CN107554325A - 一种全自主多旋翼无人机起降平台 - Google Patents

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侯朝晖
罗观洲
廖瀚文
刘瑞
王君恺
王金翰
杨卓
王佳裕
袁艺
邹光磊
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Abstract

本发明公开了一种全自主多旋翼无人机起降平台，包括由电源系统、无线充电系统、通信系统、平台机电系统以及导航系统，其特征在于：所述电源系统包括市电模块、太阳能模块、电池模块、电源管理模块：且所述电源管理模块负责管理上述三个功能模块的运行，并通过实际情况智能选择合适的供电方式(市电或太阳能)，对电池的充放电进行控制：所述无线充电系统包括电池更换系统是一个类似左轮手枪转盘的结构。该新型应用前景较为广泛，可以应用在森林防火、治安巡逻、设施维护、农业植保以及无人机物流等，可以有效地解决现在相关行业无人机因电池容量受限导致的执行任务时间段，效果受限等问题。

Description

一种全自主多旋翼无人机起降平台
技术领域
本发明属于无人机领域，具体涉及一种全自主多旋翼无人机起降平台。
背景技术
随着小型旋翼无人机的迅速发展，其功能越来越强，用途越来广。但是起飞、降落、地面维护充电等工作依然依赖于专业的无人机飞手操作，培养成本高。同时，无人机携带的重量有限，导致其搭载的电池容量受限，限制了无人机的飞行时间，阻碍了无人机物流、无人机安防等方面的发展。目前国内外的研究主要集中于提高电池性能从而延长续航时间，实际上并没有解决所有的问题。综上所述，所以我设计了一种全自主多旋翼无人机起降平台。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种全自主多旋翼无人机起降平台。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种全自主多旋翼无人机起降平台，包括由电源系统、无线充电系统、通信系统、平台机电系统以及导航系统，所述电源系统包括市电模块、太阳能模块、电池模块、电源管理模块：且所述电源管理模块负责管理上述三个功能模块的运行，并通过实际情况智能选择合适的供电方式(市电或太阳能)，对电池的充放电进行控制：所述无线充电系统包括电池更换系统是一个类似左轮手枪转盘的结构，无人机以厘米级精度降落以后，旧电池换下，转盘转动，新的电池被替换上，转盘内的电池与供电系统相连，自动进行充电；所述通信系统是指起降平台与无人机之间的通信，包括控制信号的转达和降落导航辅助信号的发送以及所述起降平台与基站之间的通信，主要为基站状态反馈，对无人机遥控指令的传达；所述导航系统主要实现对无人机位置的定位以及与起降平台相对位置的计算；所述平台机电系统包括通过电机以及限位开关控制的可开闭的防雨罩。
作为本发明的进一步优化方案，所述电源管理模块通过电源选择模块、降压稳压模块、充放电模块组成。
作为本发明的进一步优化方案，所述通信系统当起降平台用于城市等具备电网供电能力的场合下时，可以采用电力线载波通信[2]方式，它是利用已有的低压配电网作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种手段。应用电力线通信方式发送数据时，发送器先将数据调制到一个高频载波上，再经过功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上。信号频带峰峰值电压一般不超过10V，因此不会对电力线路造成不良影响。这种方式的优点在于利用市电供电线即可完成供电与通信双重任务；当起降平台用于郊区等不具备电网供电能力的场合下时，可以采用无线通信模块，对于大部分场合下，利用现有的移动蜂窝电话网络就可以实现信号的可靠传输，相关技术在手持通讯设备中的应用已经非常成熟；所述无人机与起降平台和基站均采用无线数传等无线电数据传输模块相互通信。
作为本发明的进一步优化方案，所述导航系统GPS定位系统和灯塔定位系统；根据无人机与基站的距离切换GPS和灯塔定位系统；GPS定位系统，可以应用普通的GPS定位系统，目前GPS的精度在5m左右，在无人机执行巡航飞行任务时通过GPS获取当前位置坐标，在无人机降落过程中，达到距离灯塔较近的位置(3*3*3m范围)时，启动灯塔定位系统实现厘米级误差的精确降落。
灯塔定位即地面基站将激光按固定角速度向空中扫描，记录激光射中机载激光接收器的时间，根据脉冲时间差以解算飞行器的具体方位的方案。从无人机的视角来看，地面站就像一个灯塔。这种方案具有计算简单，精度高的特点。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：该新型应用前景较为广泛，可以应用在森林防火、治安巡逻、设施维护、农业植保以及无人机物流等，可以有效地解决现在相关行业无人机因电池容量受限导致的执行任务时间段，效果受限等问题。具体有一下4个优点；第一，本平台作为无人机充电站，可为区域内执行任务的无人机提供充电服务，从而大大延长无人机续航时间，同时免去了传统模式中无人返回基地充电所浪费的时间与电能，在无人机电机等工作正常的情况下理论上可在目标区域内执行任务数日甚至数月。第二，无人机在本平台起降不需要人工操作控制，完全自主，有效降低了操控难度，节约了人力成本，同时排除了人为失误的可能。第三，通过大量部署本平台，可组成无人机充电站网络，为过往无人机提供充电停靠服务，使得长距无人机运货成为可能。第四，本平台可以转发无人机的遥控信号，从而使基地远程控制无人机，以及无人机实时信号回传成为可能。
附图说明
图1是本发明的所有系统连接示意图；
图2是本发明的电源系统连接示意图；
图3是本发明的通信系统连接示意图；
图4是本发明的导航系统连接示意图。
图中：1、电源系统；2、无线充电系统；3、通信系统；4、平台机电系统；5、导航系统；6、起降平台；7、无人机；8、基站。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1-4所示，一种全自主多旋翼无人机起降平台，包括由电源系统(1)、无线充电系统(2)、通信系统(3)、平台机电系统(4)以及导航系统(5)，所述电源系统(1)包括市电模块、太阳能模块、电池模块、电源管理模块：且所述电源管理模块负责管理上述三个功能模块的运行，并通过实际情况智能选择合适的供电方式(市电或太阳能)，对电池的充放电进行控制：所述无线充电系统(2)包括电池更换系统是一个类似左轮手枪转盘的结构，无人机(7)以厘米级精度降落以后，旧电池换下，转盘转动，新的电池被替换上，转盘内的电池与供电系统相连，自动进行充电；所述通信系统(3)是指起降平台(6)与无人机(7)之间的通信，包括控制信号的转达和降落导航辅助信号的发送以及所述起降平台(6)与基站(8)之间的通信，主要为基站(8)状态反馈，对无人机(7)遥控指令的传达；所述导航系统(5)主要实现对无人机(7)位置的定位以及与起降平台(6)相对位置的计算；所述平台机电系统(4)包括通过电机以及限位开关控制的可开闭的防雨罩；所述电源管理模块通过电源选择模块、降压稳压模块、充放电模块组成；所述通信系统(3)当起降平台(6)用于城市等具备电网供电能力的场合下时，可以采用电力线载波通信[2]方式，它是利用已有的低压配电网作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种手段。应用电力线通信方式发送数据时，发送器先将数据调制到一个高频载波上，再经过功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上。信号频带峰峰值电压一般不超过10V，因此不会对电力线路造成不良影响。这种方式的优点在于利用市电供电线即可完成供电与通信双重任务；当起降平台(6)用于郊区等不具备电网供电能力的场合下时，可以采用无线通信模块，对于大部分场合下，利用现有的移动蜂窝电话网络就可以实现信号的可靠传输，相关技术在手持通讯设备中的应用已经非常成熟；所述无人机(7)与起降平台(6)和基站(8)均采用无线数传等无线电数据传输模块相互通信；所述导航系统(5)GPS定位系统和灯塔定位系统；根据无人机(7)与基站(8)的距离切换GPS和灯塔定位系统；GPS定位系统，可以应用普通的GPS定位系统，目前GPS的精度在5m左右，在无人机执行巡航飞行任务时通过GPS获取当前位置坐标，在无人机降落过程中，达到距离灯塔较近的位置(3*3*3m范围)时，启动灯塔定位系统实现厘米级误差的精确降落。灯塔定位即地面基站将激光按固定角速度向空中扫描，记录激光射中机载激光接收器的时间，根据脉冲时间差以解算飞行器的具体方位的方案。从无人机的视角来看，地面站就像一个灯塔。这种方案具有计算简单，精度高的特点。
所述本新型装置在这个实施例中，目前的无人机在目标区域执行任务时，需要预留电量返回基地，全自主多旋翼无人机起降平台可以任务区域的无人机提供充电服务，有效地提升无人机在任务区域作业的时间长度，同时，全自主起降使得人工操控难度降低，使得远程指挥变为可能。多个本平台可以组成充电站网络，为过往无人机提供停泊充电服务。通过在无人机任务路线中放置本平台，可以使得无人机可以在任务区域内就近充电，从而提升其任务执行效率。平台转发无人机的遥控信号，从而使基地远程控制无人机成为可能。综上所述，经过上述的可行性分析，全自主多旋翼无人机起降平台基本达到预期目标，有效地解决了现在小型无人机续航时间短、操控复杂、遥控距离短等等的难题，希望对无人机物流等方面起到推动作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种全自主多旋翼无人机起降平台，包括由电源系统、无线充电系统、通信系统、平台机电系统以及导航系统，其特征在于：所述电源系统包括市电模块、太阳能模块、电池模块、电源管理模块：且所述电源管理模块负责管理上述三个功能模块的运行，并通过实际情况智能选择合适的供电方式(市电或太阳能)，对电池的充放电进行控制：所述无线充电系统包括电池更换系统是一个类似左轮手枪转盘的结构；所述通信系统是指起降平台与无人机之间的通信，包括控制信号的转达和降落导航辅助信号的发送以及所述起降平台与基站之间的通信，主要为基站状态反馈，对无人机遥控指令的传达；所述导航系统主要实现对无人机位置的定位以及与起降平台相对位置的计算；所述平台机电系统包括通过电机以及限位开关控制的可开闭的防雨罩。
2.根据权利要求1所述的一种全自主多旋翼无人机起降平台，其特征在于：所述电源管理模块通过电源选择模块、降压稳压模块、充放电模块组成。
3.根据权利要求1所述的一种全自主多旋翼无人机起降平台，其特征在于：所述通信系统当起降平台用于城市等具备电网供电能力的场合下时，可以采用电力线载波通信[2]方式；当起降平台用于郊区等不具备电网供电能力的场合下时，可以采用无线通信模块；所述无人机与起降平台和基站均采用无线数传等无线电数据传输模块相互通信。
4.根据权利要求1所述的一种全自主多旋翼无人机起降平台，其特征在于：所述导航系统GPS定位系统和灯塔定位系统。
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