CN110450657B - 一种无人机自动补给无线充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机自动补给无线充电装置，包括无线充电装置、供电装置及导航模块，无线充电装置上端连接无人机，无线充电装置下端连接供电装置，导航模块安装在无人机内及无线充电装置中，结合定位导航和视觉导航，实现了无线充电位置的精准对接和自动补给；无线充电装置中的电机转动带动锥齿轮，锥齿轮转动带动直齿轮，直齿轮转动带动收放引线装置收放引线引起收放脚架的升降，进而引起充电接收线圈的升降，充电接收线圈与供电装置中的充电发射线圈对接接触进行充电；本发明新颖独创、结构简单、精准定位，可广泛应用到不同的无人机设备上。

Description

一种无人机自动补给无线充电装置
技术领域
本发明涉及无人机充电装置领域，具体涉及一种无人机自动补给无线充电装置。
背景技术
科学技术改变人们的生活，无人机领域长足发展，无人机技术已被广泛用于远程侦察、道路巡检、电网检测、图像识别、物流送达、灾难检测及影视拍摄等领域，并逐渐产生了新兴的无人机产业。但是，无人机上所装电池续航时间较短，续航时间严重受限于电池的容量，而增大电池的容量也会加重无人机的负担。另外，对无人机进行充电的方式分为有线充电和无线充电，其中，有线充电充电效率比无线充电效率高，但有线充电大多数需要人为控制，要求精度高，充电接头对接精准。综上，无人机不能长时间持续工作，无法从根本上解决无人机自动补给巡检的问题。
发明内容
为克服现有无人机充电技术存在的不足，本发明提出一种无人机自动补给无线充电装置，包括无线充电装置、供电装置及导航模块，无线充电装置上端连接无人机，导航模块安装在无人机内及无线充电装置中，结合定位导航和视觉导航，实现了充电位置的精准对接和自动补给；无线充电装置中的电机转动带动锥齿轮，锥齿轮转动带动直齿轮，直齿轮转动带动收放引线装置收放引线，引起收放脚架的升降，进而引起充电接收线圈的升降，充电接收线圈与供电装置中的电发射线圈对接接触进行充电；本发明新颖独创、结构简单、精准定位，可广泛应用到不同的无人机设备上。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种无人机自动补给无线充电装置，包括无人机，还包括无线充电装置及导航模块，无线充电装置连接在无人机下端，无线充电装置包括上盖板，上盖板上端面连接无人机，上盖板下端面连接有立柱，立柱下端连接有下盖板，立柱有四根，等间距的分布在上盖板与下盖板之间，起支撑及连接作用，下盖板上端面左右两侧分别安装有驱动电机及备用电机，驱动电机和备用电机均采用直流伺服电机，驱动电机转轴上同轴连接有主动锥齿轮Ⅰ，备用电机转轴上同轴连接有主动锥齿轮Ⅱ，主动锥齿轮Ⅰ及主动锥齿轮Ⅱ下端啮合有从动锥齿轮，从动锥齿轮位于下盖板中心位置，从动直齿轮有四个，四个从动直齿轮以主动直齿轮的圆心为对称点呈中心对称分布且两两夹角为90°，从动锥齿轮转轴贯穿下盖板向下连接有主动直齿轮，主动直齿轮四周啮合有从动直齿轮，下盖板下端面还连接有与从动直齿轮配合的收放脚架，从动直齿轮下端连接有收放引线装置，收放引线装置下端连接有引线，引线内部包裹有导线，每个所述收放引线装置通过所述所述引线与所述收放脚架连接，收放脚架下端连接有充电接收线圈；无人机自动补给无线充电装置还包括导航模块，导航模块包括主控模块、定位导航模块、电池模块及视觉导航模块，主控模块、定位导航模块及电池模块安装在无人机上，视觉导航模块安装在下盖板下端面，视觉导航模块有两个，分布在下盖板下端面左右两侧，对称布置，主控模块连接定位导航模块、电池模块及视觉导航模块。
进一步地，无人机自动补给无线充电装置还包括供电装置，供电装置包括支撑平台及充电发射线圈，支撑平台为充电发射线圈供电，充电发射线圈与充电接收线圈接触对接时，采用电场耦合式充电。
进一步地，收放脚架包括保持装置、定滑轮固定轴、多级套筒及定滑轮，保持装置与定滑轮固定轴连接，定滑轮固定轴上安装定滑轮，保持装置下端连接多级套筒，多级套筒的下端连接充电接收线圈。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用定位导航和视觉导航相结合的技术，实现了无线充电位置的精准定位，可升降的充电接收线圈与供电装置中的充电发射线圈对接进行充电，待完成充电后，传送停止供电指令，节省人力，提高效率；
(2)本发明采用电场耦合式进行无线充电，该方式具有转换效率高、发热率较低、位置可不固定、成本低、对充电位置的精确性要求低等优点；
(3)本发明采用引线从多级套筒内部穿过连接至充电接收线圈的方式，无需另外铺设导线，结构简单、新颖。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明无人机进行无线充电状态示意图；
图2为本发明无线充电装置主视图；
图3为本发明无线充电装置底部结构示意图；
图4为本发明无线充电装置结构示意图；
图5为本发明收放脚架结构示意图。
其中，1-无线充电装置，101-上盖板，102-立柱，103-下盖板，104-驱动电机，105-备用电机，106-主动锥齿轮Ⅰ，107-主动锥齿轮Ⅱ，108-从动锥齿轮，109-主动直齿轮，110-从动直齿轮，111-收放引线装置，112-引线，113-收放脚架，1131-保持装置，1132-定滑轮固定轴，1133多级套筒，134定滑轮，114-充电接收线圈；2-供电装置，21-支撑平台，22-充电发射线圈；3-导航模块，31-主控模块，32-定位导航模块，33-电池管理模块，34-视觉导航模块。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，一种无人机自动补给无线充电装置，包括无线充电装置及导航模块3，所述无线充电装置1连接在无人机下端，如图2、图3、图4所示，所述无线充电装置1包括上盖板101，所述上盖板101上端面连接无人机，所述上盖板101下端面连接有立柱102，所述立柱102下端连接有下盖板103，所述立柱102有四根，等间距的分布在所述上盖板101与所述下盖板103之间，起支撑及连接作用，所述下盖板103上端面左右两侧分别安装有驱动电机104及备用电机105，所述驱动电机104转轴上同轴连接有主动锥齿轮Ⅰ106，所述备用电机105转轴上同轴连接有主动锥齿轮Ⅱ107，所述主动锥齿轮Ⅰ106及主动锥齿轮Ⅱ107下端啮合有从动锥齿轮108，所述从动锥齿轮108位于所述下盖板103中心位置，所述从动锥齿轮108转轴贯穿下盖板103向下连接有主动直齿轮109，所述主动直齿轮109四周啮合有从动直齿轮110，所述从动直齿轮110有四个，四个所述从动直齿轮110以所述主动直齿轮113的圆心为对称点呈中心对称分布且两两夹角为90°，所述下盖板103下端面还连接有与所述从动直齿轮110配合的四个收放脚架113，所述从动直齿轮110下端连接有收放引线装置111，所述收放引线装置111下端连接有引线112，所述引线112内部包裹有导线，每个所述收放引线装置111通过所述所述引线112与所述收放脚架113连接，通过所述引线收放装置111的正反转带动所述引线112，即可实现收放脚架113的收放，所述收放脚架113下端连接有充电接收线圈114，通过收放脚架113的收放可将充电接收线圈114提升或放下；如图5所示，所述收放脚架113包括保持装置1131、定滑轮固定轴1132、多级套筒1133及定滑轮1134，所述保持装置1131与所述定滑轮固定轴1132连接，所述定滑轮固定轴1132上安装所述定滑轮1134，所述保持装置1131下端连接所述多级套筒1133，所述多级套筒1133的下端连接所述充电接收线圈114，所述导航模块3包括主控模块31、定位导航模块32、电池模块33及视觉导航模块34，所述主控模块31、定位导航模块32及电池模块33安装在无人机上，所述主控模块31连接所述定位导航模块32、电池模块33及视觉导航模块34，所述视觉导航模块34有两个，分布在所述下盖板103下端面左右两侧，对称布置；如图1、图4所示，一种无人机自动补给无线充电装置还包括供电装置2，所述供电装置2包括支撑平台21及充电发射线圈22，所述支撑平台21为充电发射线圈22供电，所述充电发射线圈22与所述充电接收线圈114接触对接时，进行充电。
具体地，所述主控模块31具体包括一个飞行处理器和一个蓝牙模块；所述定位导航模块32可选用北斗导航或GPS导航，用来获取无人机的地理位置，并在需要充电时定位至供电装置2；所述电池管理模块33用来实时检测电池所剩电量，弱电池所剩电量低于预警电量值时，主控模块31会通过无人机所在地理位置选择出距离无人机最近的供电装置2，并通过无线通信给无人机传送指令；所述视觉导航模块34上装有一个摄像头和一个超声波测距避障传感器，采用双摄像头视觉技术完成精准降落至供电装置2；降落成功后，伸缩结构的充电接收线圈114下降与供电装置2上的充电发射线圈22对接后，无人机通过主控模块31中的蓝牙模块与供电装置2的蓝牙配对成功开始供电，待完成供电后，传送停止供电指令，可以有效的节约电能。
优选地，所述驱动电机104和备用电机105均采用直流伺服电机。
优选地，所述充电发射线圈22与充电接收线圈114采用电场耦合式充电。
实际工作过程中，无人机电池电量不足时，导航模块3会择选最近供电装置2的地理位置坐标，定位导航模块32精准定位供电装置2的位置，定位导航模块32运用北斗导航或GPS导航对无人机进行具体定位，北斗导航或GPS导航定位系统误差在1～2米之间，这时再采用视觉导航模块34获取供电装置2上着陆信标并精确降落，完成精准降落后控制收放脚架113的升降使充电接收线圈114与充电发射线圈22接触，进行无线充电，待无人机完成充电后，无人机飞离供电装置2继续工作。
最后应说明的是：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 (7)

1.一种无人机自动补给无线充电装置，其特征在于，包括无线充电装置(1)和导航模块(3),所述无线充电装置(1)连接在无人机下端，所述无线充电装置(1)包括上盖板(101)，所述上盖板(101)上端面连接无人机，所述上盖板(101)下端面连接有立柱(102)，所述立柱(102)下端连接有下盖板(103)，所述下盖板(103)上端面左右两侧分别安装有驱动电机(104)及备用电机(105)，所述驱动电机(104)转轴上同轴连接有主动锥齿轮Ⅰ(106)，所述备用电机(105)转轴上同轴连接有主动锥齿轮Ⅱ(107)，所述主动锥齿轮Ⅰ(106)及主动锥齿轮Ⅱ(107)下端啮合有从动锥齿轮(108)，所述从动锥齿轮(108)位于所述下盖板(103)中心位置，所述从动锥齿轮(108)转轴贯穿下盖板(103)向下连接有主动直齿轮(109)，所述主动直齿轮(109)四周啮合有从动直齿轮(110)，所述下盖板(103)下端面还连接有与所述从动直齿轮(110)配合的收放脚架(113)，所述从动直齿轮(110)下端连接有收放引线装置(111)，所述收放引线装置(111)下端连接有引线(112)，所述引线(112)内部包裹有导线，每个所述从动直齿轮(110)通过所述引线(112)与与之配合的所述收放脚架(113)连接，所述收放脚架(113)下端连接有充电接收线圈(114)；
所述导航模块(3)包括主控模块(31)、定位导航模块(32)、电池模块(33)及视觉导航模块(34)，所述主控模块(31)、定位导航模块(32)及电池模块(33)安装在无人机上，所述视觉导航模块(34)安装在所述无线充电装置(1)下盖板(103)下端面，所述主控模块(31)连接所述定位导航模块(32)、电池模块(33)及视觉导航模块(34)，还包括供电装置(2)，所述供电装置(2)包括支撑平台(21)及充电发射线圈(22)，所述支撑平台(21)为充电发射线圈(22)供电，所述充电发射线圈(22)与所述充电接收线圈(114)接触对接时，进行充电。
2.根据权利要求1所述的一种无人机自动补给无线充电装置，其特征在于，所述收放脚架(113)包括保持装置(1131)、定滑轮固定轴(1132)、多级套筒(1133)及定滑轮(1134)，所述保持装置(1131)与所述定滑轮固定轴(1132)连接，所述定滑轮固定轴(1132)上安装所述定滑轮(1134)，所述保持装置(1131)下端连接所述多级套筒(1133)，所述多级套筒(1133)的下端连接所述充电接收线圈(114)。
3.根据权利要求1所述的一种无人机自动补给无线充电装置，其特征在于，所述立柱(102)有四根，等间距的分布在所述上盖板(101)与所述下盖板(103)之间，起支撑及连接作用。
4.根据权利要求1所述的一种无人机自动补给无线充电装置，其特征在于，所述视觉导航模块(34)有两个，分布在所述下盖板(103)下端面左右两侧，对称布置。
5.根据权利要求1所述的一种无人机自动补给无线充电装置，其特征在于，所述从动直齿轮(110)有四个，四个所述从动直齿轮(110)以所述主动直齿轮(109)的圆心为对称点呈中心对称分布且两两夹角为90°。
6.根据权利要求1所述的一种无人机自动补给无线充电装置，其特征在于，所述驱动电机(104)和备用电机(105)均采用直流伺服电机。
7.根据权利要求1所述的一种无人机自动补给无线充电装置，其特征在于，所述充电发射线圈(22)与充电接收线圈(114)采用电场耦合式充电。
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