CN113401036B - 一种车载双无人机充电系统及任务交替执行的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的属于车载无人机技术领域，具体为一种车载双无人机充电系统及任务交替执行的方法，其系统包括：车载工控机系统、车载无人机起落系统和无人机；所述车载工控机系统安装有无人机控制站，用于通过4G/5G给无人机发送控制指令，进行后台数据和图像任务处理，驾驶员可通过可触控中控屏实现对无人机引导系统的开启或关闭；该车载双无人机充电系统及任务交替执行的方法，能够实时监测执行任务的无人机电量，当电量小于预设值时，经过后台数据处理、坐标转换，无缝接替执行任务，并使电量低的无人机返航充电，提高续航能力。

Description

一种车载双无人机充电系统及任务交替执行的方法
技术领域
本发明涉及车载无人机技术领域，具体为一种车载双无人机充电系统及任务交替执行的方法。
背景技术
无人机(UAV)是一种利用无线电遥控设备、手机、计算机等控制或者由其自身的智能控制系统控制的无人飞行器，它具有视野范围广、体积小、成本低、可垂直起降、可空中悬停、抗风能力强等优势。随着无人机领域的迅速发展，在交通、军事、航拍、植保、现代物流、灾难救援等领域有着广阔的应用前景。但是现有的无人机设备，在执行长时间的任务时，中途需要多次充电，但是在充电的过程中，会打断任务的执行，影响工作效率。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
本发明提供了如下技术方案：
一种车载双无人机充电系统，其包括：车载工控机系统、车载无人机起落系统和无人机；
所述车载工控机系统安装有无人机控制站，用于通过4G/5G给无人机发送控制指令，进行后台数据和图像任务处理，驾驶员可通过可触控中控屏实现对无人机引导系统的开启或关闭，同时，车载工控机系统还具有引导无人机进行任务交替的功能；
所述车载无人机起落系统安装在车载无人机起落设备中与车顶行李架相连，用于处理无人机的起飞、降落以及无人机的充电，由2个无人机搭载单元构成，每个无人机搭载单元可以存放一架无人机，用于无人机的存放、起飞、降落以及充电；
所述无人机设置车载无人机起落系统中，用于提供无人机功能，并搭载其他设备。
作为本发明所述的车载双无人机充电系统的一种优选方案，其中：所述无人机搭载单元包括太阳能电池模块、顶盖、导轨、滑块、自动升降平台、箱体、升降开启机构、定位模块和无线充电模块；
太阳能电池模块位于顶盖的上方，用于将太阳能转换为电能，提供无人机的充电能源；
顶盖用于防止灰尘、雨水进入无人机搭载单元内部，使用升降开启机构在水平方向开合，通过车载工控机系统的指令进行顶盖的打开或关闭；
自动升降平台与升降开启机构和滑块相连，滑块与箱体上的导轨相连，通过中控屏控制自动升降平台的上升和下降，起到承载无线充电模块和无人机的作用，用于无人机的起飞和回收；
定位模块包括北斗定位模块和蓝牙定位模块，北斗定位模块通讯范围较大，用于无人机与起落系统的粗略定位；蓝牙定位模块通讯范围较小，用于无人机的精确定位；无人机降落时首先通过北斗定位模块锁定起落系统的粗略位置，当无人机飞行至蓝牙定位模块通讯范围内，即可精准定位到起落系统位置，使得无人机能够精准地降落到无人机搭载单元内部；
无线充电模块位于自动升降平台的台面上方，用于在无人机处于无线充电器上方时，给无人机进行电能补充，提供无人机的充电功能。
作为本发明所述的车载双无人机充电系统的一种优选方案，其中：所述自动升降平台采用滚珠丝杠机构作为传动机构，所述升降开启机构包括电机、滚珠丝杠、平台、第一锥齿轮、第二锥齿轮、轴承座、杆、齿轮和齿条；
所述电机固定在箱体内壁，与滚珠丝杠相连，用于驱动滚珠丝杠旋转；
所述平台与滚珠丝杠和自动升降平台相连，用于自动升降平台的上升和下降；
所述第一锥齿轮与滚珠丝杠相连，与杆一端的第二锥齿轮相啮合，用于改变力的传递方向；
所述轴承座与杆相连，固定在箱体内壁，用于防止杆的窜动；
所述齿轮位于杆的另一端，与齿条啮合；
所述齿条与顶盖内壁相连，通过第一锥齿轮和第二锥齿轮可以使自动升降平台在上升或下降的同时，顶盖自动打开或关闭。
作为本发明所述的车载双无人机充电系统的一种优选方案，其中：所述车顶行李架与车辆相连，且所述车顶行李架位于车辆的顶端正中心位置。
一种车载双无人机任务交替执行的方法，当无人机1首先执行任务的情况时，包括如下步骤；
步骤1：系统预设3个IP地址，无人机1一个IP，无人机2一个IP，还有一个虚拟IP，虚拟IP地址指向执行任务的无人机真实IP地址；
步骤2：无人机1与无人机2之间发送相互检测的周期性数据包；
步骤3：当无人机1电量低于一定阈值时，车载工控机系统控制无人机2飞行至无人机1一定范围的区域内；
步骤4：在无人机2到达设定的区域后，无人机1停止向无人机2发送周期性数据包；
步骤5：当无人机2丢失预定数目的数据包时，判定无人机1的电量过低不能够继续执行任务，此时虚拟IP地址重新指向无人机2的真实IP地址，无人机2接替无人机1执行任务并向车载工控机系统传回实时数据与图像；
步骤6：无人机1自动返航，降落到车载起落系统中充电。
一种车载双无人机充电方法，该方法步骤如下：
步骤1：车载工控机系统实时监测2个无人机电量；
步骤2：判断无人机电量是否超过某一设定的阈值T，如80％、90％，若超过阈值才能开启无人机引导系统，否则无人机不起飞；
步骤3：驾驶员通过可触控中控屏启动无人机引导系统；
步骤4：系统判断2个无人机的电量大小，电量较大的起飞并执行任务，电量相等的情况下无人机1起飞执行任务；
步骤5：系统实时监测执行任务的无人机电量，若电量小于等于某一设定的阈值t，如20％、10％，则车载工控机系统根据2个无人机的定位参数，控制另一架无人机飞行至执行任务的无人机一定范围S内，经过后台数据处理、坐标转换等，无缝接替执行任务，电量低的无人机返航充电。
与现有技术相比：车载工控机系统实时监测2个无人机电量；判断无人机电量是否超过某一设定的阈值T，若超过阈值开启无人机引导系统；驾驶员通过可触控中控屏启动无人机引导系统；系统判断2个无人机的电量大小，电量较大的起飞并执行任务，电量相等的情况下无人机1起飞执行任务；系统实时监测执行任务的无人机电量，若电量小于等于某一设定的阈值t，则车载工控机系统根据2个无人机的定位参数，控制另一架无人机飞行至执行任务的无人机一定范围S内，并使电量低的无人机返航充电。该车载双无人机充电系统及任务交替执行的方法，能够实时监测执行任务的无人机电量，当电量小于预设值时，经过后台数据处理、坐标转换，无缝接替执行任务，并使电量低的无人机返航充电，提高续航能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为无人机搭载单元结构示意图；
图2为升降开启机构示意图；
图3为顶盖内壁结构示意图；
图4为一种车载双无人机充电系统示意图；
图5为本发明的车载无人机起落系统与车辆的位置关系图；
图6为无人机智能接替方法流程图；
图7为一种车载双无人机充电方法流程图。
图中：太阳能电池模块101、顶盖102、导轨103、滑块104、自动升降平台105、箱体106、升降开启机构107、定位模块108、无线充电模块109、电机201、滚珠丝杠202、平台203、第一锥齿轮204、第二锥齿轮205、轴承座206、杆207、齿轮208、齿条209、顶盖内壁301、驾驶员401、车载工控机系统402、车载无人机起落系统403、无人机404、车载无人机起落设备501、车顶行李架502、车辆503。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
图1为无人机搭载单元结构示意图。图中，顶盖102可以防止灰尘、雨水进入无人机搭载单元内部，使用升降开启机构107在水平方向开合，通过车载工控机系统的指令进行顶盖的打开或关闭。太阳能电池模块101位于顶盖102的上方，能够将太阳能转换为电能，用于无人机的充电。自动升降平台105与升降开启机构107、滑块104相连，滑块104与箱体106上的导轨103相连，可以通过中控屏控制自动升降平台的上升和下降，起到承载无线充电模块109和无人机110的作用，用于无人机的起飞和回收。由于插入式充电方式对于无人机和充电接口的相对位置关系有着很高的要求，容易产生充电接口无法对准的情况，而无线充电器在一定范围内都能够很好的识别无人机电池进行充电，充电功率也满足要求，所以本发明使用无线充电模块109用于无人机的充电。无线充电模块109位于自动升降平台105的台面上方，当无人机处于无线充电器上方时可以给无人机进行电能补充。定位模块108包括北斗定位模块和蓝牙定位模块，北斗定位模块通讯范围较大，用于无人机与起落系统的粗略定位；蓝牙定位模块通讯范围较小，用于无人机的精确定位。无人机降落时首先通过北斗定位模块锁定起落系统的粗略位置，当无人机飞行至蓝牙定位模块通讯范围内，即可精准定位到起落系统位置，使得无人机能够精准地降落到无人机搭载单元内部。
图2为升降开启机构示意图。由于滚珠丝杠具有效率高、快速、平稳、寿命长、能耗低等优点，所以本发明采用滚珠丝杠机构作为自动升降平台的传动机构。图中，电机201固定在箱体内壁，与滚珠丝杠202相连，可以驱动滚珠丝杠202旋转；平台203与滚珠丝杠202和自动升降平台105相连，用于自动升降平台的上升和下降；锥齿轮204与滚珠丝杠202相连，与杆207一端的锥齿轮205相啮合，用于改变力的传递方向；轴承座206与杆207相连，固定在箱体内壁，用于防止杆207的窜动；齿轮208位于杆207的另一端，与齿条209啮合；齿条209，即图3中的302，顶盖内壁301相连。通过锥齿轮传动机构204、205可以使自动升降平台105在上升或下降的同时，顶盖102自动打开或关闭，使得无人机搭载单元仅使用1个电机即可同时实现自动升降平台的升降和顶盖的开闭，能够简化机械结构，减少能耗。
如图4所示，一种车载双无人机充电系统，该系统包括车载工控机系统402、车载无人机起落系统403和无人机404，系统由驾驶员401操控。车载工控机系统402，预装无人机控制站，可以通过4G/5G给无人机发送控制指令，进行后台数据、图像等任务处理，驾驶员可通过可触控中控屏实现对无人机引导系统的开启或关闭；车载无人机起落系统403，由2个无人机搭载单元构成，每个无人机搭载单元可以存放一架无人机，用于无人机404的存放、起飞、降落以及充电。
图5为车载无人机起落系统与车辆的位置关系图。图中，车顶行李架502与车辆503相连，车载无人机起落设备501与车顶行李架503相连，便于无人机的起飞和回收。
图6为车载双无人机任务交替执行的方法流程图。以无人机1首先执行任务的情况为例，该方法步骤如下：
步骤1：系统预设3个IP地址，无人机1一个IP，无人机2一个IP，还有一个虚拟IP，虚拟IP地址指向执行任务的无人机真实IP地址；
步骤2：无人机1与无人机2之间发送相互检测的周期性数据包；
步骤3：当无人机1电量低于一定阈值时，车载工控机系统控制无人机2飞行至无人机1一定范围的区域内；
步骤4：在无人机2到达设定的区域后，无人机1停止向无人机2发送周期性数据包；
步骤5：当无人机2丢失预定数目的数据包时，判定无人机1的电量过低不能够继续执行任务，此时虚拟IP地址重新指向无人机2的真实IP地址，无人机2接替无人机1执行任务并向车载工控机系统传回实时数据与图像；
步骤6：无人机1自动返航，降落到车载起落系统中充电。
图7为一种车载双无人机充电方法流程图。该方法步骤如下：
步骤1：车载工控机系统实时监测2个无人机电量；
步骤2：判断无人机电量是否超过某一设定的阈值T，如80％、90％等，若超过阈值才能开启无人机引导系统，否则无人机不起飞；
步骤3：驾驶员通过可触控中控屏启动无人机引导系统；
步骤4：系统判断2个无人机的电量大小，电量较大的起飞并执行任务，电量相等的情况下无人机1起飞执行任务；
步骤5：系统实时监测执行任务的无人机电量，若电量小于等于某一设定的阈值t，如20％、10％等，则车载工控机系统根据2个无人机的定位参数，控制另一架无人机飞行至执行任务的无人机一定范围S内，经过后台数据处理、坐标转换等，无缝接替执行任务，电量低的无人机返航充电。
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (4)

1.一种车载双无人机充电系统，其特征在于，包括：车载工控机系统（402）、车载无人机起落系统（403）和无人机（404）；
所述车载工控机系统（402）安装有无人机（404）控制站，用于通过4G/5G给无人机（404）发送控制指令，进行后台数据和图像任务处理，驾驶员（401）可通过可触控中控屏实现对无人机（404）引导系统的开启或关闭，同时，车载工控机系统（402）还具有引导无人机（404）进行任务交替的功能；
所述车载无人机起落系统（403）安装在车载无人机起落设备（501）中与车顶行李架（502）相连，用于处理无人机（404）的起飞、降落以及无人机（404）的充电，由2个无人机搭载单元构成，每个无人机搭载单元可以存放一架无人机（404），用于无人机（404）的存放、起飞、降落以及充电；
所述无人机（404）设置在车载无人机起落系统（403）中，用于提供无人机（404）功能，并搭载其他设备；
所述无人机搭载单元包括太阳能电池模块（101）、顶盖（102）、导轨（103）、滑块（104）、自动升降平台（105）、箱体（106）、升降开启机构（107）、定位模块（108）和无线充电模块（109）；
太阳能电池模块（101）位于顶盖（102）的上方，用于将太阳能转换为电能，提供无人机（404）的充电能源；
顶盖（102）用于防止灰尘、雨水进入无人机搭载单元内部，使用升降开启机构（107）在水平方向开合，通过车载工控机系统（402）的指令进行顶盖（102）的打开或关闭；
自动升降平台（105）与升降开启机构（107）和滑块（104）相连，滑块（104）与箱体（106）上的导轨（103）相连，通过中控屏控制自动升降平台（105）的上升和下降，起到承载无线充电模块（109）和无人机（404）的作用，用于无人机（404）的起飞和回收；
定位模块（108）包括北斗定位模块和蓝牙定位模块，北斗定位模块通讯范围较大，用于无人机（404）与起落系统的粗略定位；蓝牙定位模块通讯范围较小，用于无人机（404）的精确定位；无人机（404）降落时首先通过北斗定位模块锁定起落系统的粗略位置，当无人机（404）飞行至蓝牙定位模块通讯范围内，即可精准定位到起落系统位置，使得无人机（404）能够精准地降落到无人机搭载单元内部；
无线充电模块（109）位于自动升降平台（105）的台面上方，用于在无人机（404）处于无线充电器上方时，给无人机（404）进行电能补充，提供无人机（404）的充电功能；
所述自动升降平台（105）采用滚珠丝杠（202）机构作为传动机构，所述升降开启机构（107）包括电机（201）、滚珠丝杠（202）、平台（203）、第一锥齿轮（204）、第二锥齿轮（205）、轴承座（260）、杆（207）、齿轮（208）和齿条（209）；
所述电机（201）固定在箱体（106）内壁，与滚珠丝杠（202）相连，用于驱动滚珠丝杠（202）旋转；
所述平台（203）与滚珠丝杠（202）和自动升降平台（105）相连，用于自动升降平台（105）的上升和下降；
所述第一锥齿轮（204）与滚珠丝杠（202）相连，与杆（207）一端的第二锥齿轮（205）相啮合，用于改变力的传递方向；
所述轴承座（260）与杆（207）相连，固定在箱体（106）内壁，用于防止杆（207）的窜动；
所述齿轮（208）位于杆（207）的另一端，与齿条（209）啮合；
所述齿条（209）与顶盖内壁（301）相连，通过第一锥齿轮（204）和第二锥齿轮（205）可以使自动升降平台（105）在上升或下降的同时，顶盖（102）自动打开或关闭。
2.根据权利要求1所述的一种车载双无人机充电系统，其特征在于，所述车顶行李架（502）与车辆（503）相连，且所述车顶行李架（502）位于车辆（503）的顶端正中心位置。
3.一种车载双无人机任务交替执行的方法，其特征在于，当无人机1首先执行任务的情况时，包括如下步骤；
步骤1：系统预设3个IP地址，无人机1一个IP，无人机2一个IP，还有一个虚拟IP，虚拟IP地址指向执行任务的无人机（404）真实IP地址；
步骤2：无人机1与无人机2之间发送相互检测的周期性数据包；
步骤3：当无人机1电量低于一定阈值时，车载工控机系统（402）控制无人机2飞行至无人机1一定范围的区域内；
步骤4：在无人机2到达设定的区域后，无人机1停止向无人机2发送周期性数据包；
步骤5：当无人机2丢失预定数目的数据包时，判定无人机1的电量过低不能够继续执行任务，此时虚拟IP地址重新指向无人机2的真实IP地址，无人机2接替无人机1执行任务并向车载工控机系统（402）传回实时数据与图像；
步骤6：无人机1自动返航，降落到车载起落系统中充电。
4.一种车载双无人机充电方法，其特征在于，该方法步骤如下：
步骤1：车载工控机系统（402）实时监测2个无人机（404）电量；
步骤2：判断无人机（404）电量是否超过某一设定的阈值T，若超过阈值才能开启无人机（404）引导系统，否则无人机（404）不起飞；
步骤3：驾驶员（401）通过可触控中控屏启动无人机（404）引导系统；
步骤4：系统判断2个无人机（404）的电量大小，电量较大的起飞并执行任务，电量相等的情况下无人机1起飞执行任务；
步骤5：系统实时监测执行任务的无人机（404）电量，若电量小于等于某一设定的阈值t，则车载工控机系统（402）根据2个无人机（404）的定位参数，控制另一架无人机（404）飞行至执行任务的无人机（404）一定范围S内，经过后台数据处理、坐标转换，无缝接替执行任务，电量低的无人机（404）返航充电。
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