CN113085596A - 一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法及*** - Google Patents

一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法及***，其中所述充电耦合机构包括设置在无线充电平台内的原边放电电路结构，其设置有一个发射线圈，以及设置在无人机内的副边充电电路结构，其设置有采用串联方式连接的N个接收线圈，所述方法包括：基于N个接收线圈获取发射线圈传输的电能，采集每一个接收线圈感应到的电压信号；计算每两个接收线圈间的电压差值，并统计排序计算得到的
Figure DDA0002962524390000011
个电压差值；判断
Figure DDA0002962524390000012
个电压差值中是否存在至少一个电压差值未落在阈值范围内；若是，根据对
Figure DDA0002962524390000013
个电压差值的判断结果控制无人机进行位置调整，再返回采集每一个接收线圈感应到的电压信号；若否，控制无人机就地降落在无线充电平台上。

Description

一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法及***
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法及***。
背景技术
由于现有无人机多应用于智能化巡检工作中，实现无人机自主充电具有必要性。在此基础上提出采用接触式充电的方式为无人机充电，即当无人机停靠在充电平台上时，通过充电平台上的发射线圈为无人机上的接收线圈传输电能，此方法可省去充电过程需要人为拔插充电头或者人工更换电池的麻烦。但由于定位误差，无人机停靠在充电平台上难免会产生位置偏移，使得在对无人机进行无线充电过程中会出现充电效率低、充电时间长、能量损耗大等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法及***，极大程度地改善无人机降落时出现位置偏移情况，有效提高对无人机的无线充电效率且减少能量损耗。
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法，其中所述充电耦合机构包括设置在无线充电平台内部的原边放电电路结构以及设置在无人机内部的副边充电电路结构，所述原边放电电路结构设置有一个发射线圈，所述副边充电电路结构设置有N个接收线圈，且所述N个接收线圈采用串联方式进行连接，所述调整方法包括：
基于所述N个接收线圈获取到所述发射线圈所传输的电能，对所述N个接收线圈中的每一个接收线圈上所感应到的电压信号进行采集；
计算所述N个接收线圈中的每两个接收线圈之间的电压差值，并对计算得到的
Figure BDA0002962524370000021
个电压差值进行统计排序；
判断所述
Figure BDA0002962524370000022
个电压差值中是否存在有至少一个电压差值未落在阈值范围内；
若是，则根据对所述
Figure BDA0002962524370000023
个电压差值的判断结果控制所述无人机进行适应性位置调整，再返回对所述N个接收线圈中的每一个接收线圈上所感应到的电压信号进行采集；
若否，则控制所述无人机就地降落在无线充电平台上。
可选的，所述根据对所述
Figure BDA0002962524370000024
个电压差值的判断结果控制所述无人机进行适应性调整包括：
记录所述
Figure BDA0002962524370000025
个电压差值中未落在所述阈值范围内的M个电压差值，并按照既定的排列顺序从所述M个电压差值中提取出排在最前面的一个电压差值Uij(1≤i≤N，1≤j≤N且i≠j)；
根据所述电压差值Uij确定所述无人机的当前偏移方向，并控制所述无人机按照设定步长朝着所述当前偏移方向移动一步。
可选的，所述根据所述电压差值Uij确定所述无人机的当前偏移方向包括：
基于所述电压差值Uij为正数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第i个接收线圈所在位置；
基于所述电压差值Uij为负数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第j个接收线圈所在位置。
另外，本发明实施例还提供了一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整***，其中所述充电耦合机构包括设置在无线充电平台内部的原边放电电路结构以及设置在无人机内部的副边充电电路结构，所述原边放电电路结构设置有一个发射线圈，所述副边充电电路结构设置有N个接收线圈，且所述N个接收线圈采用串联方式进行连接，所述调整***包括：
电压采集模块，用于基于所述N个接收线圈获取到所述发射线圈所传输的电能，对所述N个接收线圈中的每一个接收线圈上所感应到的电压信号进行采集；
差值统计模块，用于计算所述N个接收线圈中的每两个接收线圈之间的电压差值，并对计算得到的
Figure BDA0002962524370000031
个电压差值进行统计排序；
阈值判断模块，用于判断所述
Figure BDA0002962524370000032
个电压差值中是否存在有至少一个电压差值未落在阈值范围内；
位置调整模块，用于在判断存在有至少一个电压差值未落在阈值范围内后，根据对所述
Figure BDA0002962524370000033
个电压差值的判断结果控制所述无人机进行适应性位置调整，再返回运行所述电压采集模块；
降落控制模块，用于在判断每一个电压差值均落在阈值范围内后，控制所述无人机就地降落在无线充电平台上。
可选的，所述位置调整模块包括：
差值筛选单元，用于记录所述
Figure BDA0002962524370000034
个电压差值中未落在所述阈值范围内的M个电压差值，并按照既定的排列顺序从所述M个电压差值中提取出排在最前面的一个电压差值Uij(1≤i≤N，1≤j≤N且i≠j)；
移动操控单元，用于根据所述电压差值Uij确定所述无人机的当前偏移方向，并控制所述无人机按照设定步长朝着所述当前偏移方向移动一步。
可选的，所述移动操控单元用于基于所述电压差值Uij为正数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第i个接收线圈所在位置；或者基于所述电压差值Uij为负数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第j个接收线圈所在位置。
在本发明实施例中，通过对充电耦合机构上设置的各个接收线圈所感应到的电压信号进行实时监控与合理性预判，有助于及时调整无人机的降落位置，可极大程度地改善无人机降落时出现位置偏移情况，有效提高对无人机的无线充电效率，减少能量损耗且缩短充电时长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的充电耦合机构的具体电路示意图；
图2是本发明实施例中的基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法的流程示意图；
图3是本发明实施例中的基于充电耦合机构的无人机下降精度调整***的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例中的充电耦合机构的具体电路示意图。
如图1所示，一种充电耦合机构，包括设置在无线充电平台内部的原边放电电路结构以及设置在无人机内部的副边充电电路结构。其中：所述原边放电电路结构设置有一个发射线圈Lp1，其采用圆形发射线圈；所述副边充电电路结构设置有N个接收线圈(本发明实施例选择采用四个接收线圈Ls1～Ls4)，所述N个接收线圈中的每一个接收线圈均采用螺线管式接收线圈，且所述N个接收线圈采用串联方式进行连接。
更具体的，所述原边放电电路结构还包含有高频交流电源U1、滤波电感L1、滤波电容C1和谐振电容Cp1，且所述滤波电感L1和所述滤波电容C1组成基本滤波电路对所述高频交流电源U1所传输的交流电进行滤波处理；所述原边放电电路结构还包含有相对应的四个谐振电容Cs1～Cs4以及等效负载R1。在实际应用过程中，所述发射线圈Lp1通过与接收线圈Ls1之间的互感M1产生充电连接，所述发射线圈Lp1通过与接收线圈Ls2之间的互感M2产生充电连接，所述发射线圈Lp1通过与接收线圈Ls3之间的互感M3产生充电连接，所述发射线圈Lp1通过与接收线圈Ls4之间的互感M4产生充电连接，且需要在四组充电连接线路同时正常运行的情况下才能继续完成所述无线充电平台对所述无人机的充电工作。
其中，所述四个接收线圈均采用中心对称的方式，且每一个接收线圈的螺线管内均设置有一个圆柱形磁芯，不仅可降低所述无人机的本体重量以延长其续航能力，并且可增强所述原边放电电路结构与所述副边充电电路结构之间的耦合程度以提高传输效率。
在所述充电耦合机构的电路基础上，图2示出了本发明实施例中的基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法的流程示意图。
如图2所示，一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法，所述方法包括如下步骤：
S101、基于N个接收线圈获取到发射线圈所传输的电能，对所述N个接收线圈中的每一个接收线圈上所感应到的电压信号进行采集；
本发明实施过程为：根据图1所示出的充电耦合机构的具体电路示意图，当无人机与无线充电平台之间的直线距离处于特定范围内时，所述无线充电平台启动内部的原边放电电路结构，使得发射线圈Lp1开始进行无线放电。在此基础上，所述无人机启用测量程序采集接收线圈Ls1上所感应到的电压信号U1、接收线圈Ls2上所感应到的电压信号U2、接收线圈Ls3上所感应到的电压信号U3以及接收线圈Ls4上所感应到的电压信号U4。
S102、计算所述N个接收线圈中的每两个接收线圈之间的电压差值，并对计算得到的
Figure BDA0002962524370000061
个电压差值进行统计排序；
在本发明实施例中，首先通过两两作差运算可获取到6(即
Figure BDA0002962524370000062
Figure BDA0002962524370000063
)个电压差值分别为：所述接收线圈Ls1与所述接收线圈Ls2之间的电压差值U12、所述接收线圈Ls2与所述接收线圈Ls3之间的电压差值U23、所述接收线圈Ls3与所述接收线圈Ls4之间的电压差值U34、所述接收线圈Ls1与所述接收线圈Ls3之间的电压差值U13、所述接收线圈Ls2与所述接收线圈Ls4之间的电压差值U24、所述接收线圈Ls1与所述接收线圈Ls4之间的电压差值U14；其次根据底标由小到大的顺序对上述6个电压差值进行排序为：U12→U13→U14→U23→U24→U34。
S103、判断所述
Figure BDA0002962524370000064
个电压差值中是否存在有至少一个电压差值未落在阈值范围内；
在本发明实施例中，首先以发射线圈Lp1最终对准四个接收线圈Ls1～Ls4的中部位置为基准条件，通过预先重复试验设定用于检验所述
Figure BDA0002962524370000065
个电压差值合理性的阈值范围；其次判断所述
Figure BDA0002962524370000066
个电压差值中是否存在有至少一个电压差值未落在所述阈值范围内，相应的判断结果为：若存在有至少一个电压差值未落在阈值范围内，则继续执行步骤S104；若每一个电压差值均落在阈值范围内，则跳转执行步骤S105。
S104、根据对所述
Figure BDA0002962524370000067
个电压差值的判断结果控制无人机进行适应性位置调整；
本发明实施过程包括：
(1)记录所述
Figure BDA0002962524370000068
个电压差值中未落在所述阈值范围内的M个电压差值，并按照既定的排列顺序从所述M个电压差值中提取出排在最前面的一个电压差值Uij(1≤i≤N，1≤j≤N且i≠j)；
(2)根据所述电压差值Uij确定无人机的当前偏移方向，并控制所述无人机按照设定步长朝着所述当前偏移方向移动一步。
具体的，基于所述电压差值Uij为正数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第i个接收线圈所在位置，并控制所述无人机按照设定步长朝着所述第i个接收线圈所在位置移动一步，再返回重新执行步骤S101；或者基于所述电压差值Uij为负数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第j个接收线圈所在位置，并控制所述无人机按照设定步长朝着所述第j个接收线圈所在位置移动一步，再返回重新执行步骤S101。
在实际应用中，假设所述阈值范围为-2V～2V且在步骤S102中所提及到的6个电压差值中存在有两个电压差值未落在所述阈值范围内，分别是U13＝-3V、U24＝4V，首先按照既定的排列顺序从中提取出电压差值U13；其次基于该电压差值U13为负数，控制所述无人机按照设定步长朝着所述接收线圈Ls3所在位置移动一步，此时针对电压差值U24不作同时处理以使得位置调整呈现有序可控化，再返回重新执行步骤S101进行位置调整后的电压查询检测。
S105、控制所述无人机就地降落在无线充电平台上。
在本发明实施例中，通过对充电耦合机构上设置的各个接收线圈所感应到的电压信号进行实时监控与合理性预判，有助于及时调整无人机的降落位置，可极大程度地改善无人机降落时出现位置偏移情况，有效提高对无人机的无线充电效率，减少能量损耗且缩短充电时长。
在所述充电耦合机构的电路基础上，图3示出了本发明实施例中的基于充电耦合机构的无人机下降精度调整***的结构示意图。
如图3所示，一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整***，所述***包括如下：
电压采集模块201，用于基于N个接收线圈获取到发射线圈所传输的电能，对所述N个接收线圈中的每一个接收线圈上所感应到的电压信号进行采集；
具体实施过程为：根据图1所示出的充电耦合机构的具体电路示意图，当无人机与无线充电平台之间的直线距离处于特定范围内时，所述无线充电平台启动内部的原边放电电路结构，使得发射线圈Lp1开始进行无线放电。在此基础上，所述无人机启用测量程序采集接收线圈Ls1上所感应到的电压信号U1、接收线圈Ls2上所感应到的电压信号U2、接收线圈Ls3上所感应到的电压信号U3以及接收线圈Ls4上所感应到的电压信号U4。
差值统计模块202，用于计算所述N个接收线圈中的每两个接收线圈之间的电压差值，并对计算得到的
Figure BDA0002962524370000081
个电压差值进行统计排序；
在具体实施过程中，首先通过两两作差运算可获取到6(即
Figure BDA0002962524370000082
Figure BDA0002962524370000083
)个电压差值分别为：所述接收线圈Ls1与所述接收线圈Ls2之间的电压差值U12、所述接收线圈Ls2与所述接收线圈Ls3之间的电压差值U23、所述接收线圈Ls3与所述接收线圈Ls4之间的电压差值U34、所述接收线圈Ls1与所述接收线圈Ls3之间的电压差值U13、所述接收线圈Ls2与所述接收线圈Ls4之间的电压差值U24、所述接收线圈Ls1与所述接收线圈Ls4之间的电压差值U14；其次根据底标由小到大的顺序对上述6个电压差值进行排序为：U12→U13→U14→U23→U24→U34。
阈值判断模块203，用于判断所述
Figure BDA0002962524370000084
个电压差值中是否存在有至少一个电压差值未落在阈值范围内；
在具体实施过程中，首先以发射线圈Lp1最终对准四个接收线圈Ls1～Ls4的中部位置为基准条件，通过预先重复试验设定用于检验所述
Figure BDA0002962524370000085
个电压差值合理性的阈值范围；其次判断所述
Figure BDA0002962524370000086
个电压差值中是否存在有至少一个电压差值未落在所述阈值范围内，相应的判断结果为：若存在有至少一个电压差值未落在阈值范围内，则继续运行位置调整模块204；若每一个电压差值均落在阈值范围内，则跳转运行降落控制模块205。
位置调整模块204，用于在判断存在有至少一个电压差值未落在阈值范围内后，根据对所述
Figure BDA0002962524370000087
个电压差值的判断结果控制无人机进行适应性位置调整；更进一步的，所述位置调整模块204包括：
差值筛选单元，用于记录所述
Figure BDA0002962524370000088
个电压差值中未落在所述阈值范围内的M个电压差值，并按照既定的排列顺序从所述M个电压差值中提取出排在最前面的一个电压差值Uij(1≤i≤N，1≤j≤N且i≠j)；
移动操控单元，用于根据所述电压差值Uij确定所述无人机的当前偏移方向，并控制所述无人机按照设定步长朝着所述当前偏移方向移动一步。
具体的，基于所述电压差值Uij为正数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第i个接收线圈所在位置，并控制所述无人机按照设定步长朝着所述第i个接收线圈所在位置移动一步，再返回重新运行所述电压采集模块201；或者基于所述电压差值Uij为负数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第j个接收线圈所在位置，并控制所述无人机按照设定步长朝着所述第j个接收线圈所在位置移动一步，再返回重新运行所述电压采集模块201。
在实际应用中，假设所述阈值范围为-2V～2V且在所述差值统计模块202中所提及到的6个电压差值中存在有两个电压差值未落在所述阈值范围内，分别是U13＝-3V、U24＝4V，首先按照既定的排列顺序从中提取出电压差值U13；其次基于该电压差值U13为负数，控制所述无人机按照设定步长朝着所述接收线圈Ls3所在位置移动一步，此时针对电压差值U24不作同时处理以使得位置调整呈现有序可控化，再返回重新运行所述电压采集模块201进行位置调整后的电压查询检测。
降落控制模块205，用于在判断每一个电压差值均落在阈值范围内后，控制所述无人机就地降落在无线充电平台上。
在本发明实施例中，通过对充电耦合机构上设置的各个接收线圈所感应到的电压信号进行实时监控与合理性预判，有助于及时调整无人机的降落位置，可极大程度地改善无人机降落时出现位置偏移情况，有效提高对无人机的无线充电效率，减少能量损耗且缩短充电时长。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法及***进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法，其特征在于，所述充电耦合机构包括设置在无线充电平台内部的原边放电电路结构以及设置在无人机内部的副边充电电路结构，所述原边放电电路结构设置有一个发射线圈，所述副边充电电路结构设置有N个接收线圈，且所述N个接收线圈采用串联方式进行连接，所述调整方法包括：
基于所述N个接收线圈获取到所述发射线圈所传输的电能，对所述N个接收线圈中的每一个接收线圈上所感应到的电压信号进行采集；
计算所述N个接收线圈中的每两个接收线圈之间的电压差值，并对计算得到的
Figure FDA0002962524360000011
个电压差值进行统计排序；
判断所述
Figure FDA0002962524360000012
个电压差值中是否存在有至少一个电压差值未落在阈值范围内；
若是，则根据对所述
Figure FDA0002962524360000013
个电压差值的判断结果控制所述无人机进行适应性位置调整，再返回对所述N个接收线圈中的每一个接收线圈上所感应到的电压信号进行采集；
若否，则控制所述无人机就地降落在所述无线充电平台上。
2.根据权利要求1所述的基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法，其特征在于，所述根据对所述
Figure FDA0002962524360000014
个电压差值的判断结果控制所述无人机进行适应性调整包括：
记录所述
Figure FDA0002962524360000015
个电压差值中未落在所述阈值范围内的M个电压差值，并按照既定的排列顺序从所述M个电压差值中提取出排在最前面的一个电压差值Uij(1≤i≤N，1≤j≤N且i≠j)；
根据所述电压差值Uij确定所述无人机的当前偏移方向，并控制所述无人机按照设定步长朝着所述当前偏移方向移动一步。
3.根据权利要求2所述的基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法，其特征在于，所述根据所述电压差值Uij确定所述无人机的当前偏移方向包括：
基于所述电压差值Uij为正数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第i个接收线圈所在位置；
基于所述电压差值Uij为负数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第j个接收线圈所在位置。
4.一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整***，其特征在于，所述充电耦合机构包括设置在无线充电平台内部的原边放电电路结构以及设置在无人机内部的副边充电电路结构，所述原边放电电路结构设置有一个发射线圈，所述副边充电电路结构设置有N个接收线圈，且所述N个接收线圈采用串联方式进行连接，所述调整***包括：
电压采集模块，用于基于所述N个接收线圈获取到所述发射线圈所传输的电能，对所述N个接收线圈中的每一个接收线圈上所感应到的电压信号进行采集；
差值统计模块，用于计算所述N个接收线圈中的每两个接收线圈之间的电压差值，并对计算得到的
Figure FDA0002962524360000021
个电压差值进行统计排序；
阈值判断模块，用于判断所述
Figure FDA0002962524360000022
个电压差值中是否存在有至少一个电压差值未落在阈值范围内；
位置调整模块，用于在判断存在有至少一个电压差值未落在阈值范围内后，根据对所述
Figure FDA0002962524360000023
个电压差值的判断结果控制所述无人机进行适应性位置调整，再返回运行所述电压采集模块；
降落控制模块，用于在判断每一个电压差值均落在阈值范围内后，控制所述无人机就地降落在无线充电平台上。
5.根据权利要求4所述的基于充电耦合机构的无人机下降精度调整***，其特征在于，所述位置调整模块包括：
差值筛选单元，用于记录所述
Figure FDA0002962524360000031
个电压差值中未落在所述阈值范围内的M个电压差值，并按照既定的排列顺序从所述M个电压差值中提取出排在最前面的一个电压差值Uij(1≤i≤N，1≤j≤N且i≠j)；
移动操控单元，用于根据所述电压差值Uij确定所述无人机的当前偏移方向，并控制所述无人机按照设定步长朝着所述当前偏移方向移动一步。
6.根据权利要求5所述的基于充电耦合机构的无人机下降精度调整***，其特征在于，所述移动操控单元用于基于所述电压差值Uij为正数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第i个接收线圈所在位置；或者基于所述电压差值Uij为负数，确定所述无人机的当前偏移方向为朝向第j个接收线圈所在位置。
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