CN108287496B - 一种无人机智能电池抛落控制*** - Google Patents
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Abstract
一种无人机智能电池抛落控制***，携带多个电池并联对无人机进行逐个依次供电，其中，电池接口通过滑环旋紧连接于供电连接装置，通过电池吸附单元将电池吸附于电池固定架，电量测量单元对电池电量进行监测，使能控制单元对电磁吸附装置进行短路控制，进而完成电池及供电线接头自动脱落，电池姿态检测单元通过姿态模块检测电池下降加速度大于设定阈值时，打开降落伞，使得电池依靠降落伞缓速下降，定位模块通过发射器将GPS/BD数据回传至地面端，便于回收降落电池。
Description
技术领域
本发明属于无人机电池电量测量及电池抛落控制***，涉及一种无人机智能电池抛落控制***。
背景技术
目前，无人机市场早已进入了规模化、产业化增长的阶段，无人机广泛的应用于地图测绘、电力勘察、农业植保、林业防火、海洋监察、石油管道巡线等领域，应用范围广、应用渠道多。
无人机是一个***性的集成平台，涉及到了多个专业领域，诸如通信、控制、结构、化学等等。平台作为支撑，支撑起数传、数传、控制等诸多***，而平台能量来源则对平台性能的好坏有着直接影响。
目前，市场上的无人机平台主要有两种能量来源，一是电能，现阶段主要是锂电池，相对体积小、航时较短，目前阶段来开，绝大部分锂电池平台无人机续航时间在1小时以内；二是燃油动力，可以提供较长的航行时间，但是存在着控制***不如电动控制***精确，维护也较电动***复杂，在需要稳定飞行时，性能表现不及电动***。近年兴起的氢燃料电池，由于其综合成本及安全问题，一直无法推广。
发明内容
本发明的技术解决问题的目的在于：针对现有无人机动力现状，提出利用控制***精确度更高的电动平台***，提供一种无人机智能电池抛落控制***，实现了利用电磁装置将多组电池固定于无人机，通过电量测量、控制***、滑环、自松脱螺纹、电磁控制等技术，实现多组电池供电、多余消耗电池自动抛落、GPS/BD模块电池定位寻回等方式，实现无人机航时的延长。
本发明的技术解决方案是：一种无人机智能电池抛落控制***，包括：电池吸附单元、电池姿态检测单元、控制单元、电量测量单元、n套结构功能功能相同的电池供电连接装置；
电池供电连接装置用于安装电池，使得n个电池处于并联状态并根据设置对无人机进行供电；
电池吸附单元通过电磁力对粘贴于电池表面的硅钢片进行吸附，实现电池的固定；
电池姿态检测单元用于电池掉落后的减速及位置查询，便于电池的回收；
控制单元实现无人机智能电池抛落控制***的控制，接收电量检测单元的信号，对电池供电连接装置及电池吸附单元进行控制；
电量检测单元，对单体电池电量进行测量，当其电量低于电量阈值时，将预警信号反馈至控制***。
所述的电池供电连接装置包括电池固定架、连接滑环、供电接口、供电接口摆动脱落结构；
连接滑环为内侧为自松脱粗牙内螺纹，供电接口为自松脱粗牙外螺纹，供电接口的螺纹升角大于连接滑环内侧螺旋副的当量摩擦角，连接滑环与电池固定位置可围绕供电线自由旋转，在电池吸附状态下连接滑环与电池无相对位移，在电池脱落状态下，连接滑环与电池产生相对位移，连接滑环转动进而与供电接口、电池分离；
供电接口摆动脱落结构，包括供电线、滑动轴承、摆杆套管；供电线一端与电池连接，另一端连接摆杆套管，摆杆套管通过滑动轴承进行自由摆动；当电池吸附单元断电失去磁力时，电池与电池吸附单元分离，电池受重力带动摆杆套管进行摆动；
供电接口为旋转插接式，与电池端接口进行插接供电，同时为可恢复降落伞控制器及定位模块供电。
所述的电池吸附单元包括硅钢片、电流通断控制模块；
硅钢片一侧粘贴于电池表面，另一侧通电后通过电磁力连接于电池固定架；电流通断控制模块通电时产生电磁力，将粘贴于电池表面的硅钢片吸附于电池固定架；断电时，电池表面的硅钢片与电池固定架实现分离，进而实现电池分离。
所述的电池姿态检测单元包括可恢复降落伞控制器、姿态模块、GPS/BD模块、信号发射器、可恢复伞面及绳索；
可恢复降落伞控制器当姿态模块检测到电池加速度大于预设加速度值时，控制器控制可恢复降落伞进行展开，降落伞在回收后进行性重复使用，GPS/BD模块将电池位置数据传输至信号发射器，信号发射器将电池的位置数据发送至地面用户端，实现电池寻回。
所述的控制单元包括stm32f103zet6模块、EEPROM模块、LM358模块、SP3232模块、MAX3485模块、LM2596S模块；
stm32f103zet6模块为处理核心，用于数据处理及IO处理；
EEPROM模块用于读写存储数据，保证控制单元掉电后数据丢失；
LM358模块用于控制单元内的数字信号与模拟信号的互相转换；
SP3232模块及MAX3485模块用于接口的转换；
LM2596S模块用于将总体供电电压调整至单元内各模块可用电压值。
所述的电量检测单元包括LM393模块、WCS2705模块；
WCS2705模块为电流传感器，同于对电池电流进行测量，并将电流值试试反馈至无人机智能电池抛落控制***的控制单元，使得控制单元根据电流、电压对电池电量进行评估，并根据评估值反馈电池组中正在使用的电池性能。
所述的控制单元控制电池检测单元持续以固定频率对各个电池电量进行采集，并输出给控制单元进行判断，当电池电量低于阈值时，控制单元控制电流通断控制模块切断持续输出的电流，使电池硅钢片失去磁力，电池随供电接口摆动脱落结构转动，受重力作用并通过自松脱结构实现分离，电池脱离后，安装于电池上的电池姿态检测模块启动，对电池的姿态参数进行检测，当加速度大于阈值时，可恢复降落伞控制器将降落伞打开，使电池平稳下落，当电池高度小于预设值时，GPS/BD模块通过信号发射器将经纬度信息回传至地面端。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用电磁控制***实现多组电池的固定吸附，利用电量测量单元实现再用电池的电量监控，通过控制单元对电磁控制***进行控制，实现已消耗电池的自动抛落；
(2)本发明的电池连接端口利用带有自松脱螺纹(该螺纹的螺纹升角大于螺旋副的当量摩擦角)的固定滑环进行连接，当电磁力消失后，电池通过摆杆套管以固定点摆动时，通过电池重力即可实现滑环及电池的分离。
(3)本发明电池上安装姿态模块及GPS/BD模块，通过姿态模块对加速度进行判断，判断电池是否处于下落状态，进而对降落伞进行控制，通过GPS/BD模块返回位置信息对电池进行定位，便于抛落后的电池寻回。
附图说明
图1为本发明***架构示意图；
图2为本发明控制流程示意图；
图3、图4均为本发明电池供电连接装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步介绍。
如图1所示，本发明是一种无人机智能电池抛落控制***包括：电池供电连接装置、电池吸附单元、电池姿态检测单元、控制单元、电量测量单元。
电池供电连接装置又包括电池固定架、连接滑环、供电接口、供电接口摆动脱落结构。连接滑环、供电接口、供电接口摆动脱落结构为一套装置，用于一块电池，本***存在n套***，可安装n块电池，电池处于并联状态，根据设置逐个依次对无人机进行供电。
电池吸附单元包括硅钢片、电流通断控制模块。通过电磁力对粘贴于电池表面的硅钢片进行吸附，实现电池的固定，利用电池电量供电，功耗极小
电池姿态检测单元又包括：可恢复降落伞控制器、姿态模块、GPS/BD模块、信号发射器、可恢复伞面及绳索，利用电池进行供电。电池姿态检测单元，用于电池掉落后的减速及位置查询使用，便于电池的回收。
控制单元又包括，stm32f103zet6模块、EEPROM模块、LM358模块(ADC、DAC)、SP3232模块(RS232)、MAX3485模块(RS485)、LM2596S模块(电压转换)及相关***电路。以arm控制板为核心，对整个***进行控制，接收电量检测单元的信号，对电池供电连接装置及电池吸附单元等进行控制。
电量检测单元又包括：LM393模块(运放)、WCS2705模块。对电池架上的电池组内的单体电池电量进行测量，低于电量阈值，将信号反馈至控制***。
电池姿态检测单元又包括：可恢复降落伞控制器、姿态模块、GPS/BD模块、信号发射器、可恢复伞面及绳索，利用电池进行供电。
如图2所示，本发明控制流程为：无人机携带k(k大于等于n+1)组并联电池升空后,电量检测单元对第n块在用电池进行电量检测，电池检测单元持续以固定频率对电池电量进行采集，并输出给控制单元进行判断，当电池电量第于阈值时，控制单元对电池吸附单元进行控制，电流通断控制模块对持续输出的电流进行切断，使硅钢片失去磁力，此时在用电池由于失去磁力，将随电池供电连接装置中供电接口摆动脱落结构沿固定点转动，受重力作用接口通过自松脱结构与本发明分离，此时完成第n块在用电池的脱离。本发明将对第n+1块电池的检测，重复第n块电池的过程。
第n块电池脱离后，安装于电池上的电池姿态检测模块启动，对电池的姿态参数进行检测，当加速度大于阈值时，可恢复降落伞控制器将降落伞打开，使电池平稳下落。当电池高度(GPS高程)小于预设值时，GPS/BD模块通过信号发射器将经纬度信息回传至地面端，便于电池的寻回。
如图3所示，为电池供电连接装置的示意图，此处以一组电池为例进行说明，1为电池固定板，2为滑动轴承，3为摆杆套管，4为连接滑环，5为供电接口(电池端)，6为电池，7为硅钢片。
电池固定板1为电池固定装置的基本，用于进行装置固定，滑动轴承2是用于摆杆套管3转动，连接滑环4与摆动套管3之间不产生相对位移，可在固定位置进行转动，连接滑环4内部为自松脱粗牙内螺纹，5为供电接口5为可与之配合自松脱粗牙外螺纹，其螺纹升角大于螺旋副的当量摩擦角。
当硅钢片7被控制失去磁力后，电池6受重力下落，在运动初期同时受摆杆套管3作用，沿滑动轴承2圆心做摆动。当连接滑环4轴向受力后，由于与摆杆套管4无法产生相对位移，因此连接滑环4沿自身轴线进行转动，进行与供电接口5及电池6产生位移，进而实现脱离。
图4为脱离瞬间电池供电连接装置的示意图，如图4所示，为电池供电连接装置的示意图，此处以一组电池为例进行说明，1为电池固定板，2为滑动轴承，3为摆杆套管，4为连接滑环，5为供电接口，6为电池，7为硅钢片。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (7)
1.一种无人机智能电池抛落控制***，其特征在于包括：电池吸附单元、电池姿态检测单元、控制单元、电量测量单元、n套结构功能相同的电池供电连接装置；
电池供电连接装置用于连接、安装电池，使得n个电池处于并联状态并根据设置对无人机进行供电；
电池吸附单元通过电磁力对粘贴于电池表面的硅钢片进行吸附，实现电池的固定；
电池姿态检测单元用于电池掉落后的减速及位置查询，便于电池的回收；
控制单元实现无人机智能电池抛落控制***的控制，接收电量检测单元的信号，对电池供电连接装置及电池吸附单元进行控制；
电量检测单元，对单体电池电量进行测量，当其电量低于电量阈值时，将预警信号反馈至控制***。
2.根据权利要求1所述的一种无人机智能电池抛落控制***，其特征在于：所述的电池供电连接装置包括电池固定架、连接滑环、供电接口、供电接口摆动脱落结构；
连接滑环为内侧为自松脱粗牙内螺纹，供电接口为自松脱粗牙外螺纹，供电接口的螺纹升角大于连接滑环内侧螺旋副的当量摩擦角，连接滑环与电池固定位置可围绕供电线自由旋转，在电池吸附状态下连接滑环与电池无相对位移，在电池脱落状态下，连接滑环与电池产生相对位移，连接滑环转动进而与供电接口、电池分离；
供电接口摆动脱落结构，包括供电线、滑动轴承、摆杆套管；供电线一端与电池连接，另一端连接摆杆套管，摆杆套管通过滑动轴承进行自由摆动；当电池吸附单元断电失去磁力时，电池与电池吸附单元分离，电池受重力带动摆杆套管进行摆动；
供电接口为旋转插接式，与电池端接口进行插接供电，同时为可恢复降落伞控制器及定位模块供电。
3.根据权利要求1或2所述的一种无人机智能电池抛落控制***，其特征在于：所述的电池吸附单元包括括硅钢片、电流通断控制模块；
硅钢片一侧粘贴于电池表面，另一侧通电后通过电磁力连接于电池固定架；电流通断控制模块通电时产生电磁力，将粘贴于电池表面的硅钢片吸附于电池固定架；断电时，电池表面的硅钢片与电池固定架实现分离，进而实现电池分离。
4.根据权利要求1或2所述的一种无人机智能电池抛落控制***，其特征在于：所述的电池姿态检测单元包括可恢复降落伞控制器、姿态模块、GPS/BD模块、信号发射器、可恢复伞面及绳索；
可恢复降落伞控制器当姿态模块检测到电池加速度大于预设加速度值时，可恢复降落伞控制器控制可恢复降落伞进行展开，降落伞在回收后进行性重复使用，GPS/BD模块将电池位置数据传输至信号发射器，信号发射器将电池的位置数据发送至地面用户端，实现电池寻回。
5.根据权利要求1或2所述的一种无人机智能电池抛落控制***，其特征在于：所述的控制单元包括stm32f103zet6模块、EEPROM模块、LM358模块、SP3232模块、MAX3485模块、LM2596S模块；
stm32f103zet6模块为处理核心，用于数据处理及IO处理；
EEPROM模块用于读写存储数据，保证控制单元掉电后数据丢失；
LM358模块用于控制单元内的数字信号与模拟信号的互相转换；
SP3232模块及MAX3485模块用于接口的转换；
LM2596S模块用于将总体供电电压调整至单元内各模块可用电压值。
6.根据权利要求1或2所述的一种无人机智能电池抛落控制***，其特征在于：所述的电量检测单元包括LM393模块、WCS2705模块；
WCS2705模块为电流传感器，同于对电池电流进行测量，并将电流值试试反馈至无人机智能电池抛落控制***的控制单元，使得控制单元根据电流、电压对电池电量进行评估，并根据评估值反馈电池组中正在使用的电池性能。
7.根据权利要求1或2所述的一种无人机智能电池抛落控制***，其特征在于：所述的控制单元控制电池检测单元持续以固定频率对各个电池电量进行采集，并输出给控制单元进行判断，当电池电量低于阈值时，控制单元控制电流通断控制模块切断持续输出的电流，使电池硅钢片失去磁力，电池随供电接口摆动脱落结构转动，受重力作用并通过自松脱结构实现分离，电池脱离后，安装于电池上的电池姿态检测模块启动，对电池的姿态参数进行检测，当加速度大于阈值时，可恢复降落伞控制器将降落伞打开，使电池平稳下落，当电池高度小于预设值时，GPS/BD模块通过信号发射器将经纬度信息回传至地面端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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