CN111483336A - 无人机的充电站、充电系统及充电方法 - Google Patents

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Abstract

一种无人机的充电站、充电系统及充电方法。适于提供无人机停放及进行充电的充电站包括停机坪、一对充电板、一对保护盖以及至少一个致动装置。停机坪具有停机表面及底面，其中无人机停放在具有至少两个开口的停机表面上；充电板固定至底面；保护盖设置在停机坪的底面及充电板之间，保护盖在开口遮蔽充电板；以及致动装置固定至底面，并连接保护盖。当无人机静置在停机表面上后，致动装置带动保护盖相对充电板移动以暴露出充电板，使无人机的至少两个充电脚架接触充电板以进行充电。本发明提供的充电站、充电系统及充电方法可以解决无人机降落过程中充电板反光的干扰，以及充电效率低等问题。

Description

无人机的充电站、充电系统及充电方法
技术领域
本发明是有关于无人机，且特别是有关于无人机的充电站、充电系统及充电方法。
背景技术
无人机为一种新兴的商业与工业应用的营运工具，其中户外自动飞行巡检为其主要的应用。目前无人机于执行任务完毕，飞回停机坪进行降落时，多利用光学辨识系统来定位降落位置，以精准地降落，举例而言，光学辨识系统可包含红外线摄像装置(IR Camera)以及电脑视觉(computer vision,CV)等技术。然而，配置在停机坪的充电板为金属材质，因此充电板会反射环境光(例如是日光)，造成无人机在降落时不论是光学辨识的误判而无法正常降落或延长降落所需要的时间，甚至产生飞行安全疑虑。
目前有下列两种做法解决上述的问题。
一、于充电板上涂布黑色导电漆-此方式可避免反光问题，但会造成充电板阻抗增加，进而影响充电效率，且其涂布方式非化学电镀，材质附着力差，约每隔一个月就需要重新喷涂，费时费工。
二、限缩使用时段与多次降落定位-由于一般会发生强烈光反射的现象为正中午的时候，故执行任务需要避开11:00到14:00这个时段。如依然发生辨识问题，进行重新降落对位程序。此方法使无人机无法发挥24小时自动执行巡弋不间断的任务特性，且发生多次降落定位造成无人机潜在的危机。
同时，现阶段无人机停于停机坪后，会进行对位置中的程序以进行充电(因充电板越小越能够避免光反射干扰)，但此置中过程常导致充电板遭无人机脚架上的充电脚架刮伤，长期下来会造成镀金层磨尽而铜层外露，铜氧化造成铜氯，充电阻抗因而增加，降低充电效率，导致充电板使用年限较短或需要经常维护。目前依靠增加镀金层厚度以延缓此现象发生的时间，因此将会提高维护成本。
发明内容
本发明提供一种可以使无人机精准降落的充电站。
本发明提供一种可以维持充电效率、降低维护成本以及充电板使用年限的充电系统。
本发明提供一种可以使无人机能够充饱电的充电方法。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一种充电站，适于提供无人机停放及进行充电。充电站包括停机坪、一对充电板、一对保护盖以及至少一个致动装置。停机坪具有停机表面及底面，其中无人机停放在具有至少两个开口的停机表面上；充电板固定至底面；保护盖设置在停机坪的底面及充电板之间，其中保护盖在开口遮蔽充电板；致动装置固定至底面，并连接保护盖。当无人机静置在停机表面上后，致动装置带动保护盖相对充电板移动以暴露出充电板，使无人机的至少两个充电脚架接触充电板以进行充电。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一种无人机充电系统，包括无人机以及充电站。无人机具有红外线接收器，充电站包括停机坪、一对充电板、一对保护盖、至少一个致动装置以及红外线发射器。停机坪具有停机表面以及底面，并且停机表面具有至少两个开口。充电板固定至底面，保护盖设置在停机坪的底面以及充电板之间，其中保护盖分别在至少两个开口遮蔽充电板，致动装置固定至底面，并连接保护盖，而红外线发射器设置在停机坪，其中当无人机的红外线接收器接收红外线发射器所发出的光讯号后降落在停机坪上，且在无人机静置在停机表面上后，致动装置带动保护盖相对充电板移动以暴露出充电板，使无人机的至少两个充电脚架接触充电板以进行充电。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一种无人机充电方法，适用于包括无人机与充电站的无人机充电系统，其中无人机具有红外线接收器，并且充电站包括具有至少两个开口的停机表面、底面、固定至底面的一对充电板、设置在底面以及一对充电板之间的一对保护盖、固定至底面并连接保护盖的至少一个致动装置以及红外线发射器，无人机充电方法至少包含下列步骤：保护盖分别在至少两个开口遮蔽充电板；无人机，用以接收红外线发射器所发出的光讯号以降落在停机表面上，其中红外线发射器设置于充电站；在无人机静置在停机表面上后，致动装置带动保护盖相对充电板移动以暴露出充电板；充电站透过充电板接触无人机的至少两个充电脚架以对无人机进行充电。
本发明的一种充电站适于提供无人机停放及进行充电。充电站包括停机坪、一对充电板、保护盖以及至少一个致动装置。停机坪具有停机表面以及底面，并且停机表面具有开口；充电板固定至底面；保护盖设置在停机坪的底面以及一对充电板之间，其中保护盖在开口遮蔽充电板；致动装置固定至底面并连接保护盖。当无人机静置在停机表面上后，致动装置带动保护盖移动以暴露出充电板，使无人机的至少两个充电脚架接触充电板以进行充电。
基于上述，本发明的无人机的充电站、充电系统及充电方法，可以解决无人机降落过程中充电板反光的干扰，以及充电效率低等问题。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的无人机充电系统的示意图。
图2为沿着图1的A-A剖面线的示意图。
图3为图1的无人机充电系统的电路示意图。
图4为本发明一实施例无人机在执行完巡弋任务后而欲降落在充电站的示意图。
图5为本发明一实施例无人机降落在停机坪的停机表面上的任意第一位置的示意图。
图6为本发明一实施例无人机在停机表面上被推移至充电位置的示意图。
图7A为本发明一实施例致动装置带动保护盖相对充电板移动的示意图。
图7B为本发明一实施例充电板由开口暴露出来的示意图。
图8为本发明一实施例无人机透过充电板与充电脚架接触以进行充电的示意图。
图9为本发明另一实施例的无人机充电系统的示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
请同时参考图1、图2及图3，其中图1为本发明一实施例的无人机充电系统的示意图、图2为沿着图1的A-A剖面线的示意图，而图3为图1的无人机充电系统的电路示意图。
无人机充电系统100包括无人机200以及充电站300，其中无人机200适于停泊在充电站300以进行充电。具体而言，在无人机充电系统100中，无人机200具有红外线接收器210，而充电站300包括停机坪310、一对充电板320、一对保护盖330、至少一个致动装置340以及红外线发射器350。停机坪310具有能够让无人机200停泊的停机表面310a，以及与停机表面310a朝向相反方向的底面310b，其中停机表面310a具有至少两个开口310c。充电板320固定至底面310b，且与底面310b之间相隔一小段距离。保护盖330设置在停机坪310的底面310b以及充电板320之间，其中保护盖330分别的对应设置在开口310c处以遮蔽充电板320，且保护盖330能够相对开口310c移动，以暴露出充电板320。致动装置340固定至底面310b，并连接保护盖330，如此致动装置340能够驱带动保护盖330移动，使得遮蔽充电板320的保护盖330相对充电板320移动并逐渐远离充电板320，以使开口310c暴露出充电板320。红外线发射器350设置在停机坪310，用以发出红外线的光讯号给无人机200的红外线接收器210，以控制并指引无人机200降落。
详细而言，前述的致动装置340包括致动器342以及连杆344，其中致动器342可依照实际需求而选用马达或气压缸，连杆344连接在致动器342及保护盖330之间，因此在致动器342驱使连杆344做动时，连杆344能够带动保护盖330相对开口310c以及充电板320移动。于本发明的一实施例中，一个致动器342及其相对应的保护盖330之间的连杆344的数量至少为一个，且致动器342驱动连杆344沿着直线伸长或缩回，但本发明不局限于此。举例而言，致动器342驱动连杆344沿着X轴伸长或缩回，使得充电板320的保护盖330可以相对充电板320移动并逐渐靠近或远离充电板320，以使保护盖330遮蔽或暴露充电板320。
充电站300还包括固定至底面310b的两对支撑滑轨360，支撑滑轨360分别对应支撑保护盖330，而保护盖330在支撑滑轨360上受到致动装置340的带动而相对充电板320移动。支撑滑轨360可与驱动连杆344配合设计，不限制在XY平面上直线伸缩移动，可依使用者的需求而更改为与停机表面310a具有倾角，可使护盖330相对充电板320移动并逐渐高于或低于充电板320。
为了提供良好的支承力量，保护盖330的材质可选用金属，而由于金属通常具有良好的反射率，因此为了降低保护盖330朝向停机表面310a的顶面的反射率，可还在保护盖330的顶面332上设置吸光层370。吸光层370可以是任何吸光材质或低反射率的材质，能避免环境光反射的材质皆不脱离本发明的范畴。在本发明的一实施例中，保护盖330的材质可选用高硬度的非金属材质。在本发明的另一实施例中，保护盖330的材质可选用具有可挠性的材质。在本发明的一实施例中，保护盖330的材质可以与吸光层370相同。
无人机充电系统100还包括与红外线发射器350及致动装置340电性连接的控制单元380，红外线发射器350设置以确认无人机200的充电脚架220位于开口310c，而致动装置340设置以带动保护盖330相对充电板320移动以暴露出充电板320。其中控制单元380用来控制红外线发射器350发出红外线的光讯号给无人机200的红外线接收器210，且控制单元380还可以控制致动装置340作动。在本实施例中，控制单元380可以是先后地控制红外线发射器350及致动装置340。举例而言，控制单元380可以是先控制红外线发射器350，在控制器确定无人机200停泊在正确位置后，才致动装置340。
此外，在无人机200停泊在充电站300的停机坪310的停机表面310a上之后，控制单元380可还透过红外线发射器350以确认无人机200的位置，确认无人机200的充电脚架220位在开口310c内后，控制单元380再驱使保护盖330移动，以使被保护盖330遮蔽的充电板320由开口310c露出，而使得充电脚架220直接接触充电板320，以对无人机200的充电脚架220充电。在本发明一实施例中，控制单元380可还透过红外线发射器350以确认无人机200的位置及面向，以推断无人机200的充电脚架220位在开口310c内后，控制单元380再驱使保护盖330移动，以使充电板320由开口310c露出，而对无人机200的充电脚架220充电。
以下，将搭配附图并以前述的无人机充电系统100来说明无人机200的充电方法。图4至图8为无人机使用充电站进行充电的流程图。
请参考图4，无人机200在执行完巡弋任务之后而欲返回充电站300时，无人机充电系统100的控制单元380控制设置在充电站300的红外线发射器350发出光讯号，以引导无人机200降落停机坪310的停机表面310a。此时，保护盖330分别遮蔽住充电板320。
由于保护盖330的顶面332上设置有吸光层370的保护盖330遮蔽住充电板320，因此即使在太阳光强烈的正中午时段(11:00-14:00)，充电板320也不会反射太阳光。再者，保护盖330的顶面332上设置有吸光层370，所以保护盖330也不会反射太阳光。如此一来，无人机200的红外线接收器210能够良好地接收红外线发射器350所发出的光讯号，以接受指引而降落在停机坪310的停机表面310a上。
如图5示，无人机200已降落在停机坪310的停机表面310a上，但无人机200的降落位置通常不会完全准确地对应于停机表面310a的开口310c处，而是停机坪310的任意第一位置。
因此无人机充电系统100进一步包含推移装置(未绘示)，以将无人机200由任意第一位置推移至充电位置。利用推移装置将无人机200先沿着第一方向(例如X方向)推移至第二位置之后，推移装置再将无人机200沿着第二方向(例如Y方向)推移至充电位置，请参考图6，图6为本发明一实施例无人机在停机表面上被推移至充电位置的示意图。
附带一提，充电站300是通过红外线发射器350来确认无人机200目前位置以及判定是否抵达充电位置。在本发明一实施例中，控制单元380可进一步连接至推移装置，基于红外线发射器350回传的无人机200的目前位置，控制推移装置推移无人机200至充电位置。另外，充电位置为无人机200的至少两个充电脚架220对应位在两个开口310c内，且停放在保护盖330的顶面332上。
接着如图7A及图7B所示，在确认无人机200位在充电位置时，控制单元380控制致动装置340，使致动器342作动以带动连杆344缩回，使得连接于连杆344的保护盖330受到连杆344带动而在支撑滑轨360上移动，且保护盖330相对远离充电板320，使充电板320由开口310c露出，并逐渐使充电板320由开口310c完全暴露出来。
此时，原本停放在保护盖330的顶面332上的无人机200的充电脚架220因为保护盖330的移开而落在充电板320上，因此充电站300透过充电板320接触无人机200的充电脚架220以对无人机200进行充电，请参考图8，图8为本发明一实施例无人机透过充电板与充电脚架接触以进行充电的示意图。
在本实施例中，致动装置340设置有两个，且两个致动器342驱动连杆344分别带动各自相对应的保护盖330在第一方向(例如X方向)上以相反的方向移动，例如X方向及-X方向。本发明不局限于此，使用者可依需求设计致动器342的数量、动连杆344带动的方向或是开口的数量。
在如图9所绘示的实施例中，致动装置340可以仅设置一个，且保护盖330’也可以仅设置一个，且此保护盖330’足够大以同时为在两个开口310c内覆盖住两个充电板320。而当控制单元380(示于图3)控制致动装置340作动时，致动器342驱动连杆344带动保护盖330’沿着第二方向(例如为Y方向)的反向移动，以使保护盖330’相对开口310c移动而使两个充电板320自两个开口310c露出。因应保护盖330’的设置改变，其余元件的相对设置方式也可能跟着改变。
值得一提的是，虽然本实施例的无人机200并不限于空中飞行的飞机，无人机200也可能是无人驾驶的自驾车辆。
综上所述，本发明的无人机的充电站、充电系统及充电方法至少具有下列优点：
一、通过顶面具有吸光层的保护盖遮蔽住充电板，可解决无人机降落过程中，因充电板反光干扰的问题，以发挥无人机24小时巡弋任务的特性。
二、吸光层设置在保护盖的顶面，充电板上不需要另外涂布导电漆，减少使用及重复喷涂导电漆的成本及人力。
三、无人机的充电脚架移入停机表面的开口中后，是待确认无人机位在充电位置后才将保护盖相对充电板移开。因此，可解决无人机在置中对位行程中，因为充电脚架刮伤充电板而使得充电板阻抗增加使得充电效率下降的问题。换言之，相较于已知，可有效地维持充电板的充电效率。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。此外，本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记说明
100：无人机充电系统
200：无人机
210：红外线接收器
220：充电脚架
300：充电站
310：停机坪
310a：停机表面
310b：底面
310c：开口
320：充电板
330、330’：保护盖
332：顶面
340：致动装置
342：致动器
344：连杆
350：红外线发射器
360：支撑滑轨
370：吸光层
380：控制单元。

Claims (18)

1.一种充电站，适于提供无人机停放及进行充电，其特征在于，所述充电站包括停机坪、一对充电板、一对保护盖以及至少一个致动装置，其中：
所述停机坪具有停机表面以及底面，其中所述无人机适于停放在所述停机表面，并且所述停机表面具有至少两个开口；
所述一对充电板固定至所述底面；
所述一对保护盖设置在所述停机坪的所述底面以及所述一对充电板之间，其中所述一对保护盖分别在所述至少两个开口遮蔽所述一对充电板；以及
所述至少一个致动装置固定至所述底面，并连接所述一对保护盖，
当所述无人机静置在所述停机表面上后，所述至少一个致动装置带动所述一对保护盖相对所述一对充电板移动以暴露出所述一对充电板，使所述无人机的至少两个充电脚架接触所述一对充电板以进行充电。
2.根据权利要求1所述的充电站，其特征在于，其中所述至少一个致动装置包括致动器以及连杆，其中：
所述连杆连接在所述致动器及所述保护盖之间。
3.根据权利要求2所述的充电站，其特征在于，其中所述致动器为马达或气压缸。
4.根据权利要求1所述的充电站，其特征在于，所述充电站还包括两对支撑滑轨，所述两对支撑滑轨固定至所述底面，所述两对支撑滑轨分别对应支撑所述一对保护盖。
5.根据权利要求1所述的充电站，其特征在于，所述充电站还包括红外线发射器，所述红外线发射器设置在所述停机坪，并发出红外线的光讯号以控制所述无人机的降落。
6.根据权利要求5所述的充电站，其特征在于，其中所述红外线发射器设置以确认所述无人机的所述至少两个充电脚架位于所述至少两个开口内后，所述保护盖相对所述一对充电板移动以暴露出所述一对充电板。
7.根据权利要求1所述的充电站，其特征在于，其中所述一对保护盖朝向所述停机表面的顶面上具有吸光层。
8.一种无人机充电系统，其特征在于，所述无人机充电系统包括无人机以及充电站，其中：
所述无人机具有红外线接收器；以及
所述充电站包括停机坪、一对充电板、一对保护盖、至少一个致动装置以及红外线发射器，所述停机坪具有停机表面以及底面，并且所述停机表面具有至少两个开口，所述一对充电板固定至所述底面，所述一对保护盖设置在所述停机坪的所述底面以及所述一对充电板之间，其中所述一对保护盖分别在所述至少两个开口遮蔽所述一对充电板，所述至少一个致动装置固定至所述底面，并连接所述一对保护盖，而所述红外线发射器设置在所述停机坪，
其中当所述无人机的所述红外线接收器接收所述红外线发射器所发出的光讯号后降落在所述停机坪上，且在所述无人机静置在所述停机表面上后，所述至少一个致动装置带动所述一对保护盖相对所述一对充电板移动以暴露出所述一对充电板，使所述无人机的至少两个充电脚架接触所述一对充电板以进行充电。
9.根据权利要求8所述的无人机充电系统，其特征在于，其中所述至少一个致动装置包括致动器以及连杆，其中：
所述连杆连接在所述致动器及所述保护盖之间。
10.根据权利要求9所述的无人机充电系统，其特征在于，其中所述致动器为马达或气压缸。
11.根据权利要求8所述的无人机充电系统，其特征在于，其中所述充电站还包括两对支撑滑轨，固定至所述底面，所述两对支撑滑轨分别对应支撑所述一对保护盖。
12.根据权利要求8所述的无人机充电系统，其特征在于，其特征在于，其中所述一对保护盖朝向所述停机表面的顶面上具有吸光层。
13.根据权利要求8所述的无人机充电系统，其特征在于，所述无人机充电系统还包括控制单元，与所述红外线发射器及所述至少一个致动装置电性连接，以控制所述红外线发射器发出红外线的光讯号，且控制所述至少一个致动装置作动。
14.根据权利要求13所述的无人机充电系统，其特征在于，其中所述控制单元透过所述红外线发射器以确认所述无人机的所述至少两个充电脚架位于所述至少两个开口内后，所述控制单元控制所述保护盖移动，以使所述一对充电板由所述至少两个开口露出。
15.一种无人机充电方法，适用于包括无人机与充电站的无人机充电系统，其特征在于，其中：
所述无人机具有红外线接收器，并且所述充电站包括具有至少两个开口的停机表面、底面、固定至所述底面的一对充电板、设置在所述底面以及所述一对充电板之间的一对保护盖、固定至所述底面并连接所述一对保护盖的至少一个致动装置以及红外线发射器，所述无人机充电方法包含：
所述一对保护盖分别在所述至少两个开口遮蔽所述一对充电板；
所述无人机，用以接收所述红外线发射器所发出的光讯号以降落在所述停机表面上，其中所述红外线发射器设置于所述充电站；
在所述无人机静置在所述停机表面上后，所述至少一个致动装置带动所述一对保护盖相对所述一对充电板移动以暴露出所述一对充电板；
所述充电站透过所述一对充电板接触所述无人机的至少两个充电脚架以对所述无人机进行充电。
16.根据权利要求15所述的无人机充电方法，其特征在于，其中所述无人机充电系统还包括控制单元，其中：
所述控制单元连接所述红外线发射器及所述至少一个致动装置电性连接，以控制所述红外线发射器发出红外线的光讯号，且控制所述至少一个致动装置带动所述一对保护盖相对所述一对充电板移动以暴露出所述一对充电板。
17.根据权利要求16所述的无人机充电系统，其特征在于，其中所述控制单元透过所述红外线发射器，以确认所述无人机的所述至少两个充电脚架位于所述至少两个开口内后，所述保护盖使所述一对充电板由所述至少两个开口露出。
18.一种充电站，适于提供无人机停放及进行充电，其特征在于，所述充电站包括停机坪、一对充电板、一对保护盖以及至少一个致动装置，其中：
所述停机坪具有停机表面以及底面，并且所述停机表面具有开口；
所述对充电板固定至所述底面；
所述保护盖设置在所述停机坪的所述底面以及所述一对充电板之间，其中所述保护盖在所述开口遮蔽所述一对充电板；以及
所述至少一个致动装置固定至所述底面，并连接所述保护盖，
当所述无人机静置在所述停机表面上后，所述至少一个致动装置带动所述保护盖移动以暴露出所述一对充电板，使所述无人机的至少两个充电脚架接触所述一对充电板以进行充电。
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