CN113071697A - 适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置和充电方法，包含2个无线充电模块(1)、1个停机坪(6)、指向灯(4)、2个卡位装置(5)，在无人机需要充电时，停机坪(6)上的着陆信标(3)为无人机提供定位信息，指向灯(4)为无人机提供定位信息，当无人机在停机坪(6)着陆后，卡位装置(5)对无人机进行位置纠正，无线充电装置对无人机进行充电。该无线充电装置可以引导无人机着陆并进行无线充电，该充电方法能够使视觉引导着陆的无人机自动地进行能量补给，减少人工干预，为充电过程实现全自动。

Description

适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置及充电方法
技术领域
本发明属于无人机应用技术领域，特别是涉及一种适用于视觉引导着陆无人机的无线充电装置及适用于视觉引导着陆无人机的充电方法。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。目前，无人机在救灾救援、消防抢险、反恐防暴、高速公路交通监控、大型活动现场监控、城市综合治理、环保监控、航拍航测、地质灾害监测、电力巡线、事故现场勘察等多个行业领域中得到了广泛应用。由于无人机受负重能力的限制，需消耗更多的功率来保障自身的正常飞行，因此续航能力不足、巡航范围受限逐渐成为了限制无人机进一步发展的因素之一，而大多数无人机采用的有线充电方式并不便利、便携性较差，需要人工干预。
发明内容
针对无人机的有效充电方式需做出进一步改善，本发明的发明目的在于提供了一种适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置及一种适用于无人机视觉引导着陆的充电方法，该无线充电装置可以引导无人机着陆并进行基于无线充电原理的无线充电，该充电方法能够使视觉引导着陆的无人机自动地进行能量补给，减少人工干预，为充电过程实现全自动的可能性。
本发明的其中一个发明目的通过以下技术方案实现：
一种适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置，包含2个无线充电模块1、1个停机坪6、指向灯4和2个卡位装置5，其中：
停机坪6上方的中间位置处设有1个着陆信标3，指向灯4用于提示停机坪的前后方位；
停机坪的前后左右各有一对凹槽，2个无线充电模块1通过插脚插入左右凹槽，2个卡位装置5通过插脚插入前后凹槽；
停机坪的内部设有无线通信模块、重力传感器和推动装置，当重力传感器感应到无人机着陆在停机坪上时，启动推动装置将无线充电模块1和卡位装置5向内推进，当无线通信模块接收到无人机电源充满信号后，启动推动装置将无线充电模块1和卡位装置5向外推开。
本发明的另一个发明目的通过以下技术方案实现：
一种适用于无人机视觉引导着陆的充电方法，由上述的无线充电装置对无人机进行充电，包含以下步骤：
步骤1：无人机在飞行过程中实时监测电池剩余电量；
步骤2：当检测到电量过低时，无人机将位置坐标发送至地面着陆控制系统，地面控制系统将距离无人机最近的无线充电装置的坐标信息发送至无人机；
步骤3：无人机通过自主导航和GPS组合导航，飞至无线充电装置上空；
步骤4：无人机通过视觉引导技术与停机坪上着陆信标进行对接，待云台摄像头与着陆信标重合；
步骤5：无人机通过光学引导技术与指向灯进行方向定位，待准确调整无人机的方位后，开始下降；
步骤6：无人机平稳着陆后，停机坪上方的卡位装置对无人机进行位置纠正，锁定其停靠位置；
步骤7：无人机起落架与无线充电模块进行无缝对接，立即启动无线充电模块进行无线充电；
步骤8：待无人机充电完成后，通知无线充电模块停止充电，与无线充电装置断开连接后无人机起飞。
本发明的有益效果在于：本发明提供的无线充电装置与无人机起落架的无缝对接方式能够有效提高无线充电的效率，避免造成对其他设备与载荷的干扰，无线充电模块放置在着陆信标的二侧，对无人机进行着陆信标的识别没有任何遮挡与干扰。本发明提供的充电方法，对低电量的无人机进行无线充电，避免无人机因电量不足而造成任务中断和坠机等永久性损坏，使无人机完成巡飞任务并安全返航。
附图说明
图1是适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置构成图；
图2是适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置结构爆炸图；
图3是适用于无人机视觉引导着陆的充电方法的流程示意图；
图4是充电方法中的无人机着陆流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1、图2所示，本实施所示的一种适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置，包含2个无线充电模块1、1个停机坪6、指向灯4和2个卡位装置5，其中：
停机坪6上方的中间位置处设有1个着陆信标3。指向灯4用于提示停机坪的前后方位，指向灯4可以是二组不同颜色的指向灯，分别位于停机坪的前后二端，例如可以使用绿色代表机头方向，使用红色代表机尾方向，无人机可以通过识别指示灯进行降落前的方向调整。
停机坪的前后左右各有一对凹槽，2个无线充电模块1通过插脚插入左右凹槽，2个卡位装置5通过插脚插入前后凹槽；无线充电模块1和卡位装置5在凹槽内具有滑动性，可以对无人机的停靠位置进行纠位，具备固定作用。
停机坪的内部设有无线通信模块、重力传感器和推动装置，当重力传感器感应到无人机着陆在停机坪上时，启动推动装置将无线充电模块1和卡位装置5向内推进，当无线通信模块接收到无人机电源充满信号后，启动推动装置将无线充电模块1和卡位装置5向外推开。无线通信模块可以是蓝牙模块。
佳较的，无线充电模块由发电线圈2构成，发电线圈分为2个平面螺旋线圈，并且2个线圈的电流走向相反，其中一个平面螺旋线圈电流方向为顺时针方向，另一个平面螺旋线圈电流方向为逆时针方向，具有双极性特性。
通过上述无线充电装置，本实施例还提供了一种适用于无人机视觉引导着陆的充电方法，当无人机电量过低需要进行能量补给时，在飞行过程中能够自动获取目标无线充电装置的信息，通过自主导航、视觉引导等技术精准降落至停机坪上方。待无人机平稳降落后，卡位装置立即对无人机进行归位与锁定，此时2个无线充电模块与无人机起落架进行无缝对接，并启动无线充电模块对无人机进行无线充电。无线充电模块会以无线电能传输方式给安装在起落架的无人机电池组进行充电，在能量补给的过程中，无线充电模块的发射端与起落架电池的接收端通过具有一致谐振频率的线圈，借助电感与匹配电容构成的振荡回路产生交变磁场，实现电场、磁场能量的周期性交换，从而实现无线充电的全过程。当电量充满时，无人机会向无线充电模块发送停止充电的命令，无人机将飞回中断位置并继续执行巡线任务。
为实现该充电方法，无人机上需要加装GPS导航模块、电池监测模块、无线收发模块、蓝牙模块和视觉导航模块。电池监测模块用于连接无人机电池，实时采集无人机电池的数据，其中包含电池电量和电池剩余时间。电池监测模块将这些无人机电池信息通过无线收发模块发送至后台监控中心，供工作人员进行实时监控。当无人机完成降落与纠位后，通过蓝牙模块与无线充电模块进行连接，进行无线充电。
当无人机需要着陆充电时，会通过GPS导航模块与视觉导航模块执行着陆程序。视觉导航模块用于无人机着陆时提供视觉导航，对采集的图像数据进行处理，进而实现无人机对停机坪上着陆信标的检测和定位。
参见图3和图4所示，本实施例所示的一种适用于无人机视觉引导着陆的充电方法，包含以下步骤：
步骤1：无人机在飞行过程中电池监测模块实时监测电池剩余电量。
步骤2：当检测到电量过低时，无人机通过GPS导航模块和无线收发模块将位置坐标发送至地面着陆控制系统，地面控制系统将距离无人机最近的无线充电装置的坐标信息发送至无人机。
步骤3：无人机通过自主导航和GPS组合导航，飞至无线充电装置上空。
步骤4：无人机上的视觉导航模块通过视觉引导技术与停机坪上着陆信标进行对接，待云台摄像头与着陆信标重合。
步骤5：无人机上的视觉导航模块通过光学引导技术与指向灯进行方向定位，待准确调整无人机的方位后，开始下降；视觉引导技术是指无人机通过航拍图像进行分析及处理后，根据配置的传感器相关参数得到当前的导航位置和信息，进行无线充电装置的匹配定位。
步骤6：无人机平稳着陆后，停机坪上方的卡位装置对无人机进行位置纠正，锁定其停靠位置；光学引导技术是指在无人机上安装一个标识光源系统，无人机可以通过识别安装在无线充电装置上的方位指示灯，进行降落前的方向调整。
步骤7：无人机起落架与无线充电模块进行无缝对接，立即启动无线充电模块进行无线充电。
步骤8：待无人机充电完成后，无人机的蓝牙模块通知无线充电模块停止充电，与无线充电装置断开连接后无人机起飞。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置，包含2个无线充电模块(1)、1个停机坪(6)、指向灯(4)和2个卡位装置(5)，其特征在于：
停机坪(6)上方的中间位置处设有1个着陆信标(3)，指向灯(4)用于提示停机坪的前后方位；
停机坪的前后左右各有一对凹槽，2个无线充电模块(1)通过插脚插入左右凹槽，2个卡位装置(5)通过插脚插入前后凹槽；
停机坪的内部设有无线通信模块、重力传感器和推动装置，当重力传感器感应到无人机着陆在停机坪上时，启动推动装置将无线充电模块(1)和卡位装置(5)向内推进，当无线通信模块接收到无人机电源充满信号后，启动推动装置将无线充电模块(1)和卡位装置(5)向外推开。
2.根据权利要求1所述的一种适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置，其特征在于指向灯(4)有二组，分别设置在停机坪的前后二端，用不同的颜色显示。
3.根据权利要求1所述的一种适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置，其特征在于无线充电模块包含发电线圈(2)。
4.根据权利要求1所述的一种适用于无人机视觉引导着陆的无线充电装置，其特征在于所述无线通信模块为蓝牙模块。
5.一种适用于无人机视觉引导着陆的充电方法，由权利要求1至4任一所述的无线充电装置对无人机进行充电，包含以下步骤：
步骤1：无人机在飞行过程中实时监测电池剩余电量；
步骤2：当检测到电量过低时，无人机将位置坐标发送至地面着陆控制系统，地面控制系统将距离无人机最近的无线充电装置的坐标信息发送至无人机；
步骤3：无人机通过自主导航和GPS组合导航，飞至无线充电装置上空；
步骤4：无人机通过视觉引导技术与停机坪上着陆信标(3)进行对接，待云台摄像头与着陆信标重合；
步骤5：无人机通过光学引导技术与指向灯(4)进行方向定位，待准确调整无人机的方位后，开始下降；
步骤6：无人机平稳着陆后，停机坪上方的卡位装置对无人机进行位置纠正，锁定其停靠位置；
步骤7：无人机起落架与无线充电模块进行无缝对接，立即启动无线充电模块进行无线充电；
步骤8：待无人机充电完成后，通知无线充电模块停止充电，与无线充电装置断开连接后无人机起飞。
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