CN110525593A - 一种船载无人机的起落、固定及充电系统 - Google Patents

一种船载无人机的起落、固定及充电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种船载无人机的起落、固定及充电系统，属于无人机与无人船协同搭载技术领域。包括太阳能板、无人机硬件模块以及无人船硬件模块；无人机硬件模块包括无人机控制模块、无人机引导模块、电流电压检测装置、电磁铁、无人机电极、无人机起落架以及无人机机身；无人船硬件模块包括无人船控制模块以及短路检测装置和无人船电极。本发明能够高效利用船体结构，提供给无人船更大的作业空间；通过电磁铁使无人机牢固的固定在无人船上；对无人机进行自动充电，提升无人机的续航能力；通过电磁铁和电极的交替分布，降低了对无人机降落的精度要求；利用短路检测装置和电流电压检测装置提升系统的可靠性和安全性。

Description

一种船载无人机的起落、固定及充电系统
技术领域
本发明涉及一种船载无人机的起落、固定及充电系统，属于无人机与无人船协同搭载技术领域。
背景技术
在小型无人船空间有限的情况下，提供平台供无人机起落并实现无人值守的充电功能。
目前大部分船载无人机平台都是在船上专门开辟的停机平台，利用电机夹住无人机实现停机和固定而对于无人机充电，大多是通过人工接插充电器完成无人机充电，然而小型无人船无法提供相应空间；无人机需要人工手动充电，且续航能力弱，无法长时间飞行。现有技术中，有文献提供了一种在不稳定环境下的无人船上进行起降的方法但无法进行自动充电；还有文献提出了一种基于磁力的无人机自动充电系统。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有船载停机平台利用电机夹住无人机，需要足够大空间停放无人机且无法对其进行自动充电的技术缺陷，提出了一种船载无人机的起落、固定及充电系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
所述船载无人机的起落及充电系统，包括太阳能板、无人机硬件模块以及无人船硬件模块；
所述无人机硬件模块包括无人机控制模块、无人机引导模块、电流电压检测装置、电磁铁、无人机电极、无人机起落架以及无人机机身；
其中，无人机电极的数量大于等于2小于等于10；
所述无人船硬件模块包括无人船控制模块以及短路检测装置和无人船电极；
其中，无人船电极的数量大于等于2小于等于20；
所述船载无人机的起落及充电系统中各部件的连接关系如下：
无人船电极与太阳能板以及短路检测装置相连；
电磁铁与无人机起落架以及无人机电极相连；
电流检测装置与无人机电极相连；
无人机控制模块与电流检测装置相连；
无人船控制模块与短路检测装置以及无人船电极相连；
所述船载无人机的起落及充电系统中各部件的安装关系如下：
将无人船电极固定在太阳能板上，并进行一定的隔离处理；
无人船电极在太阳能板上成交替分布，分布的距离大于四旋翼无人机相邻两个起落架之间的距离，且小于四旋翼无人机不相邻的两个起落架之间的距离；
电磁铁安装在无人机起落架的四个角上，以对角为一组，一共两组电磁铁；
每个电磁铁上均有一个无人机电极来引导电流；
所述船载无人机的起落及充电系统中各部件的功能如下：
太阳能板的功能是给系统供电以及提供一个平台供无人机起降和充电；
无人机控制模块的功能是维持无人机正常、稳定的运行，调整充电的电流方向以及控制每组电磁铁的通断；
无人机电流电压检测装置的功能是检测吸附的电磁铁两端电流方向，调整电流方向对电池进行充电；
无人机引导模块的功能是引导无人机到达无人船上空或指定位置；
无人船控制模块的功能是与无人机进行通信、控制无人船电极的通断；
无人机电极及无人船电极的功能是引导电流对无人机充电；
电磁铁的功能是吸附无人机电极及无人船电极，辅助无人机降落和充电。
所述船载无人机的起落及充电系统的工作过程包括起飞、降落、固定以及充电；
其中，船载无人机的起飞，具体包括如下子步骤：
步骤1.1无人船控制模块对无人机控制模块发送任务和起飞命令，关断无人船电极；
步骤1.2无人机控制模块接收到无人船控制模块发来的任务以及起飞命令后，开始起飞；
步骤1.3由于存在电磁铁，当无人机达到一定升力后仍是无法飞离平台，此时关断电磁铁，无人机起飞；
船载无人机的降落，具体包括如下子步骤：
步骤2.1无人机执行完任务后，通过引导模块到达无人船的上方或者与无人船位置满足一定阈值后，对无人船控制模块发送降落请求并在收到回复后进入降落状态；
步骤2.2无人船控制模块收到无人机控制模块的降落请求后，打开无人船电极以及短路检测装置，若短路检测装置报警，则关断无人船电极；
步骤2.3无人机在降落状态中，开启两组电磁铁，往无人船太阳能板上进行降落；
步骤2.4在降落过程中，最理想的情况为起落架某一对角的电磁铁同时吸附住无人船电极，然而多为无人机起落架一角的电磁铁吸附住某一无人船电极的情况；
步骤2.5在无人机起落架一角的电磁铁吸附住某一无人船电极的情况下，无人机控制模块关断其他组电磁铁，防止无人机起落架上相邻的电磁铁吸附在无人船电极上造成短路；
步骤2.6无人控制模块调整无人机姿态，使无人机绕吸附住的无人船电极进行旋转，直到对角的电磁铁成功吸附住无人船电极；
至此，无人机成功降落；
船载无人机的固定，具体为：对角的电磁铁成功并持续吸附住无人船电极；
船载无人机的充电，具体包括如下子步骤：
步骤3.1在无人机降落后，无人机上的电流电压检测模块检测电磁铁上无人机电极的极性，即连通的回路中电流的方向；
步骤3.2无人机控制模块根据输入电流的方向调整充电电流的方向，完成充电。
有益效果
本发明提出的一种船载无人机的起落、固定及充电系统，相对于现有设计的大多数带无人机平台的无人船，具有如下有益效果：
1.本发明所述的船载无人机起落、固定及充电系统能够高效利用船体结构，提供给无人船更大的作业空间；
2.所述的船载无人机的起落、固定及充电系统中利用电磁铁吸附住无人船电极，防止无人机在无人船遇到风浪，船身摆动较大的情况下离开无人机平台导致无人机落水的情况发生。使无人机固定在无人船上；
3.本发明所述的船载无人机起落、固定及充电系统中利用无人船电极给无人机进行充电，提升无人机的续航能力；
4.本发明所述的船载无人机起落、固定及充电系统中配合电磁铁、无人船电极的作用，在无人机起飞过程中提供一定的反向阻力，当升力到达一定阈值后再关断电磁铁，有效防止无人机在电磁铁关断后失去固定作用，坠入水中；
5.本发明所述的船载无人机起落、固定及充电系统在无人机起落架没有同时被吸附住两角的情况下，只要吸附住一角，并使无人机绕该角进行旋转，即可完成降落；
6.所述船载无人机的起落及充电系统对于无人机旋转的方向不做要求，无论是顺时针还是逆时针旋转，都可以吸附相邻的无人船电极，降低了对无人机降落的精度要求；
7.本发明所述的船载无人机起落、固定及充电系统在无人船电极之间加装短路检测装置，使本发明更加安全可靠；
8.本发明所述的船载无人机起落、固定及充电系统在降落过程中关断未吸附无人船电极的电磁铁组，有效防止无人机充电发生短路的情况，使本发明更加安全可靠。
附图说明
图1为本发明一种船载无人机的起落及充电系统的示意图；
图2为本发明一种船载无人机的起落及充电系统中无人机结构设计图；
图形示意：
1-无人船电极、2-太阳能板、3-短路检测装置、4-无人船控制模块、5-电磁铁、6无人机控制模块、7-电流电压检测装置。
具体实施方式
为了更好的说明本方法的目的和优点，结合附图及具体实施例对本发明提出的一种船载无人机的起落及充电系统的具体实施内容做进一步详细说明。
实施例1
本实施例阐述了本发明一种船载无人机的起落及充电系统基于太阳能板的具体实施。
图1为本发明一种船载无人机的起落及充电系统的结构示意图；
下面将结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部。
请参阅图1，一种船载无人机的起落及充电系统，包括三个无人船电极1、两个太阳能板2、短路检测装置3以及无人船控制模块4。
其中，无人船电极1为T字型，被两个太阳能板2夹住并固定，无人船电极1 和太阳能板2之间有隔离保护；
三个无人船电极1之间的距离大于四旋翼无人机相邻两个起落架之间的距离，且小于四旋翼无人机不相邻的两个起落架之间的距离；
两个太阳能板2的作用是获取太阳能并将太阳能转化为电能为整个系统的供电装置；
短路检测装置3安装在三个无人船电极1之间，旨在检测无人船电极1之间是否短路，保护电路安全；
无人船控制模块4在本图中的作用为控制无人船电极1的通断，即当需要无人船电极1供电并且短路检测装置3没有发出警报时，使无人船电极1通电；若短路检测装置3发出警报，则立即关断无人船电极1，防止损毁设备；
请参阅图2，一种船载无人机的起落及充电系统所依托的无人机结构图，包括两组电磁铁5，无人机控制模块6，电流电压检测装置7；
其中，电磁铁5以对角为一组，主要作用是吸附无人船电极1进行充电，并辅助无人机降落。
无人机控制模块6包括引导模块，主要作用是找到无人船的无人机平台，发送降落请求给无人船控制模块4；在降落时，最理想状态为任意一组电磁铁吸附住相应无人船电极完成降落，然而多数情况为当任意一角吸附住无人船电极后，关断另外一组电磁铁防止相邻两角被吸附住的情况发生并控制无人机绕被吸附住的一角进行旋转，使对角吸附在另外两个无人船电极的任意一个上，完成无人机的降落作业。当无人机对角吸附在无人船电极后，通过电流电压检测装置判断无人机电极的正负，调整充电的电流方向，实现无人机的充电作业；当无人机准备起飞时，无人机控制模块6接收无人船控制模块4发来的任务后，进入起飞模式，在升力达到一定阈值后，关断电磁铁5，起飞执行任务。
所述一种船载无人机的起落及充电系统在配置太阳能板的条件下的工作过程，包括如下步骤：
S1：在船刚出航时，飞机起落架上的电磁铁、无人船电极处在工作状态，将飞机固定在太阳能板上并进行充电，体现了有益效果2中的固定效果以及有益效果3中的对无人机进行充电，提高无人机续航能力的效果；
S2：无人船控制模块4发送起飞信号和作业内容给无人机控制模块6，并关断无人船电极1；
S3：当无人机控制模块6收到无人船控制模块4发送的数据后，无人机控制模块6控制无人机起飞。当无人机达到一定升力后，无人机进入起飞状态，关断电磁铁5并起飞。体现了有益效果4中的提供一定反向阻力，防止电磁铁关断后导致无人机落水的效果；
S4：当无人机返回时，无人机控制模块6通过引导模块到达平台上空，或与平台之间距离满足一定阈值之后，向无人船控制模块4发送降落请求，并开启起落架上的电磁铁5，开始降落；
S5：当无人船控制模块4接受到请求后，启动无人船电极1和无人船电极1的短路检测装置3，若短路检测装置3报警则断开无人船电极1。体现了有益效果7 中的使发明更加安全可靠的效果；
S6：在无人机降落时，无人机的起落架上的电磁铁5一般情况下不会准确的同时吸附到三个无人船电极1之中的两个上，多为先吸附一个无人船电极1，在这样的情况下，无人机控制模块6先关断未吸附的一组电磁铁，体现了有益效果 8中，防止无人机充电短路的情况，提升了本发明的安全和可靠性。
S7：控制无人机绕吸附住无人船电极1的一角进行旋转，最终使无人机的对角吸附在无人船电极1上，稳点降落在太阳能板2上，完成无人机的降落作业，体现了有益效果5、6中降低无人机降落要求的效果；
S8：在无人机完成降落后，无人机控制模块6控制电流电压检测装置7对起落架上的电流电压进行检测，识别对应的正负极，调整充电电流方向，实现无人机的充电作业，至此返回到步骤S1；
至此，从S1到S8，实现了无人机的起飞、降落和固定以及充电。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种船载无人机的起落、固定及充电系统，其特征在于：包括太阳能板、无人机硬件模块以及无人船硬件模块；
所述无人机硬件模块包括无人机控制模块、无人机引导模块、电流电压检测装置、电磁铁、无人机电极、无人机起落架以及无人机机身；
所述无人船硬件模块包括无人船控制模块、短路检测装置和无人船电极；
所述船载无人机的起落及充电系统中各部件的连接关系如下：
电极与太阳能板以及短路检测装置相连；
电磁铁与无人机起落架以及电极相连；
电流检测装置与无人机电极相连；
无人机控制模块与电流检测装置相连；
无人船控制模块与短路检测装置以及太阳能板上的电极相连；
所述船载无人机的起落及充电系统中各部件的安装关系如下：
将电极固定在太阳能板上，并进行一定的隔离处理；
电极在太阳能板上成交替分布，分布的距离大于四旋翼无人机相邻两个起落架之间的距离，且小于四旋翼无人机不相邻的两个起落架之间的距离；
电磁铁安装在无人机起落架的四个角上，以对角为一组，一共两组电磁铁；
每个电磁铁上均有一个电极来引导电流；
所述船载无人机的起落及充电系统中各部件的功能如下：
太阳能板的功能是给系统供电以及提供一个平台供无人机起降和充电；
无人机控制模块的功能是维持无人机正常、稳定的运行，调整充电的电流方向以及控制每组电磁铁的通断；
无人机电流电压检测装置的功能是检测吸附的电磁铁两端电流方向，调整电流方向对电池进行充电；
无人机引导模块的功能是引导无人机到达无人船上空或指定位置；
无人船控制模块的功能是与无人机进行通信、控制电极的通断；
电极的功能是引导电流对无人机充电；
电磁铁的功能是吸附电极，辅助无人机降落和充电；
所述船载无人机的起落及充电系统的工作过程包括起飞、降落、固定以及充电；
其中，船载无人机的起飞，具体包括如下子步骤：
步骤1.1无人船控制模块对无人机控制模块发送任务和起飞命令，关断太阳能板上的电极；
步骤1.2无人机控制模块接收到无人船控制模块发来的任务以及起飞命令后，开始起飞；
步骤1.3由于存在电磁铁，当无人机达到一定升力后仍是无法飞离平台，此时关断电磁铁，无人机起飞；
船载无人机的降落，具体包括如下子步骤：
步骤2.1无人机执行完任务后，通过引导模块到达无人船的上方或者与无人船位置满足一定阈值后，对无人船控制模块发送降落请求并在收到回复后进入降落状态；
步骤2.2无人船控制模块收到无人机控制模块的降落请求后，打开太阳能板上的电极以及短路检测装置，若短路检测装置报警，则关断太阳能板上的电极；
步骤2.3无人机在降落状态中，开启两组电磁铁，往无人船太阳能板上进行降落；
步骤2.4在降落过程中，最理想的情况为起落架某一对角的电磁铁同时吸附住无人船电极，然而多为无人机起落架一角的电磁铁吸附住某一无人船电极的情况；
步骤2.5在无人机起落架一角的电磁铁吸附住某一无人船电极的情况下，无人机控制模块关断其他组电磁铁，防止无人机起落架上相邻的电磁铁吸附在无人船电极上造成短路；
步骤2.6无人控制模块调整无人机姿态，使无人机绕吸附住的电极进行旋转，直到对角的电磁铁成功吸附住电极；
至此，无人机成功降落；
船载无人机的固定，具体为：对角的电磁铁成功并持续吸附住电极；
船载无人机的充电，具体包括如下子步骤：
步骤3.1在无人机降落后，无人机上的电流电压检测模块检测电磁铁上电极的极性，即连通的回路中电流的方向；
步骤3.2无人机控制模块根据输入电流的方向调整充电电流的方向，完成充电。
2.一种船载无人机的起落、固定及充电系统，其特征在于：无人机电极的数量大于等于2小于等于10。
3.一种船载无人机的起落、固定及充电系统，其特征在于：无人船电极的数量大于等于2小于等于20。
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