CN106532818A - 一种旋翼无人机自主续航充电桩及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋翼无人机自主续航充电桩及其方法，该充电桩包括方形底座，其中央设有无线充电装置，其四个角上设有二维码扫描枪和信号发射器，其四边设有三角形盖板，其内部设有供电电源和用于控制上述设备的控制器。本发明的方法为当无人机检测到自身电量不足后，寻找到最近的充电桩，充电桩对无人机进行二维码识别，识别成功后盖板打开，无人机降落于方形底座上，充电桩对无人机进行充电，同时盖板合上对无人机进行保护；当无人机充满电或所充电量满足剩余飞行任务需求时停止充电，盖板打开，无人机继续完成剩余任务，盖板闭合。本发明实现了无人机在电量不足的情况下自主寻找充电站进行充电，使无人机的续航时间大大加长。

Description

一种旋翼无人机自主续航充电桩及其方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体而言，涉及一种旋翼无人机自主续航充电桩及其方法。

背景技术

旋翼无人机作为一种新型的无人机近年来发展极其迅速。旋翼无人机所特有的悬停及垂直起降能力在测绘、电力巡检、环境监测、农业保险、灾后救援、边境高频巡航等有着突出的技术优势。但是，现有旋翼无人机因续航能力差等原因并没有快速地发展。

续航能力最关键的是取决于电池的容量。不过目前，理论上重量为300g的锂电池只能让500g的无人机飞行17分钟。而氢燃料电池、太阳能电池等也受制于现有的技术水平和制造成本的因素，暂时还无法普及。

为了提高航程，人们不断提出各种各样改进的旋翼无人机电池及用电效率更高的电机。例如，采用增加蓄电量的方法能提高无人机航程，但这种方法的缺点是在增加蓄电量的同时，无人机的负载也明显增加，航程提高并不明显。由此可见，如何有效提高旋翼无人机的续航里程已经是一个本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为了弥补现有无人机续航能力不足的问题，本发明旨在提供一种旋翼无人机自主续航充电桩及其方法，实现无人机在电量不足的情况下自主寻找充电站进行充电，使无人机的续航时间大大加长。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种旋翼无人机自主续航充电桩，包括一个供旋翼无人机降落的方形底座，所述方形底座的四边分别设置有一块可开合的三角形盖板，四块所述三角形盖板闭合后可形成一个用于保护所述旋翼无人机的金字塔型上盖；所述方形底座的四个角上分别设置有一根伸缩杆，每根所述伸缩杆上均设置有一个用于识别所述旋翼无人机机身二维码的二维码扫描枪以及一个用于向所述旋翼无人机反馈可充电信号的信号发射器；所述方形底座上设置有用于供所述旋翼无人机充电的无线充电装置，所述无线充电装置上设置有用于监测所述旋翼无人机电池电量的电量监测设备；所述方形底座的内部设置有一个控制器，所述控制器分别与所述无线充电装置、所述三角形盖板、所述二维码扫描枪以及供电电源连接。

进一步的，所述三角形盖板与所述方形底座之间通过铰链实现连接。

进一步的，所述方形底座的上表面设置有用于避免所述旋翼无人机打滑的凸起颗粒。

进一步的，所述供电电源的电能来源方式为太阳能充电方式或电网充电方式。

进一步的，当所述供电电源的电能来源方式为太阳能充电方式时，所述三角形盖板的外表面设置有为所述供电电源充电的太阳能板。

进一步的，所述的电网充电方式包括无线充电方式或有线充电方式。

进一步的，所述二维码扫描枪可识别的二维码包括PDF417码、QR码和GM码。

进一步的，所述充电桩上安装有避雷针。

一种旋翼无人机自主续航方法，包括以下步骤：

步骤1）当旋翼无人机在飞行途中电量不足时，旋翼无人机随即通过GPS导航到达最近的充电桩附近，然后悬停在充电桩上方；

步骤2）控制器控制伸缩杆带动二维码扫描枪向上升起，二维码扫描枪对喷涂在旋翼无人机机身正下方的二维码进行捕捉，并将捕捉后的二维码传送至控制器进行识别；

步骤3）当控制器识别出所捕捉到的二维码，且确认旋翼无人机的身份信息后，控制器通过信号发射器向旋翼无人机反馈可充电信号；

步骤4）控制器控制充电桩的四块三角形盖板展开，旋翼无人机通过自身飞控***调整飞行姿态，安全降落在充电桩的方形底座上，方形底座上的无线充电装置对旋翼无人机进行充电；

步骤5）开始充电的同时，控制器控制四块三角形盖板闭合，将旋翼无人机完全包裹在充电桩中，防止旋翼无人机在充电过程中受到环境因素影响或者被盗；

步骤6）在充电过程中，电量监测设备实时监测充电电量，并将实时监测到的电量信号发送给控制器，控制器联合GPS***测定旋翼无人机剩余飞行路线并计算该段路线所需要的电量；

步骤7）当控制器一旦监测旋翼无人机充满电或者计算出当前所充电量足够维持剩余航行任务时，控制器随即通过信号发射器向旋翼无人机发射充电完毕的信号；

步骤8）充电完毕后，控制器立即控制四块三角形盖板再次展开，旋翼无人机自动启动继续巡航模式，从方形底座上平稳起飞，按原有的既定航线飞行完成剩余任务；

步骤9）待旋翼无人机飞离充电桩后，控制器控制四块三角形盖板再次闭合，等待下一次的充电任务。

本发明的有益效果是：

本发明拟在无人机巡逻航线上建设适量的充电桩（类似汽车加油站），无人机可在电量不足的情况下自主寻找充电站进行充电，弥补了目前无人机续航能力不足的问题。

2、本发明的充电桩盖板能够在充电时闭合，形成一个金字塔型的罩子，可以有效保护充电桩不受风霜雨雪自然环境、人为因素的影响以及无人机充电过程防盗问题。

3、在无人机充电前充电桩利用二维码扫描枪对无人机进行二维码识别，不仅可以有效确认无人机的身份信息，而且有效避免了不同厂商的无人机误闯的问题。

4、本发明的充电桩底座上的凸起颗粒可以防止无人机在充电过程中发生打滑，保障了无人机的安全。

5、本发明的充电桩可以在无人机充电时准确掌握充电电量并结合GPS***精确计算出无人机剩余航程所需的电量，一旦发现充电电量足够满足剩余航程需求，立刻停止充电，这样可以大大延长充电桩的使用寿命，减少后期维护成本。

6、本发明的充电桩通过结合GPS***精准定位，使得无人机自主充电变得简单可靠，让无人机工作效率大大增加，具有广阔的应用前景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明充电桩的立体结构图；

图2为本发明充电桩盖板打开时的俯视图；

图3为本发明充电桩的电气图。

图中标号说明：1、方形底座；2、三角形盖板；3、伸缩杆；4、二维码扫描枪；5、信号发射器；6、无线充电装置；7、电量监测设备；8、控制器；9、供电电源；10、旋翼无人机。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1-3所示，一种旋翼无人机自主续航充电桩，包括一个供旋翼无人机10降落的方形底座1，所述方形底座1的四边分别设置有一块可开合的三角形盖板2，四块所述三角形盖板2闭合后可形成一个用于保护所述旋翼无人机10的金字塔型上盖；所述方形底座1的四个角上分别设置有一根伸缩杆3，每根所述伸缩杆3上均设置有一个用于识别所述旋翼无人机10机身二维码的二维码扫描枪4以及一个用于向所述旋翼无人机10反馈可充电信号的信号发射器5；所述方形底座1上设置有用于供所述旋翼无人机10充电的无线充电装置6，所述无线充电装置6上设置有用于监测所述旋翼无人机10电池电量的电量监测设备7；所述方形底座1的内部设置有一个控制器8，所述控制器8分别与所述无线充电装置6、所述三角形盖板2、所述二维码扫描枪4以及供电电源9连接。

进一步的，所述三角形盖板2与所述方形底座1之间通过铰链实现连接。

进一步的，所述方形底座1的上表面设置有用于避免所述旋翼无人机10打滑的凸起颗粒。

进一步的，所述供电电源9的电能来源方式为太阳能充电方式或电网充电方式。

进一步的，当所述供电电源9的电能来源方式为太阳能充电方式时，所述三角形盖板2的外表面设置有为所述供电电源9充电的大功率太阳能板，正午阳光下只靠太阳光可快速充满，太阳能板也可按需扩充。

进一步的，所述的电网充电方式包括无线充电方式或有线充电方式，其中所述无线充电方式的最高充电效率能达到80%以上，充电时间可根据实际需要通过设计线圈大小改变，所述有线充电方式可设置在公交站台、路灯等市政设施处。

进一步的，所述二维码扫描枪4可识别的二维码包括PDF417码、QR码和GM码。

进一步的，所述充电桩上安装有避雷针，防止雷电对充电桩以及旋翼无人机造成损害。

一种旋翼无人机自主续航方法，包括以下步骤：

步骤1）当旋翼无人机10在飞行途中电量不足时，旋翼无人机10随即通过GPS导航到达最近的充电桩附近，然后悬停在充电桩上方；

步骤2）控制器8控制伸缩杆3带动二维码扫描枪4向上升起，二维码扫描枪4对喷涂在旋翼无人机10机身正下方的二维码进行捕捉，并将捕捉后的二维码传送至控制器8进行识别；

其中，利用二维码扫描一是可以快速识别旋翼无人机的信息，二是可以防止别家的无人机进行蹭电；由于旋翼无人机的GPS***可能存在一定的误差，无法准确悬停在某个固定的二维码扫描枪上，因此充电桩采用了四个二维码扫描枪，增大扫描区域，并且通过伸缩杆可以更好地对机身的二维码进行扫描，大大增加扫描的成功率；

步骤3）当控制器8识别出所捕捉到的二维码，且确认旋翼无人机10的身份信息后，控制器8通过信号发射器5向旋翼无人机10反馈可充电信号；

步骤4）控制器8控制充电桩的四块三角形盖板2展开，旋翼无人机10通过自身飞控***调整飞行姿态，安全降落在充电桩的方形底座1上，方形底座1上的无线充电装置6对旋翼无人机10进行充电；

步骤5）开始充电的同时，控制器8控制四块三角形盖板2闭合，将旋翼无人机10完全包裹在充电桩中，防止旋翼无人机10在充电过程中受到环境因素（暴雨、暴雪、寒流）影响或者被盗；

步骤6）在充电过程中，电量监测设备7实时监测充电电量，并将实时监测到的电量信号发送给控制器8，控制器8联合GPS***测定旋翼无人机10剩余飞行路线并计算该段路线所需要的电量；

步骤7）当控制器8一旦监测旋翼无人机10充满电或者计算出当前所充电量足够维持剩余航行任务时，控制器8随即通过信号发射器5向旋翼无人机10发射充电完毕的信号；

例如，只需充至剩余任务所需电量及附加20%的备用电量时，即可停止充电，这样能延长充电桩的使用寿命，减少后期维护成本；

步骤8）充电完毕后，控制器8立即控制四块三角形盖板2再次展开，旋翼无人机10自动启动继续巡航模式，从方形底座1上平稳起飞，按原有的既定航线飞行完成剩余任务；

步骤9）待旋翼无人机10飞离充电桩后，控制器8控制四块三角形盖板2再次闭合，等待下一次的充电任务。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种旋翼无人机自主续航充电桩，其特征在于：包括一个供旋翼无人机（10）降落的方形底座（1），所述方形底座（1）的四边分别设置有一块可开合的三角形盖板（2），四块所述三角形盖板（2）闭合后可形成一个用于保护所述旋翼无人机（10）的金字塔型上盖；所述方形底座（1）的四个角上分别设置有一根伸缩杆（3），每根所述伸缩杆（3）上均设置有一个用于识别所述旋翼无人机（10）机身二维码的二维码扫描枪（4）以及一个用于向所述旋翼无人机（10）反馈可充电信号的信号发射器（5）；所述方形底座（1）上设置有用于供所述旋翼无人机（10）充电的无线充电装置（6），所述无线充电装置（6）上设置有用于监测所述旋翼无人机（10）电池电量的电量监测设备（7）；所述方形底座（1）的内部设置有一个控制器（8），所述控制器（8）分别与所述无线充电装置（6）、所述三角形盖板（2）、所述二维码扫描枪（4）以及供电电源（9）连接。

2.根据权利要求1所述的旋翼无人机自主续航充电桩，其特征在于：所述三角形盖板（2）与所述方形底座（1）之间通过铰链实现连接。

3.根据权利要求1所述的旋翼无人机自主续航充电桩，其特征在于：所述方形底座（1）的上表面设置有用于避免所述旋翼无人机（10）打滑的凸起颗粒。

4.根据权利要求1所述的旋翼无人机自主续航充电桩，其特征在于：所述供电电源（9）的电能来源方式为太阳能充电方式或电网充电方式。

5.根据权利要求4所述的旋翼无人机自主续航充电桩，其特征在于：当所述供电电源（9）的电能来源方式为太阳能充电方式时，所述三角形盖板（2）的外表面设置有为所述供电电源（9）充电的太阳能板。

6.根据权利要求4所述的旋翼无人机自主续航充电桩，其特征在于：所述的电网充电方式包括无线充电方式或有线充电方式。

7.根据权利要求1所述的旋翼无人机自主续航充电桩，其特征在于：所述二维码扫描枪（4）可识别的二维码包括PDF417码、QR码和GM码。

8.根据权利要求1所述的旋翼无人机自主续航充电桩，其特征在于：所述充电桩上安装有避雷针。

9.一种利用如权利要求1所述的充电桩的旋翼无人机自主续航方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）当旋翼无人机（10）在飞行途中电量不足时，旋翼无人机（10）随即通过GPS导航到达最近的充电桩附近，然后悬停在充电桩上方；当无人机检测到自身电量不足后，开启寻找充电桩的模式，在充电桩数据库中找到与当前位置距离最近的充电桩的GPS坐标位置

步骤2）控制器（8）控制伸缩杆（3）带动二维码扫描枪（4）向上升起，二维码扫描枪（4）对喷涂在旋翼无人机（10）机身正下方的二维码进行捕捉，并将捕捉后的二维码传送至控制器（8）进行识别；

步骤3）当控制器（8）识别出所捕捉到的二维码，且确认旋翼无人机（10）的身份信息后，控制器（8）通过信号发射器（5）向旋翼无人机（10）反馈可充电信号；

步骤4）控制器（8）控制充电桩的四块三角形盖板（2）展开，旋翼无人机（10）通过自身飞控***调整飞行姿态，安全降落在充电桩的方形底座（1）上，方形底座（1）上的无线充电装置（6）对旋翼无人机（10）进行充电；

步骤5）开始充电的同时，控制器（8）控制四块三角形盖板（2）闭合，将旋翼无人机（10）完全包裹在充电桩中，防止旋翼无人机（10）在充电过程中受到环境因素影响或者被盗；

步骤6）在充电过程中，电量监测设备（7）实时监测充电电量，并将实时监测到的电量信号发送给控制器（8），控制器（8）联合GPS***测定旋翼无人机（10）剩余飞行路线并计算该段路线所需要的电量；

步骤7）当控制器（8）一旦监测旋翼无人机（10）充满电或者计算出当前所充电量足够维持剩余航行任务时，控制器（8）随即通过信号发射器（5）向旋翼无人机（10）发射充电完毕的信号；

步骤8）充电完毕后，控制器（8）立即控制四块三角形盖板（2）再次展开，旋翼无人机（10）自动启动继续巡航模式，从方形底座（1）上平稳起飞，按原有的既定航线飞行完成剩余任务；

步骤9）待旋翼无人机（10）飞离充电桩后，控制器（8）控制四块三角形盖板（2）再次闭合，等待下一次的充电任务。