CN113147436A - 一种多无人机无线充电系统及其充电控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多无人机无线充电系统及其充电控制方法，其中所述方法包括：基于第一通信模块接收到第二通信模块所传输的降落充电请求，触发充电控制模块对降落充电请求进行解析，同时结合发射矩阵模块的充电位空余情况为无人机选择一个合适充电位；基于第一通信模块接收到第二通信模块所传输的合适充电位上的充电二维码，触发充电控制模块对充电二维码进行真伪识别，并在认证成功的情况下控制合适充电位上的继电器断开；基于第一通信模块接收到第二通信模块所传输的充电截止请求，触发充电控制模块对充电截止请求进行响应，控制合适充电位上的继电器闭合。本发明实施例适用于一对多充电模式且满足多个无人机在产生充电需求后的有序可控化。

Description

一种多无人机无线充电系统及其充电控制方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种多无人机无线充电系统及其充电控制方法。
背景技术
无人机技术因具有成本低、自主性高、机动性能好、使用方便等优点，在现代军事领域中发挥着极其重要的作用，且在民用领域也逐步得到推广，然而关于无人机的能量供给问题却成为制约其发展的重要因素之一。到目前为止所提出的一些相关解决措施仍然存在以下弊端：通过增加电池容量的方式，将降低无人机的有效载荷，缩短无人机的续航时间；通过安装太阳能电池板的方式，会增加无人机的负重，且极易受到天气因素的影响；通过传统的人工充电方式，费时费力且降低了无人机的自主性。在此基础上，有些技术人员相继提出灵活性好且安全性高的无人机无线充电技术，可克服以上所提及的所有弊端。但目前成熟的无人机无线充电技术大多只是适用于一对一充电模式，即在面对多个无人机进行同时充电的场合下需要借助到多个独立运行的无线发射模块，无疑会产生较高的应用成本，且多个无人机之间的充电协调控制较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种多无人机无线充电系统及其充电控制方法，适用于一对多充电模式且满足多个无人机在产生充电需求后的有序可控化，同时可降低应用成本。
为了解决上述问题，本发明提出了一种多无人机无线充电系统，所述系统包括若干个无人机和充电服务平台；其中：
所述充电服务平台包括交流电源模块、充电控制模块、第一通信模块和发射矩阵模块，所述交流电源模块与所述发射矩阵模块相连接，所述发射矩阵模块的控制端与所述充电控制模块相连接，所述充电控制模块与所述第一通信模块相连接；
所述若干个无人机中的每一个无人机上设置有接收线圈、电源管理模块、第二通信模块、飞控模块、定位模块和拍摄模块，所述接收线圈与所述电源管理模块相连接，所述电源管理模块与所述飞控模块相连接，所述定位模块与所述飞控模块相连接，所述拍摄模块与所述飞控模块相连接，所述飞控模块与所述第二通信模块相连接。
可选的，所述发射矩阵模块包括设置在充电场地区域内的若干个充电位，且每一个充电位平面上覆盖有具备唯一标识的一个充电二维码；
所述若干个充电位中的每一个充电位上设置有发射线圈和继电器，所述继电器的开关两端分别连接在所述发射线圈的两端，所述继电器的控制端与所述充电控制模块相连接；
所述若干个充电位所对应的若干个发射线圈依次串联。
另外，本发明实施例还提供了一种基于上述任意一项所述的多无人机无线充电系统的充电控制方法，所述方法包括：
基于第一通信模块接收到第二通信模块所传输的降落充电请求，触发充电控制模块对所述降落充电请求进行解析，同时结合发射矩阵模块的充电位空余情况为无人机选择一个合适充电位；
基于所述第一通信模块接收到所述第二通信模块所传输的所述合适充电位上的充电二维码，触发所述充电控制模块对所述充电二维码进行真伪识别，并在认证成功的情况下控制所述合适充电位上的继电器断开；
基于所述第一通信模块接收到所述第二通信模块所传输的充电截止请求，触发所述充电控制模块对所述充电截止请求进行响应，控制所述合适充电位上的继电器闭合。
可选的，在触发充电控制模块对所述降落充电请求进行解析之前，还包括：
通过无人机上的电源管理模块对内部电池组件的当前电压值进行实时采集，并在判断所述当前电压值低于第一阈值电压时生成电量告警信号；
通过所述无人机上的飞控模块接收所述电量告警信号，并根据预先录入的充电服务平台的位置信息以及定位模块所反馈的无人机位置信息，控制所述无人机返航至所述充电服务平台上空，再生成降落充电请求并发送至所述第二通信模块，其中所述降落充电请求携带有所述无人机暂时停留在所述充电服务平台上空的第一位置信息。
可选的，所述触发充电控制模块对所述降落充电请求进行解析，同时结合发射矩阵模块的充电位空余情况为无人机选择一个合适充电位包括：
通过所述充电服务平台上的充电控制模块接收到所述降落充电请求后，从发射矩阵模块内所有充电位中查询到当前充电状态为空闲的M个充电位；
基于所述降落充电请求所携带的所述第一位置信息以及预先录入的所有充电位的位置信息，计算所述M个充电位中的每一个充电位与所述无人机之间的直线距离，得到所述M个充电位所对应的M个直线距离；
从所述M个直线距离中筛选出一个最小直线距离，再将所述最小直线距离所对应的充电位定义为所述无人机的合适充电位，并将所述合适充电位的位置信息发送至所述第一通信模块。
可选的，在触发所述充电控制模块对所述充电二维码进行真伪识别之前，还包括：
通过所述无人机上的所述飞控模块接收到所述合适充电位的位置信息，同时结合所述第一位置信息控制所述无人机返航至所述合适充电位上空，并生成驱动指令发送至拍摄模块；
通过所述无人机上的所述拍摄模块对所述驱动指令进行响应，对所述合适充电位平面上所覆盖的充电二维码进行图像采集，并将采集到的充电二维码传输至所述飞控模块进行副本保存，再由所述飞控模块将所述充电二维码发送至所述第二通信模块。
可选的，在触发所述充电控制模块对所述充电截止请求进行响应之前，还包括：
通过无人机上的所述电源管理模块对内部电池组件的电压值进行实时采集，并在判断所述电压值高于第二阈值电压时生成电量饱和信息；
通过所述无人机上的所述飞控模块接收所述电量饱和信息，并基于所述电量饱和信息生成充电截止请求并发送至所述第二通信模块，同时根据预先录入的目的地位置信息以及所述定位模块所反馈的无人机当前位置信息重新规划飞行路径，控制所述无人机按照所述飞行路径飞离所述充电服务平台。
本发明实施例所提出的多无人机无线充电系统，适用于一对多充电模式，即通过单一的交流电源模块为发射矩阵模块所设置的若干个充电位进行供电，相比于传统的一对一充电模式，在提高系统充电效率的同时也降低系统应用成本；针对多无人机无线充电系统的充电控制方法，可满足多个无人机在产生充电需求后的有序可控化，为单个无人机完成完整充电工作节省时间成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的多无人机无线充电系统的结构组成示意图；
图2是本发明实施例中的多无人机无线充电电路的具体示意图；
图3是本发明实施例中的基于多无人机无线充电系统的充电控制方法的流程示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出本发明实施例中的多无人机无线充电系统的结构组成示意图。
如图1所示，一种多无人机无线充电系统，所述系统包括若干个无人机和充电服务平台；基本的，所述充电服务平台包括交流电源模块、充电控制模块、第一通信模块和发射矩阵模块，所述交流电源模块与所述发射矩阵模块相连接，所述发射矩阵模块的控制端与所述充电控制模块相连接，所述充电控制模块与所述第一通信模块相连接；所述若干个无人机中的每一个无人机上设置有接收线圈、电源管理模块、第二通信模块、飞控模块、定位模块和拍摄模块，所述接收线圈与所述电源管理模块相连接，所述电源管理模块与所述飞控模块相连接，所述定位模块与所述飞控模块相连接，所述拍摄模块与所述飞控模块相连接，所述飞控模块与所述第二通信模块相连接。
具体的，所述发射矩阵模块包括设置在充电场地区域内的若干个充电位，且每一个充电位平面上覆盖有具备唯一标识的一个充电二维码；其中，所述若干个充电位中的每一个充电位上设置有发射线圈和继电器，所述继电器的开关两端分别连接在所述发射线圈的两端，所述继电器的控制端与所述充电控制模块相连接；所述若干个充电位所对应的若干个发射线圈依次串联，以促进一对多充电模式的应用。
结合图2所示出的多无人机无线充电电路的具体示意图，对所述发射矩阵模块的工作原理作进一步的说明为：其中，UP为220V交流电源，R1为发射线圈总内阻，CP为发射线圈的谐振电容，LPi(i＝1，2，...，n)为第i个发射线圈，Ki为第i个发射线圈所并联的第i个继电器，LSi为第i个接收线圈，Mi为第i个发射线圈与第i个接收线圈之间的互感系数，R2i为第i个接收线圈的内阻，CSi为第i个接收线圈的谐振电容，Di为第i个接收线圈所利用到的整流器，Ci为第i个接收线圈所利用到的滤波电容，RLi为第i个接收线圈所供应的负载，实际上为第i个接收线圈所属无人机上的电池组件。以发射线圈LP1对接收线圈LS1进行无线充电为例，在未充电状态下的所述发射线圈LP1所并联的继电器K1为闭合状态(即所述充电控制模块向所述继电器K1的控制端发送高电平信号)且所述发射线圈LP1相当于一个普通电感，交流电源UP所提供的交流电完全流经所述继电器K1，此时所述接收线圈LS1接近所述发射线圈LP1时无法取电，可防止他人盗电；而在充电状态下的所述发射线圈LP1所并联的继电器K1为断开状态(即所述充电控制模块向所述继电器K1的控制端发送低电平信号)，此时所述接收线圈LS1接近所述发射线圈LP1时发生耦合取电。
需要说明的是，在实际应用中需要设置n个发射线圈之间的距离较远，使得相邻两个发射线圈在同一时间段内执行充电工作时的磁场耦合几乎为零，即相邻两个发射线圈的互感可忽略不计，仅考虑到每个发射线圈与其相临近的接收线圈之间的互感。
在所述多无人机无线充电系统的结构基础上，图3示出了本发明实施例中的基于多无人机无线充电系统的充电控制方法的流程示意图。
如图3所示，一种基于多无人机无线充电系统的充电控制方法，所述方法包括如下步骤：
S101、基于第一通信模块接收到第二通信模块所传输的降落充电请求，触发充电控制模块对所述降落充电请求进行解析，同时结合发射矩阵模块的充电位空余情况为无人机选择一个合适充电位；
在此步骤实施之前，由无人机执行充电触发工作包括：首先，通过无人机上的电源管理模块对内部电池组件的当前电压值进行实时采集，并在判断所述当前电压值低于第一阈值电压时生成电量告警信号；其次，通过所述无人机上的飞控模块接收所述电量告警信号，并根据预先录入的充电服务平台的位置信息以及定位模块所反馈的无人机位置信息，控制所述无人机返航至所述充电服务平台上空，再生成降落充电请求并发送至所述第二通信模块，其中所述降落充电请求携带有所述无人机暂时停留在所述充电服务平台上空的第一位置信息。
其中，针对所述无人机返航至所述充电服务平台上空这一行为，设置但不完全限定此时所述无人机与所述充电服务平台的整体平面位置之间的直线距离为所述无人机本体高度的三倍。
本步骤具体实施过程包括：首先通过所述充电服务平台上的充电控制模块接收到所述降落充电请求后，从发射矩阵模块内所有充电位中查询到当前充电状态为空闲的M个充电位；其次基于所述降落充电请求所携带的所述第一位置信息以及预先录入的所有充电位的位置信息，计算所述M个充电位中的每一个充电位与所述无人机之间的直线距离，得到所述M个充电位所对应的M个直线距离；最后从所述M个直线距离中筛选出一个最小直线距离，再将所述最小直线距离所对应的充电位定义为所述无人机的合适充电位，并将所述合适充电位的位置信息发送至所述第一通信模块。
其中，针对从发射矩阵模块内所有充电位中查询到当前充电状态为空闲的M个充电位这一行为，由图2可知，所有充电位上所设置的继电器的工作状态均受控于所述充电控制模块，且影响与之相并联的发射线圈的工作情况，即所述充电控制模块将通过实时统计对所有继电器所下发的电平信号来反馈出所有充电位的当前充电状态。
S102、基于所述第一通信模块接收到所述第二通信模块所传输的所述合适充电位上的充电二维码，触发所述充电控制模块对所述充电二维码进行真伪识别，并在认证成功的情况下控制所述合适充电位上的继电器断开；
在此步骤实施之前，由无人机执行充电响应工作包括：首先，通过所述无人机上的所述飞控模块接收到所述合适充电位的位置信息，同时结合所述第一位置信息控制所述无人机返航至所述合适充电位上空，并生成驱动指令发送至拍摄模块；其次，通过所述无人机上的所述拍摄模块对所述驱动指令进行响应，对所述合适充电位平面上所覆盖的充电二维码进行图像采集，并将采集到的充电二维码传输至所述飞控模块进行副本保存，再由所述飞控模块将所述充电二维码发送至所述第二通信模块。
其中，针对所述无人机返航至所述合适充电位上空这一行为，设置但不完全限定此时所述无人机与所述合适充电位中心点之间的直线距离为所述无人机本体高度的三倍，便于所述拍摄模块可最大程度地采集到整个合适充电位的平面状况，且所采集到的图像中可包含有完整的充电二维码。
本步骤具体实施过程包括：通过所述充电服务平台上的充电控制模块接收到所述充电二维码后，基于预先录入的所有充电位所对应的所有充电二维码，提取出所述合适充电位所对应的固定充电二维码，并将其与所述充电二维码进行匹配验证，相应的识别结果如下：若识别到所述充电二维码被遮挡，则记录所述合适充电位上有其它充满电的无人机占用，并将所述合适充电位的当前充电状态更新为被占用状态，再返回重新执行步骤S101；若识别到所述充电二维码已匹配，则控制所述合适充电位上的继电器断开，以此开启所述合适充电位对所述无人机的无线充电功能。
S103、基于所述第一通信模块接收到所述第二通信模块所传输的充电截止请求，触发所述充电控制模块对所述充电截止请求进行响应，控制所述合适充电位上的继电器闭合。
在此步骤实施之前，由所述无人机执行充电制止工作包括：首先，通过无人机上的所述电源管理模块对内部电池组件的电压值进行实时采集，并在判断所述电压值高于第二阈值电压时生成电量饱和信息；其次，通过所述无人机上的所述飞控模块接收所述电量饱和信息，并基于所述电量饱和信息生成充电截止请求并发送至所述第二通信模块，同时根据预先录入的目的地位置信息以及所述定位模块所反馈的无人机当前位置信息重新规划飞行路径，控制所述无人机按照所述飞行路径飞离所述充电服务平台。
需要说明的是，所述飞控模块在重新规划所述无人机的飞行路径时，将考虑到所述无人机在所述合适充电位上向前滑行一段距离后再起飞，以防止与其他等待充电的无人机发生碰撞事故。
本发明实施例所提出的多无人机无线充电系统，适用于一对多充电模式，即通过单一的交流电源模块为发射矩阵模块所设置的若干个充电位进行供电，相比于传统的一对一充电模式，在提高系统充电效率的同时也降低系统应用成本；针对多无人机无线充电系统的充电控制方法，可满足多个无人机在产生充电需求后的有序可控化，为单个无人机完成完整充电工作节省时间成本。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可包括：只读存储器(ROM，Read OMly Memory)、随机存取存储器(RAM，RaMdom AccessMemory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种多无人机无线充电系统及其充电控制方法进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种多无人机无线充电系统，其特征在于，所述系统包括若干个无人机和充电服务平台；其中：
所述充电服务平台包括交流电源模块、充电控制模块、第一通信模块和发射矩阵模块，所述交流电源模块与所述发射矩阵模块相连接，所述发射矩阵模块的控制端与所述充电控制模块相连接，所述充电控制模块与所述第一通信模块相连接；
所述若干个无人机中的每一个无人机上设置有接收线圈、电源管理模块、第二通信模块、飞控模块、定位模块和拍摄模块，所述接收线圈与所述电源管理模块相连接，所述电源管理模块与所述飞控模块相连接，所述定位模块与所述飞控模块相连接，所述拍摄模块与所述飞控模块相连接，所述飞控模块与所述第二通信模块相连接。
2.根据权利要求1所述的多无人机无线充电系统，其特征在于，所述发射矩阵模块包括设置在充电场地区域内的若干个充电位，且每一个充电位平面上覆盖有具备唯一标识的一个充电二维码；
所述若干个充电位中的每一个充电位上设置有发射线圈和继电器，所述继电器的开关两端分别连接在所述发射线圈的两端，所述继电器的控制端与所述充电控制模块相连接；
所述若干个充电位所对应的若干个发射线圈依次串联。
3.一种基于如权利要求1-2任意一项所述的多无人机无线充电系统的充电控制方法，其特征在于，所述方法包括：
基于第一通信模块接收到第二通信模块所传输的降落充电请求，触发充电控制模块对所述降落充电请求进行解析，同时结合发射矩阵模块的充电位空余情况为无人机选择一个合适充电位；
基于所述第一通信模块接收到所述第二通信模块所传输的所述合适充电位上的充电二维码，触发所述充电控制模块对所述充电二维码进行真伪识别，并在认证成功的情况下控制所述合适充电位上的继电器断开；
基于所述第一通信模块接收到所述第二通信模块所传输的充电截止请求，触发所述充电控制模块对所述充电截止请求进行响应，控制所述合适充电位上的继电器闭合。
4.根据权利要求3所述的基于多无人机无线充电系统的充电控制方法，其特征在于，在触发充电控制模块对所述降落充电请求进行解析之前，还包括：
通过无人机上的电源管理模块对内部电池组件的当前电压值进行实时采集，并在判断所述当前电压值低于第一阈值电压时生成电量告警信号；
通过所述无人机上的飞控模块接收所述电量告警信号，并根据预先录入的充电服务平台的位置信息以及定位模块所反馈的无人机位置信息，控制所述无人机返航至所述充电服务平台上空，再生成降落充电请求并发送至所述第二通信模块，其中所述降落充电请求携带有所述无人机暂时停留在所述充电服务平台上空的第一位置信息。
5.根据权利要求4所述的基于多无人机无线充电系统的充电控制方法，其特征在于，所述触发充电控制模块对所述降落充电请求进行解析，同时结合发射矩阵模块的充电位空余情况为无人机选择一个合适充电位包括：
通过所述充电服务平台上的充电控制模块接收到所述降落充电请求后，从发射矩阵模块内所有充电位中查询到当前充电状态为空闲的M个充电位；
基于所述降落充电请求所携带的所述第一位置信息以及预先录入的所有充电位的位置信息，计算所述M个充电位中的每一个充电位与所述无人机之间的直线距离，得到所述M个充电位所对应的M个直线距离；
从所述M个直线距离中筛选出一个最小直线距离，再将所述最小直线距离所对应的充电位定义为所述无人机的合适充电位，并将所述合适充电位的位置信息发送至所述第一通信模块。
6.根据权利要求5所述的基于多无人机无线充电系统的充电控制方法，其特征在于，在触发所述充电控制模块对所述充电二维码进行真伪识别之前，还包括：
通过所述无人机上的所述飞控模块接收到所述合适充电位的位置信息，同时结合所述第一位置信息控制所述无人机返航至所述合适充电位上空，并生成驱动指令发送至拍摄模块；
通过所述无人机上的所述拍摄模块对所述驱动指令进行响应，对所述合适充电位平面上所覆盖的充电二维码进行图像采集，并将采集到的充电二维码传输至所述飞控模块进行副本保存，再由所述飞控模块将所述充电二维码发送至所述第二通信模块。
7.根据权利要求6所述的基于多无人机无线充电系统的充电控制方法，其特征在于，在触发所述充电控制模块对所述充电截止请求进行响应之前，还包括：
通过无人机上的所述电源管理模块对内部电池组件的电压值进行实时采集，并在判断所述电压值高于第二阈值电压时生成电量饱和信息；
通过所述无人机上的所述飞控模块接收所述电量饱和信息，并基于所述电量饱和信息生成充电截止请求并发送至所述第二通信模块，同时根据预先录入的目的地位置信息以及所述定位模块所反馈的无人机当前位置信息重新规划飞行路径，控制所述无人机按照所述飞行路径飞离所述充电服务平台。
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