CN104816834A - 飞行器自动定位充电装置和利用该装置降落定位的方法 - Google Patents

飞行器自动定位充电装置和利用该装置降落定位的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞行器自动定位充电装置和利用该装置降落定位的方法，本发明所述的装置包括停机板和位于停机板之上的充电盒、充电滑轨；所述充电滑轨上设置有信标，充电滑轨两侧设置有起落架固定装置；所述充电盒内部安装有电池和充电导管传送装置；所述充电导管传送装置包括支架、支架顶端安装的可旋转的齿轮和充电导管；所述充电导管的侧边固定有直线型的锯齿棒；所述锯齿棒的锯齿与所述齿轮的齿相匹配。本发明还包括了降落定位的方法。本发明可使得飞行器在电力不足时，可自动寻找可充电地点补充电力，无需人工干预和调整，降低了位置对准的技术要求，十分实用。

Description

飞行器自动定位充电装置和利用该装置降落定位的方法
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种飞行器自动定位充电装置和利用该装置降落定位的方法。
背景技术
小型飞行器有多重用途，例如可以用来搭载各种测量仪器，进行高空探测或高空物体投掷上，可以应用在农业、探测、气象、灾害预报和救援等各种领域，甚至可以用来载人，代替个人的交通工具。
小型飞行器的最大问题是电池续航时间短，需要经常进行充电，而充电设备需要有操作员在旁进行维护，才可以完成充电过程，十分麻烦而且需要格外的人力成本。
现有技术中也有一些可使得飞行器自动充电的装置，但是飞行器如何寻找自动充电装置，以及寻找到后如何自动精确对准充电位置的问题仍旧没有得到完美的解决。如果不能自动寻找并且精确对准，则飞行器的充电过程还需人工干预，无法完全实现自动化。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种飞行器自动定位充电装置和利用该装置降落定位的方法。
本发明的技术方案如下：
一种飞行器自动定位充电装置，包括停机板和位于停机板之上的充电装置、充电滑轨；所述充电滑轨上设置有信标，两侧设置有起落架固定装置；所述充电装置包括电池和充电导管传送装置；所述充电导管传送装置包括支架、支架顶端安装的可旋转的齿轮和充电导管；所述充电导管的侧边固定有直线型的锯齿棒；所述锯齿棒的锯齿与所述齿轮的齿相匹配；所述充电导管与所述电池相连接。
其进一步的技术方案为：还包括将所述充电装置掩盖在内的充电盒，所述充电盒设置有可以打开的上盖。
其进一步的技术方案为：所述信标为视觉信标或者红外信标。
其进一步的技术方案为：所述充电导管的充电端头安装有弹簧、充电接口、第一垫片和第二垫片；所述充电接口为带电线的插头，电线穿过充电导管与所述电池相连接；所述第一垫片为圆环状，固定于充电导管内壁；所述弹簧安装于第一垫片的外端；所述充电接口安装于所述弹簧的外端；所述第二垫片安装于所述充电接口的外端，将充电接口固定于充电导管之内。
其进一步的技术方案为：所述充电滑轨为屋脊状，包括中间的凸起部与两侧的凹陷部，所述信标设置在所述凸起部，所述起落架固定装置以凸起部为中心，数量相等、位置对称的安装在凹陷部。
其进一步的技术方案为：所述起落架固定装置包括安装在所述停机板内侧的电磁吸附装置和/或安装在停机板外表面的固定挂钩。
一种利用如上所述的飞行器自动定位充电装置进行降落定位的方法，包括以下步骤：
步骤1、所述飞行器上设置有GPS定位装置，利用所述GPS定位装置对降落位置进行精确度为分米级别的定位；
步骤2、所述飞行器上设置有摄像头和计算芯片，摄像头捕捉拍摄所述信标，并将图像传输给计算芯片处理计算后，对降落位置进行精确度为厘米级别的定位；具体包括：
利用信标的大小，判断飞行器的高度；
利用飞行器与信标的角度，判断飞行器的与信标的相对位置；
步骤3、飞行器降落至飞行器起落架与所述充电滑轨相接触时，飞行器的起落架与所述定位充电装置进行机械定位。
其进一步的技术方案为：所述飞行器上还设置有超声波或者雷达装置，在所述步骤2中，使用超声波或者雷达装置对飞行器的飞行高度进行精确度为厘米级别的定位。
本发明的有益技术效果是：
本发明适用于以电能作为主要能源的小型飞行器与载人飞行器，可实现飞行器的自动充电、能源补充的过程。
本发明的停机板上设置了信标，飞行器可通过红外线等手段，自动识别信标，寻找停机板的位置，使得飞行器在电力不足时，无需人工操控即可自动寻找可充电地点补充电力。在飞行器停稳后，充电导管传送装置可自动启动与飞行器连接，为之充电，使得全过程都自动化，尤其适合无人机的应用。
本发明还设置有充电滑轨，即使飞行器在降落过程中与充电装置的对准过程精确度不高，飞行器也可以自动进行机械定位，自动滑动到恰当位置并固定，完成充电过程，无需人工干预和调整，降低了位置对准的技术要求，十分实用。
本发明设置的起落架固定装置可固定直杆形起落架和万向轮形起落架，应用范围广，且无需特别调整飞行器降落时的朝向，就可以顺利完成充电过程，可简化飞行器的降落要求以及定位要求。
附图说明
图1是本发明示意图。
图2是信标示意图。
图3是充电滑轨的示意图。
图4是固定挂钩的放大图。
图5是直杆形起落架的固定方法
图6是直杆形起落架的飞行器预备降落的示意图。
图7是直杆形起落架的飞行器降落的示意图。
图8是直杆形起落架的飞行器的充电孔示意图。
图9是万向轮形起落架的固定方法。
图10是万向轮形起落架的飞行器预备降落示意图。
图11是万向轮形起落架的飞行器降落的示意图。
图12中的箭头所示的方向为充电孔的位置。
图13是充电装置的示意图。
图14是图13中的A部分放大示意图。
图15是充电导管的充电端头示意图。
图16是图15的拆解示意图。
图17是飞行器降落在停机板上的过程图。
具体实施方式
图1是本发明的示意图，本发明包括停机板1、位于充电盒2内的充电装置和充电滑轨3。充电盒2上方设置有可以打开的上盖，充电盒2作为一个整体，将充电装置整个掩盖在内，用于保护充电装置的各个结构不被雨淋和日晒，增加使用寿命,打开充电盒2的上盖可以对充电装置进行检修和维护。充电滑轨3为屋脊状，中间为凸起部，两侧设置有槽状的凹陷部。一个停机板上可以安装多个充电滑轨，同时为多架飞行器充电。
图2为信标4的示意图。信标安装在充电滑轨3上，由识别信标和定位信标组成。识别信标为十字形，也可以为圆形、方形等易于系统识别的形状。信标的识别可以为视觉识别，也可以为红外系统识别。识别信标周围有一圈定位信标，共同组成了可用于识别定位的几何图形。图2中还可以看到充电盒2侧面的充电导管伸出孔6，在充电时，充电导管由此孔伸出，连接到飞行器。
图3为充电滑轨3的示意图。可从图3中看到固定挂钩5安装在充电滑轨3两侧槽状的凹陷部。图4为固定挂钩5的放大图，固定挂钩5用于固定降落在停机板1上的飞行器的直杆形起落架。
飞行器的起落架一般有两种形态，一种是两条直杆，另一种是四个万向轮，均位置对称的安装在飞行器的下部。针对这两种不同的起落架形态，本发明所述的起落架固定装置均可将飞行器顺利的固定于停机板1上。
图5是直杆形起落架的固定方法。当两条直杆形起落架分别停于充电滑轨3的两个凹陷部时，固定挂钩5可自动向内运动，将飞行器的起落架扣紧，使得飞行器固定于特定的位置，以便于完成后续的充电过程。图6是直杆形起落架的飞行器预备降落的示意图，区域B显示出了固定挂钩5准备固定直杆形起落架的状态。图7是直杆形起落架的飞行器降落的示意图，区域C显示了直杆形起落架被固定挂钩5所扣紧的状态。与这种起落架固定方法相对应，飞行器的机身上设置有前后两个充电孔，则无论飞行器方向向前或者方向向后停落，都可以顺利被充电。图8是直杆形起落架的飞行器的充电孔示意图。图8中箭头所示的方向为充电孔的位置。
图9是万向轮形起落架的固定方法。飞行器的万向轮上设置有可被电磁吸附的物质。当四个万向轮停于充电滑轨3的两个凹陷部时，停机板1内部安装的电磁吸附装置7会将万向轮牢固的吸附在停机板1上，起到了固定飞行器起落架的作用。图10是万向轮形起落架的飞行器预备降落示意图，区域D显示了万向轮形起落架将要降落在充电滑轨3的凹陷部的状态。图11是万向轮形起落架的飞行器降落的示意图，区域E显示了万向轮形起落架被停机板1内部的电磁吸附装置7所吸附固定的状态。与这种起落架固定方法相对应，飞行器的机身一周上设置有四个间隔为90°的充电孔，则飞行器可朝向四个方向中的任一方向降落，都可以顺利充电。图12是万向轮形起落架的飞行器的充电孔示意图。图12中的箭头所示的方向为充电孔的位置。
起落架固定装置除同时安装有电磁吸附装置7和固定挂钩5外，也可以单独只安装电磁吸附装置7或者只安装固定挂钩5，针对特定种类的飞行器的应用。
图13为充电装置的示意图。充电装置安装在充电盒2之内，包括电池21和充电导管传送装置。若停机板1上安装有多个充电滑轨，则充电盒2的内部对应安装有多个充电导管传送装置。图14为图13中A部分的放大示意图。充电导管传送装置包括支架25、支架顶端安装的可旋转的齿轮24和充电导管22，充电导管侧边固定有直线型的锯齿棒23，锯齿棒23的锯齿与齿轮24的齿相匹配，则当齿轮24旋转时，可带动锯齿棒23沿直线方向运动。充电导管22与电池21相连接。
图15是充电导管的充电端头示意图。图16是图15的拆解示意图。充电导管22一端是与电池21相连接的连接端头，另一端是为飞行器充电的充电端头。充电导管22的充电端头安装有弹簧25、充电接口26、垫片27和垫片28，充电接口26为带电线的插头，电线的另一端穿过充电导管22与电池21相连接。垫片27为圆环状，固定在充电导管22的内壁，弹簧25放置于垫片27的外端，充电接口26放置于垫片27的外端，垫片28为圆环状，安装于将充电接口26的外端，将充电接口固定于充电导管22之内。垫片27和垫片28的设置使得充电接口26可以固定于充电导管22的端头，随着充电导管22的移动而移动，弹簧25的设置使得充电接口26在充电时可顺利插入飞行器中，不至由于插入阻力而回缩后退。
本发明还公开了一种飞行器自动降落定位的方法，包括以下步骤：
步骤1、飞行器上设置有GPS定位装置，首先利用所述GPS定位装置对降落位置进行精确度为分米级别的定位；
步骤2、飞行器上设置有摄像头和计算芯片，摄像头捕捉拍摄信标4，并将图像传输给计算芯片处理计算后，通过信标的几何图形的大小和角度关系，对降落位置进行精确度为厘米级别的定位；具体包括：
利用信标的大小，判断飞行器的高度；
利用飞行器与信标的角度，判断飞行器的与信标的相对位置。
当信标为红外信标时，飞行器上设置有与之匹配的红外摄像头；当信标为视觉信标时，飞行器上设置有与之匹配的白光摄像头。飞行器上还可以设置有超声波或者雷达装置，则在此步骤中，可进一步使用超声波或者雷达装置对飞行器的飞行高度进行精确度为厘米级别的定位。
步骤3、飞行器降落至飞行器起落架与充电滑轨3相接触时，飞行器的起落架与所述定位充电装置进行机械定位。
图17为飞行器自动定位的过程图。本实施例中的飞行器是一个直杆形起落架的飞行器。状态a为上述步骤1和步骤2的定位状态，飞行器在降落之前，首先通过GPS定位技术，大致定位到充电装置的位置，之后通过摄像头捕捉信标，定位到充电滑轨3的位置。状态b为飞行器的机械定位状态，在现有技术中，经由信标定位的精确度在厘米级别，并不能保证定位的百分之百的准确性，所以在状态b中，飞行器并未完全对准充电滑轨3的正上方，飞行器两侧的起落架也不能保证恰好位于充电滑轨3的两侧。但由于充电滑轨3是屋脊状，只要两侧的起落架的偏离位置都不越过充电滑轨3的凸起部，起落架就可以自动沿着充电滑轨3的斜坡滑落到正确的位置，即飞行器两侧的起落架最终会分别位于充电滑轨3两侧的凹陷部。图9的c状态即为飞行器调整为正确位置的状态，此时飞行器可继续自动沿着充电滑轨3滑动，使得其起落架恰好与固定挂钩5相接触，固定挂钩5感应到之后，会自动将飞行器的起落架扣紧，即可开始充电过程。
充电过程开始后，充电导管传送装置自动运转，支架25顶端安装的可旋转的齿轮24旋转，带动锯齿棒23作直线运动，由于充电导管22固定在锯齿棒23上，则充电导管22也做支线运动，经由充电导管伸出孔6伸出充电盒2之外，与飞行器相连接，完成充电过程。
在本发明中，飞行器的整个对准、降落、调整位置和充电过程都无需人工干预，可自动完成。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种飞行器自动定位充电装置，其特征在于：包括停机板(1)和位于停机板(1)之上的充电装置、充电滑轨(3)；所述充电滑轨(3)上设置有信标(4)，两侧设置有起落架固定装置；所述充电装置包括电池(21)和充电导管传送装置；所述充电导管传送装置包括支架(25)、支架顶端安装的可旋转的齿轮(24)和充电导管(22)；所述充电导管的侧边固定有直线型的锯齿棒(23)；所述锯齿棒(23)的锯齿与所述齿轮(24)的齿相匹配；所述充电导管(22)与所述电池(21)相连接。
2.如权利要求1所述的飞行器自动定位充电装置，其特征在于：还包括将所述充电装置掩盖在内的充电盒(2)。
3.如权利要求2所述的飞行器自动定位充电装置，其特征在于：所述信标(4)为视觉信标或者红外信标。
4.如权利要求1所述的飞行器自动定位充电装置，其特征在于：所述充电导管(22)的充电端头安装有弹簧(25)、充电接口(26)、第一垫片(27)和第二垫片(28)；所述充电接口(26)为带电线的插头，电线穿过充电导管(22)与所述电池(21)相连接；所述第一垫片为圆环状，固定于充电导管(22)内壁；所述弹簧(25)安装于第一垫片(27)的外端；所述充电接口(26)安装于所述弹簧(25)的外端；所述第二垫片(28)安装于所述充电接口(26)的外端，将充电接口(26)固定于充电导管(22)之内。
5.如权利要求1所述的飞行器自动定位充电装置，其特征在于：所述充电滑轨(3)为屋脊状，包括中间的凸起部与两侧的凹陷部，所述信标(4)设置在所述充电滑轨(3)上，所述起落架固定装置以凸起部为中心，数量相等、位置对称的安装在凹陷部。
6.如权利要求1所述的飞行器自动定位充电装置，其特征在于：所述起落架固定装置包括安装在所述停机板(1)内侧的电磁吸附装置(7)和/或安装在停机板(1)外表面的固定挂钩(5)。
7.一种利用如权利要求1所述的飞行器自动定位充电装置降落定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、所述飞行器上设置有GPS定位装置，利用所述GPS定位装置对降落位置进行精确度为分米级别的定位；
步骤2、所述飞行器上设置有摄像头和计算芯片，摄像头捕捉拍摄所述信标(4)，并将图像传输给计算芯片处理计算后，对降落位置进行精确度为厘米级别的定位；具体包括：
利用信标的大小，判断飞行器的高度；
利用飞行器与信标的角度，判断飞行器的与信标的相对位置；
步骤3、飞行器降落至飞行器起落架与所述充电滑轨(3)相接触时，飞行器的起落架与所述定位充电装置进行机械定位。
8.如权利要求7所述的降落定位的方法，其特征在于：所述飞行器上还设置有超声波或者雷达装置，在所述步骤2中，同时使用超声波或者雷达装置对飞行器的飞行高度进行精确度为厘米级别的定位。
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