CN107479573A - 一种无人机的飞行充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无人机的飞行充电方法，其包括步骤：所述无人机根据目的地对象的位置信息以及无人机自身的位置信息确定飞行方向和飞行距离；所述无人机根据所述飞行方向和飞行距离向所述目的地对象飞行；所述无人机在飞行过程中，不断检测当前剩余电量以及剩余飞行距离，并判断当前剩余电量是否足以完成剩余飞行距离；当检测到当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离时，则飞往最近的无人机充电基站进行充电；所述无人机充电完成后，根据所述目的地对象的位置信息以及无人机自身的位置信息重新确定飞行方向和飞行距离；所述无人机根据重新确定的飞行方向和飞行距离向所述目的地对象飞行。本发明延长了无人机的飞行距离，使无人机的应用范围提升。
Description
技术领域
本发明涉及无人机控制领域，尤其涉及一种无人机的飞行充电方法。
技术领域
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。随着智能技术的发展，无人机技术已经逐渐成熟。
现有技术中的无人机存在的最大问题就是电池续航能力不强，所以无人机的最大飞行距离受限，所以制约了无人机的应用范围。
发明内容
一种无人机的飞行充电方法。
本发明的技术方案如下：
一种无人机的飞行充电方法，其包括步骤：
无人机确定用户输入的目的地对象；
所述无人机确定所述目的地对象的位置信息；
所述无人机根据所述目的地对象的位置信息以及无人机自身的位置信息确定飞行方向和飞行距离；
所述无人机根据所述飞行方向和飞行距离向所述目的地对象飞行；
所述无人机在飞行过程中，不断检测当前剩余电量以及剩余飞行距离，并判断当前剩余电量是否足以完成剩余飞行距离；
当检测到当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离时，则飞往最近的无人机充电基站进行充电；
所述无人机充电完成后，根据所述目的地对象的位置信息以及无人机自身的位置信息重新确定飞行方向和飞行距离；
所述无人机根据重新确定的飞行方向和飞行距离向所述目的地对象飞行。
优选的，所述无人机在飞行过程中，不断检测当前剩余电量以及剩余飞行距离，并判断当前剩余电量是否足以完成剩余飞行距离的步骤具体包括：
所述无人机计算已飞行距离以及已耗电量；
根据所述已飞行距离以及已耗电量计算出飞行单位距离所耗电量；
根据所述飞行单位距离所耗电量以及当前剩余电量计算出可飞距离；
将所述可飞距离与所述剩余飞行距离进行比较，若可飞距离小于剩余飞行距离，则判定当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离，若可飞距离大于或等于剩余飞行距离，则判定当前剩余电量足以完成剩余飞行距离。
优选的，所述无人机在飞行过程中，收集绕行障碍物的多余飞行距离，并将所述多余飞行距离计入在已飞行距离内。
优选的，当检测到当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离时，则飞往最近的无人机充电基站进行充电的步骤具体包括：
在飞到无人机充电基站后，通过无人机底部的摄像头进行图像识别，瞄准无人机充电基站的充电接口进行充电。
优选的，在充电前利用无人机底部以及无人机充电基站的磁铁接口进行对准。
优选的，所述无人机在飞行过程中获取自身设置的摄像头所采集到的图像。
优选的，所述无人机在飞行过程中不断进行数据广播，判断是否收到广播回应，如果收到广播回应，则根据该广播回应与对方无人机建立数据通道，并进行通信，互相交换自身的导航信息，若根据对方无人机的导航信息判断存在相撞风险，若是则自动调整飞行高度。
优选的，根据无人机自身的GPS坐标和目的地对象的位置信息对应的GPS坐标进行连线，以该连线方向作为飞行方向。
本发明通过在飞行过程中，不断检测当前剩余电量以及剩余飞行距离，并判断当前剩余电量是否足以完成剩余飞行距离；若检测到当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离时，则飞往最近的无人机充电基站进行充电，从而延长了无人机的飞行距离，使无人机的应用范围大大提升。
附图说明
图1为一种无人机的飞行充电方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，图1为本发明一种无人机的飞行充电方法的流程示意图，其包括步骤：
101、无人机确定用户输入的目的地对象；
102、所述无人机确定所述目的地对象的位置信息；
103、所述无人机根据所述目的地对象的位置信息以及无人机自身的位置信息确定飞行方向和飞行距离；
104、所述无人机根据所述飞行方向和飞行距离向所述目的地对象飞行；
105、所述无人机在飞行过程中，不断检测当前剩余电量以及剩余飞行距离，并判断当前剩余电量是否足以完成剩余飞行距离；
106、当检测到当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离时，则飞往最近的无人机充电基站进行充电；
107、所述无人机充电完成后，根据所述目的地对象的位置信息以及无人机自身的位置信息重新确定飞行方向和飞行距离；
108、所述无人机根据重新确定的飞行方向和飞行距离向所述目的地对象飞行。
本发明中，无人机在飞行过程中实时检测剩余电量和剩余飞行距离，判断剩余电量是否能够飞往目的地对象，如果不能则将距离最近的无人机充电基站作为中途点，并往中途点飞行，以进行充电，这样本发明的无人机能够飞行更长距离。
具体地，在步骤101中，无人机确定用户输入的目的地对象；具体可以是将无人机与智能终端连接，并由用户在智能终端上输入目的地对象，然后智能终端将目的地对象传输至无人机，使无人机确定其终点位置。所述无人机与智能终端的连接方式可以是wifi，4G，或者蓝牙等等方式。
在步骤102中，所述无人机确定所述目的地对象的位置信息；无人机接收到目的地对象的信息后，在地图中查找目的地对象的位置信息，所述位置信息。
在步骤103中，所述无人机根据所述目的地对象的位置信息以及无人机自身的位置信息确定飞行方向和飞行距离。
其中，飞行方向的确定：根据无人机自身的GPS坐标和目的地对象的位置信息对应的GPS坐标进行连线，以该连线方向作为飞行方向。
其中，飞行距离的确定：无人机自身的GPS坐标和目的地对象的位置信息对应的GPS坐标之间的距离，以该距离作为飞行距离。当然，这只是粗略的飞行距离计算方式，后文中将会描述精确的飞行距离计算方式。
在步骤104中，所述无人机根据所述飞行方向和飞行距离向所述目的地对象飞行。无人机在确定飞行方向和飞行距离后，便可向目的地对象的位置飞行。
在步骤105中，所述无人机在飞行过程中，不断检测当前剩余电量以及剩余飞行距离，并判断当前剩余电量是否足以完成剩余飞行距离。不断检测当前剩余电量及剩余飞行距离可以针对性地判断是否足以完成剩余飞行距离。
具体地，所述无人机在飞行过程中，不断检测当前剩余电量以及剩余飞行距离，并判断当前剩余电量是否足以完成剩余飞行距离的步骤具体包括：
所述无人机计算已飞行距离以及已耗电量；
根据所述已飞行距离以及已耗电量计算出飞行单位距离所耗电量；
根据所述飞行单位距离所耗电量以及当前剩余电量计算出可飞距离；
将所述可飞距离与所述剩余飞行距离进行比较，若可飞距离小于剩余飞行距离，则判定当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离，若可飞距离大于或等于剩余飞行距离，则判定当前剩余电量足以完成剩余飞行距离。
上述步骤中最为关键的是计算出飞行单位距离所耗电量，由于无人机随着使用时间的不断增加，其飞行单位距离所耗电量可能不尽相同，所以优选的是以此次飞行的状态来确定，即根据已飞行距离以及已耗电量来计算出飞行单位距离所耗电量。所述飞行单位距离所耗电量等于已耗电量除以已飞行距离。
根据所述飞行单位距离所耗电量以及当前剩余电量计算出可飞距离，即所述可飞距离等于当前剩余电量除以所述飞行单位距离所耗电量。
将所述可飞距离与所述剩余飞行距离进行比较，即可判断当前剩余电量是否足以完成剩余飞行距离。
在上述步骤中，所述已飞行距离可以根据出发点对象的位置信息对应的GPS坐标以及当前位置的位置信息对应的GPS坐标来确定，这种方式简单方便，但准确性稍差。
优选的，所述无人机在飞行过程中，收集绕行障碍物的多余飞行距离，并将所述多余飞行距离计入在已飞行距离内。因为无人机在飞行过程中，并不是直线飞行，其在遇到障碍物的时候需要绕行，所以上述已飞行距离如果根据GPS坐标来确定的话会有误差，故本发明还计算绕行障碍物的多余飞行距离，并将多余飞行距离计入在已飞行距离内。这样计算出的飞行单位距离所耗电量将更加准确。
在步骤106中，当检测到当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离时，则飞往最近的无人机充电基站进行充电；因为当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离，所以需要在中途点进行充电，其中的无人机充电基站类似于目前的电动车充电桩，可以对无人机进行充电。可以在各地部署多个这样的无人机充电基站，例如置于高楼的楼顶，即方便也不影响安全性。
优选的，当检测到当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离时，则飞往最近的无人机充电基站进行充电的步骤具体包括：
在飞到无人机充电基站后，通过无人机底部的摄像头进行图像识别，瞄准无人机充电基站的充电接口进行充电。
即利用图像识别的方式识别出无人机充电基站的充电接口，并利用自身的充电接口对准无人机充电基站的充电接口，从而实现充电。
另外，为了更准确和快速的进行对接充电，在充电前利用无人机底部以及无人机充电基站的磁铁接口进行对准。即无人机底部设置有磁铁接口，无人机充电基站顶部同样设置有磁铁接口，二者磁性相吸，当二者靠近时，将自动相吸，即二者的磁铁接口相接触，此时二者的充电接口也将实现自动对准。
在步骤107中，所述无人机充电完成后，根据所述目的地对象的位置信息以及无人机自身的位置信息重新确定飞行方向和飞行距离。
其中，飞行方向的确定：根据无人机自身当前的GPS坐标和目的地对象的位置信息对应的GPS坐标进行连线，以该连线方向作为飞行方向。
其中，飞行距离的确定：无人机自身当前的GPS坐标和目的地对象的位置信息对应的GPS坐标之间的距离，以该距离作为飞行距离。
在步骤108中，所述无人机根据重新确定的飞行方向和飞行距离向所述目的地对象飞行。即无人机继续向目的地对象飞行，在飞行过程中，同样不断对自身剩余电量和剩余飞行距离进行检测，并判断是否足以完成剩余飞行距离，然后按照前述步骤进行同样处理。
优选的，所述无人机在飞行过程中获取自身设置的摄像头所采集到的图像。精确的飞行距离的确定可以按照如下公式确定：S＝(2*M*N*tana)/(P*sinb)，S为飞行距离、M为目的地对象的空间横坐标、N为无人机的当前位置与地面的垂直高度、a为摄像头的水平视角的半角、P为空间坐标系的横轴长度，b为两条线的夹角，一条线是从摄像头出发竖直向下的线，另一条是从摄像头出发，水平方向上与所述摄像头在横轴方向上的视线范围线段中的中点所构成的线段。上述飞行距离考虑到了高度等其他因素，故能计算更准确的飞行距离。
优选的，所述无人机在飞行过程中不断进行数据广播，判断是否收到广播回应，如果收到广播回应，则根据该广播回应与对方无人机建立数据通道，并进行通信，互相交换自身的导航信息，若根据对方无人机的导航信息判断存在相撞风险，若是则自动调整飞行高度。
其中的调整飞行高度可以是当前无人机单独调整飞行高度，也可以是对方无人机单独调整飞行高度，也可以是当前无人机与对方无人机同时调整飞行高度，例如当前无人机下降同时对方无人机上升，或者当前无人机上升同时对方无人机下降。
具体地，所述导航信息包括飞行方向、飞行速度、飞行高度以及当前位置，当然还可以根据需要包含其他信息，例如无人机品牌，ID等等。
无人机与对方无人机互相交换自身的导航信息，根据对方无人机的导航信息判断是否存在相撞风险，若是则自动调整飞行高度的步骤具体包括：
所述无人机获取对方无人机的导航信息后，从中提取对方无人机的飞行高度；
并将对方无人机的飞行高度与自身的飞行高度进行比较，判断二者飞行高度之间的高度差低于高度阈值；
若二者之间的高度差低于高度阈值，则根据所述飞行方向和当前位置计算出二者飞行过程中是否出现交汇点；
若出现交汇点，则判定存在相撞风险；
所述无人机上升或下降飞行高度，并将自身的调整信息发送至对方无人机，同时接收对方无人机的调整信息。
上述步骤中，当前无人机会与对方无人机的飞行高度进行比较，若二者相差较大，则不会出现碰撞可能，若二者相差较小，才会出现相撞情况。故首先是比较二者飞行高度，若二者之间的高度差小于高度阈值，则进行后续判断，若二者之间的高度差大于或等于高度阈值，那么不会进行后续判断，即直接判定二者不存在相撞风险。
所述高度阈值可以是1米，或者为了保险起见设置为1.5米或2米。比如，二者高度差若低于1米，那么进行后续检测，若高于或等于1米，则直接判定不存在相撞风险。
在二者之间的高度差低于高度阈值的情况下，则根据所述飞行方向和当前位置计算出二者飞行过程中是否出现交汇点，即根据当前无人机的飞行方向和当前位置计算出自身的飞行路线，同时根据对方无人机的飞行方向和当前位置计算出对方无人机的飞行路线，根据二者飞行路线判断是否出现交汇点，若出现交汇点，那么存在相撞风险，若未出现交汇点，那么不存在相撞风险。其中本发明的交汇点优选为一个范围，例如1米的圆形区域，只要根据二者的飞行路线判断会同时出现在一个1米的圆形区域内，那么就判定存在交汇点，这样可以避免由于无人机旋翼过大或者携带物品过大，导致存在相撞风险的问题，从而提高无人机飞行的安全性。
优选的，所述无人机上升或下降飞行高度，并将自身的调整信息发送至对方无人机，同时接收对方无人机的调整信息的步骤具体包括：
当所述无人机的飞行高度高于或等于对方无人机的飞行高度时，则控制自身的飞行高度上升，当所述无人机的飞行高度低于对方无人机的飞行高度时，则控制自身的飞行高度下降。
即可以是当前无人机来进行调整，例如当前无人机相对对方无人机较高或同高时，则控制自身的飞行高度上升，或者当前无人机相对对方无人机较低时，则控制自身的飞行高度下降，而对方无人机无需调整。
又或者，可以是对方无人机进行调整，例如对方无人机相对当前无人机较高或同高时，则控制自身的飞行高度上升，或者对方无人机相对当前无人机较低时，则控制自身的飞行高度下降，而当前无人机无需调整。
又或者，可以是当前无人机和对方无人机同时进行调整，例如当前无人机相对对方无人机较高或同高时，则控制当前无人机飞行高度上升且对方无人机飞行高度下降，或者当前无人机相对对方无人机较低时，则控制当前无人机飞行高度下降且对方无人机飞行高度上升。
优选的，在调整之后，根据双方的调整信息判断是否存在相撞风险，若是则继续调整飞行高度。此时判断是否存在相撞风险的方法与前述内容相同，故不再赘述。
无人机飞行过程中还可使用风速检测仪和风向检测仪分别检测当前的风速和风向，并根据风速和风向不断调整4个或6个螺旋桨的转速和方向，以尽可能节省电量。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种无人机的飞行充电方法，其特征在于，包括步骤：
无人机确定用户输入的目的地对象；
所述无人机确定所述目的地对象的位置信息；
所述无人机根据所述目的地对象的位置信息以及无人机自身的位置信息确定飞行方向和飞行距离；
所述无人机根据所述飞行方向和飞行距离向所述目的地对象飞行；
所述无人机在飞行过程中，不断检测当前剩余电量以及剩余飞行距离，并判断当前剩余电量是否足以完成剩余飞行距离；
当检测到当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离时，则飞往最近的无人机充电基站进行充电；
所述无人机充电完成后，根据所述目的地对象的位置信息以及无人机自身的位置信息重新确定飞行方向和飞行距离；
所述无人机根据重新确定的飞行方向和飞行距离向所述目的地对象飞行。
2.根据权利要求1所述的无人机的飞行充电方法，其特征在于，所述无人机在飞行过程中，不断检测当前剩余电量以及剩余飞行距离，并判断当前剩余电量是否足以完成剩余飞行距离的步骤具体包括：
所述无人机计算已飞行距离以及已耗电量；
根据所述已飞行距离以及已耗电量计算出飞行单位距离所耗电量；
根据所述飞行单位距离所耗电量以及当前剩余电量计算出可飞距离；
将所述可飞距离与所述剩余飞行距离进行比较，若可飞距离小于剩余飞行距离，则判定当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离，若可飞距离大于或等于剩余飞行距离，则判定当前剩余电量足以完成剩余飞行距离。
3.根据权利要求2所述的无人机的飞行充电方法，其特征在于，所述无人机在飞行过程中，收集绕行障碍物的多余飞行距离，并将所述多余飞行距离计入在已飞行距离内。
4.根据权利要求1所述的无人机的飞行充电方法，其特征在于，当检测到当前剩余电量不足以完成剩余飞行距离时，则飞往最近的无人机充电基站进行充电的步骤具体包括：
在飞到无人机充电基站后，通过无人机底部的摄像头进行图像识别，瞄准无人机充电基站的充电接口进行充电。
5.根据权利要求4所述的无人机的飞行充电方法，其特征在于，在充电前利用无人机底部以及无人机充电基站的磁铁接口进行对准。
6.根据权利要求1所述的无人机的飞行充电方法，其特征在于，所述无人机在飞行过程中获取自身设置的摄像头所采集到的图像。
7.根据权利要求1所述的无人机的飞行充电方法，其特征在于，所述无人机在飞行过程中不断进行数据广播，判断是否收到广播回应，如果收到广播回应，则根据该广播回应与对方无人机建立数据通道，并进行通信，互相交换自身的导航信息，若根据对方无人机的导航信息判断存在相撞风险，若是则自动调整飞行高度。
8.根据权利要求1所述的无人机的飞行充电方法，其特征在于，根据无人机自身的GPS坐标和目的地对象的位置信息对应的GPS坐标进行连线，以该连线方向作为飞行方向。
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