CN107225990A - 一种无人机及其太阳能充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机及其太阳能充电系统，包括无人机、起降平台、充电桩、充电小车、嵌位模块；太阳能电池板、主控模块；起降平台外围设有定位接收器，通过接受无人机上定位发射器的信号，对无人机的位置精确定位，从而找到无人机上电池充电触点的精确位置为无人机充电。本发明利用太阳能电池板获取电能，用于给无人机充电，节能环保；设计专用起降平台，方便无人机准确降落，同时利用一系列装置实现了定位功能，便于精确找到无人机的充电接口触点，整个过程不需要人工参与，节省人力成本。

Description

一种无人机及其太阳能充电系统
技术领域
本发明涉及电学领域，特别涉及一种无人机及其太阳能充电系统。
背景技术
随着无人机技术的成熟，无人机在日常生活中大量使用，例如检测、拍照、巡航、监控等。但是无人机的续航能力严重影响其飞行时间，每飞行一段时间就要对其进行充电；非常繁琐。对于一些日常监控和巡航的无人机来说，大多数时间不需要人为控制，只要按照特定的路径飞行拍摄录像即可。因此，需要设计一种可以不需要人工参与，可以自行实现充电的无人机及其充电系统。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题，所提出的一种无人机及其太阳能充电系统。
本发明是按照以下技术方案实施的。
一种无人机及其太阳能充电系统，包括无人机、起降平台、充电桩、充电小车、嵌位模块；太阳能电池板、主控模块；其特征在于，所述起降平台为圆形，外围设有环绕起降平台的定位接收器，所述定位接收器包含不少于120个红外接收器；所述红外接收器的感光面均为矩形，环绕圆周均匀分布且朝向圆心方向；所述充电桩连接太阳能电池板的输出端，位于起降平台外部，充电桩上设有第一触点和红外发射器；所述无人机包括电池盒、H形底座、定位发射器；所述H型底座为铁磁金属材质；所述电池盒通过支撑杆连接H形底座；所述定位发射器部署于电池盒上方，包括四个两两之间发光角度夹角为90度的红外发射灯；所述充电小车前部设有第二红外接收模块和第四触点，充电小车后部设有第一红外接收模块和第三触点；所述嵌位模块包括位于起降平台下方的环形轨道，旋转电机的转子穿过环形轨道的圆心，齿条一端连接沿环形轨道运动的滑轮上，另一端连接转子，齿条上安装有可沿齿条移动的电磁线圈模组；所述主控模块中设有与无人机通讯的无线发射模块和用于分析定位的数据处理模块。
所述第一触点距离起降平台的高度高于定位接收器；第一触点和第四触点均为磁性触点。
所述起降平台为塑料材质，厚度为5～10mm。
所述无人机、充电小车、充电桩中均设有电压检测模块。
本发明获得了如下有益效果。
本发明利用太阳能电池板获取电能，用于给无人机充电，节能环保；设计专用起降平台，方便无人机准确降落，同时利用一系列装置实现了定位功能，便于精确找到无人机的充电接口触点，整个过程不需要人工参与，节省人力成本。
附图说明
图1是本发明起降平台的俯视图；
图2是本发明无人机底部的主视图；
图3是本发明充放电触点在小车上的位置图；
图4是本发明嵌位机构的俯视图；
图5是本发明电磁线圈模组的结构示意图；
图6是本发明电磁线圈模组中齿条与齿轮啮合部分的俯视图。
其中，1.充电桩；2.第一触点；3.定位接收器；4.电池盒；5.H形支架；6.定位发射器；7.红外发射灯；8.第二触点；9.支撑杆；10.齿条；11.滑轮；12.小车；13.第一红外接收模块；14.第三触点；15.第二红外接收模块；16.第四触点；17环形轨道；18.电磁线圈模组；19.转子；20.齿轮；21.齿条孔；22.线圈。
具体实施方式
以下参照附图和实施例对本发明进行进一步的技术说明。
如图1～5所示，一种无人机及其太阳能充电系统，包括无人机、起降平台、充电桩1、充电小车12、嵌位模块；太阳能电池板、主控模块；其特征在于，所述起降平台为圆形，外围设有环绕起降平台的定位接收器3，所述定位接收器3包含不少于120个红外接收器；所述红外接收器的感光面均为矩形，环绕圆周均匀分布且朝向圆心方向；所述充电桩1连接太阳能电池板的输出端，位于起降平台外部，充电桩1上设有第一触点2和红外发射器；所述无人机包括电池盒4、H形底座5、定位发射器6；所述H型底座5为铁磁金属材质；所述电池盒4通过支撑杆9连接H形底座5；所述定位发射器6部署于电池盒4上方，包括四个两两之间发光角度夹角为90度的红外发射灯7；所述充电小车12前部设有第二红外接收模块15和第四触点16，充电小车12后部设有第一红外接收模块13和第三触点14；所述嵌位模块包括位于起降平台下方的环形轨道17，旋转电机的转子19穿过环形轨道17的圆心，齿条10一端连接沿环形轨道17运动的滑轮11上，另一端连接转子19，齿条10上安装有可沿齿条10移动的电磁线圈模组18；所述主控模块中设有与无人机通讯的无线发射模块和用于分析定位的数据处理模块。
所述第一触点2距离起降平台的高度高于定位接收器3；第一触点2和第四触点16均为磁性触点。
所述起降平台为塑料材质，厚度为5～10mm。
所述无人机、充电小车12、充电桩1中均设有电压检测模块。
实施例一：
无人机充电功能的实现步骤和原理如下：
1.无人机执行预设飞行任务过程中，内部的电压检测模块每隔一段时间检测一次剩余电量，当剩余电量低于10%时，发出请求充电指令，获取最近的充电系统的位置和路径。
2.无人机与充电系统建立连接，飞行至充电系统附近，在主控模块的指引下，降落至起降平台上，由于无人机的方向往往无法精确控制，因此落在起降平台上的具体位置并不确定。
3．定位发射器6的三个红外发射灯7按正方形的四个顶点的方位排布，向外分别发出一道光束（图1中虚线），照射到定位接收器3上，主控模块读取定位接收器3中的各个红外接收器接收到的光亮度数字化后的数值，找出数值最大的四个值。
4.在起降平台上建立直角坐标系，根据数值最大的四个值对应的红外接收器位置，计算出无人机的中心位置，假设对应的直角坐标分别为（X1，Y1）, （X2，Y2）,（X3，Y3）,（X4，Y4），其中，（X1，Y1）对应无人机正面的红外发射灯的对应点。
那么无人机的中心点对应横坐标为X0,纵坐标为Y0，可根据以下两个方程计算得出：
（X0－X2）/（X4－X2）=L2/（L1－L2）----------（1）
（Y0－Y2）/（Y4－Y2）=L2/（L1－L2）----------（2）
其中，
同时，可计算出从发出的光的光路满足的一次函数方程为：
5.主控模块将无人机中心点的坐标值对应到极坐标系中，控制旋转电机的转子19带动齿条10旋转，从而实现整个电磁线圈模组18沿极坐标原点旋转。如图6所示，由于齿条10贯穿电磁线圈模组18上的齿条孔21，齿条孔内设有齿轮20，齿轮20由步进电机驱动；在步进电机驱动下，齿轮20可正反转可带动齿轮20沿齿条10移动。而齿轮20与整个电磁线圈模组18是一体化的装置，与齿条10相互独立。因此，最终导致整个电磁线圈模组18沿齿条10移动，步进电机控制步进的长度，即齿轮旋转的圈数，可使电磁线圈模组18在该极坐标系中精确定位。移动至目标位置后，步进电机停止转动。
6.电磁线圈模组18中的线圈22通电，形成电磁铁，产生磁性吸力，由于无人机的H形支架是铁磁材料，因此会被电磁线圈模组18吸住，而此时电磁线圈模组18恰好位于无人机正下方，因此实现了无人机的嵌位，水平方向上的受力不够大时，不易使无人机移动。
7.无人机只保留正面的红外发射灯7发光，充电小车12根据步骤4计算得到的无人机正面的红外发射灯发出的光的光路满足的一次函数方程，沿着该方程所对应的路径，朝向发光点行驶，过程中，根据小车12上的第二红外接收模块15感知的光强度读数，对行驶路径进行微调，逐渐接近无人机，最终使得第四触点16接触上第二触点8，由于第四触点18是磁性触点，因此与第二触点8紧密贴合。
8.充电小车12通过第四触点16输出电能，为无人机充电，待充电完成后，充电小车12反向行驶离开无人机，电磁线圈模组18不再给线圈22通电断电，停止嵌位动作。无人机随时可以飞走继续执行飞行任务。
实施例二：
充电小车12获取电能的原理如下：
太阳能电池板将太阳能转化为电能存储于充电桩1内，此部分电能用于提供系统中所有用电设备的电能和无人机充电。当充电小车12内部的电压检测模块检测到电量不足时，充电小车12反向行驶，找到充电桩1的位置，第一红外接收模块13对准充电桩1上的红外发射器，充电小车12逐渐靠近充电桩1，最终将实现第三触点14与第一触点2的贴合，第三触点14是充电小车12的电能输入触点，充电桩1通过第一触点2向充电小车12输出电能，当充电小车12内部的电压检测模块检测到电量充足时，充电小车12正向行驶，离开充电桩1，完成充电。
轮20由步进电机驱动；在步进电机驱动下，齿轮20可正反转可带动齿轮20沿齿条10移动。而齿轮20与整个电磁线圈模组18是一体化的装置，与齿条10相互独立。因此，最终导致整个电磁线圈模组18沿齿条10移动，步进电机控制步进的长度，即齿轮旋转的圈数，可使电磁线圈模组18在该极坐标系中精确定位。移动至目标位置后，步进电机停止转动。
6.电磁线圈模组18中的线圈22通电，形成电磁铁，产生磁性吸力，由于无人机的H形支架是铁磁材料，因此会被电磁线圈模组18吸住，而此时电磁线圈模组18恰好位于无人机正下方，因此实现了无人机的嵌位，水平方向上的受力不够大时，不易使无人机移动。
7.无人机只保留正面的红外发射灯7发光，充电小车12根据步骤4计算得到的无人机正面的红外发射灯发出的光的光路满足的一次函数方程，沿着该方程所对应的路径，朝向发光点行驶，过程中，根据小车12上的第二红外接收模块15感知的光强度读数，对行驶路径进行微调，逐渐接近无人机，最终使得第四触点16接触上第二触点8，由于第四触点18是磁性触点，因此与第二触点8紧密贴合。
8.充电小车12通过第四触点16输出电能，为无人机充电，待充电完成后，充电小车12反向行驶离开无人机，电磁线圈模组18不再给线圈22通电断电，停止嵌位动作。无人机随时可以飞走继续执行飞行任务。
实施例二：
充电小车12获取电能的原理如下：
太阳能电池板将太阳能转化为电能存储于充电桩1内，此部分电能用于提供系统中所有用电设备的电能和无人机充电。当充电小车12内部的电压检测模块检测到电量不足时，充电小车12反向行驶，找到充电桩1的位置，第一红外接收模块13对准充电桩1上的红外发射器，充电小车12逐渐靠近充电桩1，最终将实现第三触点14与第一触点2的贴合，第三触点14是充电小车12的电能输入触点，充电桩1通过第一触点2向充电小车12输出电能，当充电小车12内部的电压检测模块检测到电量充足时，充电小车12正向行驶，离开充电桩1，完成充电。

Claims (4)

1.一种无人机及其太阳能充电系统，包括无人机、起降平台、充电桩（1）、充电小车（12）、嵌位模块；太阳能电池板、主控模块；其特征在于，所述起降平台为圆形，外围设有环绕起降平台的定位接收器（3），所述定位接收器（3）包含不少于120个红外接收器；所述红外接收器的感光面均为矩形，环绕圆周均匀分布且朝向圆心方向；所述充电桩（1）连接太阳能电池板的输出端，位于起降平台外部，充电桩（1）上设有第一触点（2）和红外发射器；所述无人机包括电池盒（4）、H形底座（5）、定位发射器（6）；所述H型底座（5）为铁磁金属材质；所述电池盒（4）通过支撑杆（9）连接H形底座（5）；所述定位发射器（6）部署于电池盒（4）上方，包括四个两两之间发光角度夹角为90度的红外发射灯（7）；所述充电小车（12）前部设有第二红外接收模块（15）和第四触点（16），充电小车（12）后部设有第一红外接收模块（13）和第三触点（14）；所述嵌位模块包括位于起降平台下方的环形轨道（17），旋转电机的转子（19）穿过环形轨道（17）的圆心，齿条（10）一端连接沿环形轨道（17）运动的滑轮（11）上，另一端连接转子（19），齿条（10）上安装有沿齿条（10）移动的电磁线圈模组（18）；所述主控模块中设有与无人机通讯的无线发射模块和用于分析定位的数据处理模块。
2.如权利要求1所述的一种无人机及其太阳能充电系统，其特征在于，所述第一触点（2）距离起降平台的高度高于定位接收器（3）；第一触点（2）和第四触点（16）均为磁性触点。
3.如权利要求1所述的一种无人机及其太阳能充电系统，其特征在于，所述起降平台为塑料材质，厚度为5～10mm。
4.如权利要求1所述的一种无人机及其太阳能充电系统，其特征在于，所述无人机、充电小车（12）、充电桩（1）中均设有电压检测模块。
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