。
[0093] 在该实施例中，所述图像分析设备M500选择所述标准图像中的至少一条第一基准线，包括所述图像分析设备M500确定所述标准图像中的至少两个第一标志点，将每两个第一标志点连接起来作为一第一基准线。第一标志点可以是预先在标准图像中人工标注出来的可以很好地区别于周围的标志点。标志点的大小不适合选择得太大，否则会影响基准线的精度，影响无人机偏转角度的计算精度；
[0094] 所述图像分析设备M500选择所述拍摄图像中相对应的第二基准线，包括所述图像分析设备M500采用所述第一标志点在所述拍摄图像中进行图形匹配，匹配到所述拍摄图像中对应的第二标志点，将每两个第二标志点连接起来作为一第二基准线。
[0095] 以图3为例，图像分析设备M500选择标准图像中两个第一标志点A1和A2，连接起来形成第一基准线A1A2，选择拍摄图像中第二标志点B1和B2，连接起来形成第二基准线B1B2，计算两者之间的夹角C。采用该种方式，不要求拍摄图像和标准图像尺寸相同，也不要求拍摄图像和标准图像的中心重合，都可以获取准确的偏转角度。
[0096] 本发明通过选择基准线的方式来计算两个图形之间的偏转角度，计算更加方便，对无人机来说，可以直接在本地进行计算，而无需发送至远程服务器来处理，节省了数据传输的时间，也不会给无人机本身造成很大的计算负担。此外，本发明可以通过合理地选择基准线的数量，通过多条基准线的偏转角度的计算，避免单条基准线计算出现较大偏差而造成无人机对位不准。
[0097] 在该实施例中，所述图像采集设备M200在物资投放完成后拍摄所述投放目标的当前图像，所述图像分析设备M500对所述投放目标的当前图像进行分析，在所述当前图像中匹配得到与所述标准图像的第一标志点相对应的第三标志点。
[0098] 所述无线通讯设备M400将所述投放目标的当前图像发送至所述远程服务器时，所述无线通讯设备M400将所述投放目标的当前图像中的第三标志点的位置发送至所述远程服务器。
[0099] 所述远程服务器接收到所述投放目标的当前图像之后，更新所述投放目标的标准图像，并将所述第三标志点标记为所述标准图像中的第一标志点。
[0100] 由此，所述远程控制器M700无需对每次更新的标准图像重新标注标志点，直接采用第三标志点进行标记即可。只有投放目标的第一次标准图像是需要人工标记第一标志点的。
[0101] 在该实施例中，所述图像分析设备M500还用于在所述投放目标的拍摄图像中提取指示灯区域，对所述指示灯区域的色彩进行识别，分析所述色彩的RGB值，判断所述色彩的RGB值是否处于第一预设范围内或处于第二预设范围内。
[0102] 在该实施例中，所述控制器M700还用于在控制所述物资抓取架M600松开物资之前，接收所述图像分析设备M500的色彩识别结果，如果所述色彩的RGB值处于第一预设范围内，则所述控制器M700控制所述物资抓取架M600松开物资，如果所述色彩的RGB值处于第二预设范围内，则所述控制器M700不控制所述物资抓取架M600松开物资，直到检测到所述色彩的RGB值处于第一预设范围内为止。
[0103] 例如，所述第一预设范围可以是绿色所对应的RGB值范围，第二预设范围可以是红色所对应的RGB值范围。所述投放目标处可以设置指示灯，所述图像分析设备M500根据指示灯的形状或
颜色特征从所述拍摄图像中提取指示灯区域。如果指示灯显示绿色，说明投放目标允许物资投放，控制器M700可以控制物资抓取架M600松开物资，如果指示灯显示红色，则说明投放目标不允许物资投放，控制器M700则控制物资抓取架M600继续等待。
[0104] 因此，本发明可以直接通过指示灯和颜色分析自动确定投放目标处的准备状态，而无需再与投放目标进行通信，尤其适用于投放目标通信不便或无线通信
信号不好的情况。
[0105] 在其他实施方式中，也可以进一步增加灯光颜色与投放目标状态类型的对应关系，通过识别指示灯的颜色即可以确定当前投放目标的状态。进一步地，也可以在投放目标上设置
液晶显示屏，显示已投放的物资的数量，无人机可以直接识别液晶显示屏中的数量，从而确定投放目标上已投放的物资数量，如果投放目标上已投放的物资数量已经达到了预设
阈值，则不再投放。
[0106] 投放目标的表面可以设置重量
传感器，当重量传感器感应到的重量变化值大于预设重量阈值时，所述液晶显示屏所对应的计数器加一，液晶显示屏中显示的数量也对应加一。
[0107] 本发明的用于海上无人机的物资投放装置的控制方法中，各个步骤的具体实现方式可以采用所述用于海上无人机的物资投放装置中各个设备的功能实现方式，此处不予赘述。
[0108] 综上所述，与现有技术相比，本发明的控制器根据投放目标的拍摄图像相对于所述投放目标的标准图像的偏转角度控制所述无人机偏转，使得所述无人机正对所述投放目标，并根据所述激光测距设备的测量数据控制所述无人机与所述投放目标的距离，使得所述无人机与所述投放目标的距离为预设距离范围之内，从而可以实现物资投放的位置精准控制，尤其可以应用于精准位置物资投放的场景，例如可以将投放的物品以指定的角度投放在指定的区域范围之内，并且可以实现多次投放的物资的堆叠，适用于大范围推广应用。
[0109] 在此
说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种
修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
