CN108819743A - 无人机自动寻位无线充电的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无人机自动寻位无线充电的方法及装置，装置包括与控制模块连接的数据收发模块、RTK定位流动站、电量监测模块、电模块和无人机电池连，无线充电基站包括用于给无人机RTK定位流动站发送坐标信息的RTK基准站以及给无人机进行充电的无线充电平台，RTK基准站置于无线充电平台内。方法包括电量监测模块检测到无人机电池电量低于设定阈值时，电量监测模块向控制模块发出充电指令，控制模块向RTK定位流动站发出自动寻位指令，RTK定位流动站自动寻位最接近该无人机的无线充电基站，然后对在选定的无线充电基站上进行充电，最后无人机电池充满后继续巡航作业。本无人机能够对无线充电基站进行自动寻位和充电，提高了无人机长时间，长距离的巡检能力。

Description

无人机自动寻位无线充电的方法及装置
技术领域
本发明涉及无人机充电技术领域，具体涉及无人机自动寻位无线充电的方法及装置。
背景技术
无人驾驶飞机，简称无人机(UAV)，是一种处在迅速发展中的新概念飞行装备，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低、起飞无需跑道或其它辅助设备等优点。无人机通过搭载多类传感器，可以实现影像实时传输、高危地区探测功能等，且目前，无人机的使用范围已扩宽至军事、科研、民用三大领域，并应用甚广。
在民用和科研领域，为了使无人机具有更多的用途，例如用于近海勘察或者公路、铁路维护，电力巡检等用途的无人机，不仅需要在无人机上搭载各种设备而且飞行距离和飞行时间较长。在此类无人机中，由于飞行距离较长，携带设备多，无人机自身重量增加，需要消耗更大的功率来保证无人机的正常飞行，但是无人机所携带的电池电量有限，进而使得无人机续航能力存在不足，需要不断地更换电池来满足正常工作需求。若无人机为常见的多旋翼式飞行器，其在满负荷工作的情况下续航时间一般不超过30分钟。显然，上述无人机续航能力的不足对于执行各种任务而言是非常不方便的，尤其是野外信息收集和侦测。在无人机电量偏低时，无人机还需要根据操控指令而返回预定位置进行电池更换，如此无疑也会增加无人机的飞行风险。因此需要在飞行过程中需要对其进行充电续航。但是在现有技术中，无法在没有人为控制的条件下实现自动充电续航，满足中长途飞行的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术的不足，目的在于提供无人机自动寻位无线充电的方法及装置。
本发明通过下述技术方案实现：
无人机自动寻位无线充电的装置，包括无人机和无线充电基站，所述无人机设有用于接收控制指令及发送数据信息的数据收发模块，用于处理所接收的控制指令并根据所述控制指令对所述无人机的操作进行控制的控制模块，用于对无人机进行定位的RTK定位流动站，用于对无人机电池电量检测的电量监测模块，用于对无人机电池进行充电的无线充电模块，所述数据收发模块、RTK定位流动站、电量监测模块分别与控制模块连接，所述无线充电模块与无人机电池连接，所述无线充电基站包括用于给无人机RTK定位流动站发送坐标信息的RTK基准站以及给无人机进行无线充电的无线充电平台，RTK基准站置于无线充电平台内。
优选方案，所述无线充电模块包括位于无人机底部的无线充电板和红外线发射器，所述无线充电平台设有顶部开口的碗形辅助定位板，所述碗形辅助定位板的底部设有与无线充电板进行无线充电的圆柱形无线充电桩，在圆柱形无线充电桩的中心位置设有与红外线发射器配合的红外线接收器，所述红外线接收器和红外线发射器用于确认无人机的无线充电板位于无线充电平台成功对位。
优选方案，所述RTK基准站包括RTK模块、RTK-GPS天线、数据收发模块和电源，所述RTK-GPS天线、数据收发模块和电源分别与RTK模块连接，所述RTK模块用于实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度，RTK基准站通过数据收发模块和RTK-GPS天线将其观测值和测站点坐标信息一起传送给RTK定位流动站，RTK定位流动站不仅通过数据收发模块和RTK-GPS天线接收来自RTK基准站的数据，同时采集GPS观测数据，并组成差分观测值进行实时处理，给出厘米级定位结果。
优选方案，所述圆柱形无线充电桩底部设有升降机构，所述升降结构在红外线接收器接收到红外线发射器信号时，红外线接收器向升降机构发出驱动信号，所述升降机构驱动圆柱形无线充电桩向上运动与无线充电板的底部贴合，圆柱形无线充电桩开始对无人机电池进行充电。
优选方案，所述无人机底部还设有起落架，在起落架的底部设有万向轮，所述万向轮用于配合无人机的无线充电板与碗形辅助定位板自动对位，该自动对位是以无人机自身重力的物理特征自动对位。
优选方案，所述无线充电平台与箱式变电站连接，箱式变电站由风力发电机组供电。
本发明提供的无人机自动寻位无线充电的方法，包括以下步骤：
步骤1：无人机的电量监测模块检测到无人机电池电量低于设定阈值时，电量监测模块向控制模块发出充电指令，控制模块向RTK定位流动站发出自动寻位指令，RTK定位流动站自动寻位最接近该无人机的无线充电基站；
步骤2：无人机选定最接近无线充电基站后降落在该充电基站上对无人机进行无线充电；
步骤3：无人机电量监测模块检测到无人机电池充满电后向控制模块发出巡航指令，控制模块控制无人机继续巡航工作。
优选方案，所述步骤1具体为：无线充电基站内的RTK基准站设有RTK模块，RTK模块实时地向RTK定位流动站提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，RTK基准站通过数据收发模块和RTK-GPS天线将其观测值和测站点坐标信息一起传送给RTK定位流动站，RTK定位流动站不仅通过数据收发模块和RTK-GPS天线接收来自RTK基准站的数据，同时进行采集GPS观测数据，并组成差分观测值进行实时处理，给出厘米级定位结果。
优选方案，所述步骤2具体为，无人机在降落选定的充电基站上的过程中，启动位于无人机底部的红外线发射器，红外线发射器与位于无线充电平台上红外线接收器进行精准定位，在红外线接收器接收到红外线发射器信号时，红外线接收器向圆柱形无线充电桩的升降机构发出驱动信号，升降机构驱动圆柱形无线充电桩向上运动与无线充电板的底部贴合，圆柱形无线充电桩开始对无人机电池进行无线充电。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明的无人机自动寻位无线充电装置能够把无人机和无线充电基站自动精准对接充电，能够实现无人机的自动充电和持续长时间续航，满足无人机长途飞行的需要。本装置采用RTK定位技术，RTK定位技术能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法为无人机和无线充电基站进行精准定位和数据传输，使无人机能够对无线充电基站进行自动寻位和充电，提高了无人机长时间，长距离的巡检能力。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的无人机基本结构框图；
图2为本发明的RTK基准站基本结构框图；
图3为本发明的充电方法实施例流程图；
图4为本发明的无线充电模块结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-碗形辅助定位板，2-圆柱形无线充电桩，3-红外线接收器，4-升降机构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1和图2所示，本发明无人机自动寻位无线充电的装置，包括无人机和无线充电基站，无人机设有用于接收控制指令及发送数据信息的数据收发模块，用于处理所接收的控制指令并根据所述控制指令对所述无人机的操作进行控制的控制模块，用于对无人机进行定位的RTK定位流动站，用于对无人机电池电量检测的电量监测模块，用于对无人机电池进行充电的无线充电模块。数据收发模块、RTK定位流动站、电量监测模块分别与控制模块连接，无线充电模块与无人机电池连接，无线充电基站包括用于给无人机RTK定位流动站发送坐标信息的RTK基准站以及给无人机进行无线充电的无线充电平台，RTK基准站置于无线充电平台内。RTK基准站包括RTK模块、RTK-GPS天线、数据收发模块和电源，所述RTK-GPS天线、数据收发模块和电源分别与RTK模块连接，RTK模块用于实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，定位达到厘米级精度，RTK基准站通过数据收发模块和RTK-GPS天线将其观测值和测站点坐标信息一起传送给RTK定位流动站，RTK定位流动站不仅通过数据收发模块和RTK-GPS天线接收来自RTK基准站的数据，同时采集GPS观测数据，并组成差分观测值进行实时处理，给出厘米级定位结果。
如图4所示，无线充电模块包括位于无人机底部的无线充电板和红外线发射器，无线充电平台设有顶部开口的碗形辅助定位板1，碗形辅助定位板1的底部设有与无线充电板进行无线充电的圆柱形无线充电桩2，在圆柱形无线充电桩2的中心位置设有与红外线发射器配合的红外线接收器3，红外线接收器3和红外线发射器用于确认无人机的无线充电板位于无线充电平台成功对位。无线充电板和圆柱形无线充电桩的具体结构方式可采用电磁感应或电磁共振耦合等方案，此为本领域的常见技术，再此不做重复赘述。本圆柱形无线充电桩2底部设有升降机构4，升降结构4在红外线接收器接3收到红外线发射器信号时，红外线接收器3向升降机构4发出驱动信号，升降机构4驱动圆柱形无线充电桩2向上运动与无线充电板的底部贴合，圆柱形无线充电桩2上升到位后，圆柱形无线充电桩2开始对无人机电池进行充电。
优选实施例方案，无人机底部还设有起落架，在起落架的底部设有万向轮，万向轮用于配合无人机的无线充电板与碗形辅助定位板1自动对位，在无人机下降过程中由于自身抖动或受气流扰动无法自动对位时，万向轮能够配合无人机的无线充电板与碗形辅助定位板1根据无人机自身重力的物理特征进行自动对位，碗形辅助定位板1为无人机下降过程中提供下降导向。
优选实施例方案，无线充电平台与箱式变电站连接，箱式变电站由风力发电机组供电。本方案适用于偏远的山区、沙漠或海上风力发电区域，该风力发电能够为无人机就近提供充电电源。
图3为本发明提供的无人机自动寻位无线充电的方法实施例的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤1：无人机的电量监测模块检测到无人机电池电量低于设定阈值时，电量监测模块向控制模块发出充电指令，控制模块向RTK定位流动站发出自动寻位指令，RTK定位流动站自动寻位最接近该无人机的无线充电基站；
其中步骤1中的RTK定位流动站与无线充电基站定位交互方式为：无线充电基站内的RTK基准站设有RTK模块，RTK模块实时地向RTK定位流动站提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，RTK基准站通过数据收发模块和RTK-GPS天线将其观测值和测站点坐标信息一起传送给RTK定位流动站，RTK定位流动站不仅通过数据收发模块和RTK-GPS天线接收来自RTK基准站的数据，同时进行采集GPS观测数据，并组成差分观测值进行实时处理，给出厘米级定位结果。
步骤2：无人机选定最接近无线充电基站后降落在该充电基站上对无人机进行无线充电；
其中步骤2具体为，无人机在降落选定的充电基站上的过程中，启动位于无人机底部的红外线发射器，红外线发射器与位于无线充电平台上红外线接收器进行精准定位，在红外线接收器接收到红外线发射器信号时，红外线接收器向圆柱形无线充电桩的升降机构发出驱动信号，升降机构驱动圆柱形无线充电桩向上运动与无线充电板的底部贴合，圆柱形无线充电桩开始对无人机电池进行无线充电。
步骤3：无人机电量监测模块检测到无人机电池充满电后向控制模块发出巡航指令，控制模块控制无人机继续巡航工作。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、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.无人机自动寻位无线充电的装置，包括无人机和无线充电基站，其特征在于，所述无人机设有用于接收控制指令及发送数据信息的数据收发模块，用于处理所接收的控制指令并根据所述控制指令对所述无人机的操作进行控制的控制模块，用于对无人机进行定位的RTK定位流动站，用于对无人机电池电量检测的电量监测模块，用于对无人机电池进行充电的无线充电模块，所述数据收发模块、RTK定位流动站、电量监测模块分别与控制模块连接，所述无线充电模块与无人机电池连接，所述无线充电基站包括用于给无人机RTK定位流动站发送坐标信息的RTK基准站以及给无人机进行无线充电的无线充电平台，RTK基准站置于无线充电平台内。
2.根据权利要求1所述的无人机自动寻位无线充电的装置，其特征在于，所述无线充电模块包括位于无人机底部的无线充电板和红外线发射器，所述无线充电平台设有顶部开口的碗形辅助定位板，所述碗形辅助定位板的底部设有与无线充电板进行无线充电的圆柱形无线充电桩，在圆柱形无线充电桩的中心位置设有与红外线发射器配合的红外线接收器，所述红外线接收器和红外线发射器用于确认无人机的无线充电板位于无线充电平台成功对位。
3.根据权利要求1所述的无人机自动寻位无线充电的装置，其特征在于，所述RTK基准站包括RTK模块、RTK-GPS天线、数据收发模块和电源，所述RTK-GPS天线、数据收发模块和电源分别与RTK模块连接，所述RTK模块用于实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度，RTK基准站通过数据收发模块和RTK-GPS天线将其观测值和测站点坐标信息一起传送给RTK定位流动站，RTK定位流动站不仅通过数据收发模块和RTK-GPS天线接收来自RTK基准站的数据，同时采集GPS观测数据，并组成差分观测值进行实时处理，给出厘米级定位结果。
4.根据权利要求2所述的无人机自动寻位无线充电的装置，其特征在于，所述圆柱形无线充电桩底部设有升降机构，所述升降结构在红外线接收器接收到红外线发射器信号时，红外线接收器向升降机构发出驱动信号，所述升降机构驱动圆柱形无线充电桩向上运动与无线充电板的底部贴合，圆柱形无线充电桩开始对无人机电池进行充电。
5.根据权利要求2所述的无人机自动寻位无线充电的装置，其特征在于，所述无人机底部还设有起落架，在起落架的底部设有万向轮，所述万向轮用于配合无人机的无线充电板与碗形辅助定位板自动对位，该自动对位是以无人机自身重力的物理特征自动对位。
6.根据权利要求2所述的无人机自动寻位无线充电的装置，其特征在于，所述无线充电平台与箱式变电站连接，箱式变电站由风力发电机组供电。
7.无人机自动寻位无线充电的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：无人机的电量监测模块检测到无人机电池电量低于设定阈值时，电量监测模块向控制模块发出充电指令，控制模块向RTK定位流动站发出自动寻位指令，RTK定位流动站自动寻位最接近该无人机的无线充电基站；
步骤2：无人机选定最接近无线充电基站后降落在该充电基站上对无人机进行无线充电；
步骤3：无人机电量监测模块检测到无人机电池充满电后向控制模块发出巡航指令，控制模块控制无人机继续巡航工作。
8.根据权利要求7所述的无人机自动寻位无线充电的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：无线充电基站内的RTK基准站设有RTK模块，RTK模块实时地向RTK定位流动站提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，RTK基准站通过数据收发模块和RTK-GPS天线将其观测值和测站点坐标信息一起传送给RTK定位流动站，RTK定位流动站不仅通过数据收发模块和RTK-GPS天线接收来自RTK基准站的数据，同时进行采集GPS观测数据，并组成差分观测值进行实时处理，给出厘米级定位结果。
9.根据权利要求7所述的无人机自动寻位无线充电的方法，其特征在于，所述步骤2具体为，无人机在降落选定的充电基站上的过程中，启动位于无人机底部的红外线发射器，红外线发射器与位于无线充电平台上红外线接收器进行精准定位，在红外线接收器接收到红外线发射器信号时，红外线接收器向圆柱形无线充电桩的升降机构发出驱动信号，升降机构驱动圆柱形无线充电桩向上运动与无线充电板的底部贴合，圆柱形无线充电桩开始对无人机电池进行无线充电。
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