CN109286209B - 自适应无人机充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自适应无人机充电装置，包括停机平台，停机平台上设置极性相反的充电内圈和充电外圈，充电内圈与充电外圈之间留有间隔，充电内圈由N块内圈充电板组成，充电外圈由N块外圈充电板组成；停机平台上设有压力检测装置，压力检测装置的输出端与控制器连接，控制器经充电控制电路分别驱动各内圈充电板和各外圈充电板对外充电。停机平台底面设置有参数采集装置，该参数采集装置采集停机平台所在位置的各种参数，并将这些参数发送给控制器。采用本发明的自适应无人机充电装置，能自动检测无人机降落并对无人机进行充电，并且对于无人机的降落精度没有要求，便于无人机降落。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，特别是涉及一种自适应无人机充电装置。
背景技术
在当代社会，无人机在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域得到广泛应用。
但是，在现有的技术中，因为电量问题，无人机的滞空时间较短，无人机的活动范围较小。在电量消耗到一半时，无人机不得不返回起飞地点进行充电，这就减小了无人机的活动范围。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种自适应无人机充电装置，通过把停机平台设置在无人机的飞行路线的附件，在无人机电量耗尽前，无人机就能通过该停机平台无人机能实现自主充电，补充电量。充满电后继续进行飞行监测，扩大了监测范围。
技术方案如下：
一种自适应无人机充电装置，其关键在于：包括停机平台，停机平台固定在支撑架顶部，停机平台顶面设置极性相反的充电内圈和充电外圈，充电内圈与充电外圈之间绝缘，所述充电内圈由N块内圈充电板组成，所述充电外圈由N块外圈充电板组成；
所述停机平台顶面还设有压力检测装置和图像信标，压力检测装置的输出 端与控制器连接，所述控制器经充电控制电路分别驱动各内圈充电板和各外圈充电板对外充电，所述控制器驱动图像信标显示发光图标；
所述停机平台底面设置有参数采集装置，该参数采集装置采集停机平台所在位置的各种参数，并将参数发送给控制器。该控制器存储有与无人机达成的图像编码协议，如“H”形表示充电平台可以充电，“O”表示充电平台不能进行充电，“Δ”、“★”、“□”组合成充电平台识别码等。
采用上述结构，压力检测装置能检测到无人机降落，并向控制器发送信号，控制器控制充电控制电路导通，使充电内圈和充电外圈导通，从而给无人机充电。停机平台上只设置有两圈充电圈，减少了充电板的安装数量和面积，并且充电内圈和充电外圈均为圆圈，保证360度无死角。
控制器通过参数参加装置获取充电装置所在位置的各种环境参数，辅助无人机进行降落充电，并且控制器能根据协议将这些环境参数进行图形编码，然后将编码图形通过图像信标动态显示出来，无人机通过摄像头进行图像采集获取这些编码图形后，就能通过解码获取这些参数。通过编码图形传输数据不易收到电磁干扰和拦截。
更进一步的N块所述内圈充电板围绕所述停机平台的中心均匀分布在停机平台上，N块内圈充电板相互之间留有间隙。N块所述外圈充电板围绕停机平台的中心均匀分布在停机平台上，N块外圈充电板相互之间留有空隙。N块内圈充电板和N块外圈充电板均为弧度相同的弧形板。为了避免发生爬电现象，外圈充电板之间的空隙大于外圈充电板之间的爬电距离，内圈充电板之间的间隙大于内圈充电板之间的爬电距离。
采用上述结构，充电圈围绕停机平台中心均匀分布，方便无人机降落并压在充电圈上。
更进一步的，所述外圈充电板之间的空隙中填充有绝缘材料，所述内圈充 电板之间的间隙同样填充有绝缘材料。
采用上述结构，能缩小爬电距离，避免外圈充电之间的空隙过大，无人机起落架落入其中，导致起落架不能与外圈充电板接触。同理，内圈充电板同样如此。
更进一步的，所述充电外圈的直径大于充电内圈，所述充电内圈的直径大于无人机的宽度，半径小于无人机的宽度，并且外圈充电板的两端的距离也小于无人机宽度。
采用上述结构，充电内圈的直径大于无人机的宽度能避免出现无人机起落架不能压住充电内圈的情况发生，外圈充电板两端的距离小于无人机的宽度能避免出现无人机的两根起落架同时压着同一块外圈充电板。
更进一步的，所述外圈充电板与其相邻的内圈充电板组成板组，所有板组合围成圆圈，两组关于圆心对称的板组为对应板组；
所述对应板组中，其中一组板组的外圈充电板与另一组板组的内圈充电板配对组成充电板组，在充电板组中，所述外圈充电板为正极充电板或负极充电板，所述内圈充电板与外圈充电板极性相反。
采用上述结构，能保证起落架至少压在一组充电板组上，如果无人机压在多组充电板组上，控制器选择其中一组充电板组给无人机进行充电。
更进一步的，所述压力检测装置包括内圈压电薄膜和外圈压电薄膜，内圈压电薄膜和外圈压电薄膜分别平铺在充电板组的外圈充电板和内圈充电板的底面，所述内圈压电薄膜和外圈压电薄膜经控制电路与控制器的输入端连接，所述控制器的输入端组与所有充电板组一一对应。
采用上述结构，压电薄膜受到压力时会产生电压信号，并把电压信号传送给控制器。控制器能根据输入电压信号的输入端判定无人机落在哪组充电板组上，从而输出控制信号，驱动该组充电板组给无人机充电。
更进一步的，所述控制电路包括运算放大器Q1，运算放大器Q1的反相输入端经电阻R1连接所述外圈压电薄膜，运算放大器Q1的同相输入端接地，运算放大器Q1的输出端经电阻R2连接其反相输入端，所述运算放大器Q1的输出端还经电阻R3连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极接电源，发射极经电阻R7接三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接所述控制器的输入端；
所述三极管Q3的基极经电阻R6接运算放大器Q4的输出端；运算放大器Q4的反相输入端经电阻R4连接内圈压电薄膜的输出端，所述运算放大器Q4的反相输入端还经电阻R5连接其输出端，所述运算放大器Q4的同相输入端接地。
采用上述结构，因为无人机重量比较轻，所以产生的电压信号较弱，而运算放大器能对电压信号进行放大。并且只有当充电板组中的内圈压电薄膜和外圈压电薄膜全部被无人机压着，与充电板组对应的控制器输入端才会有电压信号输入。
更进一步的，所述充电控制电路包括三极管Q4，三极管Q4的集电极接电源，基极经电阻R8与控制器的输出端连接，发射极接继电器T1线圈的一端，继电器T1线圈另一端接地，继电器的常开开关串接在所述正极充电板供电回路中，所述控制器的输出端组与所有充电板组一一对应；
所述三极管Q4与电阻R8的共同端与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的集电极接电源，发射极接继电器T2线圈的一端，继电器T2线圈的另一端接地，负极充电板经继电器T2的常开开关接地。
采用上述结构，控制器的输出端与充电板组对应，当与充电板组对应的控制器输入端有电压信号输入，控制器只需要选择与充电板组对应的输出端输出 控制信号就能使充电板组的内圈充电板和外圈充电板导通，给无人机充电。
更进一步的，同一板组中，所述内圈充电板和外圈充电板之间设有电磁铁板，电磁铁板平铺在所述内圈充电板和外圈充电板围成的环形区域内，所述电磁铁板的表面涂覆有结缘层，所述控制器通过电流调节器控制输入所述电磁铁板的电流大小。
采用上述结构，充电板组给无人机进行充电时，板组之间的电磁铁板能吸附无人机的起落架，避免强风将无人机吹动无人机，使无人机与停机平台之间发生位移，影响控制器驱动内圈充电板和外圈充电板给无人机充电。
更进一步的，所述参数采集装置包括GPS定位器、风速风向检测器以及湿度检测器，GPS定位器检测停机平台所在位置的经纬度，风速风向检测器检测停机平台所在位置的风速和风向，湿度检测器检测停机平台所在位置的湿度。
采用上述结构，控制器能通过参数采集装置获取充电装置所在位置的坐标、风速风向和湿度。控制器将坐标和风速风向发送给无人机，辅助无人机寻找充电装置和降落。因为如果湿度过大，充电内圈和充电外圈容易发生短路，控制器根据湿度判定是否能进行充电。避免在湿度过大的情况下，无人机降落在充电装置上后，控制器输出控制信号，造成短路。
M和N均为不小于4的正整数。
有益效果：采用本发明的自适应无人机充电装置，能自动检测无人机降落并对无人机进行充电，并且对于无人机的降落精度没有要求，便于无人机降落。
附图说明
图1为本发明的结构俯视图；
图2为本发明的结构侧视图；
图3为本发明的电路图；
图4为实施例二的结构俯视图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例一，如图1-3所示，一种自适应无人机充电装置，包括停机平台1，停机平台1固定在支撑架1a顶部，停机平台1顶面设置极性相反的充电内圈2和充电外圈3，充电内圈2与充电外圈3之间绝缘，所述充电内圈2为6(N＝6)块内圈充电板4组成的圆形圈，内圈充电板4之间填充有绝缘物质6，所述充电外圈3由6块外圈充电板5组成的圆形圈，外圈充电板5之间填充有绝缘物质6。
所述充电内圈2与充电外圈3的圆心重合，其中充电内圈2的直径大于无人机的宽度，半径小于无人机的宽度。
所述外圈充电板5与其相邻的内圈充电板4组成板组7，所有板组7合围成圆圈，两组关于圆心对称的板组7为对应板组8；
同一板组7中，所述内圈充电板4和外圈充电板5之间设有电磁铁板1d，电磁铁板1d平铺在所述内圈充电板4和外圈充电板5围成的环形区域内，所述电磁铁板1d的表面设有绝缘涂层，所述控制器通过电流调节器控制输入所述电磁铁板1d的电流大小。
所述对应板组8中，其中一组板组7的外圈充电板5与另一组板组7的内圈充电板4配对组成充电板组9，在充电板组9中，所述外圈充电板5为正极充电板，所述内圈充电板4为负极充电板。
同一充电板组9中，外圈充电板5和内圈充电板4的底面分别设有外圈压电薄膜11和内圈压电薄膜10，内圈压电薄膜10和外圈压电薄膜11经控制电路与控制器的输入端连接，所述控制器的输入端组与所有充电板组9一一对应
所述控制电路包括运算放大器Q1，运算放大器Q1的反相输入端经电阻R1 连接所述外圈压电薄膜11，运算放大器Q1的同相输入端接地，运算放大器Q1的输出端经电阻R2连接其反相输入端，所述运算放大器Q1的输出端还经电阻R3连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极接电源，发射极经电阻R7接三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接所述控制器的输入端；
所述三极管Q3的基极经电阻R6接运算放大器Q4的输出端；运算放大器Q4的反相输入端经电阻R4连接内圈压电薄膜10的输出端，所述运算放大器Q4的反相输入端还经电阻R5连接其输出端，所述运算放大器Q4的同相输入端接地。
控制器的输出端经充电控制电路与正极充电板和负极充电板连接，所述充电控制电路包括三极管Q4，三极管Q4的集电极接电源，基极经电阻R8与控制器的输出端连接，发射极接继电器T1线圈的一端，继电器T1线圈另一端接地，继电器的常开开关串接在所述正极充电板供电回路中，所述控制器的输出端组与所有充电板组9一一对应；
所述三极管Q4与电阻R8的共同端与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的集电极接电源，发射极接继电器T2线圈的一端，继电器T2线圈的另一端接地，负极充电板经继电器T2的常开开关接地。
充电内圈2的中央位置处图像信标1c，所述图像信标1c是由M个点光源12组成的光源阵列，所述控制器驱动特定的点光源12闪烁，组合生成对应的发光图标。
所述停机平台1底面设置有参数采集装置1b，所述参数采集装置1b包括GPS定位器1B1、风速风向检测器1b2以及湿度检测器1b3，GPS定位器1B1检测停机平台1所在位置的经纬度，风速风向检测器1b2检测停机平台1所在位置的风速和风向，湿度检测器1b3检测停机平台1所在位置的湿度。
具体工作流程如下：
首先，控制器通过参数采集装置1b获取停机平台1所在位置的坐标、风速风向以及湿度，控制器通过湿度判定是否能对无人机进行充电。如果湿度过大，为避免充电内圈2和充电外圈3之间发生短路，则不能对无人机充电，控制器的输出端就不会输出控制信号，控制器驱动图像信标1c中的点光源12组成“O“形。此时，无人机可作为普通的停机坪，供给无人机停靠。
如果湿度在允许充电的范围，控制器驱动图像信标1c中的点光源12组成“H“形。并且控制器根据图像编码协议，将参数采集装置1b采集到的经纬度、风速、风向等信息编译成编码图形，控制器根据图像编码驱动图像信标1c将编码图形进行动态显示，辅助无人机进行降落。
无人机降落后，充电板组9的内圈压电薄膜10和外圈压电薄膜11产生电压，三极管Q3导通，控制器的输入端输入电压信号。控制器中与充电板组9对应的输出端输出控制信号，驱动充电控制电路中的继电器的常开开关闭合。充电板组9中的内圈充电板4和外圈充电板5导通，给无人机充电。
如果有多个充电板组9的内圈压电薄膜10和外圈压电薄膜11同时产生电压，则控制器选择其中一组充电板组9对应的输出端输出控制信号。
根据风速风向检测器1b2采集到的风速和风向，控制器通过电流调节器将无人机迎风一侧的电磁铁1d的输入电流调大，增强电磁铁1d的吸附力。
实施例二，如图4所示，实施例二与实施例一结构原理大致相同，其区别在于：6块所述内圈充电板4围绕同一圆心均匀分布，所述内圈充电板4为弧形板，所述内圈充电板4的一端为内端，另一端为外端。每块内圈充电板4的内端位于其相邻内圈充电板4的外端的内侧，每块内圈充电板4的外端位于其相邻内圈充电板4的内端的外侧。这样增大内圈充电板4之间的间距，不易发生爬电现象。
6块所述外圈充电板5围绕同一圆心均匀分布，所述外圈充电板5为弧形板，所述外圈充电板5的一端为前端，另一端为后端。每块外圈充电板5的前端位于其相邻外圈充电板5的后端的外侧，每块外圈充电板5的后端位于其相邻外圈充电板5的前端的内侧。这样不仅增大了无人机可停放的区域，并且，增大外圈充电板5之间的间距。
需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种自适应无人机充电装置，其特征在于：包括停机平台(1)，停机平台(1)固定在支撑架(1a)顶部，停机平台(1)顶面设置极性相反的充电内圈(2)和充电外圈(3)，充电内圈(2)与充电外圈(3)之间绝缘，所述充电内圈(2)由N块内圈充电板(4)组成，所述充电外圈(3)由N块外圈充电板(5)组成；
所述停机平台(1)顶面还设有压力检测装置和图像信标(1c)，压力检测装置的输出端与控制器连接，所述控制器经充电控制电路分别驱动各内圈充电板(4)和各外圈充电板(5)对外充电，所述控制器驱动图像信标(1c)显示发光图标；
所述停机平台(1)底面设置有参数采集装置(1b)，该参数采集装置(1b)采集停机平台(1)所在位置的各种参数，并将参数发送给控制器；
所述充电外圈(3)的直径大于充电内圈(2)，所述充电内圈(2)的半径小于无人机的宽度；
N块所述内圈充电板(4)围绕所述停机平台(1)的中心均匀分布，N块内圈充电板(4)相互之间填充有绝缘材料(6)；
N块所述外圈充电板(5)围绕停机平台(1)的中心均匀分布，N块外圈充电板(5)相互之间填充有绝缘材料(6)；
所述外圈充电板(5)与其相邻的内圈充电板(4)组成板组(7)，所有板组(7)合围成圆圈，两组关于圆心对称的板组(7)为对应板组(8)；
所述对应板组(8)中，其中一组板组(7)的外圈充电板(5)与另一组板组(7)的内圈充电板(4)配对组成充电板组(9)，在充电板组(9)中，所述外圈充电板(5)为正极充电板或负极充电板，所述内圈充电板(4)与外圈充电板(5)极性相反。
2.根据权利要求1所述自适应无人机充电装置，其特征在于：所述压力检测装置包括内圈压电薄膜(10)和外圈压电薄膜(11)，内圈压电薄膜(10)和外圈压电薄膜(11)分别平铺外圈充电板(5)和内圈充电板(4)的底面，所述内圈压电薄膜(10)和外圈压电薄膜(11)经控制电路与控制器的输入端连接，所述控制器的输入端组与所有充电板组(9)一一对应。
3.根据权利要求2所述自适应无人机充电装置，其特征在于：所述控制电路包括运算放大器Q1，运算放大器Q1的反相输入端经电阻R1连接所述外圈压电薄膜(11)，运算放大器Q1的同相输入端接地，运算放大器Q1的输出端经电阻R2连接其反相输入端，所述运算放大器Q1的输出端还经电阻R3连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极接电源，发射极经电阻R7接三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接所述控制器的输入端；
所述三极管Q3的基极经电阻R6接运算放大器Q4的输出端；运算放大器Q4的反相输入端经电阻R4连接内圈压电薄膜(10)的输出端，所述运算放大器Q4的反相输入端还经电阻R5连接其输出端，所述运算放大器Q4的同相输入端接地。
4.根据权利要求1所述自适应无人机充电装置，其特征在于：所述充电控制电路包括三极管Q4，三极管Q4的集电极接电源，基极经电阻R8与控制器的输出端连接，发射极接继电器T1线圈的一端，继电器T1线圈另一端接地，继电器的常开开关串接在所述正极充电板供电回路中，所述控制器的输出端组与所有充电板组(9)一一对应；
所述三极管Q4与电阻R8的共同端与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的集电极接电源，发射极接继电器T2线圈的一端，继电器T2线圈的另一端接地，负极充电板经继电器T2的常开开关接地。
5.根据权利要求1所述自适应无人机充电装置，其特征在于：同一板组(7)中，所述内圈充电板(4)和外圈充电板(5)之间设有电磁铁板(1d)，电磁铁板(1d)平铺在所述内圈充电板(4)和外圈充电板(5)围成的环形区域内，所述电磁铁板(1d)的表面设有绝缘涂层，所述控制器通过电流调节器控制输入所述电磁铁板(1d)的电流大小。
6.根据权利要求1所述自适应无人机充电装置，其特征在于：所述图像信标(1c)是由M个点光源(12)组成的光源阵列，所述控制器驱动特定的点光源(12)闪烁，组合生成对应的发光图标。
7.根据权利要求1所述自适应无人机充电装置，其特征在于：所述参数采集装置(1b)包括GPS定位器(1B1)、风速风向检测器(1b2)以及湿度检测器(1b3)，GPS定位器(1B1)检测停机平台(1)所在位置的经纬度，风速风向检测器(1b2)检测停机平台(1)所在位置的风速和风向，湿度检测器(1b3)检测停机平台(1)所在位置的湿度。
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- 2017-07-20 CN CN201710596404.5A patent/CN109286209B/zh active Active
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