CN111152678B - 基于水面光伏的无人机充电装置及其充电系统 - Google Patents

基于水面光伏的无人机充电装置及其充电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了基于水面光伏的无人机充电装置，该无人机充电装置包括：滑坡、位于滑坡下端部的挡板、位于滑坡上表面的光伏板、位于底部的支撑浮箱以及位于光伏板与支撑浮箱之间的支撑架，所述滑坡上巧妙地设计了多个滑道以及被滑道分割的多个滑坡单元，同时滑坡上设置有弧形凹槽和斜坡凹槽，斜坡凹槽内还设置有弹性充电触点。此外还公开了一种位于水面光伏上的无人机充电系统，从而实现在水面上的就地充电的目的，同时实现无人机对水面光伏板的巡检和清洗目的，具有覆盖范围光和大幅减轻人工劳动强度等优点。

Description

基于水面光伏的无人机充电装置及其充电系统
技术领域
本发明涉及一种无人机充电装置，特别涉及基于水面光伏的无人机充电装置及其充电系统。
背景技术
光伏发电是利用太阳能电池的光生伏特效应，将太阳光能转化为电能。常见的光伏电站多建在地面或屋顶上，而水面光伏电站是近几年才发展起来的一项新技术，最大的优点在于充分利用水域（海洋、湖泊、河流、水库等）创造经济效益，节约用地，地面光伏电站占地面积大，对地势又有要求，制约了土地资源稀缺地区光伏电站的建设。然而水面光伏也存在光伏板清洗困难、无法机械化操作、巡航检修难度大、人工维护成本高等缺点，所以存在使用无人机进行清洗的需求，无人机清洗大大的提高了清洗效率并减少人工劳动强度等优点，但一般水面光伏面积较大，无人机续航能力是个很大的制约瓶颈，而且无法实现就地充电的功能。
同时，无人机从军事领域拓展到民用领域，尤其是被广泛应用于民用领域的农业、林业、电力、安防等方面。在无人机应用范围越来越广的同时，市场上也出现繁多的无人机种类，但这些无人机都存在一个明显的问题——续航能力有限。市面上的无人机主要采用锂聚合物电池作为主要动力，续航能力一般在20分钟至30分钟之间，因技术方面不同有所差别，不过大部分续航时间都是在45分钟以内，但充电时间却都超过了一小时。由于无人机需要尽可能减轻起飞重量，所以无法携带较重的大容量电池，大多数无人机维持十几分钟到二十分钟飞行之后，就必须有人为它们更换电池或者插上充电线，导致通常出门都要携带三四块电池。这是无人机发展一个致命的短板，大大限制了我国无人机行业的整体发展，若要促进无人机市场持久的良性发展，解决无人机电池续航能力问题迫在眉睫。
因此当前急需一种结构简单、使用维护成本低、定位精度高、可靠性高且能够在水面光伏上实现就地充电的无人机充电技术。
发明内容
本发明的目的在于提供基于水面光伏的无人机充电装置，该无人机充电装置包括：滑坡、位于所述滑坡下端部的挡板、位于所述滑坡上表面的光伏板、位于底部的支撑浮箱以及位于所述光伏板与所述支撑浮箱之间的支撑架。
所述滑坡沿高度方向上等间距开设有多条平行的滑道并将所述滑坡分割成多个滑坡单元，所述滑坡单元包括弧面段和水平段，所述弧面段的中心处还设置有与所述滑道垂直的“H”形状的落地标识。
所述滑坡单元的所述水平段靠近所述挡板一侧的端部上表面还开设有与所述挡板平行的斜坡凹槽，进一步所述滑道的下端部还开设有弧形凹槽并将所述斜坡凹槽分割成多个斜坡凹槽单元，所述弧形凹槽深度大于所述斜坡凹槽的深度。
所述弧形凹槽的底部还设置有充电开关，所述斜坡凹槽单元的中心处还设置有弹性充电触点。
优选地，所述滑坡的坡度范围在0.1至0.3之间。
优选地，所述弹性充电接触点分为正极弹性充电触点和负极弹性充电触点，且相邻两个所述正极弹性充电触点与相邻两个所述负极弹性充电触点之间间隔排列。
优选地，所述充电开关包括外壳、位于所述外壳内从上至下依次还设置有受力块、弹簧和压力传感器。
优选地，所述落地标识采用红外反光材料制成。
优选地，所述光伏板为柔性太阳能电池板。
本发明还公开了一种包含上述无人机充电装置的无人机充电系统，其特征在于：还包括有无人机，所述无人机包括支腿、与所述支腿连接的落地架、位于所述落地架两端的万向轮、机身、位于所述机身四周的飞行控制与动力单元、位于所述机身上部的GPS模块、位于所述机身正下方的红外相机以及电池单元。
优选地，所述落地架两端的所述万向轮之间的距离为所述滑坡单元宽度的两倍。
优选地，还包括套接在距离所述落地架两端1/4处的圆柱形的充电接触体以及连接所述充电接触体与所述电池单并穿过所述支腿的导线。
优选地，所述无人机还包括有喷水机构。
所以本发明具有设计结构简单、定位精准、可靠性高、大幅减轻劳动强度、水面上就地充电以及无人机清洗等诸多优点。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出本发明无人机充电装置的立体结构示意图；
图2示意性示出本发明无人机充电装置的俯视图；
图3示意性示出本发明无人机的结构示意图；
图4示意性示出本发明无人机支腿、落地架及万向轮的结构示意图；
图5示意性示出本发明无人机充电系统的结构与流程示意图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
图1示意性示出了本发明基于水面光伏的无人机充电装置1，该充电装置1包括：滑坡11、位于滑坡11下端部的挡板12、位于所述滑坡11上表面的光伏板2、位于底部的支撑浮箱3以及位于光伏板2与支撑浮箱3之间的支撑架13，本发明充电装置1具有设计巧妙、结构简单、无动力部件、充电定位精准、水面光伏上充电等诸多优点。
滑坡11沿高度方向上等间距开设有多条平行的滑道14并将滑坡11分割成多个滑坡单元111，滑坡单元的宽度为L0，进一步滑坡单元111包括弧面段111a和水平段111b，弧面段111a和水平段111b之间无缝连接且平滑过渡。如图2所示，其中弧面段111a的中心处还设置有与滑道14垂直的“H”形状的落地标识15，该落地标识15两边的长度为L1且L1=2 L0，并采用红外反光材料制成，用于无人机8落地时利用红外识别进行导航的目的。
进一步滑坡11的坡度范围优选在0.1至0.3之间（对应坡角度θ为5°至18°之间），滑坡单元111表面优选采用绝缘光滑的陶瓷材料制成，还可以在滑坡单元111表面铺设有光滑的柔性太阳能电池板，从而实现太阳能充电的功能，具有高效节能的效果。
此外滑坡单元111的水平段111b靠近挡板12一侧的端部上表面还开设有与挡板12平行的斜坡凹槽16，该斜坡凹槽16呈长条状并紧挨挡板12，主要包括斜坡段16a和凹槽段16b，斜坡段16a的设置主要是方便无人机8的无障碍通过，且斜坡段16a和凹槽段16b之间平滑过渡。同时滑道14的下端部靠近挡板12一侧还开设有弧形凹槽17并将斜坡凹槽16分割成多个斜坡凹槽单元161。弧形凹槽17由浅入深、平缓过渡，从而保证无人机8平稳滑入，进一步弧形凹槽17与挡板12垂直相邻且其最深处的深度大于斜坡凹槽16的深度。
弧形凹槽17的底部还设置有充电开关18，斜坡凹槽单元161的中心处还设置有弹性充电触点19。
其中，充电开关18包括外壳181、位于外壳181内从上至下依次还设置有受力块182、弹簧183和压力传感器184，如图5所示，当压力传感器184被施压时则弹性充电触点19接通电源开始充电、当没有被施压时则断开电源停止充电，从而实现充断电自动控制。
其中，弹性充电接触点19分为正极弹性充电触点19a和负极弹性充电触点19b，进一步弹性充电接触点19与无人机8的受电机构相接触充电，且相邻两个正极弹性充电触点19a与相邻两个负极弹性充电触点19b之间间隔排列。
上述充电装置1利用支撑浮箱3在水中的浮力作用而漂浮在水面，其可根据需求进行容量的延展和扩大。
本发明还公开了一种包含上述充电装置1的无人机充电系统，该充电系统还包括有无人机8，如图3和图4所示，所述无人机8包括支腿81、与支腿81连接的落地架82、位于落地架82两端的万向轮83、机身84、位于机身84四周的飞行控制与动力单元85、位于机身84上部的GPS模块86、位于机身84正下方的红外相机87以及电池单元88。无人机8通过位于水面光伏上的充电装置1进行充电，从而实现就地充电的目的，同时实现无人机8对光伏板的长时间巡检和清洗目的，水面光伏电站可根据规模大小设置一个或多个本发明无人机充电系统用于巡检和清洗，具有覆盖范围广和大幅减轻人工劳动强度等优点。
其中，此外在距离落地架82两端1/4处上还套接有圆柱形的充电接触体89，再利用穿过支腿81导线810将充电接触体89与电池单元88接通在一起，且两根落地架82上均设置有充电接触体89。进一步该充电接触体89与位于斜坡凹槽16中的弹性充电接触点19接触连接，从而实现向电池单元88充电。
其中，落地架82两端的万向轮83之间的距离刚好为滑坡单元111宽度的两倍即L2=2 L0，进一步由于上述弹性充电接触点19正负极的两两间隔布置的方式，从而保证了单根落地架82最终落在斜坡凹槽16中时两个充电接触体89分别与正极弹性充电触点19a和负极弹性充电触点19b相接触连接。
其中，万向轮83具有多方向灵活移动的功能，其宽度S略小于弧形凹槽17的宽度N，且S =0.5~0.8N，从而保证了万向轮83能够精准的滑入到弧形凹槽17而不产生较大的偏移，进一步在万向轮83和挡板12内侧均设置有缓冲材料，用于减小万向轮83与挡板12之间的冲击力。
其中，红外相机87主要用于红外识别导航、对光伏面板或周边环境进行巡检和监控，例如某一个水域的无人机8巡检和监控。无人机8还包括设置在无人机8下方的喷水机构811，该喷水机构811可实施对水面光伏表面的清洁和除雪操作，确保光伏电站安全高效运行。
本发明还公开一种上述无人机8充电系统的充电方法，该方法包括以下步骤：
a）无人机8电量不足时则会在其GPS模块86的导航下开始返航至最近的无人机充电装置1；
b）当无人机8返航至充电装置1上方时则启动红外相机87进行红外识别导航；
c）进一步红外相机87向下拍摄位于滑坡11上的落地标识15，且保持落地标识15位于拍摄图像的中心位置并调整落地架82与落地标识15两边的方向一致，从而确保所述无人机8停止在所述落地标识15附近；
d）然后无人机8由于自身的重力并依托万向轮83在滑道14上向下滚动，直至滚入弧形凹槽17中，同时落地架82也落入到斜坡凹槽16中；
该步骤中，由于落地架82不可能完全精准的降落在落地标识15上，所以导致大概率情况下万向轮83无法一次性的滑入到滑道14当中，当然也不可能一直都在表面平滑的滑坡单元111上滚动，实际情况是万向轮83在滑坡单元111上滚动时会产生偏差，一段距离后就会落入到滑道14当中并沿滑道14继续向下滚动，最终落入到斜坡凹槽16中；
e）最后万向轮83触发充电开关18并接通电源，进一步通过充电接触体89和导线810向电池单元88充电。
通过上述充电方法可实现无人机8精准降落在充电装置1上并实现对无人机8充电的目的，且无需人员值守，具备较强的实用性和大规模使用的优势。
综上所述，本发明基于水面光伏的无人机充电装置及其充电系统创造性地采用了平缓弧面落地的方式，相对于平面落地方式具有自动纠偏的功能，所谓自动纠偏是指落地架82落地产生少许偏差时可利用万向轮83在平缓弧面上的滚动来自动纠正偏差，有效解决了常规方式存在的定位精度问题，确保了无人机8的定位精准率。同时本发明应用于水面光伏上，起到了对一定水域范围内的光伏故障巡检监控和清洗光伏板的目的，提高了光伏巡航无人机8的续航能力和覆盖范围。所以本发明具有设计结构简单、定位精准、可靠性高、大幅减轻劳动强度、水面上就地充电以及无人机8清洗等诸多优点。
所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (7)

1.基于水面光伏的无人机充电装置，该无人机充电装置包括：滑坡、位于所述滑坡下端部的挡板、位于所述滑坡上表面的光伏板、位于底部的支撑浮箱以及位于所述光伏板与所述支撑浮箱之间的支撑架；其中，
所述滑坡沿高度方向上等间距开设有多条平行的滑道并将所述滑坡分割成多个滑坡单元，所述滑坡单元包括弧面段和水平段，所述弧面段的中心处还设置有与所述滑道垂直的“H”形状的落地标识；
所述滑坡单元的所述水平段靠近所述挡板一侧的端部上表面还开设有与所述挡板平行的斜坡凹槽，进一步所述滑道的下端部还开设有弧形凹槽并将所述斜坡凹槽分割成多个斜坡凹槽单元，所述弧形凹槽深度大于所述斜坡凹槽的深度；
所述弧形凹槽的底部还设置有充电开关，所述斜坡凹槽单元的中心处还设置有弹性充电触点；
所述滑坡单元的表面采用绝缘光滑的陶瓷材料制成；
所述充电开关包括外壳、位于所述外壳内从上至下依次还设置有受力块、弹簧和压力传感器；
所述弹性充电接触点分为正极弹性充电触点和负极弹性充电触点，且相邻两个所述正极弹性充电触点与相邻两个所述负极弹性充电触点之间间隔排列。
2.根据权利要求1所述的无人机充电装置，其特征在于：所述滑坡的坡度范围在0.1至0.3之间。
3.根据权利要求1所述的无人机充电装置，其特征在于：所述落地标识采用红外反光材料制成。
4.根据权利要求3所述的无人机充电装置，其特征在于：所述光伏板为柔性太阳能电池板。
5.一种包含权利要求1至4中任一项所述无人机充电装置的无人机充电系统，其特征在于：还包括有无人机，所述无人机包括支腿、与所述支腿连接的落地架、位于所述落地架两端的万向轮、机身、位于所述机身四周的飞行控制与动力单元、位于所述机身上部的GPS模块、位于所述机身正下方的红外相机以及电池单元；
所述无人机还包括有喷水机构。
6.根据权利要求5所述的无人机充电系统，其特征在于：所述落地架两端的所述万向轮之间的距离为所述滑坡单元宽度的两倍。
7.根据权利要求6所述的无人机充电系统，其特征在于：还包括套接在距离所述落地架两端1/4处的圆柱形的充电接触体以及连接所述充电接触体与所述电池单并穿过所述支腿的导线。
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