CN105932737A - 一种无人机的分布式充电管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机的分布式充电管理系统及方法，包括充电管理服务器及通过网络与充电管理服务器进行通信的无人机和多个无人机充电装置，所述多个无人机充电装置分布式安装在所需位置，本发明根据每个无人机充电装置的位置信息P1和电池状态信息以及无人机的位置信息P2，按照预设规则判断出最优的无人机充电装置，并将该无人机充电装置的位置信息P1反馈至无人机，无人机根据该位置信息P1执行定位导航，实现无人机充电装置的分布式管理。
Description
技术领域
本发明涉及无人机充电控制领域，尤其是一种无人机的分布式充电管理系统及方法。
背景技术
随着无人机行业的快速发展，无人机正日益广泛地应用于人们的生产生活之中，目前旋翼无人机主要采用电力作为动力，而无人机续航充电的方式一般为以下几种：
①
在无人机本体上设计充电接口，人工接入充电器完成无人机的充电工作，采用该方案的无人机应用范围和应用方式受限；
②
直接更换无人机的电池，以实现快速“充电”，而换下的电池通过专门的充电器进行充电，而该方式也虽相对于上一方案，效率有很大的提高，但其应用范围和应用方式仍有限制。
③
控制无人机停靠至专门的充电平台，自动对无人机进行充电，该种方式无需人工监管，自动化程度高，适用于长途和高工作频率的应用环境。然而，目前还没有一种能根据充电平台的位置信息及电量自动控制无人机前往充电地点的自动充电系统。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供了一种无人机的分布式充电管理系统，还提出了一种无人机的分布式充电管理方法。
本发明采用的技术方案如下：本发明提出了一种无人机的分布式充电管理系统，所述系统包括充电管理服务器及通过网络与充电管理服务器进行通信的无人机和多个无人机充电装置，所述多个无人机充电装置分布式安装在所需位置。
所述充电管理服务器包括以下多种部件。
GIS定位管理单元，用于获取每个无人机充电装置的位置信息P1，并在GIS地图上进行标注，还用于获取无人机的位置信息P2，并在GIS地图上进行标注。
电池管理单元，用于获取无人机充电装置的电池状态信息，所述电池状态信息包括电池余量信息、充电状态信息、预约充电信息和当前时间至充电结束的持续时间信息。
充电管理单元，用于获取无人机的充电请求，并根据每个无人机充电装置的位置信息P1和电池状态信息以及无人机的位置信息P2，按照预设规则判断出最优的无人机充电装置，并将该无人机充电装置的位置信息P1反馈至无人机，无人机根据该位置信息P1执行定位导航。
基于上述实施例，进一步的，所述充电管理单元包括以下多种部件。
位置距离计算模块，计算每个无人机充电装置的位置信息P1与位置信息P2的距离差。
飞行时间计算模块，接收无人机发出的飞行速度信息，根据飞行速度信息和距离差信息计算无人机抵达每个无人机充电装置的飞行时间。
充电状态判断模块，根据充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于充电状态，若是则对其添加充电标识，将具有充电标识的无人机充电装置定为集合Q1。
预约状态判断模块，根据预约充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于预约状态，若是则对其添加预约标识，具有预约标识的无人机充电装置定为集合Q2。
空闲分析模块，对未处于充电状态和预约状态的无人机充电装置添加空闲标识，还将飞行时间与持续时间信息进行比较，若飞行时间大于或等于充电持续时间，则为相应的无人机充电装置添加空闲标识，将具有空闲标识的无人机充电装置定为集合Q3。
最优判断模块，判断集合Q3中距离差最小的无人机充电装置，对其添加最优标识，并将该具有最优标识的无人机充电装置的位置信息P1发送给无人机。
预约管理模块，在最优判断模块确定最优无人机充电装置时，向该最优无人机充电装置发送预约信息，包括无人机的身份信息和充电请求，以进行预约绑定。
基于上述任一实施例，进一步的，所述电池管理单元还用于获取无人机充电装置的定期自检报告，若判断出无人机充电装置存在故障，则对其添加故障标识，将具有故障标识的无人机充电装置定为集合Q4，并发出相应的告警信息，所述告警信息包括存在故障的无人机充电装置的位置信息P1、故障原因和告警等级。
基于上述任一实施例，进一步的，所述充电管理单元还包括：最优无人机充电装置监测模块，用于在无人机前往无人机充电装置的过程中，获取/检测具有最优标识的无人机充电装置的整机状态信息，若该无人机充电装置出现故障，则对其添加故障标识，将具有故障标识的无人机充电装置定为集合Q4，并根据无人机的当前位置在集合Q1、集合Q2和集合Q3中，重新判断最优的无人机充电装置。
基于上述任一实施例，进一步的，所述无人机充电装置包括以下多种部件。
定位模块，用于采集位置信息P1。
蓄电池，用于存储电能以供无人机充电。
充电平台，用于无人机停靠，并设置有无线充电器和/或与无人机充电接口相匹配的电接触件。
电池检测模块，用于检测蓄电池的电池余量、充电电流/电压和放电电流/电压。
充放电电路模块，用于根据充电请求控制蓄电池的充电动作和放电动作，并与无线充电器/电接触件连接，还能检测无人机所需的充电电流/充电电压来自适应控制蓄电池的放电动作。
预约模块，接收充电管理单元发出的预约信息，且具备身份识别功能，当无人机停靠在充电平台上时，采集无人机的身份信息并进行认证，若其身份信息与预约信息匹配，则控制充放电电路模块执行该无人机的充电请求。
进一步的，所述无人机充电装置还可包括：自检模块，用于定期采集自身的参数，并生成定期自检报告发送至电池管理单元；环控模块，用于检测蓄电池温度和环境温度，并根据蓄电池温度和环境温度控制散热装置的工作状态。
本发明还提出了一种无人机的分布式充电管理方法，该方法包括以下步骤：
S1，将多个无人机充电装置分布式安装在所需位置；
S2，无人机按预设飞行条件检测自身的续航能力，当不满足预设飞行条件时，向充电管理服务器发出充电请求；
S3，充电管理服务器获取每个无人机充电装置的位置信息P1和电池状态信息，所述电池状态信息包括电池余量信息、充电状态信息、预约充电信息和当前时间至充电结束的持续时间信息；
S4，充电管理服务器获取到无人机的充电请求后，根据每个无人机充电装置的位置信息P1和电池状态信息以及无人机的位置信息P2，按照预设规则判断出最优的无人机充电装置；
S5，充电管理服务器将该无人机充电装置的位置信息P1发送给无人机；
S6，无人机根据该位置信息P1执行定位导航，前往该无人机充电装置处以进行充电补能。
基于上述方法，进一步的，所述步骤S4包括以下多个子步骤：
S401，获取无人机的充电请求；
S402，计算每个无人机充电装置的位置信息P1与位置信息P2的距离差；
S403，接收无人机发出的飞行速度信息，根据飞行速度信息和距离差信息计算无人机抵达每个无人机充电装置的飞行时间；
S404，根据充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于充电状态，若是则对其添加充电标识，将具有充电标识的无人机充电装置定为集合Q1；
S405，根据预约充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于预约状态，若是则对其添加预约标识，具有预约标识的无人机充电装置定为集合Q2；
S406，对未处于充电状态和预约状态的无人机充电装置添加空闲标识，还将飞行时间与持续时间信息进行比较，若飞行时间大于或等于充电持续时间，则为相应的无人机充电装置添加空闲标识，将具有空闲标识的无人机充电装置定为集合Q3；
S407，判断集合Q3中距离差最小的无人机充电装置，对其添加最优标识，并将该具有最优标识的无人机充电装置的位置信息P1发送给无人机；
S408，在最优判断模块确定最优无人机充电装置时，向该最优无人机充电装置发送预约信息，包括无人机的身份信息和充电请求，以进行预约绑定。
基于上述方法，进一步的，所述方法还包括步骤：S7，无人机充电装置采集无人机的身份识别信息，并将该身份识别信息与预约信息进行匹配认证，若通过认证则启动充电模式，以为无人机充电。
基于上述方法，进一步的，在无人机前往无人机充电装置的过程中，还包括步骤：S8，获取/检测具有最优标识的无人机充电装置的整机状态信息，若该无人机充电装置出现故障，则对其添加故障标识，将具有故障标识的无人机充电装置定为集合Q4，并根据无人机的当前位置在集合Q1、集合Q2和集合Q3中，重新判断最优的无人机充电装置。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1）本发明所提出的无人机的分布式充电管理系统和方法，能够实现根据无人机与无人机充电装置的相对位置信息，无人机充电装置的电量信息等自动为无人机匹配最优的充电平台进行充电，实现充电平台的分布式管理。
2）本发明还增加了一种预约机制，无人机向充电管理服务器发出充电请求后，子系统自动为其匹配最优的充电平台，并进行预约，为无人机的续航提供了保障。
3）本发明还能实现：即使充电平台已被一台无人机预约，充电管理服务器还能在时间不冲突的情况下，让其他无人机在该充电平台上进行充电。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明分布式充电管理系统的系统框图；
图2为本发明中充电管理服务器的系统框图；
图3为本发明中充电管理单元的系统框图；
图4为本发明中无人机充电装置的系统框图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
（1）分布式充电管理系统
如图1所示，图1描述了一种无人机的分布式充电管理系统，所述系统包括充电管理服务器及通过网络与充电管理服务器进行通信的无人机和多个无人机充电装置，所述多个无人机充电装置分布式安装在所需位置。
如图2所示，图2描述了一种充电管理服务器，其一般包括以下多种部件。
① GIS定位管理单元，用于获取每个无人机充电装置的位置信息P1，并在GIS地图上进行标注，还用于获取无人机的位置信息P2，并在GIS地图上进行标注。
② 电池管理单元，用于获取无人机充电装置的电池状态信息，所述电池状态信息包括电池余量信息、充电状态信息、预约充电信息和当前时间至充电结束的持续时间信息。
③ 充电管理单元，用于获取无人机的充电请求，并根据每个无人机充电装置的位置信息P1和电池状态信息以及无人机的位置信息P2，按照预设规则判断出最优的无人机充电装置，并将该无人机充电装置的位置信息P1反馈至无人机，无人机根据该位置信息P1执行定位导航。
进一步的，所述电池管理单元还用于获取无人机充电装置的定期自检报告，若判断出无人机充电装置存在故障，则对其添加故障标识，将具有故障标识的无人机充电装置定为集合Q4，并发出相应的告警信息，所述告警信息包括存在故障的无人机充电装置的位置信息P1、故障原因和告警等级。
如图3所示，图3描述了一种充电管理单元，其一般包括以下多种部件。
① 位置距离计算模块，计算每个无人机充电装置的位置信息P1与位置信息P2的距离差。
② 飞行时间计算模块，接收无人机发出的飞行速度信息，根据飞行速度信息和距离差信息计算无人机抵达每个无人机充电装置的飞行时间。
③ 充电状态判断模块，根据充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于充电状态，若是则对其添加充电标识，将具有充电标识的无人机充电装置定为集合Q1。
④ 预约状态判断模块，根据预约充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于预约状态，若是则对其添加预约标识，具有预约标识的无人机充电装置定为集合Q2。
⑤ 空闲分析模块，对未处于充电状态和预约状态的无人机充电装置添加空闲标识，还将飞行时间与持续时间信息进行比较，若飞行时间大于或等于充电持续时间，则为相应的无人机充电装置添加空闲标识，将具有空闲标识的无人机充电装置定为集合Q3。
⑥ 最优判断模块，判断集合Q3中距离差最小的无人机充电装置，对其添加最优标识，并将该具有最优标识的无人机充电装置的位置信息P1发送给无人机。
⑦ 预约管理模块，在最优判断模块确定最优无人机充电装置时，向该最优无人机充电装置发送预约信息，包括无人机的身份信息和充电请求，以进行预约绑定。
进一步的，所述充电管理单元还包括：
⑧ 最优无人机充电装置监测模块，用于在无人机前往无人机充电装置的过程中，获取/检测具有最优标识的无人机充电装置的整机状态信息，若该无人机充电装置出现故障，则对其添加故障标识，将具有故障标识的无人机充电装置定为集合Q4，并根据无人机的当前位置在集合Q1、集合Q2和集合Q3中，重新判断最优的无人机充电装置。
如图4所示，图4描述了一种无人机充电装置，其一般包括以下多种部件。
① 定位模块，用于采集位置信息P1。
② 蓄电池，用于存储电能以供无人机充电。
③ 充电平台，用于无人机停靠，并设置有无线充电器和/或与无人机充电接口相匹配的电接触件。
④ 电池检测模块，用于检测蓄电池的电池余量、充电电流/电压和放电电流/电压。
⑤ 充放电电路模块，用于根据充电请求控制蓄电池的充电动作和放电动作，并与无线充电器/电接触件连接，还能检测无人机所需的充电电流/充电电压来自适应控制蓄电池的放电动作。
⑥ 预约模块，接收充电管理单元发出的预约信息，且具备身份识别功能，如集成NFC感应模块，当无人机停靠在充电平台上时，采集无人机的身份信息并进行认证，若其身份信息与预约信息匹配，则控制充放电电路模块执行该无人机的充电请求。
进一步的，所述无人机充电装置还可包括：
⑦ 自检模块，用于定期采集自身的参数，并生成定期自检报告发送至电池管理单元；
⑧ 环控模块，用于检测蓄电池温度和环境温度，并根据蓄电池温度和环境温度控制散热装置的工作状态。
（2）分布式充电管理方法
本发明还提出了一种无人机的分布式充电管理方法，该方法包括以下步骤。需说明的是，下述步骤S1-S8、S401-S408可理解为该方法包含这些执行动作，不应理解为本发明还要求严格按照S1-S8、S401-S408的罗列顺序执行，本领域技术人员可符合逻辑的情况下，合理调整其执行顺序。例如记载的步骤S2与步骤S3，并非要求无人机先进行自检（即S2），然后充电管理服务器才再获取无人机充电装置的信息（即S3），S2与S3可同时进行，也可根据用户设定，分别按照各自的规则独立执行。
S1，将多个无人机充电装置分布式安装在所需位置；
S2，无人机按预设飞行条件检测自身的续航能力，当不满足预设飞行条件时，向充电管理服务器发出充电请求；
S3，充电管理服务器获取每个无人机充电装置的位置信息P1和电池状态信息，所述电池状态信息包括电池余量信息、充电状态信息、预约充电信息和当前时间至充电结束的持续时间信息；
S4，充电管理服务器获取到无人机的充电请求后，根据每个无人机充电装置的位置信息P1和电池状态信息以及无人机的位置信息P2，按照预设规则判断出最优的无人机充电装置；
S5，充电管理服务器将该无人机充电装置的位置信息P1发送给无人机；
S6，无人机根据该位置信息P1执行定位导航，前往该无人机充电装置处以进行充电补能。
基于上述方法，进一步的，所述步骤S4包括以下多个子步骤：
S401，获取无人机的充电请求；
S402，计算每个无人机充电装置的位置信息P1与位置信息P2的距离差；
S403，接收无人机发出的飞行速度信息，根据飞行速度信息和距离差信息计算无人机抵达每个无人机充电装置的飞行时间；
S404，根据充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于充电状态，若是则对其添加充电标识，将具有充电标识的无人机充电装置定为集合Q1；
S405，根据预约充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于预约状态，若是则对其添加预约标识，具有预约标识的无人机充电装置定为集合Q2；
S406，对未处于充电状态和预约状态的无人机充电装置添加空闲标识，还将飞行时间与持续时间信息进行比较，若飞行时间大于或等于充电持续时间，则为相应的无人机充电装置添加空闲标识，将具有空闲标识的无人机充电装置定为集合Q3；
S407，判断集合Q3中距离差最小的无人机充电装置，对其添加最优标识，并将该具有最优标识的无人机充电装置的位置信息P1发送给无人机；
S408，在最优判断模块确定最优无人机充电装置时，向该最优无人机充电装置发送预约信息，包括无人机的身份信息和充电请求，以进行预约绑定。
基于上述方法，进一步的，所述方法还包括步骤：S7，无人机充电装置采集无人机的身份识别信息，并将该身份识别信息与预约信息进行匹配认证，若通过认证则启动充电模式，以为无人机充电。
基于上述方法，进一步的，在无人机前往无人机充电装置的过程中，还包括步骤：S8，获取/检测具有最优标识的无人机充电装置的整机状态信息，若该无人机充电装置出现故障，则对其添加故障标识，将具有故障标识的无人机充电装置定为集合Q4，并根据无人机的当前位置在集合Q1、集合Q2和集合Q3中，重新判断最优的无人机充电装置。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种无人机的分布式充电管理系统，其特征在于，所述系统包括充电管理服务器及通过网络与充电管理服务器进行通信的无人机和多个无人机充电装置，所述多个无人机充电装置分布式安装在所需位置；
所述充电管理服务器包括：
GIS定位管理单元，用于获取每个无人机充电装置的位置信息P1，并在GIS地图上进行标注，还用于获取无人机的位置信息P2，并在GIS地图上进行标注；
电池管理单元，用于获取无人机充电装置的电池状态信息，所述电池状态信息包括电池余量信息、充电状态信息、预约充电信息和当前时间至充电结束的持续时间信息；
充电管理单元，用于获取无人机的充电请求，并根据每个无人机充电装置的位置信息P1和电池状态信息以及无人机的位置信息P2，按照预设规则判断出最优的无人机充电装置，并将该无人机充电装置的位置信息P1反馈至无人机，无人机根据该位置信息P1执行定位导航。
2.根据权利要求1所述的一种无人机的分布式充电管理系统，其特征在于，所述充电管理单元包括：
位置距离计算模块，计算每个无人机充电装置的位置信息P1与位置信息P2的距离差；
飞行时间计算模块，接收无人机发出的飞行速度信息，根据飞行速度信息和距离差信息计算无人机抵达每个无人机充电装置的飞行时间；
充电状态判断模块，根据充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于充电状态，若是则对其添加充电标识，将具有充电标识的无人机充电装置定为集合Q1；
预约状态判断模块，根据预约充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于预约状态，若是则对其添加预约标识，具有预约标识的无人机充电装置定为集合Q2；
空闲分析模块，对未处于充电状态和预约状态的无人机充电装置添加空闲标识，还将飞行时间与持续时间信息进行比较，若飞行时间大于或等于充电持续时间，则为相应的无人机充电装置添加空闲标识，将具有空闲标识的无人机充电装置定为集合Q3；
最优判断模块，判断集合Q3中距离差最小的无人机充电装置，对其添加最优标识，并将该具有最优标识的无人机充电装置的位置信息P1发送给无人机；
预约模块，在最优判断模块确定最优无人机充电装置时，向该最优无人机充电装置发送预约信息，包括无人机的身份信息和充电请求，以进行预约绑定。
3.根据权利要求1或2所述的一种无人机的分布式充电管理系统，其特征在于：所述电池管理单元还用于获取无人机充电装置的定期自检报告，若判断出无人机充电装置存在故障，则对其添加故障标识，将具有故障标识的无人机充电装置定为集合Q4，并发出相应的告警信息。
4.根据权利要求2所述的一种无人机的分布式充电管理系统，其特征在于，所述充电管理单元还包括：最优无人机充电装置监测模块，用于在无人机前往无人机充电装置的过程中，获取/检测具有最优标识的无人机充电装置的整机状态信息，若该无人机充电装置出现故障，则对其添加故障标识，将具有故障标识的无人机充电装置定为集合Q4，并根据无人机的当前位置在集合Q1、集合Q2和集合Q3中，重新判断最优的无人机充电装置。
5.根据权利要求1所述的一种无人机的分布式充电管理系统，其特征在于，所述无人机充电装置包括：
定位模块，用于采集位置信息P1；
蓄电池，用于存储电能以供无人机充电；
充电平台，用于无人机停靠，并设置有无线充电器和/或与无人机充电接口相匹配的电接触件；
电池检测模块，用于检测蓄电池的电池余量、充电电流/电压和放电电流/电压；
充放电电路模块，用于根据充电请求控制蓄电池的充电动作和放电动作，并与无线充电器/电接触件连接，还能检测无人机所需的充电电流/充电电压来自适应控制蓄电池的放电动作；
预约管理模块，接收充电管理单元发出的预约信息，且具备身份识别功能，当无人机停靠在充电平台上时，采集无人机的身份信息并进行认证，若其身份信息与预约信息匹配，则控制充放电电路模块执行该无人机的充电请求。
6.一种无人机的分布式充电管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1，将多个无人机充电装置分布式安装在所需位置；
S2，无人机按预设飞行条件检测自身的续航能力，当不满足预设飞行条件时，向充电管理服务器发出充电请求；
S3，充电管理服务器获取每个无人机充电装置的位置信息P1和电池状态信息，所述电池状态信息包括电池余量信息、充电状态信息、预约充电信息和当前时间至充电结束的持续时间信息；
S4，充电管理服务器获取到无人机的充电请求后，根据每个无人机充电装置的位置信息P1和电池状态信息以及无人机的位置信息P2，按照预设规则判断出最优的无人机充电装置；
S5，充电管理服务器将该无人机充电装置的位置信息P1发送给无人机；
S6，无人机根据该位置信息P1执行定位导航，前往该无人机充电装置处以进行充电补能。
7.根据权利要求6所述的一种无人机的分布式充电管理方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下多个子步骤：
S401，获取无人机的充电请求；
S402，计算每个无人机充电装置的位置信息P1与位置信息P2的距离差；
S403，接收无人机发出的飞行速度信息，根据飞行速度信息和距离差信息计算无人机抵达每个无人机充电装置的飞行时间；
S404，根据充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于充电状态，若是则对其添加充电标识，将具有充电标识的无人机充电装置定为集合Q1；
S405，根据预约充电状态信息判断各个无人机充电装置是否处于预约状态，若是则对其添加预约标识，具有预约标识的无人机充电装置定为集合Q2；
S406，对未处于充电状态和预约状态的无人机充电装置添加空闲标识，还将飞行时间与持续时间信息进行比较，若飞行时间大于或等于充电持续时间，则为相应的无人机充电装置添加空闲标识，将具有空闲标识的无人机充电装置定为集合Q3；
S407，判断集合Q3中距离差最小的无人机充电装置，对其添加最优标识，并将该具有最优标识的无人机充电装置的位置信息P1发送给无人机；
S408，在最优判断模块确定最优无人机充电装置时，向该最优无人机充电装置发送预约信息，包括无人机的身份信息和充电请求，以进行预约绑定。
8.根据权利要求7所述的一种无人机的分布式充电管理方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
S7，无人机充电装置采集无人机的身份识别信息，并将该身份识别信息与预约信息进行匹配认证，若通过认证则启动充电模式，以为无人机充电。
9.根据权利要求7所述的一种无人机的分布式充电管理方法，其特征在于，在无人机前往无人机充电装置的过程中，还包括步骤：
S8，获取/检测具有最优标识的无人机充电装置的整机状态信息，若该无人机充电装置出现故障，则对其添加故障标识，将具有故障标识的无人机充电装置定为集合Q4，并根据无人机的当前位置在集合Q1、集合Q2和集合Q3中，重新判断最优的无人机充电装置。
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