[发明专利]一种基于无人机及移动地面平台的封闭生活区智能物资配送系统

权利要求书

1.一种基于无人机及移动地面平台的封闭生活区智能物资配送系统，其特征在于，该封闭生活区智能物资配送系统包括无人机和移动地面平台；

无人机设有定位系统、环境感知系统、第一控制系统和第一物品贮存机构；环境感知系统扫描周围环境，将周围环境和障碍物数据传入第一控制系统，第一控制系统结合定位系统的数据信息运行无人机路径规划算法，规划无人机的飞行路径，使无人机到达用户设定的目的地；第一物品贮存机构用于存储应急物资；

移动地面平台包括第二物品贮存机构、物品传递机构和第二控制系统；第二物品贮存机构用于存储应急物资，并设有光电传感器和压力传感器分别检测应急物资的有无和重量；物品传递机构将应急物资传递给无人机的第一物品贮存机构；第二控制系统完成移动地面平台的驾驶以及与无人机的对接；第二控制系统接收到来自无人机的起飞请求信号后，控制物品传递机构将第二物品贮存机构中的应急物资传递至无人机的第一物品贮存机构，随后向无人机发送起飞信号；第二控制系统接收到来自无人机的降落请求信号后，将保持静止或低速运动直至无人机成功降落，随后控制物品传递机构回收无人机的第一物品贮存机构的剩余物品。

2.根据权利要求1所述的基于无人机及移动地面平台的封闭生活区智能物资配送系统，其特征在于，所述定位系统包括GPS导航模块、视觉惯性里程计、光流传感器和测距模块；定位系统的数据信息包括无人机的三维坐标、俯仰角、偏航角和滚转角；室外场景下，定位系统从GPS导航模块和视觉惯性里程计获取数据计算定位系统的数据信息；室内场景下，定位系统从视觉惯性里程计、光流传感器和测距模块获取数据并融合获得定位系统的数据信息。

3.根据权利要求1所述的权利要求1所述的基于无人机及移动地面平台的封闭生活区智能物资配送系统，其特征在于，所述第一控制系统包括惯性测量单元和机载计算机；机载计算机捕获环境感知系统的输入信息，将其与定位系统的数据信息和惯性测量单元的数据信息融合后存入缓冲区中，通过对比缓冲区中前几帧的内容与当前的输入信息估算出环境可能的变化，从而规划出一条最优或次优的可行路径并向第一控制系统发送控制信息。

4.根据权利要求3所述的基于无人机及移动地面平台的封闭生活区智能物资配送系统，其特征在于，所述惯性测量单元包括运动跟踪器件、电子罗盘器件、气压传感器、微控制器和印刷电路板；微控制器分别与运动跟踪器件、电子罗盘器件、气压传感器进行SPI通信，获取无人机原始姿态和高度数据；微控制器与第一控制系统进行串口通信，输出经过卡尔曼滤波处理的有效数据。

5.根据权利要求1所述的基于无人机及移动地面平台的封闭生活区智能物资配送系统，其特征在于，所述无人机路径规划算法在每个时间步内，通过自身外部激光、GPS传感器接收并估算环境信息与无人机当前位置信息，根据此环境信息与位置信息，算法依据距目标点距离与碰撞与否确定一系列设定阈值内的控制点，并每隔若干控制点拟合若干段样条曲线，通过计算出下一时刻无人机沿样条曲线以若干可能的速度和方向飞行的代价值，选择代价值最小的路径，并优化为分段的四阶样条曲线及飞行速度和方向作为下一时刻无人机的飞行决策；上述路径代价值计算公式为：

其中，ω_t、ω_obj分别为时间代价与碰撞代价的权重；当路径点与障碍物发生碰撞时，1^obj为1，否则为0；

上述分段四阶样条曲线优化的约束条件公式为：

其中，t为时刻，表示第k段四阶样条曲线，p^*_k表示路径第k段，和p^*_k(t)均为无人机位置关于时间的表达式。

6.根据权利要求2所述的基于无人机及移动地面平台的封闭生活区智能物资配送系统，其特征在于，所述视觉惯性里程计为双目鱼眼相机，通过减震机构与无人机连接。