CN109204858A - 一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪***。包括停机坪本体单元、搭载于无人机本体上的无人机机载充电单元；所述停机坪本体单元包括带标识停机坪本体平台、MCU控制模块、AC/DC电源模块、精确降落辅助模块、第一无线通信模块、供电槽位结构；所述无人机机载充电单元包括无人机充电与通信接口、无人机受电极板、锂电池平衡充电模块、无线通信模块。本发明将无人机精确降落技术与无人机有线充电技术相结合，通过辅助结构优化和无人机充电技术的有机结合，实现无人机的全自动停机充电，实现真正意义上的无人机无限续航。

Description

一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪***

技术领域

本发涉及无人机停机坪技术、无人机充电技术以及无人机精确精确降落技术，具体为一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪***。

背景技术

随着无人机技术的发展，现下无人机在社会生活和工业生产中获得广泛的应用。其中，无人机在农业植保、电力巡检和治安巡逻方面的应用尤为突出。然而，受限于锂电池等能源限制，无人机续航问题仍较为严峻，致使现阶段无人机持续工作时间普遍仍停留在1小时内，对于需进行长时间工作的场景，需要人员频繁更换电池、充电。此过程，耗费人力，无法做到无人机的自动化作业，实现真正的无人干预。

现如今，对于解决无人机续航问题的技术主要分为两大方向，即以增加无人机机载能源总量为主的相关技术和机外充电停机坪技术。对于增加无人机机载能源总量的相关技术，例如现下的油电混合无人机可将无人机续航能力提升至1~2小时，而新兴的石墨烯电池技术有望引起电池技术的革新，实现储电量的质的突破。然而，依靠机载能源的提升，效果始终有限，无法避免需要无人机降落停机进行充电操作所带来的人员介入。另外，油电混合等混合型能源配套的动力组合将带来额外的庞大电机投入，增大无人机的重量，继而带来无人机机型的扩大。因此，具备充电功能的无人机停机坪技术是解决无人机续航难题的关键技术。

然而，现下无人机充电停机坪技术仍存在以下不足之处：一、无人机降落精度不足，无法实现精确的定点降落，致使设计的充电停机坪面积较大，当前采用的机器视觉的停机导航技术也无法做到完全的精确降落，偏差普遍在10cm左右；二、无人机无线充电在充电可靠性上仍不足，且充电时能量损耗严重、效率较低；三、对于一些安装位置较为恶劣的充电场景，诸如高塔、高台，风力较大，无人机停机充电过程缺乏有效的防护措施，易造成滑落、移位等，严重将造成坠落损毁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪***，通过辅助结构优化和无人机充电技术的有机结合，实现无人机的全自动停机充电，实现真正意义上的无人机无限续航。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪***，包括停机坪本体单元、搭载于无人机本体上的无人机机载充电单元；

所述停机坪本体单元包括带标识停机坪本体平台、设于带标识停机坪本体平台的MCU控制模块、与所述MCU控制模块连接的AC/DC电源模块、与所述MCU控制模块连接的精确降落辅助模块、与所述MCU控制模块连接的第一无线通信模块、与所述AC/DC电源模块连接的供电槽位结构；

所述无人机机载充电单元包括与无人机本体连接的无人机充电与通信接口、套设于无人机本体脚架上且与所述供电槽位结构相配合的无人机受电极板、与无人机受电极板和无人机充电与通信接口连接的锂电池平衡充电模块、与无人机充电与通信接口连接且与第一无线通信模块通信的无线通信模块；

无人机本体通过机器视觉辨识带标识停机坪本体平台上的标识图案，进行准确的降落；当无人机本体脚架落在带标识停机坪本体平台上的供电槽位结构上时，无人机本体脚架处的无人机受电极板与供电槽位结构直接接触电联，即可形成完整的通路，实现停机坪本体单元对无人机机载充电单元的可靠供电。

在本发明一实施例中，所述精确降落辅助模块包括电机驱动模块、限位开关、设置于带标识停机坪本体平台上水平设置的横、纵归位杆、电机与传动结构；所述横、纵归位杆相对之间具有高度差；

无人机本体降落后，通过横、纵归位杆即可实现无人机本体的水平横纵归位，将无人机推至中心位置，从而引导无人机本体脚架落至供电槽位结构上，且由于横、纵归位杆相对之间具有高度差，在行程上存在重叠，可对无人机本体脚架的进行可靠固定。

在本发明一实施例中，为保障停机坪本体单元以及无人机本体在停机、归位过程中的电气安全特性；第二无线通信模块通过与第一无线通信模块通信，以向停机坪本体单元发送降落停机信号、充电完成信号以及起飞解锁信号和接收来自停机坪本体单元的确认信号。

在本发明一实施例中，该***的控制方式如下：

当无人机本体电量不足时，进行返航充电，依靠机器视觉导航降落至所述带标识停机坪本体平台上；降落完成后，向停机坪本体单元发送降落完成信号；停机坪本体单元收到信号后，开始进行降落位置的校准工作；由电机驱动模块驱动电机带动横、纵归位杆进行精确降落辅助动作；当横、纵归位杆到达指定位置处，触发限位开关后停止运动；其中，横、纵归位杆运动先后顺序为：平行于供电槽位结构的归位杆先行归位，进行无人机本体的平行供电槽位结构校准，使得无人机本体脚架处在供电槽位结构所在的延长线处；垂直于供电槽位的归位杆再行动作，进行无人机本体的垂直供电槽位结构校准，使得无人机本体脚架沿供电槽位结构方向滑动，最终落于供电槽位结构内，至此完成无人机本体精确降落的辅助归位工作，并实现对无人机本体的安全固定；一旦将无人机本体归至指定位置，AC/DC电源模块便可开始对供电槽位结构的供电，从而进行无人机本体的接触式充电；当无人机本体充电完成，将向停机坪本体单元发送信号以切除供电槽位结构的供电；停落在带标识停机坪本体平台的无人机本体需要起飞时，无人机本体发送起飞询问指令至停机坪本体单元；停机坪本体单元收到无人机本体起飞询问指令后，检测无人机本体是否处于充电状态，若尚处于充电状态则切断供电槽位结构供电后，再将精确降落辅助机构打开，通过限位开关判断归位杆到达张开位置后，向无人机本体发送确认起飞指令，至此无人机本体方可允许起飞。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明将无人机精确降落技术与无人机有线充电技术相结合，克服现有无人机精确降落充电的技术难题，配合原有无人机机器视觉降落技术，设计了精确降落辅助结构控制策略，提出新型的无人机充电停机坪设计和配套的充电流程方案；实现无人机的全自动停机充电，实现真正意义上的无人机无限续航。

附图说明

图1为本发明***原理框图。

图2 充电停机坪外观结构简图。

图3 充电停机坪自动充电方案流程图。

图4 充电停机坪的无人机起飞解锁流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪***，包括停机坪本体单元、搭载于无人机本体上的无人机机载充电单元；

所述停机坪本体单元包括带标识停机坪本体平台、设于带标识停机坪本体平台的MCU控制模块、与所述MCU控制模块连接的AC/DC电源模块、与所述MCU控制模块连接的精确降落辅助模块、与所述MCU控制模块连接的第一无线通信模块、与所述AC/DC电源模块连接的供电槽位结构；

所述无人机机载充电单元包括与无人机本体连接的无人机充电与通信接口、套设于无人机本体脚架上且与所述供电槽位结构相配合的无人机受电极板、与无人机受电极板和无人机充电与通信接口连接的锂电池平衡充电模块、与无人机充电与通信接口连接且与第一无线通信模块通信的无线通信模块；

无人机本体通过机器视觉辨识带标识停机坪本体平台上的标识图案，进行准确的降落；当无人机本体脚架落在带标识停机坪本体平台上的供电槽位结构上时，无人机本体脚架处的无人机受电极板与供电槽位结构直接接触电联，即可形成完整的通路，实现停机坪本体单元对无人机机载充电单元的可靠供电。

所述精确降落辅助模块包括电机驱动模块、限位开关、设置于带标识停机坪本体平台上水平设置的横、纵归位杆、电机与传动结构；所述横、纵归位杆相对之间具有高度差；

无人机本体降落后，通过横、纵归位杆即可实现无人机本体的水平横纵归位，将无人机推至中心位置，从而引导无人机本体脚架落至供电槽位结构上，且由于横、纵归位杆相对之间具有高度差，在行程上存在重叠，可对无人机本体脚架的进行可靠固定。

为保障停机坪本体单元以及无人机本体在停机、归位过程中的电气安全特性；第二无线通信模块通过与第一无线通信模块通信，以向停机坪本体单元发送降落停机信号、充电完成信号以及起飞解锁信号和接收来自停机坪本体单元的确认信号。

本发明***的控制方式如下：

当无人机本体电量不足时，进行返航充电，依靠机器视觉导航降落至所述带标识停机坪本体平台上；降落完成后，向停机坪本体单元发送降落完成信号；停机坪本体单元收到信号后，开始进行降落位置的校准工作；由电机驱动模块驱动电机带动横、纵归位杆进行精确降落辅助动作；当横、纵归位杆到达指定位置处，触发限位开关后停止运动；其中，横、纵归位杆运动先后顺序为：平行于供电槽位结构的归位杆先行归位，进行无人机本体的平行供电槽位结构校准，使得无人机本体脚架处在供电槽位结构所在的延长线处；垂直于供电槽位的归位杆再行动作，进行无人机本体的垂直供电槽位结构校准，使得无人机本体脚架沿供电槽位结构方向滑动，最终落于供电槽位结构内，至此完成无人机本体精确降落的辅助归位工作，并实现对无人机本体的安全固定；一旦将无人机本体归至指定位置，AC/DC电源模块便可开始对供电槽位结构的供电，从而进行无人机本体的接触式充电；当无人机本体充电完成，将向停机坪本体单元发送信号以切除供电槽位结构的供电；停落在带标识停机坪本体平台的无人机本体需要起飞时，无人机本体发送起飞询问指令至停机坪本体单元；停机坪本体单元收到无人机本体起飞询问指令后，检测无人机本体是否处于充电状态，若尚处于充电状态则切断供电槽位结构供电后，再将精确降落辅助机构打开，通过限位开关判断归位杆到达张开位置后，向无人机本体发送确认起飞指令，至此无人机本体方可允许起飞。

以下为本发明的具体实施实例。

本发明一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪***，如图1所示，分为停机坪本体和机载充电部分。其中，停机坪本体的外观简图如图2所示。停机坪上带有停机标识，无人机可通过机器视觉进行导航降落。降落后，由归位杆从两个维度进行无人机的归位处理，实现无人机停机后的位置校准，可靠调整无人机的位置，同时通过归位杆动作，可实现稳固固定。

以一次完整的停机充电为例，其方案流程如图3所示。当无人机电量不足时，进行返航充电，依靠机器视觉导航降落至所述充电停机坪上。降落完成后，向充电停机坪本体发送降落完成信号。另一方面，停机坪收到信号后，开始进行降落位置的校准工作。由驱动电机带动归位杆进行精确降落辅助机构的动作。当归位杆到达指定位置处，触发限位开关后停止运动。两对归位杆运动先后顺序为：平行于供电槽位的长臂归位杆先行归位，进行无人机的平行供电槽位校准，使得无人机脚架处在槽位所在的延长线处；垂直于供电槽位的短臂归位杆再行动作，进行无人机的垂直供电槽位校准，使得无人机脚架沿槽位方向滑动，最终落于槽位内，至此完成无人机精确降落的辅助归位工作，并实现对无人机的安全固定。一旦将无人机归至指定位置，便可开始对供电槽位的供电，从而进行无人机的接触式充电。当无人机充电完成，将向停机坪发送信号以切除停机坪供电槽的供电。

停落在停机坪的无人机需要起飞时，其起飞流程如图4所述。停机坪收到无人机起飞询问指令后，检测无人机是否处于充电状态，若尚处于充电状态则切断停机坪供电槽位供电后再将停机坪精确降落辅助机构打开，通过限位开关判断归位杆到达张开位置后，向无人机发送确认起飞指令，至此无人机方可允许起飞。

综上所述，所述具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪具备完成整的功能模块和配套的机械结构，形成一套完善的无人机停机充电方案。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪***，其特征在于，包括停机坪本体单元、搭载于无人机本体上的无人机机载充电单元；

所述停机坪本体单元包括带标识停机坪本体平台、设于带标识停机坪本体平台的MCU控制模块、与所述MCU控制模块连接的AC/DC电源模块、与所述MCU控制模块连接的精确降落辅助模块、与所述MCU控制模块连接的第一无线通信模块、与所述AC/DC电源模块连接的供电槽位结构；

所述无人机机载充电单元包括与无人机本体连接的无人机充电与通信接口、套设于无人机本体脚架上且与所述供电槽位结构相配合的无人机受电极板、与无人机受电极板和无人机充电与通信接口连接的锂电池平衡充电模块、与无人机充电与通信接口连接且与第一无线通信模块通信的无线通信模块；

无人机本体通过机器视觉辨识带标识停机坪本体平台上的标识图案，进行准确的降落；当无人机本体脚架落在带标识停机坪本体平台上的供电槽位结构上时，无人机本体脚架处的无人机受电极板与供电槽位结构直接接触电联，即可形成完整的通路，实现停机坪本体单元对无人机机载充电单元的可靠供电。

2.根据权利要求1所述的一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪***，其特征在于，所述精确降落辅助模块包括电机驱动模块、限位开关、设置于带标识停机坪本体平台上水平设置的横、纵归位杆、电机与传动结构；所述横、纵归位杆相对之间具有高度差；

无人机本体降落后，通过横、纵归位杆即可实现无人机本体的水平横纵归位，将无人机推至中心位置，从而引导无人机本体脚架落至供电槽位结构上，且由于横、纵归位杆相对之间具有高度差，在行程上存在重叠，可对无人机本体脚架的进行可靠固定。

3.根据权利要求1所述的一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪***，其特征在于，为保障停机坪本体单元以及无人机本体在停机、归位过程中的电气安全特性；第二无线通信模块通过与第一无线通信模块通信，以向停机坪本体单元发送降落停机信号、充电完成信号以及起飞解锁信号和接收来自停机坪本体单元的确认信号。

4.根据权利要求2所述的一种具备精确降落辅助的无人机全自动充电停机坪***，其特征在于，该***的控制方式如下：

当无人机本体电量不足时，进行返航充电，依靠机器视觉导航降落至所述带标识停机坪本体平台上；降落完成后，向停机坪本体单元发送降落完成信号；停机坪本体单元收到信号后，开始进行降落位置的校准工作；由电机驱动模块驱动电机带动横、纵归位杆进行精确降落辅助动作；当横、纵归位杆到达指定位置处，触发限位开关后停止运动；其中，横、纵归位杆运动先后顺序为：平行于供电槽位结构的归位杆先行归位，进行无人机本体的平行供电槽位结构校准，使得无人机本体脚架处在供电槽位结构所在的延长线处；垂直于供电槽位的归位杆再行动作，进行无人机本体的垂直供电槽位结构校准，使得无人机本体脚架沿供电槽位结构方向滑动，最终落于供电槽位结构内，至此完成无人机本体精确降落的辅助归位工作，并实现对无人机本体的安全固定；一旦将无人机本体归至指定位置，AC/DC电源模块便可开始对供电槽位结构的供电，从而进行无人机本体的接触式充电；当无人机本体充电完成，将向停机坪本体单元发送信号以切除供电槽位结构的供电；停落在带标识停机坪本体平台的无人机本体需要起飞时，无人机本体发送起飞询问指令至停机坪本体单元；停机坪本体单元收到无人机本体起飞询问指令后，检测无人机本体是否处于充电状态，若尚处于充电状态则切断供电槽位结构供电后，再将精确降落辅助机构打开，通过限位开关判断归位杆到达张开位置后，向无人机本体发送确认起飞指令，至此无人机本体方可允许起飞。