本發(fā)明無人機控制領域，尤其涉及一種無人機群的快遞投送方法。

背景技術：

無人機的研究在最近幾年有了很大的進展，被廣泛應用與民用方面的通信中繼、氣象探測、災害監(jiān)測、農(nóng)藥噴灑、地質(zhì)勘測、地圖測繪、交通管制以及軍用方面的偵察、攻擊和電子對抗。

無人機體積小、重量輕、易維修等優(yōu)點得到了廣泛的推廣，尤其是可以使用無人機輸送輕便物資，比如：重量比較輕的快遞，但是由于單個無人機的載荷有限，單個無人機與地面站之間的數(shù)據(jù)通信中斷時會直接導致任務的失敗，甚至會有墜機的危險，而且單個無人機在應對廣闊的任務區(qū)域以及單個無人機故障后將無法完成任務的不利因素，這就使得利用多個無人機間的協(xié)作以執(zhí)行更為復雜任務的要求逐漸成為無人機研究的趨勢。

因此，現(xiàn)有技術需要進一步的改進。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種無人機群的快遞投送方法，能夠?qū)崿F(xiàn)整個無人機群組內(nèi)的各個無人機之間投遞航行路線的準確導航，從而提高控制無人機群同一時間協(xié)作完成任務的能力，解決人力投遞能力有限，且運輸成本高的缺陷。

本發(fā)明所提供的方法具體技術方案如下：

一種基于無人機群的快遞投送方法，其中，所述方法包括以下步驟：

無人機群中的各個無人機確定當前位置信息和執(zhí)行投遞任務的目標位置信息；

各個無人機根據(jù)所述當前位置信息和所述目標位置信息確定各自的起飛軌道及飛行方向；

各個無人機根據(jù)所述當前位置信息、所述目標位置信息及所述攝像頭的拍攝角度，確定所述無人機需要飛行的飛行距離；

監(jiān)控臺根據(jù)無人機群中各個無人機所確認的飛行方向及飛行距離，規(guī)劃無人機群協(xié)作任務序列和自動生成各個無人機所對應的導航路徑；

各個無人機根據(jù)所述任務序列和所述導航路徑飛行至執(zhí)行投遞任務的目標位置，并在抵達目標位置后，對快遞物品進行投遞。

所述的基于無人機群的快遞投送方法，其中，當飛機在執(zhí)行飛行任務的過程中，各個無人機實時利用攝像頭發(fā)送采集到的周圍場景視頻畫面到監(jiān)控臺；

監(jiān)控臺根據(jù)接收到的場景視頻畫面實時對各個無人機的飛行狀態(tài)進行監(jiān)控，當發(fā)生無人機飛行狀態(tài)異常，則發(fā)出異常提示信息；

所述飛行狀態(tài)異常包括：無人機墜落、無人機失去動力或者無人機遭到碰撞導致偏離預設導航路徑。

所述的基于無人機群的快遞投送方法，其中，各個無人機在對快遞物品進行投遞的步驟中還包括：

獲取目標位置的景物圖像；

對所述景物圖像中的物品特征進行識別；判斷識別出的物品特征是否含有與降落墊的物品特征相同的物品；

若含有，則將景物圖像中識別出的降落墊所在位置作為準確的快遞投遞點，對物品進行投遞；

所述物品特征包括：形狀及顏色。

所述的基于無人機群的快遞投送方法，其中，所述方法還包括步驟：

各個無人機根據(jù)所述任務序列及導航路徑飛行至對應目標位置的途中，使用傳感器實時采集飛行數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)所述飛行數(shù)據(jù)信息判斷是否存在飛行變化因素；

若存在,則將采集的飛行數(shù)據(jù)信息和各個無人機當前所在位置信息發(fā)送至監(jiān)控臺；

所述監(jiān)控臺根據(jù)各個無人機當前所在位置信息，各自的飛行數(shù)據(jù)及無人機所對應的目標位置信息，重新規(guī)劃出無人機群執(zhí)行快遞投送任務的任務序列，生成各個無人機的重置導航路徑；

各個無人機根據(jù)重置導航路徑飛行至目標位置；

所述飛行數(shù)據(jù)信息包括：無人機飛行速度、無人機當前所在位置的gps坐標和無人機當前飛機的飛行方向；

所述飛行變化因素為：無人機的目標位置信息發(fā)生變更、無人機飛行出現(xiàn)異常，或者無人機之間存在碰撞風險。

所述的基于無人機群的快遞投送方法，其中，所述步驟中無人機根據(jù)所述當前位置信息和所述目標位置信息確定飛行方向的方法包括：

將各個無人機當前位置信息中包含的gps坐標和其所對應的目標位置信息所包含的gps坐標進行連線，以該連線方向作為飛行方向。

所述的基于無人機群的快遞投送方法，其中，所述步驟中通過以下公式確定各個所述無人機所需飛行的飛行距離:

s＝(2×m×n×tana)/(p×sinb)；

其中：s為飛行距離、m為目標位置中包含的空間橫坐標、n為無人機的當前位置與地面的垂直高度、a為安裝在無人機正下方的攝像頭水平視角的半角、p為空間坐標系的橫軸長度，b為第一直線與第二直線之間的夾角，所述第一直線為從攝像頭出發(fā)豎直向下的直線，所述第二直線為：從所述攝像頭出發(fā)，水平方向上與所述攝像頭在橫軸方向上的視線范圍線段中的中點所構成的直線。

所述的基于無人機群的快遞投送方法，其中，所述方法中還包括步驟：

各個無人機在飛行過程中利用電流傳感器實時檢測電量，若電量低于預置電量值，則將距離該無人機最近的充電基站作為中途點；重新規(guī)劃該無人機的導航路徑，并根據(jù)重新規(guī)劃出的重置導航路徑，重置無人機群協(xié)作任務序列，確認無人機群中各個無人機的重置導航路徑；

各個無人機根據(jù)重置導航路徑飛行至目標位置。

所述的基于無人機群的快遞投送方法，其中，所述方法中還包括步驟：

無人機在飛到無人機充電基站后，通過底部攝像頭進行圖像識別，瞄準充電接口，并且在無人機底部設置有磁鐵接口，無人機充電基站的充電接口附近也設置有磁鐵接口，用來準確對準充電接口。

所述的基于無人機群的快遞投送方法，其中，所述方法中還包括步驟：

各個無人機在飛行過程中不斷進行數(shù)據(jù)廣播，判斷是否收到來自其他無人機返回的回應信息；

如果收到回應信息，根據(jù)該回應信息與該回應無人機建立通訊連接；

建立通訊連接的無人機之間互相交換自身的導航信息，并根據(jù)對方的導航信息判斷存在相撞風險；

若存在相撞風險則自動調(diào)整高度。

所述的基于無人機群的快遞投送方法，其中，所述任務序列包括：按照時間進行排序分類的：并行任務序列、串行任務序列和串并混合任務序列；

所述并行任務序列為無人機群中的全部無人機同時發(fā)起作業(yè)任務；

所述串行任務序列為無人機群中的各個無人機每隔預定時間依次發(fā)起作業(yè)任務；

所述串并混合任務序列為無人機群中的無人機之間同時含有同步發(fā)起作業(yè)任務和每隔預定時間發(fā)起作業(yè)兩種類型的任務排序；

所述監(jiān)控臺根據(jù)快遞簽收的預約時間、無人機飛行途中所需時間及各個無人機之間的無障礙飛行導航路徑對所述任務序列進行規(guī)劃。

本發(fā)明公開了一種無人機群的快遞投送方法，通過無人機群中的各個無人機確定當前位置信息和執(zhí)行投遞任務的目標位置信息，各個無人機根據(jù)所述當前位置信息和所述目標位置信息確定各自的起飛軌道及飛行方向；各個無人機根據(jù)所述當前位置信息、所述目標位置信息及所述攝像頭的拍攝角度，確定所述無人機需要飛行的飛行距離；監(jiān)控臺根據(jù)無人機群中各個無人機所確認的飛行方向及飛行距離，規(guī)劃無人機群協(xié)作任務序列和自動生成各個無人機所對應的導航路徑；各個無人機根據(jù)所述任務序列和所述導航路徑飛行至執(zhí)行投遞任務的目標位置，并在抵達目標位置后，對快遞物品進行投遞。本發(fā)明所公開的快遞投遞方法，通過監(jiān)控臺預先對整個無人機群內(nèi)的航行路線進行規(guī)劃，確保了協(xié)同作業(yè)的順利進行，為使用多個無人機之間的協(xié)同作業(yè)執(zhí)行多項任務提供了保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的一種無人機群的快遞投送方法的步驟流程圖。

具體實施方式

為了使本領域的技術人員更好的理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本發(fā)明提供了一種無人機群的快遞投送方法，如圖1所示，所述方法包括以下步驟：

步驟101、無人機群中的各個無人機確定當前位置信息和執(zhí)行投遞任務的目標位置信息；

無人機群中的各個無人機確定當前位置信息和執(zhí)行投遞任務的目標位置信息。

本方法中由于是整個無人機群中多個無人機的共同作業(yè)，因此首先需要依次針對各個無人機所要執(zhí)行的飛行任務，分別為無人機輸入各自的目的地位置信息。

可以想到的是，整個無人機群可以執(zhí)行的相同的投遞任務，比如：可以同時相同一個位置地點投放物品，也可以分別執(zhí)行將物品投放到不同的位置地點，因此無人機群可以根據(jù)需要控制群內(nèi)的無人機執(zhí)行相應的任務。

步驟102、各個無人機根據(jù)所述當前位置信息和所述目標位置信息確定各自的飛行方向。

當各個無人機獲取到目標位置信息后，分別根據(jù)其當前位置信息計算飛行至目標位置的飛行方向。

具體的，本步驟中無人機根據(jù)所述當前位置信息和所述目標位置信息確定飛行方向的方法包括：

將各個無人機當前位置信息中包含的gps坐標和其所對應的目標位置信息所包含的gps坐標進行連線，以該連線方向作為飛行方向。

步驟103、各個無人機根據(jù)所述當前位置信息、所述目標位置信息及所述攝像頭的拍攝角度，確定所述無人機需要飛行的飛行距離。

各個無人機根據(jù)當前位置信息和其各自所對應的目標位置信息，以及各個無人機上安裝的攝像頭的拍攝角度，計算該無人機所需要飛行的飛行距離。

具體的，本步驟中通過以下公式確定各個所述無人機所需飛行的飛行距離:

s＝(2×m×n×tana)/(p×sinb)；

其中：s為飛行距離、m為目標位置中包含的空間橫坐標、n為無人機的當前位置與地面的垂直高度、a為安裝在無人機正下方的攝像頭水平視角的半角、p為空間坐標系的橫軸長度，b為第一直線與第二直線之間的夾角，所述第一直線為從攝像頭出發(fā)豎直向下的直線，所述第二直線為：從所述攝像頭出發(fā)，水平方向上與所述攝像頭在橫軸方向上的視線范圍線段中的中點所構成的直線。

具體的，上述公式中的坐標為空間坐標系的三維空間坐標，其中攝像頭為安裝在無人機正下方的攝像頭。

步驟104、監(jiān)控臺根據(jù)無人機群中各個無人機所確認的飛行方向及飛行距離，規(guī)劃無人機群協(xié)作任務序列和自動生成各個無人機所對應的導航路徑。

當各個所述無人機根據(jù)上述步驟中計算出的飛行方向和飛行距離后，則監(jiān)控臺根據(jù)獲取的每個無人機的預飛行方向和飛行距離，規(guī)劃整個無人機群內(nèi)的無人機的任務序列，為無人機飛行的順序進行規(guī)劃，避免無人機之間發(fā)生航路在同一時間上重疊的情況發(fā)生，確定好整個無人機組的導航路徑。

具體的，所述任務序列包括：按照時間進行排序分類的：并行任務序列、串行任務序列和串并混合任務序列；

所述并行任務序列為無人機群中的全部無人機同時發(fā)起作業(yè)任務；

所述串行任務序列為無人機群中的各個無人機每隔預定時間依次發(fā)起作業(yè)任務；

所述串并混合任務序列為無人機群中的無人機之間同時含有同步發(fā)起作業(yè)任務和每隔預定時間發(fā)起作業(yè)兩種類型的任務排序。

也即是，根據(jù)需要所述無人機組內(nèi)的無人機可以依次飛行執(zhí)行相應的任務，也可以同時執(zhí)行相應的任務，也可以采取既有同時執(zhí)行作業(yè)的無人機組，也有不同時間段執(zhí)行不同投遞任務的無人機組。

所述監(jiān)控臺根據(jù)快遞簽收的預約時間、無人機飛行途中所需時間及各個無人機之間的無障礙飛行導航路徑對所述任務序列進行規(guī)劃。

可以想的是，監(jiān)控平臺所規(guī)劃無人機群的任務序列和自動生成各個無人機所對應的導航路徑是根據(jù)具體的快件投遞要求來對整個無人機群內(nèi)的無人機飛行進行整合控制的，但是總控制器僅僅是對低空內(nèi)無人機的飛行進行控制以及根據(jù)接收到的無人機傳輸?shù)男畔ζ溥M行飛行狀態(tài)監(jiān)控，當無人機處于高空飛行時，其飛行路徑是根據(jù)預置的導航路線來實現(xiàn)的。

步驟105、各個無人機根據(jù)所述任務序列和所述導航路徑飛行至執(zhí)行投遞任務的目標位置，并在抵達目標位置后，對快遞物品進行投遞。

當飛機在執(zhí)行飛行任務的過程中，各個無人機實時利用攝像頭發(fā)送采集到的周圍場景視頻畫面到監(jiān)控臺；

監(jiān)控臺根據(jù)接收到的場景視頻畫面實時對各個無人機的飛行狀態(tài)進行監(jiān)控，當發(fā)生無人機飛行狀態(tài)異常，則發(fā)出異常提示信息，從而實現(xiàn)對每個快遞的詳細情況進行了解，若出了意外可以及時發(fā)現(xiàn)，并給出解決方案。

具體的，上述飛行狀態(tài)異常包括：無人機墜落、無人機失去動力或者無人機遭到碰撞導致偏離預設導航路徑。

各個無人機在對快遞物品進行投遞的步驟中還包括：

獲取目標位置的景物圖像；

對所述景物圖像中的物品特征進行識別；判斷識別出的物品特征是否含有與降落墊的物品特征相同的物品；

若含有，則將景物圖像中識別出的降落墊所在位置作為準確的快遞投遞點，對物品進行投遞；

所述物品特征包括：形狀及顏色。

為了避免快遞物品從無人機上投遞時被摔壞，在目標位置通過設置降落墊為物品減震，因此當無人機處于目標位置上空時，可以自動對目標位置的景物進行識別，準確判斷出降落墊所在位置，并根據(jù)判斷出的降落墊位置對快遞物品進行投遞。

進一步的，無人機群在執(zhí)行飛行任務時，可能會發(fā)生意外情況，為了得到更好的控制，各個無人機根據(jù)所述任務序列及導航路徑飛行至對應目標位置的途中，使用傳感器實時采集飛行數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)所述飛行數(shù)據(jù)信息判斷是否存在飛行變化因素；若存在飛行變化因素，則根據(jù)當前各個無人機所采集的飛行數(shù)據(jù)信息和各個無人機所對應的目標位置信息，重新規(guī)劃出無人機群的任務序列，重新確認無人機群中各個無人機的導航路徑；各個無人機根據(jù)重新確認的導航路徑飛行至目標位置；

具體的，所述方法中所述位置數(shù)據(jù)信息包括：無人機飛行速度、無人機當前所在位置的gps坐標和無人機當前飛機的飛行方向。

所述飛行變化因素為：無人機的目標位置信息發(fā)生變更、無人機飛行出現(xiàn)異常，或者無人機之間存在碰撞風險。

也即是，當無人機群中有無人機出現(xiàn)飛行異常，需要返回，或者可能會存在碰撞風險時，則監(jiān)控臺對無人機群內(nèi)的無人機任務序列及導航路徑進行重新規(guī)劃，每個無人機生成新的導航路徑。

較佳的，在上述方法中，為了避免各個無人機在飛行中途出現(xiàn)電量不足的情況，所述方法中還可以包括步驟：

各個無人機在飛行過程中利用電流傳感器實時檢測電量，若電量低于預置電量值，則將距離該無人機最近的充電基站作為中途點；重新規(guī)劃該無人機的導航路徑，并根據(jù)重新規(guī)劃出的重置導航路徑，重置無人機群內(nèi)無人機的任務序列，確認無人機群中各個無人機的重置導航路徑，各個無人機根據(jù)重置導航路徑飛行至目標位置。

具體在實施過程中，可以通過實時檢測無人機的電量值避免發(fā)生由于電量低無法實現(xiàn)無人機完成任務的情況發(fā)生。當檢測到無人機電量值低于預置的電量值后，則可以查找與當前位置最近的無人機充電基站，并在無人機充電基站充電完成后，再繼續(xù)飛行至目標位置，因此無人機需要首先飛行至無人機充電基站，充電完成后，計算以無人機充電基站為起點、以目標位置為終點重置導航路徑至目標位置。

為了實現(xiàn)快速充電，還可以設置：

各個無人機在飛到無人機充電基站后，通過底部攝像頭進行圖像識別，瞄準充電接口，并且在無人機底部設置有磁鐵接口，無人機充電基站的充電接口附近也設置有磁鐵接口，用來準確對準充電接口。

優(yōu)選的，當無人機飛行至無人機充電基站，嘗試充電時可以通過底部設置的攝像頭進行圖像識別實現(xiàn)充電接口的接入，具體的，所述充電接口底部設置有磁鐵接口，無人機充電接口也同樣設置有磁鐵接口，且兩個磁鐵接口之間的極性相反，從而便于充電接口的接入。

所述方法中還包括步驟：

各個無人機在飛行過程中不斷進行數(shù)據(jù)廣播，判斷是否收到來自其他無人機返回的回應信息；

如果收到回應信息，根據(jù)該回應信息與該回應無人機建立通訊連接；

建立通訊連接的無人機之間互相交換自身的導航信息，并根據(jù)對方的導航信息判斷存在相撞風險；

若存在相撞風險則自動調(diào)整高度。

具體的，無人機在飛行過程中發(fā)送數(shù)據(jù)廣播，根據(jù)其他無人機返回的所述數(shù)據(jù)廣播的回應信息，獲取感知該回應無人機的相關信息，并建立與該無人機之間的通訊連接，基于所述通訊連接獲取該回應無人機當前的位置信息，并將該回應無人機的當前位置信息及其飛行方向與無人機當前所在位置及飛行方向進行計算，判斷是否存在相撞風險，若有則自動調(diào)整飛行高度，規(guī)避相撞風險。

為了對本發(fā)明所公開的導航控制方法做更進一步的說明，下面對具體實施例進行解釋。

當使用本發(fā)明所公開的方法進行無人機群的快遞投遞進行導航控制時，主要含有以下步驟：

步驟h1、首先確認群內(nèi)的每個無人機均與控監(jiān)控臺建立通訊連接，監(jiān)控臺可以通過每個無人機所具有的唯一標識，例如：各個無人機通訊模塊的id來對群內(nèi)的無人機進行識別，并可以通過通信網(wǎng)絡，發(fā)送控制指令到各個無人機所對應的控制器，通過控制器實現(xiàn)對各個無人機的控制。

步驟h2、各個無人機確認執(zhí)行投遞任務所要抵達的目標位置信息，所述目標位置信息為一固定位置，各個無人機所抵達的目標位置可以為同一個，也可以是不同的。

步驟h3、根據(jù)所述目標位置信息和各個無人機當前的位置信息，計算各個無人機飛行至所述目標位置所需要的飛行方向和飛行時間。

步驟h4、根據(jù)計算出的飛行方向和飛行時間，控制平臺規(guī)劃無人機群的任務序列和自動生成各個無人機所對應的導航路徑。

步驟h5、各個無人機根據(jù)所述導航路徑執(zhí)行飛行任務，且在飛行過程中，實時檢測電量，實時發(fā)送數(shù)據(jù)廣播，判斷是否與其他無人機之間存在碰撞風險，若電量低，則查找附近的無人機充電站，進行充電，若存在碰撞風險，則調(diào)整飛行高度。

以及，各個無人機飛行過程中，根據(jù)其傳感器采集到的飛行數(shù)據(jù)判斷各個無人機是否發(fā)生異常，若有，則控制調(diào)整其有預設的導航路徑保持一致(預設的導航路徑也即是上述步驟中計算出的飛行方向和飛行距離)，若不一致，則控制偏離的無人機飛行至預設導航路徑。

步驟h6，飛行至目標位置的各個無人機實時采集周圍場景的圖像，并將圖像及自身的位置數(shù)據(jù)信息發(fā)送至監(jiān)控臺，監(jiān)控臺對接收到的圖像進行監(jiān)控，判斷無人機的飛行是否發(fā)生異常。若某個無人機的飛行狀態(tài)出現(xiàn)異常，則重新規(guī)劃無人機群的任務序列及導航路徑。

步驟h7、當無人機抵達快遞投送地點后，則對目標位置上預先放置的降落墊進行識別，并根據(jù)識別出的降落墊所在位置，對快遞物品進行投放。

本發(fā)明公開了一種無人機群的快遞投送方法，通過無人機群中的各個無人機確定當前位置信息和執(zhí)行投遞任務的目標位置信息，各個無人機根據(jù)所述當前位置信息和所述目標位置信息確定各自的起飛軌道及飛行方向；各個無人機根據(jù)所述當前位置信息、所述目標位置信息及所述攝像頭的拍攝角度，確定所述無人機需要飛行的飛行距離；監(jiān)控臺根據(jù)無人機群中各個無人機所確認的飛行方向及飛行距離，規(guī)劃無人機群協(xié)作任務序列和自動生成各個無人機所對應的導航路徑；各個無人機根據(jù)所述任務序列和所述導航路徑飛行至執(zhí)行投遞任務的目標位置，并在抵達目標位置后，對快遞物品進行投遞。本發(fā)明所公開的快遞投遞方法，通過監(jiān)控臺預先對整個無人機群內(nèi)的航行路線進行規(guī)劃，確保了協(xié)同作業(yè)的順利進行，為使用多個無人機之間的協(xié)同作業(yè)執(zhí)行多項任務提供了保障。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。