CN110854988A - 无人机无线电能补充系统 - Google Patents

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张赛娜
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杨海
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Abstract

本发明公开了一种无人机无线电能补充系统,包括无人机、智能车、遥控装置,智能车包括太阳能发电模块、无线电充电模块、驱动模块,太阳能发电模块包括太阳能控制器、太阳能板、蓄电池,智能车顶部、至少一侧分别安装有太阳能板,智能车上设有收展机构,太阳能板、蓄电池、收展机构与太阳能控制器连接;无线电充电模块包括与太阳能控制器连接的无线供电发射模块,无人机上设有无线供电接收模块;驱动模块包括控制板、直流电机驱动板、电机,智能车上安装有车轮,电机连接驱动车轮,电机连接直流电机驱动板,直流电机驱动板连接控制板,控制板连接太阳能控制器。本发明能够充分利用太阳能为无人机自动充电,解决其无法持续高效运行的问题。

Description

无人机无线电能补充系统
技术领域
本发明涉及一种无人机无线电能补充系统。
背景技术
近年来,随着航空科学技术日新月异的发展,小型和微型飞行器得到了各个国家的高度重视。与常规无人飞行器相比,小型和微型飞行器具有体积小、质量轻、成本低的优势,它操纵方便、机动灵活、噪音小、隐蔽性好,无论是在军事领域还是在民用领域,都有十分诱人的应用前景。
如今大多数无人机使用锂离子电池进行充电,锂离子电池具有比能量高、低自放电、循环性能好、无记忆效应和绿色环保等优点,但锂离子电池能量密度远低于燃油能量密度,这就导致电动飞行器续航性能不足。太阳能作为一种可永续利用、可再生的清洁能源,已广泛运用到许多场合,而对于小型和微型无人机,其使用太阳能电池,太阳能板展开面积小,其效率较低,无法充分保证其续航能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无人机无线电能补充系统,旨在解决现有技术中微小型无人机续航性能差,无法持续高效运行的技术问题。
本发明的技术方案是:一种无人机无线电能补充系统,包括无人机、为所述无人机充电的智能车、以及操控所述智能车的遥控装置,所述智能车包括太阳能发电模块、无线电充电模块、以及驱动模块,所述太阳能发电模块包括太阳能控制器、太阳能板、蓄电池,所述太阳能板具有若干块,所述智能车的顶部、以及至少一侧分别安装有所述太阳能板,所述智能车上对应于一侧或多侧的太阳能板设有或分别设有连接驱动太阳能板展开或收起的收展机构,所述太阳能板、蓄电池、收展机构分别与所述太阳能控制器连接;所述无线电充电模块包括用于通过无线电波向无人机发送电能的无线供电发射模块,所述无线供电发射模块与所述太阳能控制器连接,所述无人机上设有无线供电接收模块,所述无线供电接收模块用于通过无线电波接收电能,并为无人机提供电能;所述驱动模块包括控制板、直流电机驱动板、电机,所述智能车上安装有车轮,所述电机安装在所述智能车内连接驱动所述车轮转动,所述电机与所述直流电机驱动板连接,所述直流电机驱动板与所述控制板连接,所述控制板与所述太阳能控制器连接。
进一步的,本发明中所述遥控装置包括手柄和/或移动终端。
进一步的,本发明中所述遥控装置包括手柄和移动终端,所述智能车上安装有手柄接收器,所述手柄接收器与所述控制板连接,所述移动终端通过蓝牙模块与所述控制板无线连接。
进一步的,本发明中所述智能车包括小车底板和设于所述小车底板上的小车框架,所述小车框架为铝型材框架。
进一步的,本发明中所述收展机构包括电动推杆,所述电动推杆的两端分别通过铰接板与所述小车底板、以及对应的所述太阳能板铰接。
进一步的,本发明中所述车轮安装在转轴上,所述转轴的两端分别通过挡边轴承安装在所述小车框架上,所述电机的输出轴与所述转轴连接。
进一步的,本发明中所述无线供电发射模块包括发射线圈,所述发射线圈为电磁屏蔽线圈。
进一步的,本发明中所述无线供电发射模块、所述控制板分别通过第一稳压模块、第二稳压模块与所述太阳能控制器连接。
进一步的,本发明中所述太阳能板为半柔性太阳能板,所述蓄电池为硅能蓄电池,所述控制板为arduino主控板,所述电机为大扭矩电机,所述车轮为麦克纳姆轮。
进一步的,本发明中所述手柄为ps2手柄。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1)本发明的无人机无线电能补充系统能够通过智能车最多同时给8个微小型无人机进行无线充电,智能车有两种操控方式,第一种为无线遥控手柄模式,主要通过ps2手柄操控智能车的移动,第二种为手机蓝牙APP遥控模式,这种模式不仅能够通过移动终端实现智能车的移动,还可以通过操控电动推杆从而控制侧部太阳能板的状态,而且可实时显示太阳能控制器的参数,功能更加全面,当带有无线供电接收模块的无人机停落在智能车顶板上,即可通过发射线圈(即无线充电线圈)为无人机自动充电,有效解决微小型无人机续航性能差,无法持续高效运行的问题。
2)本发明充分利用了太阳能可再生能源,智能车顶部和侧部分别设计了太阳能板,且侧部太阳能板可通过电动推杆实现收缩和展开,在工作状态时可充分展开至水平状态,显著增大太阳能板的受光面积,更大程度的储存太阳能,充分提高充电效率。
3)本发明中,为了更好地适应其移动性,三块太阳能板均使用半柔性太阳能板,能够避免运动时对太阳能板造成损坏。
4)本发明中,无线供电发射模块的发射线圈采用电磁屏蔽线圈,使其能够更高效地实现无人机的充电,保证无人机的持续高效运行。
5)本发明中,智能车的车轮采用悬挂式固定,通过挡边轴承不仅可以固定车轮,充分提高其稳定性,还可以防止电机损坏。
6)本发明中,车轮采用麦克纳姆轮,可以实现智能车定点定向移动,保证无人机精准降落。
7)本发明中,蓄电池采用硅能蓄电池,可以更好的提高智能车的环保性,延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图;
图2为本发明中所述智能车的后视图(其中电动推杆与太阳能板之间的连接结构未画出);
图3为本发明中所述智能车的侧视图;
图4为本发明中所述智能车的俯视图;
图5为本发明中电动推杆与智能车和太阳能板连接结构的爆炸示意图;
图6为本发明中电动推杆的运动状态示意图;
图7为本发明中太阳能板收缩时的状态示意图;
图8为本发明中太阳能板完全展开时的状态示意图;
图9为本发明中太阳能控制器和发射线圈与部分小车框架连接结构的爆炸示意图;
图10为本发明中车轮的安装结构后视图;
图11为本发明中车轮的安装结构侧视图。
其中:1、智能车;1a、小车底板;1b、小车框架;2、太阳能控制器;3、太阳能板;4、蓄电池;5、电机;6、车轮;7、电动推杆;8、铰接板;9、转轴;10、挡边轴承;11、发射线圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做具体说明。
实施例:
结合附图所示为本发明一种无人机无线电能补充系统的具体实施方式,该系统主要包括无人机、为无人机充电的智能车1、以及操控智能车1的遥控装置。
智能车1包括太阳能发电模块、无线电充电模块、以及驱动模块。
太阳能发电模块包括太阳能控制器2、太阳能板3、蓄电池4。太阳能控制器2安装在智能车1前侧。太阳能板3具有三块,分别安装在智能车1的顶部以及两侧,太阳能板3为半柔性太阳能板。蓄电池4安装在智能车1内,蓄电池4为硅能蓄电池。
智能车1上对应于两侧的太阳能板3分别设有连接驱动太阳能板3展开或收起的收展机构。
本实施例中,三块太阳能板3并联在一起与太阳能控制器2连接,蓄电池4、收展机构分别与太阳能控制器2连接。
本实施例中,智能车1包括小车底板1a和设于小车底板1a上的小车框架1b,小车框架1b为铝型材框架。
结合图2、图5所示,收展机构包括电动推杆7,电动推杆7的两端分别通过铰接板8与小车底板1a、以及对应的太阳能板3铰接。
无线电充电模块包括用于通过无线电波向无人机发送电能的无线供电发射模块,无线供电发射模块通过第一稳压模块与太阳能控制器2连接。无人机上设有无线供电接收模块,无线供电接收模块用于通过无线电波接收电能,并为无人机提供电能。
本实施例中,无线供电发射模块包括发射线圈11,发射线圈11为电磁屏蔽线圈。结合图9所示,发射线圈11设置在智能车1顶部,便于无人机停落后进行无线充电。
驱动模块包括arduino主控板、直流电机驱动板、电机5。结合图2、图3所示,智能车1的两侧分别安装有两个车轮6,车轮6为麦克纳姆轮。智能车1上对应于四个车轮6分别设有电机5,四个电机5安装在智能车1的小车底板1a上分别连接驱动对应车轮6转动,电机5为大扭矩电机。
大扭矩电机与直流电机驱动板连接,直流电机驱动板与arduino主控板连接,arduino主控板通过第二稳压模块与太阳能控制器2连接。
本实施例中,结合图2、图10、图11所示,车轮6安装在转轴9上,转轴9的两端分别通过挡边轴承10安装在小车框架1b上,电机5的输出轴与转轴9连接。
智能车1的驱动模块可以实现智能车1的定点定向移动,以此来保证微小型无人机更准确地停放在其补充平台上(即智能车顶板上)。
采用的麦克纳姆轮,其最实用的功能是“横移”,即运动方向可以与轮子前后方向垂直。这大大提高了它的灵活性,使其移动十分顺畅。经实测,发现麦克纳姆轮实现的“横移”确实在很大程度上提高了移动效率,降低了定点定向移动的难度,同时可以满足高精度定位及高精度轨迹追踪的要求。
智能车1采用的硅能蓄电池,能够更好的提高智能车的环保性,延长其使用寿命。
智能车1的无线电充电模块采用无线充电技术,相比于插入式传导充电方式,无线充电意味着非接触式充电。无线充电模式下,只要带有无线供电接收模块的微小型无人机停入相应的位置,即可实现自动充电。
其中,对于无线供电发射模块,选择240W磁屏障无线供电发射模块,它区别于市面上只能用空心线圈的常见方案,其采用电磁屏蔽线圈。普通空心线圈可以双向感应,但是这样也给安装带来了不小的困难,当电子元器件或者金属板靠近时,不管是哪一个方向都会受到干扰。带有磁屏蔽的线圈,只会在线圈正面能感应,背面是感应不到电流的,因此背面可以放置电路板金属板或电池等器件,不会受到干扰。采用电磁屏蔽线圈能够更高效地实现无人机的充电,保证无人机的持续高效运行。
此外,本实施例中,为了更多人能够操控智能车1,共设置了两种操控方式,第一种为无线遥控手柄模式,第二种为手机蓝牙APP遥控模式。遥控装置包括ps2手柄和移动终端。
智能车1上安装有手柄接收器,手柄接收器与arduino主控板连接。手柄接收器用于接收ps2手柄发射的操控指令并发送给arduino主控板,进而调控直流电机驱动板控制大扭矩电机驱动智能车1运动。
移动终端通过蓝牙模块与arduino主控板无线连接。通过移动终端除了能够实现智能车1的移动之外,还能够控制电动推杆7从而控制两翼太阳能板3的状态。除此之外,其还能实时显示太阳能控制器2的参数,功能更加全面。
本实施例具体工作时,结合图6所示,智能车1两侧太阳能板3在电动推杆7的推动下向外展开,两侧太阳能板3初始状态如图7所示,太阳能板3正好垂直于地面,智能车1工作时,太阳能板3被电动推杆7推动至完全展开的水平状态,如图8所示,这样可以使其充分吸收太阳能,提高充电效率;太阳能控制器2控制三块太阳能板3对蓄电池4充电,并控制蓄电池4给无人机供电;通过ps2手柄或移动终端可以实现智能车1的定点定向移动,以此来保证微小型无人机更准确地停落在其顶板上,通过ps2手柄操控时,ps2手柄将操控指令发送给手柄接收器,手柄接收器进一步发送给arduino主控板,进而调控直流电机驱动板控制大扭矩电机驱动智能车1运动,通过移动终端操控时,arduino主控板通过蓝牙模块与移动终端无线连接,通过移动终端能够实现智能车1的移动,同时还能够控制电动推杆7从而控制两翼太阳能板3的状态,此外,移动终端上还能实时显示太阳能控制器2的参数,供操作人员查看;当带有无线供电接收模块的无人机停落在智能车顶板上后,无线供电发射模块通过无线电波发送电能,无线供电接收模块通过无线电波接收电能,并为无人机提供电能。本发明通过对系统实物进行测试,智能车1能实现快速移动,两侧太阳能板3能实现展开、收缩,智能车1能够最多同时给8个微小型无人机进行无线充电。
当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机无线电能补充系统,其特征在于:包括无人机、为所述无人机充电的智能车(1)、以及操控所述智能车(1)的遥控装置,所述智能车(1)包括太阳能发电模块、无线电充电模块、以及驱动模块,所述太阳能发电模块包括太阳能控制器(2)、太阳能板(3)、蓄电池(4),所述太阳能板(3)具有若干块,所述智能车(1)的顶部、以及至少一侧分别安装有所述太阳能板(3),所述智能车(1)上对应于一侧或多侧的太阳能板(3)设有或分别设有连接驱动太阳能板(3)展开或收起的收展机构,所述太阳能板(3)、蓄电池(4)、收展机构分别与所述太阳能控制器(2)连接;所述无线电充电模块包括用于通过无线电波向无人机发送电能的无线供电发射模块,所述无线供电发射模块与所述太阳能控制器(2)连接,所述无人机上设有无线供电接收模块,所述无线供电接收模块用于通过无线电波接收电能,并为无人机提供电能;所述驱动模块包括控制板、直流电机驱动板、电机(5),所述智能车(1)上安装有车轮(6),所述电机(5)安装在所述智能车(1)内连接驱动所述车轮(6)转动,所述电机(5)与所述直流电机驱动板连接,所述直流电机驱动板与所述控制板连接,所述控制板与所述太阳能控制器(2)连接。
2.根据权利要求1所述的无人机无线电能补充系统,其特征在于:所述遥控装置包括手柄和/或移动终端。
3.根据权利要求2所述的无人机无线电能补充系统,其特征在于:所述遥控装置包括手柄和移动终端,所述智能车(1)上安装有手柄接收器,所述手柄接收器与所述控制板连接,所述移动终端通过蓝牙模块与所述控制板无线连接。
4.根据权利要求1所述的无人机无线电能补充系统,其特征在于:所述智能车(1)包括小车底板(1a)和设于所述小车底板(1a)上的小车框架(1b),所述小车框架(1b)为铝型材框架。
5.根据权利要求4所述的无人机无线电能补充系统,其特征在于:所述收展机构包括电动推杆(7),所述电动推杆(7)的两端分别通过铰接板(8)与所述小车底板(1a)、以及对应的所述太阳能板(3)铰接。
6.根据权利要求4所述的无人机无线电能补充系统,其特征在于:所述车轮(6)安装在转轴(9)上,所述转轴(9)的两端分别通过挡边轴承(10)安装在所述小车框架(1b)上,所述电机(5)的输出轴与所述转轴(9)连接。
7.根据权利要求1所述的无人机无线电能补充系统,其特征在于:所述无线供电发射模块包括发射线圈(11),所述发射线圈(11)为电磁屏蔽线圈。
8.根据权利要求1所述的无人机无线电能补充系统,其特征在于:所述无线供电发射模块、所述控制板分别通过第一稳压模块、第二稳压模块与所述太阳能控制器(2)连接。
9.根据权利要求1所述的无人机无线电能补充系统,其特征在于:所述太阳能板(3)为半柔性太阳能板,所述蓄电池(4)为硅能蓄电池,所述控制板为arduino主控板,所述电机(5)为大扭矩电机,所述车轮(6)为麦克纳姆轮。
10.根据权利要求3所述的无人机无线电能补充系统,其特征在于:所述手柄为ps2手柄。
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