CN111890959A - 一种电动多旋翼无人机自充电长时间飞行装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动多旋翼无人机自充电长时间飞行装置，包括充电基站和多旋翼无人机，所述多旋翼无人家自充电长时间飞行装置的实行分为部署与安装阶段和运行阶段，所述多旋翼无人机上安装无线充电接收模块，地面架设充电基站，充电基站中设置有无线充电底座，所述多旋翼无人机的飞控系统中安装控制程序。本发明通过在无人机中增加无线充电接收模块，在地面增加无线充电底座，在飞控系统中编写充电管理代码，在无人机飞行时可以自动判断与各充电底座的距离，在电量将要不足时选择合适的充电底座降落，进行无线充电，在电池电量足够时再次起飞执行任务，具备成本低廉，操作简便，配置灵活，可靠性高，可以实现无人参与的长时间飞行。

Description

一种电动多旋翼无人机自充电长时间飞行装置

技术领域

本发明涉及电动多旋翼无人机技术领域，具体为一种电动多旋翼无人机自充电长时间飞行装置。

背景技术

固定翼无人机能够靠机翼上下的空气压强差提供垂直方向的力，而电动多旋翼无人机的飞行原理则是靠螺旋桨的拉力把机身提起来，因此相对于固定翼无人机，电动多旋翼无人机虽然有易悬停，可垂直起降等优点，但其飞行需要大量的能量来维持动力，一般市面上的消费级无人机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，大部分续航时间都是在45分钟以内。航时的限制对无人机的推广应用产生了重要影响，延长续航一直是业内最为棘手的难题。

目前为了增加飞行时间，有如下的一些解决方案：增加电池容量或块数。采用增加电池容量的方法可以提升飞行时间，但这种提升的幅度存在边际效应，即电池容量的增加，也会导致无人机本身重量的增加，电池所产生的能量中，维持电池本身重量升空的比例也越来越高，因此这种方式所能维持的飞行时间存在一个理论上限值；采用可替换电池的方案。在地面设置一个充电坞，当无人机电池电量将要耗尽时，返航至充电坞所在点将电池取出，然后将充满电的电池放入，这种方案需要人来参与；改进电池技术。例如采用氢燃料电池，由于氢燃料电池能量密度大，因此同等重量下能提供更多的能量，所提供的续航能力远超目前普遍采用的锂电池，但氢燃料电池系统开发成本高、可靠性和耐久性低、供氢系统成本高，并且也存在安全性问题，所以还没有大规模的应用；优化电机结构。例如使用超级软磁新材料来制造电机、变压器、逆变器等部件，让这些设备变得更轻、更小、更高效，从而减轻无人机的整体重量，提升航时，但目前此类技术还处于理论阶段，还没有进入到产业化进程；改变充电方式。一种方案是将无人机表面安装太阳能面板，这样在阳光充足的条件下，无人机飞行时也可以给电池充电，可以大幅度提升航时，但这种方案受环境影响非常大，且面临着诸多技术瓶颈；另外一种方案是采用系留的技术，即在无人机上安装一根线缆，用于连接外部发电机、车辆、或者其他设备，从而可以源源不断地获得电力，但这种方案对于系览的重量、载流量、耐电压能力、抗拉力等要求较高，且还有一个明显的弊端就是无人机无法飞的太远。

从上述的各种解决方案来看，延长续航一直是业内最为棘手的难题，航时的限制对无人机的推广应用产生了重要影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动多旋翼无人机自充电长时间飞行装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电动多旋翼无人机自充电长时间飞行装置，包括充电基站和多旋翼无人机，所述多旋翼无人家自充电长时间飞行装置的实行分为两个阶段：部署与安装阶段和运行阶段，

所述多旋翼无人机上安装无线充电接收模块；

地面架设充电基站，并且充电基站中设置有无线充电底座；

所述多旋翼无人机的飞控系统中安装控制程序。

优选的，所述无线充电接收模块与无线充电底座相互适配，并在安装调试阶段进行配对，确保无线充电接收模块与无线充电底座能够进行相互匹配；

所述充电基站为可移动式，并且多旋翼无人机执行飞行任务范围内均匀分布；

所述无线充电底座接通电源后，记录准备定位信息，并存储在服务器中。

优选的，所述多旋翼无人机中搭载有定位模块以及通信模块；

所述定位模块与通信模块均与多旋翼无人机的控制终端构建连接关系。

优选的，所述运行阶段流程如下：

第一步：无人机判断任务是否完成。例如，不间断绕行巡逻小区并拍摄视频就是一个任务，如果任务已经完成，则无人机处于静止状态，等待任务发布；

第二步：如果任务未完成，则判断无人机电量是否充足，如果不充足，则继续充电过程；

第三步：如果无人机电量充足，则无人机准备起飞，根据任务类型及控制程序进入空中飞行状态；

第四步：在空中执行任务，并定时间隔性的收集本机位置信息，通过网络收集周边最近的若干个无线充电底座的位置信息与可用状态；

第五步：根据无人机电量与可用无线充电底座距离进行计算，如果达到某个临界值，则需要返回充电，否则继续执行任务；

第六步：到达某个充电底座后，利用位置信息进行定位，引导无人机准确停放于充电底座上，跳转到第一步。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、成本低廉，一套民用级别的无线充电接收模块及充电底座价格在人民币百元以下，并且一个充电底座可以供多台安装了无线充电接收模块的无人机使用。

2、航时提升效果显著。无人机在电量不足之前可以在返回充电底座充电，充满电后可以继续飞行，理论上的航时只受限于电池寿命。

3、操作方便。整个过程都不需要人的参与，无人机飞行、充电等都是无人机自主进行。

4、配置灵活。无人机的充电模式、任务部署、电量判断等都是通过软件代码来实现，可以通过代码来实现不同的配置方案，适应不同的环境；并且通过代码更新来增加系统功能，提升系统效率也非常方便。

附图说明

图1为本发明的运行流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：

实施例一：

一种电动多旋翼无人机自充电长时间飞行装置，包括充电基站和多旋翼无人机，多旋翼无人家自充电长时间飞行装置的实行分为两个阶段：部署与安装阶段和运行阶段，

多旋翼无人机上安装无线充电接收模块；

地面架设充电基站，并且充电基站中设置有无线充电底座，无人机在电量不足之前可以在返回充电底座充电，充满电后可以继续飞行，理论上的航时只受限于电池寿命；

无线充电接收模块以及无线充电底座都基于无线充电技术，无线充电技术源于无线电能传输技术，可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种方式；本发明中的无线充电接收模块和无线充电底座都为小功率无线充电方式，小功率无线充电采用电磁感应式，通过无线充电底座中的初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在无线充电模块中的次级线圈产生电流，从而将能量从无线充电自多传输至无线充电模块中，无线充电模块可将电能输入至多旋翼无人机的蓄电池中。

多旋翼无人机的飞控系统中安装控制程序，控系统中编写充电管理代码，在无人机飞行时可以自动判断与各充电底座的距离，在电量将要不足时选择合适的充电底座降落，进行无线充电，在电池电量足够时再次起飞执行任务，并且多旋翼无人机的充电模式、任务部署、电量判断等都是通过软件代码来实现，可以通过代码来实现不同的配置方案，适应不同的环境；并且通过代码更新来增加系统功能，提升系统效率也非常方便。

无线充电接收模块与无线充电底座相互适配，并在安装调试阶段进行配对，确保无线充电接收模块与无线充电底座能够进行相互匹配。无人机飞行、充电等都是无人机自主进行，整个过程都不需要人的参与，操作更加方便；

充电基站为可移动式，并且多旋翼无人机执行飞行任务范围内均匀分布；

无线充电底座接通电源后，记录准备定位信息，并存储在服务器中。

一套民用级别的无线充电接收模块及充电底座价格在人民币百元以下，并且一个充电底座可以供多台安装了无线充电接收模块的无人机使用，大大降低了成本。

多旋翼无人机中搭载有定位模块以及通信模块；

定位模块与通信模块均与多旋翼无人机的控制终端构建连接关系。

实施例二：

运行阶段流程如下：

第一步：无人机判断任务是否完成。例如，不间断绕行巡逻小区并拍摄视频就是一个任务，如果任务已经完成，则无人机处于静止状态，等待任务发布；

第二步：如果任务未完成，则判断无人机电量是否充足，如果不充足，则继续充电过程；

第三步：如果无人机电量充足，则无人机准备起飞，根据任务类型及控制程序进入空中飞行状态；

第四步：在空中执行任务，并定时间隔性的收集本机位置信息，通过网络收集周边最近的若干个无线充电底座的位置信息与可用状态；

第五步：根据无人机电量与可用无线充电底座距离进行计算，如果达到某个临界值，则需要返回充电，否则继续执行任务；

第六步：到达某个充电底座后，利用位置信息进行定位，引导无人机准确停放于充电底座上，跳转到第一步。

多旋翼无人机中增加无线充电接收模块，在地面增加无线充电底座，并且在飞控系统中编写充电管理代码，在无人机飞行时可以自动判断与各充电底座的距离，在电量将要不足时选择合适的充电底座降落，进行无线充电，在电池电量足够时再次起飞执行任务，并且多旋翼无人机的充电模式、任务部署、电量判断等都是通过软件代码来实现，可以通过代码来实现不同的配置方案，适应不同的环境；并且通过代码更新来增加系统功能，提升系统效率也非常方便。

相对于其他方案，本方案成本低廉，操作简便，配置灵活，可靠性高，可以实现无人参与的长时间飞行。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种电动多旋翼无人机自充电长时间飞行装置，包括充电基站和多旋翼无人机，其特征在于：所述多旋翼无人家自充电长时间飞行装置的实行分为两个阶段：部署与安装阶段和运行阶段，

所述多旋翼无人机上安装无线充电接收模块；

地面架设充电基站，并且充电基站中设置有无线充电底座；

所述多旋翼无人机的飞控系统中安装控制程序。

2.根据权利要求1所述的一种电动多旋翼无人机自充电长时间飞行装置，其特征在于：所述无线充电接收模块与无线充电底座相互适配，并在安装调试阶段进行配对，确保无线充电接收模块与无线充电底座能够进行相互匹配；

所述充电基站为可移动式，并且多旋翼无人机执行飞行任务范围内均匀分布；

所述无线充电底座接通电源后，记录准备定位信息，并存储在服务器中。

3.根据权利要求1所述的一种电动多旋翼无人机自充电长时间飞行装置，其特征在于：所述多旋翼无人机中搭载有定位模块以及通信模块；

所述定位模块与通信模块均与多旋翼无人机的控制终端构建连接关系。

4.根据权利要求1所述的一种电动多旋翼无人机自充电长时间飞行装置，其特征在于：所述运行阶段流程如下：

第一步：无人机判断任务是否完成。例如，不间断绕行巡逻小区并拍摄视频就是一个任务，如果任务已经完成，则无人机处于静止状态，等待任务发布；

第二步：如果任务未完成，则判断无人机电量是否充足，如果不充足，则继续充电过程；

第三步：如果无人机电量充足，则无人机准备起飞，根据任务类型及控制程序进入空中飞行状态；

第四步：在空中执行任务，并定时间隔性的收集本机位置信息，通过网络收集周边最近的若干个无线充电底座的位置信息与可用状态；

第五步：根据无人机电量与可用无线充电底座距离进行计算，如果达到某个临界值，则需要返回充电，否则继续执行任务；

第六步：到达某个充电底座后，利用位置信息进行定位，引导无人机准确停放于充电底座上，跳转到第一步。

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