CN109263486A - 一种空中供电的无人机和空中供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空中供电的无人机和空中供电方法。空中供电的无人机包括至少一个无人飞行器，及悬挂于无人飞行器下方的长条状框体，所述长条状框体的下方联接有电池；所述长条状框体于其供电端设有电磁铁和供电插孔；外部的受电飞行器于其取电端设有导磁片和取电插头；所述供电端与取电端相邻时，导磁片与电磁铁构成磁性固定联接；供电插孔与取电插头构成电性连接，以使电池为受电的飞行器供电。本发明在无人飞行器的下方设有带供电插孔的长条状框体，并设有电磁铁，可通过磁性连接方式与受电飞行器实现固定连接和电性连接，实现空中供电。进一步采用了转向电机和纵向电机，可以实现水平位置的移动，用于调整位置，以实现与受电飞行器的对接。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人飞行器，更具体地说是指一种空中供电的无人机和空中供电方法。
背景技术
一种小型的无人飞行器(又称为无人机)，日益受到人们的青睐，将其用于航拍，植保，飞行模拟，甚至用于小型物品的运输。
另外，目前还出现用若干个带着发光单元的无人机，形成三维立体式排列，用于展示一些特殊的内容，形成空中展示效果。但这种空中展示项目需要数百个无人机，甚至几千个无人机。无论是用一个无人飞行器，还是数个，或数十个，若要长时间停留在空中，就必须为其持续地供电。而单个无人飞行器，其自备的电池容量有限，无法长时间在空中停留。
因此，有必要为长时间在空中停留的无人飞行器解决供电的问题。
发明内容
本发明的目的为了克服上述缺陷，提供一种空中供电的无人机和空中供电方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种空中供电的无人机，包括至少一个无人飞行器，及悬挂于无人飞行器下方的长条状框体，所述长条状框体的下方联接有电池；所述长条状框体于其供电端设有电磁铁和供电弹片；外部的受电飞行器于其取电端设有导磁片和取电弹性针；所述供电端与取电端相邻时，导磁片与电磁铁构成磁性固定联接；供电弹片与取电弹性针构成电性连接，以使电池为受电的飞行器供电。
进一步地，所述导磁片为导磁金属片或永磁片；当导磁片为导磁金属片时，所述电磁铁于供电端与取电端相邻时通电工作，产生二者相吸的磁力；当导磁片为永磁片时，所述电磁铁于供电端与取电端分离时通电工作，产生与永磁片相反的磁场，以实现二者的分离。
进一步地，所述长条状框体的供电端为弹性活动联接结构，包括与框体本体活动联接的联接轴，套设于联接轴外周且产生向外推力的弹簧，及设于联接轴外端的承载端体；所述的承载端体设有所述的电磁铁和供电弹片。
进一步地，所述长条状框体还设有近于一端或两端的转向电机，及与转向电机传动联接的转向叶片；还设有近于中段的纵向电机，及与纵向电机传动联接的纵向叶片。
进一步地，所述长条状框体还设有与转向电机、纵向电机连接的微控制器，及与微控制器连接的测距传感器，所述的测距传感器设于供电端。
进一步地，所述的测距传感器至少为一个，包括红外传感器、超声波传感器和/或磁传感器。
进一步地，所述长条状框体为一体式或组装式的长方体形状框架，采用玻璃纤维材质、塑胶材质和/或碳纤维材质；所述长条状框体的下方设有用于容置电池的电池盒。
进一步地，所述长条状框体设有近于两端的横向通槽，以安装所述的转向电机和转向叶片；设有近于中段的纵向通槽，以安装所述的纵向电机和纵向叶片。
进一步地，所述微控制器还连接有以下元件和端口：
通讯模块，与外部的上位控制主机通讯连接；
电机驱动电路，数量为三个，输入端均与电池连接，输出端分别与转向电机、纵向电机连接，控制端分别与微控制器的三个控制输出端连接；
定位传感器，获取经纬度位置信息，并传送至微控制器；
方位传感器，获取长条状框体与地磁的偏离角度；
高度传感器，获取长条状框体的高度；
信号输出端，与设于上方的无人飞行器电性连接。
本发明采用无人机的空中供电方法，该方法采用至少二个无人飞行器，轮流为受电飞行器进行持续供电，固定物设有三个以上带有长条状框体的电池盒；无人机与长条状框体的上方采用带有电连接端口的卡勾式连接结构；充电中的无人飞行器检测到电池盒内的电池不足时，等待中的无人飞行器飞临充电中的无人飞行器的一侧，充电中的无人飞行器断开与受电飞行器的磁性连接和电性连接，等待中的无人飞行器先与受电飞行器磁性连接，再对供电弹片通电，使其与受电飞行器电性连接；
或者，
该方法采用一个无人飞行器，为受电飞行器进行间隔式供电，固定物设有二个以上带有长条状框体的电池盒；无人飞行器与长条状框体的上方采用带有电连接端口的卡勾式连接结构；充电中的无人飞行器检测到电池盒内的电池不足时，断开与受电飞行器的磁性连接和电性连接，再返回至固定物，换取另外一个电池盒，继续飞临受电飞行器的取电端，无人飞行器先与受电飞行器磁性连接，再对供电弹片通电，使其与受电飞行器电性连接。
本发明的有益效果是：本发明在无人飞行器的下方设有带供电弹片的长条状框体，并设有电磁铁，可通过磁性连接方式与受电飞行器实现固定连接和电性连接，实现空中供电。进一步采用了转向电机和纵向电机，可以实现水平位置的移动，用于调整位置，以实现与受电飞行器的对接。本发明用于广告系统，相比于传统方式，可靠性好很多，成本低很多，续航时间高很多。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明一种空中供电的无人机具体实施例的主视图；
图2为图1的立体图；
图3为图1实施例中的电池盒立体透视图；
图4为图1实施例中的电路方框图；
图5为本发明一种空中供电的无人机为空中广告系统供电的平面示意图。
附图标记
10 无人飞行器 50 电池
51 电池盒 80 长条状框体
81 转向电机 811 转向叶片
812 横向通槽 82 纵向电机
821 纵向叶片 822 纵向通槽
83 微控制器 831 测距传感器
832 通讯模块 833 电机驱动电路
834 定位传感器 835 方位传感器
836 高度传感器 837 信号输出端
85 联接轴 851 弹簧
86 承载端体 861 电磁铁
862 供电弹片 P 空中供电的无人机
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1-3所示，本发明一种空中供电的无人机P，包括无人飞行器10，及悬挂于无人飞行器10下方的长条状框体80，长条状框体80的下方联接有电池50。为了减少撞击，本实施例中，作为优化结构，在长条状框体的供电端采用弹性活动联接结构，包括与长条状框体80本体活动联接的联接轴85，套设于联接轴外周且产生向外推力的弹簧851，及设于联接轴85外端的承载端体86；承载端体86设有所述的电磁铁861和供电弹片862(即供电端脚)。外部的受电飞行器于其取电端设有导磁片和取电弹性针；供电端与取电端相邻时，导磁片与电磁铁构成磁性固定联接；供电弹片与取电弹性针构成电性连接，以使电池为受电的飞行器供电。长条状框体为一体式或组装式的长方体形状框架，采用玻璃纤维材质、塑胶材质和/或碳纤维材质，它的具体形状可以是条状，杆状，块状。在长条状框体80的下方设有用于容置电池50的电池盒51。
其中，导磁片为导磁金属片或永磁片；当导磁片为导磁金属片时，电磁铁861于供电端与取电端相邻时通电工作，产生二者相吸的磁力；当导磁片为永磁片时，电磁铁861于供电端与取电端分离时通电工作，产生与永磁片相反的磁场，以实现二者的分离。
进一步地，长条状框体80还设有近于两端的转向电机81，及与转向电机81传动联接的转向叶片811；还设有近于中段的纵向电机82，及与纵向电机82传动联接的纵向叶片821。长条状框体80设有近于两端的横向通槽812，以安装转向电机81和转向叶片811；设有近于中段的纵向通槽822，以安装所述的纵向电机82和纵向叶片821。
如图4所示，长条状框体80还设有与转向电机81、纵向电机82连接的微控制器83，及与微控制器83连接的测距传感器831，测距传感器831设于供电端。测距传感器831至少为一个，按需要选择，可以是红外传感器、超声波传感器和/或磁传感器。微控制器83还连接有以下元件和端口：
通讯模块832，与外部的上位控制主机通讯连接；
电机驱动电路833，数量为三个，输入端均与电池839(此时的电池可以是单独的电源，它也可以为无人飞行器供电，与电池盒内的电池不是同一电源)连接，输出端分别与转向电机81、纵向电机82连接，控制端分别与微控制器83的三个控制输出端连接；
定位传感器834，获取经纬度位置信息，并传送至微控制器；
方位传感器835，获取长条状框体与地磁的偏离角度；
高度传感器836，获取长条状框体的高度；
信号输出端837，与设于上方的无人飞行器电性连接,实现二者的信号交互。
在另外的实施例中，取电端与供电端的磁性元件可以相互对换。弹性活动联接结构也可以设在受电飞行器的取电端。长条状框体也可以仅在近于一端的位置设有转向电机，即由一个转向电机实现转向。
在另外的实施例中，在长条状框体80的一端直接设有弹簧851，在弹簧851的外端设有承载端体86；这样的结构，承载端体86可以不只是轴向移动，也可以上下左右活动，使得在对接时，可以依据磁场的自动对中功能，实现二者的磁性连接。
在另外的实施例中，还可以直接利用无人飞行器来实现位置的调整，即在长条状框体上不设有转向电机和纵向电机。此时，还可以进一步优化结构，长条状框体由无人飞行器下方的固定架来代替，以悬挂下方的电池盒。
本发明还公开了一种采用无人机的空中供电方法，该方法采用至少二个无人飞行器，轮流为受电飞行器进行持续供电，固定物设有三个以上带有长条状框体的电池盒；无人飞行器与长条状框体的上方采用带有电连接端口的卡勾式连接结构；充电中的无人飞行器检测到电池盒内的电池不足时，等待中的无人飞行器飞临充电中的无人飞行器的一侧，充电中的无人飞行器断开与受电飞行器的磁性连接和电性连接，等待中的无人飞行器先与受电飞行器磁性连接，再对供电弹片通电，使其与受电飞行器电性连接；
或者，
该方法采用一个无人飞行器，为受电飞行器进行间隔式供电，固定物设有二个以上带有长条状框体的电池盒；无人飞行器与长条状框体的上方采用带有电连接端口的卡勾式连接结构；充电中的无人飞行器检测到电池盒内的电池不足时，断开与受电飞行器的磁性连接和电性连接，再返回至固定物，换取另外一个电池盒，继续飞临受电飞行器的取电端，无人飞行器先与受电飞行器磁性连接，再对供电弹片通电，使其与受电飞行器电性连接；
又或者，
该方法采用多个配有长条状框体和电池盒的充电型无人飞行器，为受电飞行器进行供电，固定物设有二个以上的充电型无人飞行器；充电中的无人飞行器检测到电池盒内的电池不足时，等待中的无人飞行器飞临充电中的无人飞行器的一侧，充电中的无人飞行器断开与受电飞行器的磁性连接和电性连接并飞往固定物，等待中的无人飞行器先与受电飞行器磁性连接，再对供电弹片通电，使其与受电飞行器电性连接。这种方法，需要充电型无人飞行器下方的长条状框体的另一端设有取电弹性针或者无线受电线圈。采用取电弹性针时，在固定物上设有一个用于充电的取电插孔。该取电插孔进一步的优化结构，采用与上述弹性活动联接结构相同的结构。采用无线受电线圈时，固定物的支撑面要设有无线充电线圈。无线受电线圈设于电池盒的底部。
充电型飞行器与受电飞行器在空中对接时，它们采用了长状状框体，它们的经纬度数据、方向数据和高度数据均发送至上位的控制主机，实现二者的数据匹配之后，再以经度、纬度和高度三个方向的往复式扫描，以测距传感器获取的信号来实现最后的对接控制。其中的测距传感器，可以是二种，以磁传感器，及另外一种测距传感器(红外或超声波中的一种)配合使用为佳。作为优选方案，在往复式扫描之前，先确认二者之间的角度相同。扫描后，误差30mm以内，由磁性元件之间的磁场力实现。更优选的方案，在供电弹片的前端设有45度的导向斜面，深度不低于10mm，以在供电弹片的前端形成直径在25以上的圆形范围，以对磁场力的作用起到导向作用。由于导向斜面增加了供电弹片的深度，为了减少取电弹性针的长度，可以将这个导向斜面采用弹性支撑结构，在二者磁性连接时，导向斜面会被压缩回去。
如图5所示的实施例中，受电飞行器为空中广告系统Y，可以该空中广告系统的无人机充电，也可以给这个系统的LED发光体供电。
综上所述，本发明在无人飞行器的下方设有带供电弹片的长条状框体，并设有电磁铁，可通过磁性连接方式与受电飞行器实现固定连接和电性连接，实现空中供电。进一步采用了转向电机和纵向电机，可以实现水平位置的移动，用于调整位置，以实现与受电飞行器的对接。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种空中供电的无人机，其特征在于，包括至少一个无人飞行器，及悬挂于无人飞行器下方的长条状框体，所述长条状框体的下方联接有电池；所述长条状框体于其供电端设有电磁铁和供电弹片；外部的受电飞行器于其取电端设有导磁片和取电弹性针；所述供电端与取电端相邻时，导磁片与电磁铁构成磁性固定联接；供电弹片与取电弹性针构成电性连接，以使电池为受电的飞行器供电。
2.根据权利要求1所述的空中供电的无人机，其特征在于，所述导磁片为导磁金属片或永磁片；当导磁片为导磁金属片时，所述电磁铁于供电端与取电端相邻时通电工作，产生二者相吸的磁力；当导磁片为永磁片时，所述电磁铁于供电端与取电端分离时通电工作，产生与永磁片相反的磁场，以实现二者的分离。
3.根据权利要求1所述的空中供电的无人机，其特征在于，所述长条状框体的供电端为弹性活动联接结构，包括与框体本体活动联接的联接轴，套设于联接轴外周且产生向外推力的弹簧，及设于联接轴外端的承载端体；所述的承载端体设有所述的电磁铁和供电弹片。
4.根据权利要求1-3任一项所述的空中供电的无人机，其特征在于，所述长条状框体还设有近于一端或两端的转向电机，及与转向电机传动联接的转向叶片；还设有近于中段的纵向电机，及与纵向电机传动联接的纵向叶片。
5.根据权利要求4所述的空中供电的无人机，其特征在于，所述长条状框体还设有与转向电机、纵向电机连接的微控制器，及与微控制器连接的测距传感器，所述的测距传感器设于供电端。
6.根据权利要求5所述的空中供电的无人机，其特征在于，所述的测距传感器至少为一个，包括红外传感器、超声波传感器和/或磁传感器。
7.根据权利要求4所述的一种空中供电的无人机，其特征在于，所述长条状框体为一体式或组装式的长方体形状框架，采用玻璃纤维材质、塑胶材质和/或碳纤维材质；所述长条状框体的下方设有用于容置电池的电池盒。
8.根据权利要求4所述的一种空中供电的无人机，其特征在于，所述长条状框体设有近于两端的横向通槽，以安装所述的转向电机和转向叶片；设有近于中段的纵向通槽，以安装所述的纵向电机和纵向叶片。
9.根据权利要求5所述的空中供电的无人机，其特征在于，所述微控制器还连接有以下元件和端口：
通讯模块，与外部的上位控制主机通讯连接；
电机驱动电路，数量为三个，输入端均与电池连接，输出端分别与转向电机、纵向电机连接，控制端分别与微控制器的三个控制输出端连接；
定位传感器，获取经纬度位置信息，并传送至微控制器；
方位传感器，获取长条状框体与地磁的偏离角度；
高度传感器，获取长条状框体的高度；
信号输出端，与设于上方的无人飞行器电性连接。
10.采用无人机的空中供电方法，该方法采用至少二个无人飞行器，轮流为受电飞行器进行持续供电，固定物设有三个以上带有长条状框体的电池盒；无人机与长条状框体的上方采用带有电连接端口的卡勾式连接结构；充电中的无人飞行器检测到电池盒内的电池不足时，等待中的无人飞行器飞临充电中的无人飞行器的一侧，充电中的无人飞行器断开与受电飞行器的磁性连接和电性连接，等待中的无人飞行器先与受电飞行器磁性连接，再对供电弹片通电，使其与受电飞行器电性连接；
或者，
该方法采用一个无人飞行器，为受电飞行器进行间隔式供电，固定物设有二个以上带有长条状框体的电池盒；无人飞行器与长条状框体的上方采用带有电连接端口的卡勾式连接结构；充电中的无人飞行器检测到电池盒内的电池不足时，断开与受电飞行器的磁性连接和电性连接，再返回至固定物，换取另外一个电池盒，继续飞临受电飞行器的取电端，无人飞行器先与受电飞行器磁性连接，再对供电弹片通电，使其与受电飞行器电性连接；又或者，
该方法采用多个配有长条状框体和电池盒的充电型无人飞行器，为受电飞行器进行供电，固定物设有二个以上的充电型无人飞行器；充电中的无人飞行器检测到电池盒内的电池不足时，等待中的无人飞行器飞临充电中的无人飞行器的一侧，充电中的无人飞行器断开与受电飞行器的磁性连接和电性连接并飞往固定物，等待中的无人飞行器先与受电飞行器磁性连接，再对供电弹片通电，使其与受电飞行器电性连接。
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