CN111267653B - 一种旋翼无人机充电装置、充电系统及其充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋翼无人机充电装置，该充电装置包括滑坡、位于所述滑坡下端部的挡板以及支撑座，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。此外还公开了一种旋翼无人机充电系统及其充电方法并实现了无人机精准降落在充电装置进行充电的目的，且无需人员值守，可广泛应用于快递业、农业、航拍以及监控等行业领域，具备较强的实用性和大规模使用的优势。

Description

一种旋翼无人机充电装置、充电系统及其充电方法

技术领域

本发明涉及一种无人机充电装置和系统，特别涉及一种旋翼无人机充电装置、充电系统及其充电方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展，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。

目前，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。

然而当前无人机充电方式要么是最简单人工插电要么是具有复杂机械结构的充电装置或平台，而且全部都是平面型的充电平台，存在占有空间大、结构复杂度高、制造成本高、定位精度低、实用性低、可靠性低以及自动化程度低等诸多缺陷，从而造成当前的充电装置或平台无法大规模实际应用的问题。

因此当前急需一种结构简单、使用成本低、定位精度高、可靠性高且无人值守的无人机充电技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋翼无人机充电装置，该充电装置包括：滑坡、位于所述滑坡下端部的挡板以及支撑座。

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，所述滑坡单元的表面为绝缘光滑的陶瓷材料制成。

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。

本发明还公开一种包含上述充电装置的旋翼无人机充电系统，其特征在于：还包括有旋翼无人机，所述旋翼无人机包括支腿、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元并穿过所述支腿的导线。

另外本发明还公开了一种旋翼无人机充电系统的充电方法，该方法包括以下步骤：

a)所述旋翼无人机电量不足时则会在所述GPS模块的导航下开始飞向最近的所述旋翼无人机充电装置；

b)当所述旋翼无人机位于所述充电装置上方时则启动所述红外相机进行红外识别导航；

c)所述红外相机向下拍摄位于所述滑坡上的所述落地标识，且保持所述落地标识位于拍摄图像的中心位置并调整所述落地架与所述落地标识的两边的方向一致，从而确保所述旋翼无人机停止在所述落地标识附近；

d)所述旋翼无人机由于自身的重力并依托所述万向轮在所述滑道上向下滚动，直至滚入所述弧形凹槽中，同时所述落地架也落入到所述斜坡凹槽中；

e)最后所述万向轮触发充电开关并接通电源，进一步通过所述充电接触体和所述导线向所述电池单元充电。

所以本发明具有设计结构简单、无人值守、定位精准、可靠性高、灵活组合以及易于大规模布置使用等诸多优点。

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示意性示出本发明旋翼无人机充电装置的立体结构示意图；

图2示意性示出本发明旋翼无人机充电装置的俯视图；

图3示意性示出本发明旋翼无人机的结构示意图；

图4示意性示出本发明旋翼无人机支腿、落地架及万向轮的结构示意图；

图5示意性示出本发明旋翼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一种旋翼无人机充电装置1，该充电装置1包括：滑坡11、位于滑坡11下端部的挡板12以及支撑座13，本发明充电装置1具有设计巧妙、结构简单、充电定位精准、适用范围广等诸多优点。

如图1和图2所示，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；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＝2L₀，并采用红外反光材料制成，用于旋翼无人机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的设置主要是是方便旋翼无人机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，从而保证旋翼无人机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。

如图1和图5所示，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，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与旋翼无人机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可沿弧面平行方向根据需求进行延展扩大容量。

本发明还公开了一种包含上述充电装置1的旋翼无人机充电系统，该充电系统还包括有旋翼无人机8，如图3所示，所述旋翼无人机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。

其中，如图4所示，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＝2L₀，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分别与一个正极弹性充电触点19a和一个负极弹性充电触点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。

本发明还公开一种上述旋翼无人机8充电系统的充电方法，该方法包括以下步骤：

a)旋翼无人机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旋翼无人机充电装置1；

b)当旋翼无人机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，从而确保所述旋翼无人机8停止在所述落地标识15附近；

d)然后旋翼无人机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旋翼无人机8精准降落在充电装置1上并实现对旋翼无人机8充电的目的，且无需人员值守，可广泛应用于快递业、农业、航拍以及监控等行业领域，具备较强的实用性和大规模使用的优势。

综上所述，本发明一种旋翼无人机充电装置、充电系统及其充电方法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，确保了旋翼无人机8的定位精准率。所以本发明具有设计结构简单、无人值守、定位精准、可靠性高、灵活组合以及易于大规模布置使用等诸多优点。

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 (6)

1.一种旋翼无人机充电装置，该充电装置包括：滑坡、位于所述滑坡下端部的挡板以及支撑座；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；

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；所述滑坡单元表面铺设有光滑的柔性太阳能电池板。

2.根据权利要求1所述的充电装置，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2所述的充电装置，其特征在于：所述滑坡单元的表面为绝缘光滑的陶瓷材料制成。

4.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于：所述落地标识采用红外反光材料制成。

5.一种包含权利要求1至4中任一项所述充电装置的旋翼无人机充电系统，其特征在于：还包括有旋翼无人机，所述旋翼无人机包括支腿、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；所述充电系统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元并穿过所述支腿的导线。

6.一种基于权利要求5所述旋翼无人机充电系统的充电方法，该方法包括以下步骤：

a)所述旋翼无人机电量不足时则会在所述GPS模块的导航下开始飞向最近的所述充电装置；

b)当所述旋翼无人机位于所述充电装置上方时则启动所述红外相机进行红外识别导航；

c)所述红外相机向下拍摄位于所述滑坡上的所述落地标识，且保持所述落地标识位于拍摄图像的中心位置并调整所述落地架与所述落地标识的两边的方向一致，从而确保所述旋翼无人机停止在所述落地标识附近；

d)所述旋翼无人机由于自身的重力并依托所述万向轮在所述滑道上向下滚动，直至滚入所述弧形凹槽中，同时所述落地架也落入到所述斜坡凹槽中；

e)最后所述万向轮触发充电开关并接通电源，进一步通过所述充电接触体和所述导线向所述电池单元充电。