CN108528254B - 一种巡线无人机充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种巡线无人机充电系统及方法，其中，该系统包括：巡检无人机和可移动充电模块；巡检无人机巡检的目标输电线上设置有可移动充电模块；可移动充电模块包括控制单元、第一充电子模块和运动子模块；运动子模块包括：主体、驱动机构和滑轮；主体设于目标输电线下方，设置于主体内的驱动机构与滑轮连接，滑轮设于目标输电线上方且与目标输电线滑动连接，控制单元与驱动机构电连接；当接收到巡检无人机的启动指令后，控制单元用于控制第一充电子模块在目标输电线上取能再向巡检无人机进行无线充电；当接收到巡检无人机的移动充电指令后，控制单元用于控制运动子模块在目标输电线上进行与巡检无人机同向的运动。

Description

一种巡线无人机充电系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机巡检技术领域，尤其涉及一种巡线无人机充电系统及方法。

背景技术

近年来，随着无人机技术的日益成熟，无人机在电力作业中的应用越来越广泛，特别是应用在高压输电线路的日常巡线工作中。由于高压输电线路分布区域广，地形复杂多变，传统的人工巡线往往需要耗费大量人力物力，而利用无人机巡线的方式则可以大大降低巡线成本，同时利用无人机上的高倍摄像机、传感器和GPS等装置可以精准判断并记录线路损坏位置和损坏程度，有助于调度人员迅速制定最佳抢修方案。

现阶段无人机主要利用电池为动力源，电池充电一次只能够维持几个小时的连续工作。然而，随着应用范围推进，对无人机连续工作的时长要求越来越高，无人机的续航能力成为制约其巡检能力的重要因素。电池的充电方式一般采用传统的手动充电，即线路运维人员人工连线为电池充电。这种方式无法在无人机工作过程中实现实时充电，同时也加重了运维人员的工作量，无法充分展现无人机巡线灵活便捷的特点。最近，一种无线电能传输的无人机悬停无线充电方式也被提起，这是一种在高压线路上取电并利用无线电能传输技术将电能传输给无人机实现无人机悬停充电的技术，然而，目前这种方案还在研究阶段，尚未成熟，而且这种技术需要无人机固定在一个充电点上方，依然无法实现无人机的边飞边充。

发明内容

本发明实施例提供了一种巡线无人机充电系统及方法，可以令无人机实现在巡检工作的飞行状态下同时进行充电。

根据本发明的一个方面，提供一种巡线无人机充电系统，包括：巡检无人机和可移动充电模块；

巡检无人机巡检的目标输电线上设置有所述可移动充电模块；

所述可移动充电模块包括控制单元、第一充电子模块和运动子模块；

所述运动子模块包括：主体、驱动机构和滑轮；

所述主体设于所述目标输电线下方，设置于所述主体内的驱动机构与所述滑轮连接，所述滑轮设于所述目标输电线上方且与所述目标输电线滑动连接，所述控制单元与所述驱动机构电连接；

当接收到所述巡检无人机的启动指令后，所述控制单元用于控制所述第一充电子模块在所述目标输电线上取能再向所述巡检无人机进行无线充电；

当接收到所述巡检无人机的移动充电指令后，所述控制单元用于控制所述运动子模块在所述目标输电线上进行与所述巡检无人机同向的运动。

优选地，所述第一充电子模块包括：取能单元、第一电能转换单元和充电发射线圈；

所述取能单元、所述第一电能转换单元和所述控制单元均设置所述主体内，所述充电发射线圈安装于所述主体的表面；

所述取能单元、所述第一电能转换单元与所述充电发射线圈依次电连接；

所述控制单元与所述第一电能转换单元电连接，所述控制单元用于控制所述第一电能转换单元的通断。

优选地，所述第一电能转换单元包括交流直流变换器和直流交流高频变换器；

所述交流直流变换器的输入端和所述取能单元电连接，所述交流直流变换器的输出端和直流交流高频变换器的输入端电连接；

所述交流直流变换器的输出端和所述驱动机构电连接，所述直流交流高频变换器的输出端和所述充电发射线圈电连接。

优选地，所述交流直流变换器的输出端和所述驱动机构之间连接有第一开关，所述交流直流变换器的输出端和直流交流高频变换器的输入端之间连接有第二开关；

所述控制单元分别与所述第一开关、所述第二开关电连接。

优选地，所述第一开关与所述驱动机构之间连接有第一蓄电池。

优选地，所述取能单元包括：CT线圈和支撑杆；

所述目标输电线从所述CT线圈的内孔穿过；

所述支撑杆连接于所述主体的外表面上；

所述第一电能转换单元通过所述支撑杆和所述CT线圈电连接。

优选地，所述巡检无人机包括摄像机构、第二充电子模块、第二蓄电池和微处理器；

所述微处理器分别和所述摄像机构、所述第二蓄电池电连接；

所述第二充电子模块与所述第二蓄电池电连接；

当所述微处理器确定所述第二蓄电池需要充电后，在所述巡检无人机的运动过程中，所述微处理器用于通过所述摄像机构在所述目标输电线上进行图像识别，直至获取最近的所述可移动充电模块的图像。

优选地，所述第二充电子模块包括：充电接收线圈和第二电能转换单元；

所述充电接收线圈、所述第二电能转换单元与所述第二蓄电池依次电连接；

当所述微处理器获取最近的所述可移动充电模块的图像后，所述微处理器用于发送启动指令至最近的所述可移动充电模块的所述控制单元；

当所述微处理器确定所述第二蓄电池开始充电后，所述微处理器用于控制所述巡检无人机对所述目标输电线进行巡检同时发送移动充电指令至所述控制单元。

优选地，所述控制单元内置有传感器，所述传感器用于获取所述巡检无人机的运动信息。

根据本发明的另一个方面，提供一种巡线无人机充电方法，应用于如以上所述的巡线无人机充电系统，包括：

巡检无人机在确定需要进行充电后，发送启动指令至目标输电线上的可移动充电模块的控制单元；

所述控制单元控制所述可移动充电模块的第一充电子模块在所述输电线路上取能再向所述巡检无人机进行无线充电；

所述巡检无人机在确认进行充电后，开始执行对所述输电线的巡检同时发送移动充电指令至所述控制单元；

所述控制单元控制所述可移动充电模块的运动子模块在所述输电线路上进行与所述巡检无人机同向的运动；

其中，所述目标输电线为所述巡检无人机巡检的输电线。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供了一种巡线无人机充电系统及方法，其中，该系统包括：巡检无人机和可移动充电模块；巡检无人机巡检的目标输电线上设置有可移动充电模块；可移动充电模块包括控制单元、第一充电子模块和运动子模块；运动子模块包括：主体、驱动机构和滑轮；主体设于目标输电线下方，设置于主体内的驱动机构与滑轮连接，滑轮设于目标输电线上方且与目标输电线滑动连接，控制单元与驱动机构电连接；当接收到巡检无人机的启动指令后，控制单元用于控制第一充电子模块在目标输电线上取能再向巡检无人机进行无线充电；当接收到巡检无人机的移动充电指令后，控制单元用于控制运动子模块在目标输电线上进行与巡检无人机同向的运动。本发明通过在输电线路上安装一种可移动充电模块，可以对在巡检状态下的巡检无人机进行移动充电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种巡线无人机充电系统的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的一种巡线无人机充电系统的一个实施例的另一结构示意图；

图3为本发明提供的一种巡线无人机充电方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种巡线无人机充电系统及方法，可以令无人机实现在巡检工作的飞行状态下同时进行充电。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本发明提供的一种巡线无人机充电系统的一个实施例，包括：巡检无人机1和可移动充电模块2；

巡检无人机1巡检的目标输电线3上设置有可移动充电模块2；

可移动充电模块2包括控制单元22、第一充电子模块和运动子模块；

运动子模块包括：主体21、驱动机构20和滑轮23；

主体21设于目标输电线3下方，设置于主体21内的驱动机构20与滑轮23连接，滑轮23设于目标输电线3上方且与目标输电线3滑动连接，控制单元22与驱动机构20电连接；

当接收到巡检无人机1的启动指令后，控制单元22用于控制第一充电子模块在目标输电线3上取能再向巡检无人机1进行无线充电；

当接收到巡检无人机1的移动充电指令后，控制单元22用于控制运动子模块在目标输电线3上进行与巡检无人机1同向的运动。

在本实施例中，巡检无人机1在对目标输电线3进行巡检的过程中，发现有充电的需求后，可以向在目标输电线3上的可移动充电模块2发送启动指令，则可移动充电模块2可在目标输电线3上取能并对巡检无人机1进行充电，巡检无人机1在确认充电已经开始进行后，可继续执行对目标输电线3的巡检，同时发送移动充电指令至可移动充电模块2，可移动充电模块2通过运动子模块在目标输电线3进行与巡检无人机1同向的运动，因此，可实现无人机的边飞边充。

可选的，控制单元22内置有传感器，传感器用于获取巡检无人机的运动信息。该运动信息可以包括无人机的位置、速度等信息，当控制单元22在获取到移动充电指令后，则可以根据该运动信息计算出跟随路径，包括移动方向和速度等，进而控制驱动装置20的工作模式以实现对无人机的跟随。

可选的，第一充电子模块包括：取能单元24、第一电能转换单元25和充电发射线圈26；

取能单元24、第一电能转换单元25和控制单元22均设置主体21内，充电发射线圈26安装于主体21的表面；

取能单元24、第一电能转换单元25与充电发射线圈26依次电连接；

控制单元22与第一电能转换单元25电连接，控制单元22用于控制第一电能转换单元25的通断。

可选的，所述取能单元包括：CT线圈24和支撑杆27，目标输电,3从CT线圈24的内孔穿过；支撑杆27连接于主体21的外表面上，第一电能转换单,25通过支撑杆27和CT线圈24电连接，CT线圈24基于电磁感应原理，从输电线路上获取能量。输电线上交变的电流在CT线圈中感应生成交变的感应电流。

在本实施例中，取能单元24用于从目标输电线3上感应生成交流，取得的交流可以通过第一电能转换单元25进行转换为高频交流，再通过充电发射线圈26发射至巡检无人机1实现充电。

可选的，第一电能转换单元25包括交流直流变换器和直流交流高频变换器；

交流直流变换器的输入端和取能单元电连接，交流直流变换器的输出端和直流交流高频变换器的输入端电连接；

交流直流变换器的输出端和驱动机构电连接，直流交流高频变换器的输出端和充电发射线圈电连接。

可选的，交流直流变换器的输出端和驱动机构之间连接有第一开关，交流直流变换器的输出端和直流交流高频变换器的输入端之间连接有第二开关；

控制单元分别与第一开关、第二开关电连接。

可选的，第一开关与驱动机构之间连接有第一蓄电池。

在本实施例中，首先控制单元会确定CT线圈从输电线路中感应得到的电流大小，若其大于预设数值，则将两个开关均闭合，则该感应电流在交流直流变换器变换得到的直流既可以用于后续直流交流高频变换器的变换，进而为巡检无人机的充电提供电能，同时该直流也可以分出支流为第一蓄电池充电，第一蓄电池用于为驱动机构20提供动力源。若感应电流不大于预设数值，则只闭合第二开关，则感应电流在交流直流变换器变换得到的直流只用于为巡检无人机1充电。

可选的，巡检无人机包括摄像机构、第二充电子模块、第二蓄电池11和微处理器12；

微处理器12分别和摄像机构、第二蓄电池11电连接；

第二充电子模块与第二蓄电池电连接；

当微处理器12确定第二蓄电池11需要充电后，在巡检无人机1的运动过程中，微处理器12用于通过摄像机构在目标输电线上进行图像识别，直至获取最近的可移动充电模块的图像。

在本实施例中，微处理器通过摄像机构获取到最近的可移动充电模块的图像后，可控制无人机1飞行至该可移动充电模块的上方，可以理解的是，无人机1需要运动至该可移动充电模块附近的预置范围内，以实现无线充电。

可选的，第二充电子模块包括：充电接收线圈14和第二电能转换单元13；

充电接收线圈14、第二电能转换单元13与第二蓄电池11依次电连接；

当微处理器12获取最近的可移动充电模块2的图像后，微处理器12用于发送启动指令至最近的可移动充电模块2的控制单元22；

当微处理器12确定第二蓄电池11开始充电后，微处理器12用于控制巡检无人机1对目标输电线3进行巡检同时发送移动充电指令至控制单元22。

以下将对本发明提供的巡线无人机充电系统的完整实现过程进行详细描述，该过程包括：

(1)巡检无人机1在对某一条输电线(即目标输电线3)进行巡检时，其微处理器12判断第二蓄电池11需要进行充电后，则可以通过图像识别在其巡检的输电线路上寻找充电模块，当找到最近的可移动充电模块2后，则停止图像识别。

(2)微处理器12接收到最近的可移动充电模块2的图像后，会向该模块的控制单元22发送一个启动指令，控制单元22接收到启动指令后，则确定此时CT线圈感应得到的交流大小，进而对第一开关和第二开关进行选择性的闭合。

(3)因第二开关始终会闭合，故感应交流在经过交流直流变换器、直流交流高频变换器变换后，充电发射线圈26将变换后的能量以无线传输的方式发射至巡检无人机1的充电接收线圈14上。

(4)充电接收线圈14将电能接收后，则通过第二电能转换单元13转换为可以提供给巡线无人机的第二蓄电池11供电的直流电，此时第二蓄电池11开始进行充电。

(5)微处理器12在确定第二蓄电池11开始进行充电后，则控制巡检无人机1继续进行对目标输电线3的巡检操作，即继续进行飞行，同时发送一个移动充电指令至控制单元22。

(6)控制单元22在接收到移动充电指令后，通过其内置的传感器获取无人机的运动信息，生成跟随路径并根据跟随路径调节驱动机构20上的动力参数，使得驱动机构20驱动滑轮23在目标输电线3上进行运动，因此能够实现对移动中的无人机进行充电。

本发明基于无线充电技术和高压取电技术，为巡线无人机提供了一种边飞边充的供电方案。与传统的电池供电方案相比，本供电方案解决了巡线无人机的续航问题，使无人机的续航更为简单方便及时。与现有的无人机悬停无线充电方式相比，取电装置可移动，灵活性更高，也更为便捷。与现有无线充电方式相比，可通过无人机与充电装置间相对静止的位置状态，保证无线充电最佳距离，以提高无线充电效率。

请参阅图3，本发明提供的一种巡线无人机充电方法的一个实施例，包括：

301、巡检无人机在确定需要进行充电后，发送启动指令至目标输电线上的可移动充电模块的控制单元；

302、控制单元控制可移动充电模块的第一充电子模块在输电线路上取能再向巡检无人机进行无线充电；

303、巡检无人机在确认进行充电后，开始执行对输电线的巡检同时发送移动充电指令至控制单元；

304、控制单元控制可移动充电模块的运动子模块在输电线路上进行与巡检无人机同向的运动。

其中，所述目标输电线为所述巡检无人机巡检的输电线。

需要说明的是，本发明提供的一种巡检无人机充电方法应用于以上所述的巡检无人机充电系统，其具体的全部过程如同上述对巡检无人机充电系统的完整实现过程一致，此处不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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 (9)

1.一种巡线无人机充电系统，其特征在于，包括：巡检无人机和可移动充电模块；

巡检无人机巡检的目标输电线上设置有所述可移动充电模块；

所述可移动充电模块包括控制单元、第一充电子模块和运动子模块；

所述运动子模块包括：主体、驱动机构和滑轮；

所述主体设于所述目标输电线下方，设置于所述主体内的驱动机构与所述滑轮连接，所述滑轮设于所述目标输电线上方且与所述目标输电线滑动连接，所述控制单元与所述驱动机构电连接；

当接收到所述巡检无人机的启动指令后，所述控制单元用于控制所述第一充电子模块在所述目标输电线上取能再向所述巡检无人机进行无线充电；

当接收到所述巡检无人机的移动充电指令后，所述控制单元用于控制所述运动子模块在所述目标输电线上进行与所述巡检无人机同向的运动；其中所述控制单元用于获取巡检无人机的运动信息，根据所述运动信息计算跟随路径，所述跟随路径用于指示所述运动子模块与所述巡检无人机同向的运动；

所述巡检无人机包括摄像机构、第二充电子模块、第二蓄电池和微处理器；所述微处理器分别和所述摄像机构、所述第二蓄电池电连接；所述第二充电子模块与所述第二蓄电池电连接；当所述微处理器确定所述第二蓄电池需要充电后，在所述巡检无人机的运动过程中，所述微处理器用于通过所述摄像机构在所述目标输电线上进行图像识别，直至获取最近的所述可移动充电模块的图像，并控制所述巡检无人机飞行至最近的可移动充电模块附近的预置范围内。

2.根据权利要求1所述的巡线无人机充电系统，其特征在于，所述第一充电子模块包括：取能单元、第一电能转换单元和充电发射线圈；

所述第一电能转换单元和所述控制单元均设置所述主体内，所述充电发射线圈安装于所述主体的表面；

所述取能单元、所述第一电能转换单元与所述充电发射线圈依次电连接；

所述控制单元与所述第一电能转换单元电连接，所述控制单元用于控制所述第一电能转换单元的通断。

3.根据权利要求2所述的巡线无人机充电系统，其特征在于，所述第一电能转换单元包括交流直流变换器和直流交流高频变换器；

所述交流直流变换器的输入端和所述取能单元电连接，所述交流直流变换器的输出端和直流交流高频变换器的输入端电连接；

所述交流直流变换器的输出端和所述驱动机构电连接，所述直流交流高频变换器的输出端和所述充电发射线圈电连接。

4.根据权利要求3所述的巡线无人机充电系统，其特征在于，所述交流直流变换器的输出端和所述驱动机构之间连接有第一开关，所述交流直流变换器的输出端和直流交流高频变换器的输入端之间连接有第二开关；

所述控制单元分别与所述第一开关、所述第二开关电连接。

5.根据权利要求4所述的巡线无人机充电系统，其特征在于，所述第一开关与所述驱动机构之间连接有第一蓄电池。

6.根据权利要求2至5任意一项所述的巡线无人机充电系统，其特征在于，所述取能单元包括：CT线圈和支撑杆；

所述目标输电线从所述CT线圈的内孔穿过；

所述支撑杆连接于所述主体的外表面上；

所述第一电能转换单元通过所述支撑杆和所述CT线圈电连接。

7.根据权利要求6所述的巡线无人机充电系统，其特征在于，所述第二充电子模块包括：充电接收线圈和第二电能转换单元；

所述充电接收线圈、所述第二电能转换单元与所述第二蓄电池依次电连接；

当所述微处理器获取最近的所述可移动充电模块的图像后，所述微处理器用于发送启动指令至最近的所述可移动充电模块的所述控制单元；

当所述微处理器确定所述第二蓄电池开始充电后，所述微处理器用于控制所述巡检无人机对所述目标输电线进行巡检同时发送移动充电指令至所述控制单元。

8.根据权利要求1所述的巡线无人机充电系统，其特征在于，所述控制单元内置有传感器，所述传感器用于获取所述巡检无人机的运动信息。

9.一种巡线无人机充电方法，应用于如权利要求1至8任意一项所述的巡线无人机充电系统，其特征在于，包括：

巡检无人机在确定需要进行充电后，发送启动指令至目标输电线上的可移动充电模块的控制单元；

所述控制单元控制所述可移动充电模块的第一充电子模块在所述输电线路上取能再向所述巡检无人机进行无线充电；

所述巡检无人机在确认进行充电后，开始执行对所述输电线的巡检同时发送移动充电指令至所述控制单元；

所述控制单元控制所述可移动充电模块的运动子模块在所述输电线路上进行与所述巡检无人机同向的运动；

其中，所述目标输电线为所述巡检无人机巡检的输电线。