无人机的自动对准系统及航标灯装卸设备的制作方法

本技术涉及交通运输，尤其是一种无人机的自动对准系统及航标灯装卸设备。

背景技术：

1、航标灯是海运航行中的重要导航设备，航标灯安装在浮筒上，由于受到使用环境的影响，航标灯容易出现各种故障而需要维修，而维修就需要对灯器进行拆卸和安装。

2、传统的航标灯，通常是通过螺栓和螺丝固定在浮筒上，当需要进行维修装卸（安装与拆卸）时，一般是采用人工方式操作，这种方式维修效率低，安全风险大。

3、随着无人机技术的迅速发展，在航标灯结构设计中，出现了较多利用无人机来装卸航标灯的技术，这种技术通过对航标灯的结构进行特定设计，配合无人机作为载台来转运航标灯并进行自动化装卸，极大地提升了装卸效率。如公开号为“cn121589575a”的中国专利申请，其利用机械结构来安装拆卸航标灯，这种技术主要依赖于机械结构来进行拆卸安装，操作较为复杂，容易受到风浪环境的影响。又如公开号为“cn120557602a”的中国专利申请，其利用电磁吸附方式来调运航标灯，并利用电磁插销来锁紧航标灯；本技术的发明人发现，该技术方案主要通过磁性开关接通航标灯灯体内部的电源模块向电磁插销提供电源来进行解锁，然而航标灯的故障中，很大一部分都是属于电源故障，当航标灯灯体内部的电源模块出现故障或者无法提供足够电源时，采用该技术方案时，电磁插销无法产生吸力将金属销柱吸入航标灯灯体内，导致航标灯无法与浮筒脱离，直接导致航标灯拆卸失败，影响了航标灯自动装卸的成功率。另外，在航标灯安装与拆卸过程中，也有必要提升航标灯装卸设备的抗干扰能力以确保实现精确对准。

技术实现思路

1、为了解决上述缺陷之一，本技术提供一种无人机的自动对准系统及航标灯装卸设备，以提升航标灯的自动装卸成功率。

2、一种无人机的自动对准系统；包括：机载视觉单元、计算单元和飞控单元；

3、所述机载视觉单元用于拍摄待对准对象的实时图像；

4、所述计算单元配置为根据所述实时图像跟踪设置在所述待对准对象上的特征标识，根据所述特征标识实时修正无人机与待对准对象的偏差并实时输出姿态控制参数；其中，所述待对准对象为航标灯和/或浮筒；

5、所述飞控单元配置为将无人机导航至待对准对象的目标区域，并根据所述姿态控制参数控制无人机进行飞行。

6、在一些实施例中，所述计算单元配置为执行如下步骤：

7、根据实时图像并利用视觉搜索算法快速识别并定位到待对准对象上预设的特征标识，结合目标检测与跟踪算法进行实时解算与姿态补偿修正无人机与待对准对象的偏差，实时输出姿态控制参数。

8、在一些实施例中，所述计算单元配置为执行如下步骤：

9、根据所述实时图像进行实时解算，计算无人机中心与待对准对象的中心的像素偏差；

10、判断所述像素偏差是否大于设定阈值，若是，动态计算无人机姿态修正的姿态控制参数，否则输出保持当前垂直悬停状态的姿态控制参数；

11、若跟踪所述特征标识出现目标丢失，重新所述实时图像跟踪待对准对象上的特征标识。

12、在一些实施例中，所述计算单元配置为执行如下步骤：

13、s101，根据实时图像进行实时解算，读取每帧实时图像来计算航标灯或浮筒的中心的像素偏差。

14、s102，判断像素偏差是否大于设定阈值？若是，执行步骤s103，否则，执行步骤s104；

15、步骤s103，动态计算无人机姿态修正的姿态控制参数；

16、步骤s104，输出保持当前垂直悬停状态的姿态控制参数；

17、步骤s105，判断跟踪特征标识出现目标丢失是否丢失？若是，执行步骤s106，否则，返回执行步骤s101，读取下一帧实时图像进行计算；

18、步骤s106，重新根据实时图像跟踪航标灯或浮筒上的特征标识。

19、在一些实施例中，所述特征标识包括：内外双层嵌套的aruco码；其中，外层的aruco码大码用于无人机在高空进行远距离搜索和大范围的快速粗定位，内层的aruco码小码用于无人机低空悬停阶段进行中心基准对准。

20、在一些实施例中，所述aruco码设于浮筒上以及设于航标灯上；采用多aruco码嵌套标识设计，外层的4个aruco码大码用于无人机在高空进行远距离搜索，实现大范围的快速粗定位，引导无人机接近目标；

21、内层的2个aruco码小码负责精准位姿解算，用于无人机低空悬停阶段，提供精准的中心基准。

22、在一些实施例中，所述机载视觉单元包括集成单目摄像头与计算模块；

23、所述无人机采用四旋翼的无人机；

24、所述计算单元配置为采用改进yolov8检测算法；

25、所述飞控单元采用pixhawk 4飞控系统，对无人机进行实时姿态进行修正、飞行控制以及实时调整姿态。

26、上述实施例的无人机的自动对准系统，可以精准地控制对接过程，提升了航标灯拆装的准确性和稳定性。

27、一种航标灯装卸设备，用于装卸航标灯，包括：无人机，吊挂在无人机下的电磁力装置，设于浮筒上方的灯器接口；

28、所述包括：灯体，设于灯体顶部灯罩，围绕灯罩周围设置的金属圆环，设于灯体底部的安装座，以及设于安装座中的多个电磁锁；

29、所述金属圆环与吊挂在无人机下的电磁力装置相匹配设计，所述电磁力装置为圆环柱体结构设计，所述电磁力装置通电时吸附金属圆环，断电时分离；

30、所述安装座与安装在浮筒上的灯器接口相匹配设计，在所述电磁力装置吸附金属圆环时，所述电磁锁的锁芯插销压缩弹簧并收回，安装座与灯器接口进行解锁，在断电时弹簧将锁芯插销弹出将安装座与灯器接口进行锁紧；

31、所述无人机包括所述的无人机的自动对准系统。

32、在一些实施例中，所述安装座包括：连接于灯体底部的倒锥体；

33、所述电磁锁沿着倒锥体的腰部位置分布设置；

34、所述灯器接口包括：设于浮筒上部的圆锥体；

35、所述圆锥体的腰部设有环形凹槽，用于卡住所述电磁锁的锁芯插销以锁紧安装座与灯器接口；

36、所述倒锥体的顶点位置处设置有第一压力开关；其中，所述第一压力开关在常态下接通，在挤压时断开。

37、上述实施例的航标灯装卸设备，航标灯的安装座包括了连接于灯体底部的倒锥体，灯器接口包括了设于浮筒上部的圆锥体，通过倒锥体与圆锥体匹配设计，在无人机下降过程中，圆锥体能够准确滑入到倒锥体中，简化了对接过程，减少安装时间，提升了安装成功率和效率。

38、在一些实施例中，所述第一压力开关通过线路连接设于灯体顶部上方的两个插孔端子；

39、所述电磁力装置下方还设有与所述两个插孔端子匹配的两个插针；其中，所述两个插针连接在无人机电源对电磁力装置和逆变电路的供电线路上；

40、在安装航标灯时，所述插针插入所述插孔端子中，将无人机电源接通至电磁力装置；当所述圆锥体尖端滑入倒锥体的顶点位置并挤压所述第一压力开关时，触发所述第一压力开关断开无人机电源向电磁力装置和逆变电路的供电；无人机返程飞离时，将所述插针从插孔端子中拔离。

41、在一些实施例中，所述的航标灯装卸设备，还包括：设置在所述金属圆环外围的卡环；其中，所述卡环通过多根设定高度的支柱连接至灯体顶部上；

42、所述电磁力装置圆周分布多个双线圈的电磁推杆，所述电磁推杆在水平方向上进行伸缩运动，推杆在向外伸出时用于卡住卡环；

43、所述电磁力装置底部还设有第二压力开关，所述电磁推杆通过第二压力开关连接无人机电源；

44、当所述第二压力开关被挤压时，所述电磁推杆的推杆向外推出，当所述第二压力开关未被挤压时，所述电磁推杆的推杆向内收回。

45、上述实施例的航标灯装卸设备，航标灯通过在倒锥体的顶点位置处设置第一压力开关，在挤压时断开，在圆锥体尖端滑入倒锥体的顶点位置并挤压第一压力开关时，瞬间触发断开无人机电源向电磁力装置的供电，由此避免使用遥控器等控制方式无法准确把握无人机与航标灯的分离时机缺陷，避免受到周围恶劣风浪环境影响，提升了航标灯拆装的安全性和稳定性。

46、一种基于无人机装卸的航标灯，包括：灯体，设于灯体顶部灯罩，围绕灯罩周围设置的金属圆环，设于灯体底部的安装座，以及设于安装座中的多个电磁锁；

47、所述金属圆环与吊挂在无人机下的电磁力装置相匹配设计，所述电磁力装置为圆环柱体结构设计，所述电磁力装置通电时吸附金属圆环，断电时分离；

48、所述电磁力装置的前端外围还设有第一感应线圈，所述金属圆环周围还设有第二感应线圈；其中，所述第一感应线圈通过逆变电路连接无人机电源，所述第二感应线圈通过整流电路连接所述电磁锁；所述逆变电路将无人机电源转换为交流电并输出至第一感应线圈产生交变磁场，所述第二感应线圈感应所述交变磁场输出交流电，并通过整流电路得到直流电源向所述电磁锁进行供电；

49、所述安装座与安装在浮筒上的灯器接口相匹配设计，在所述电磁力装置吸附金属圆环时，所述电磁锁的锁芯插销压缩弹簧并收回，安装座与灯器接口进行解锁，在断电时弹簧将锁芯插销弹出将安装座与灯器接口进行锁紧。

50、在一些实施例中，所述的基于无人机装卸的航标灯，还包括：连接在所述整流电路与电磁锁之间的电压开关电路；

51、所述电压开关电路用于检测所述整流电路的输出电压，当输出电压大于或等于设定电压阈值时进行导通；其中，所述设定电压阈值为所述电磁力装置与金属圆环接合时所述整流电路的输出电压。

52、在一些实施例中，所述安装座包括：连接于灯体底部的倒锥体；

53、所述电磁锁沿着倒锥体的腰部位置分布设置；

54、所述灯器接口包括：设于浮筒上部的圆锥体；

55、所述圆锥体的腰部设有环形凹槽，用于卡住所述电磁锁的锁芯插销以锁紧安装座与灯器接口。

56、在一些实施例中，所述倒锥体的顶点位置处设置有第一压力开关；其中，所述第一压力开关在常态下接通，在挤压时断开；

57、所述第一压力开关通过线路连接设于灯体顶部上方的两个插孔端子；

58、所述电磁力装置下方还设有与所述两个插孔端子匹配的两个插针；其中，所述两个插针连接在无人机电源对电磁力装置和逆变电路的供电线路上；

59、在安装航标灯时，所述插针插入所述插孔端子中，将无人机电源接通至电磁力装置；当所述圆锥体尖端滑入倒锥体的顶点位置并挤压所述第一压力开关时，触发所述第一压力开关断开无人机电源向电磁力装置和逆变电路的供电；无人机返程飞离时，将所述插针从插孔端子中拔离。

60、在一些实施例中，所述的基于无人机装卸的航标灯，还包括：设置在所述金属圆环外围的卡环；其中，所述卡环通过多根设定高度的支柱连接至灯体顶部上；

61、所述电磁力装置圆周分布多个双线圈的电磁推杆，所述电磁推杆在水平方向上进行伸缩运动，推杆在向外伸出时用于卡住卡环；

62、所述电磁力装置底部还设有第二压力开关，所述电磁推杆通过第二压力开关连接无人机电源；

63、当所述第二压力开关被挤压时，所述电磁推杆的推杆向外推出，当所述第二压力开关未被挤压时，所述电磁推杆的推杆向内收回。

64、在一些实施例中，所述的基于无人机装卸的航标灯，在拆卸航标灯时，控制无人机飞行至航标灯上方，将电磁力装置对准航标灯的灯体顶部并进行对接，当电磁力装置与灯体顶部对接完成时，接通无人机电源向电磁力装置通电吸附金属圆环，同时，无人机电源通过逆变电路、第一感应线圈、第二感应线圈和整流电路向电磁锁供电使得锁芯插销收回，航标灯的安装座与灯器接口分离，无人机将航标灯转运至指定位置；

65、在安装航标灯时，将电磁力装置置于航标灯的灯体顶部上，接通无人机电源向电磁力装置通电吸附金属圆环，同时，无人机电源通过逆变电路、第一感应线圈、第二感应线圈和整流电路向电磁锁通电使得锁芯插销收回；控制无人机将航标灯转运至浮筒上方，将安装座对准灯器接口并进行对接，当安装座与灯器接口对接完成时，断开无人机电源向电磁力装置的供电使得电磁力装置与金属圆环分离，同时，无人机电源断开向电磁锁的供电使得锁芯插销弹出，将安装座与灯器接口进行锁紧。

66、一种航标灯装卸设备，用于装卸所述的基于无人机装卸的航标灯；该航标灯装卸设备包括：无人机，吊挂在无人机下的电磁力装置，设于浮筒上方的灯器接口。

67、上述实施例的技术方案，设计了包括灯体，设于灯体顶部灯罩，围绕灯罩周围设置的金属圆环，设于灯体底部的安装座，以及设于安装座中的多个电磁锁的航标灯；金属圆环与吊挂在无人机下的电磁力装置相匹配设计，电磁力装置为圆环柱体结构设计，电磁力装置通电时吸附金属圆环，断电时分离；电磁力装置的前端外围还设有第一感应线圈，所述金属圆环周围还设有第二感应线圈；第一感应线圈通过逆变电路连接无人机电源，第二感应线圈通过整流电路连接电磁锁；逆变电路将无人机电源转换为交流电并输出至第一感应线圈产生交变磁场，第二感应线圈感应所述交变磁场输出交流电，并通过整流电路得到直流电源向电磁锁进行供电；安装座与安装在浮筒上的灯器接口相匹配设计，在电磁力装置吸附金属圆环时，电磁锁的锁芯插销压缩弹簧并收回，安装座与灯器接口进行解锁，在断电时弹簧将锁芯插销弹出将安装座与灯器接口进行锁紧；该技术方案，使用无人机电源来向电磁锁提供电源，在航标灯电源发生故障时，依然能够进行有效的拆卸，提升了航标灯的自动装卸成功率。

68、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。