CN113752894A - 一种非接触式无人机换电方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非接触式无人机换电方法和系统，涉及无人机技术领域。该方法的具体实施方式包括：接收被换电无人机发送的位置请求信息，向所述被换电无人机发送位置信息；在所述被换电无人机飞行至换电位后，向所述被换电无人机发送换电通知信息，以使所述被换电无人机响应于所述换电通知信息抛下旧电池；通过旧电池接收仓接收所述被换电无人机抛下的旧电池，控制新电池容纳仓将新电池抛至所述被换电无人机的新电池接收仓。该实施方式能够提高无人机换电的效率和电池的利用率，降低人力成本，实现无人机的快速换电，保证其持续及远距离作业，扩大了无人机的应用市场。

Description

一种非接触式无人机换电方法和系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种非接触式无人机换电方法和系统。
背景技术
现有的无人机执行任务时，如遇电量低的状况需要返回原场地，由工作人员更换电池后，再继续执行工作任务。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
无人机的航程受自身的电池容量限制，电池电量用尽后必须返回原地更换电池，导致远距离飞行任务在执行中经常被中断，限制了无人机的应用场景。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种非接触式无人机换电方法和系统，能够提高无人机换电的效率和电池的利用率，降低人力成本，实现无人机的快速换电，保证其持续及远距离作业，扩大了无人机的应用市场。
为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种非接触式无人机换电方法，包括：
接收被换电无人机发送的位置请求信息，向所述被换电无人机发送位置信息；
在所述被换电无人机飞行至换电位后，向所述被换电无人机发送换电通知信息，以使所述被换电无人机响应于所述换电通知信息抛下旧电池；其中，处于所述换电位时，所述被换电无人机位于换电桩的新电池容纳仓和旧电池接收仓之间，所述新电池容纳仓用于容纳新电池传送带传送的向所述被换电无人机提供的新电池，所述旧电池接收仓用于接收所述被换电无人机抛下的旧电池；
通过旧电池接收仓接收所述被换电无人机抛下的旧电池，控制新电池容纳仓将新电池抛至所述被换电无人机的新电池接收仓；其中，所述被换电无人机包括用于接收新电池的新电池接收仓，所述新电池接收仓设置于所述被换电无人机的上方。
可选择地，所述方法还包括：
控制旧电池传送带将所述旧电池接收仓接收的旧电池传送至充电平台，控制所述充电平台为所述旧电池充电，充电完成后，控制拉升链条将携带新电池的所述充电平台上升至与新电池传送带处于同一平面的位置，控制充电平台传送带将所述新电池传送至所述新电池传送带，控制所述新电池传送带将新电池传送至新电池容纳仓。
可选择地，所述方法还包括：
在所述被换电无人机飞行至换电位之前，与所述被换电无人机实时通信，接收所述被换电无人机的位置信息，为所述被换电无人机制定飞行至换电位的飞行策略。
可选择地，所述方法还包括：
在所述被换电无人机飞行至换电位之前，与所述被换电无人机实时通信，使得所述被换电无人机实时获取所述换电桩的位置信息。
根据本发明实施例的再一个方面，提供了一种非接触式无人机换电系统，包括：
通信模块，用于接收被换电无人机发送的位置请求信息，向所述被换电无人机发送位置信息；
通知模块，用于在所述被换电无人机飞行至换电位后，向所述被换电无人机发送换电通知信息，以使所述被换电无人机响应于所述换电通知信息抛下旧电池；其中，处于所述换电位时，所述被换电无人机位于换电桩的新电池容纳仓和旧电池接收仓之间，所述新电池容纳仓用于容纳新电池传送带传送的向所述被换电无人机提供的新电池，所述旧电池接收仓用于接收所述被换电无人机抛下的旧电池；
换电控制模块，用于通过旧电池接收仓接收所述被换电无人机抛下的旧电池，控制新电池容纳仓将新电池抛至所述被换电无人机的新电池接收仓；其中，所述被换电无人机包括用于接收新电池的新电池接收仓，所述新电池接收仓设置于所述被换电无人机的上方。
可选地所述系统还包括：
充电回收模块，用于控制旧电池传送带将所述旧电池接收仓接收的旧电池传送至充电平台，控制所述充电平台为所述旧电池充电，充电完成后，控制拉升链条将携带新电池的所述充电平台上升至与新电池传送带处于同一平面的位置，控制充电平台传送带将所述新电池传送至所述新电池传送带，控制所述新电池传送带将新电池传送至新电池容纳仓。
根据本发明实施例的还一个方面，提供了一种换电桩，包括：
GPS装置(101)、无线通信装置(102)、控制装置(103)、换电支架(104)、旧电池接收仓(105)、新电池容纳仓(110)，所述GPS装置(101)、所述无线通信装置(102)、所述控制装置(103)、所述旧电池接收仓(105)、所述新电池容纳仓(110)安装于所述换电支架(104)上，所述GPS装置(101)用于检测所述换电桩的位置信息，所述无线通信装置(102)用于与被换电无人机通信，所述控制装置(103)用于控制所述旧电池接收仓(105)、新电池容纳仓(110)为所述被换电无人机换电，所述旧电池接收仓(105)用于接收所述被换电无人机抛下的旧电池，所述新电池容纳仓(110)用于容纳新电池。
可选地，还包括：
旧电池传送带(106)、充电平台(107)、拉升链条(108)、充电平台传送带(107-1)、新电池传送带(109)，所述旧电池传送带(106)、所述充电平台(107)、所述拉升链条(108)、所述充电平台传送带(107-1)、所述新电池传送带(109)与所述控制装置(103)电连接。
可选地，所述换电支架(104)为
Figure BDA0002884673480000041
形，包括：
水平板(104-1)和竖直板(104-2)；
所述新电池容纳仓(110)、所述新电池传送带(109)固定连接于所述水平板(104-1)上；
所述拉升链条(108)固定连接于所述竖直板(104-2)，与所述竖直板(104-2)平行，用于沿所述拉升链条(108)向上提升、向下降落所述充电平台(107)。
可选地，所述换电支架(104)还包括第二水平板(104-3)，所述充电平台(107)、所述旧电池传送带(106)固定连接于所述第二水平板(104-3)上。
可选地，所述旧电池接收仓(105)开设有第一通孔，用于向所述充电平台(107)传送旧电池时通过。
可选地，所述水平板(104-1)和所述竖直板(104-2)的连接部开设有第二通孔，用于在所述充电平台(107)上升时通过。
根据本发明实施例的还一个方面，提供了一种被换电无人机，包括：
无人机主体、GPS装置(201)、无线通信装置(202)、控制装置(203)、新电池接收仓(204)；所述GPS装置(201)、所述无线通信装置(202)、所述控制装置(203)安装于所述无人机主体上，所述新电池接收仓(204)用于接收新电池，位于所述无人机主体上方。
根据本发明实施例的再一个方面，提供了一种非接触式无人机换电电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明提供的非接触式无人机换电方法。
根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本发明提供的非接触式无人机换电方法。
上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：因为通过换电桩为被换电无人机更换电池，被换电无人机无需保存用于飞回原地更换电池的电量，且换电桩可以为旧电池充电，循环利用电池的技术手段，所以克服了现有的无人机的航程受自身的电池容量限制，导致远距离飞行任务在执行中经常被中断，限制了无人机的应用场景的技术问题，进而达到能够提高无人机换电的效率和电池的利用率，降低人力成本，实现无人机的快速换电，保证其持续及远距离作业，扩大了无人机的应用市场的技术效果。
上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是适于应用于本发明实施例的非接触式无人机换电方法或换电系统的示例性系统架构图；
图2是根据本发明实施例的非接触式无人机换电方法的主要流程的示意图；
图3是根据本发明实施例的非接触式无人机换电方法的详细流程的示意图；
图4是根据本发明实施例的非接触式无人机换电系统的主要模块的示意图；
图5(a)是根据本发明实施例二的换电桩的示意图；
图5(b)是根据本发明实施例二的被换电无人机的示意图；
图5(c)是根据本发明实施例二的换电过程的示意图图；
图6是适于用来实现本发明实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
图1是适于应用于本发明实施例的非接触式无人机换电方法或换电系统的示例性系统架构图，如图1所示，本发明实施例的非接触式换电无人机的换电方法或换电系统的示例性系统架构100包括：
被换电无人机101、102，换电桩103、104、105和网络106。网络106用以在被换电无人机101、102和换电桩103、104、105之间提供通信链路的介质。网络106可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。
用户可以使用被换电无人机101、102通过网络106与换电桩103、104、105交互，以接收或发送消息等。被换电无人机101、102上可以安装有GPS检测装置、无线通信装置等。
换电桩103、104、105可以提供换电服务，对被换电无人机101、102所发出的请求作出响应，为被换电无人机101、102更换新电池。换电桩103、104、105可以对接收到的位置信息查询请求等数据进行分析等处理，并将处理结果(例如位置信息等)反馈给被换电无人机101、102。
需要说明的是，本发明实施例所提供的非接触式无人机换电方法一般由换电桩103、104、105执行，相应地，非接触式无人机换电系统一般设置于换电桩103、104、105中。
应该理解，图1中的被换电无人机、换电桩和网络的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的被换电无人机、换电桩和网络。
图2是根据本发明实施例的非接触式无人机换电方法的主要流程的示意图，如图2所示，本发明实施例的非接触式无人机换电方法包括：
步骤S201，接收被换电无人机发送的位置请求信息，向所述被换电无人机发送位置信息。
示例性地，被换电无人机的电池电量低时，需要确定距其最近的换电桩的位置，以便于飞行至换电桩更换电池。换电桩与被换电无人机保持通信状态，可以随时接收被换电无人机发送的位置请求信息，以便于向所述被换电无人机发送换电桩自身的位置信息，使得被换电无人机确定距其最近的换电桩以更换电池。
进一步地，换电桩、被换电无人机的位置信息可以为GPS坐标。
步骤S202，在所述被换电无人机飞行至换电位后，向所述被换电无人机发送换电通知信息，以使所述被换电无人机响应于所述换电通知信息抛下旧电池。
示例性地，换电桩基于被换电无人机的位置信息，为被换电无人机制定飞行至换电位的飞行策略，或者，被换电无人机基于确定的距其最近的换电桩的位置信息，确定飞行至换电位的飞行策略。在被换电无人机飞行至距其最近的换电桩的换电位后，换电桩向被换电无人机发送换电通知信息，表示可以为被换电无人机换电，被换电无人机响应于换电通知信息，将供电电源由旧电池切换为超级电容或者蓄电池，用于在换电过程中为被换电无人机供电。被换电无人机切换为超级电容或者蓄电池供电后，抛下旧电池。
进一步地，在被换电无人机飞行至换电桩的过程中，换电桩与被换电无人机保持实时通信，通信信息的收发速度远远超过被换电无人机的飞行速度，故而被换电无人机可以随时接收换电桩的实时位置信息以准确地朝着换电桩飞行。
示例性地，换电桩包括新电池容纳仓和旧电池接收仓，新电池容纳仓位于旧电池接收仓的上方，新电池容纳仓用于容纳新电池传送带传送的向被换电无人机提供的新电池，旧电池接收仓用于接收被换电无人机抛下的旧电池。处于换电位时，被换电无人机位于换电桩的新电池容纳仓和旧电池接收仓之间。
步骤S203，通过旧电池接收仓接收所述被换电无人机抛下的旧电池，控制新电池容纳仓将新电池抛至所述被换电无人机的新电池接收仓。
示例性地，换电桩进入可以为被换电无人机换电的状态后，被换电无人机处于换电位。换电时，换电桩通过旧电池接收仓接收被换电无人机抛下的旧电池，控制新电池容纳仓打开，新电池在重力作用下从新电池容纳仓掉落，落入被换电无人机的新电池接收仓，完成换电过程。
进一步地，完成换电过程后，被换电无人机将供电电源由超级电容或者蓄电池切换为新电池供电，从而可以继续执行飞行任务。
示例性地，被换电无人机的新电池接收仓位于被换电无人机的上方，新电池在重力作用下从新电池容纳仓落入被换电无人机的上方的新电池接收仓。
在本发明实施例中，通过接收被换电无人机发送的位置请求信息，向所述被换电无人机发送位置信息；在所述被换电无人机飞行至换电位后，向所述被换电无人机发送换电通知信息，所述被换电无人机响应于所述换电通知信息抛下旧电池；通过旧电池接收仓接收所述被换电无人机抛下的旧电池，控制新电池容纳仓将新电池抛至所述被换电无人机的新电池接收仓等步骤，能够提高无人机换电的效率和电池的利用率，降低人力成本，实现无人机的快速换电，保证其持续及远距离作业，扩大了无人机的应用市场。
图3是根据本发明实施例的非接触式无人机换电方法的详细流程的示意图，如图3所示，本发明实施例的非接触式无人机换电方法包括：
步骤S301，被换电无人机检测低电量。
示例性地，在被换电无人机执行飞行任务的过程中，当检测到自身的电池电量低时，被换电无人机进入预警状态，立即与附近的换电桩通信，向附近的换电桩发出位置请求信息，请求换电桩向被换电无人机发送换电桩自身的位置信息。被换电无人机从附近的换电桩中查找距其最近的换电桩，用以为自身更换电池。
进一步地，换电桩保持随时可以建立通信连接的状态，被换电无人机根据需要选择与换电桩通信或终止。
进一步地，被换电无人机和换电桩的通信方式可以为无线通信。
进一步地，换电桩可以安装在地面、高层建筑、电线杆等任意的可以供电的位置。在被换电无人机的飞行区域内布置有多个换电桩。
步骤S302，接收被换电无人机的位置请求信息。
示例性地，附近的换电桩接收到被换电无人机发送的位置请求信息后，检测自身位置，获取换电桩自身的位置信息。
进一步地，换电桩的位置信息为其自身的GPS坐标，其上设置有位置坐标检测装置，可以为GPS装置。
步骤S303，向被换电无人机发送位置信息。
示例性地，附近的换电桩获得自身的位置信息后，将自身的位置信息发送至请求的被换电无人机。
进一步地，附近的换电桩在接收被换电无人机的位置请求信息和向被换电无人机返回其自身的位置信息的过程中，与被换电无人机保持通信状态。
步骤S304，被换电无人机确定距其最近的换电桩。
示例性地，被换电无人机接收到附近的换电桩的位置信息后，基于检测到的自身的位置信息和接收到的附近的换电桩的位置信息，计算被换电无人机与接收到位置信息的附近的各个换电桩的距离，比较被换电无人机与接收到位置信息的附近的各个换电桩的距离长短，确定与其距离最近的换电桩。被换电无人机确定与其距离最近的换电桩后，对附近的向其发送位置信息的换电桩，返回确定信号，表示由该距离最近的换电桩为被换电无人机换电。
进一步地，被换电无人机的位置信息为其自身的GPS坐标，其上设置有位置坐标检测装置，可以为GPS装置。
进一步地，被换电无人机确定与其距离最近的换电桩后，仅向与其距离最近的换电桩返回确定信号，终止与其余换电桩的本次通信。
更进一步地，其余换电桩若在预定时间未接收到信号，可以主动终止与该被换电无人机的本次通信，等待下次需要换电的被换电无人机的请求。
示例性地，被换电无人机可以预置换电桩布置地图，在检测到自身电量低时，根据自身的位置信息及预置的换电桩布置地图，确定与其距离最近的换电桩。换电桩的布置位置可以根据实际地形进行设置，相互之间间隔相等或不等的距离。
步骤S305，接收被换电无人机的确定信号。
示例性地，距离最近的换电桩接收到被换电无人机发送的确定信号后，接受为被换电无人机换电的任务，进入准备为被换电无人机换电的状态，在整个换电任务进行过程中，换电桩与被换电无人机保持实时通信。
进一步地，换电桩接收到被换电无人机发送的确定信号后，向其他与其通信的被换电无人机发送任务执行中的信号，表示在换电任务执行期间，无法为其他被换电无人机提供换电服务。
步骤S306，被换电无人机飞行至换电桩。
示例性地，接收到被换电无人机的确定信号后，换电桩同被换电无人机通信，接收被换电无人机的位置信息。换电桩基于被换电无人机的位置信息，判断被换电无人机的方位，基于被换电无人机的方位、与被换电无人机的距离等信息制定被换电无人机的飞行策略，确定如何飞行至换电桩，并发送至被换电无人机。被换电无人机接收到飞行策略后，根据飞行策略飞向换电桩。在飞行过程中，换电桩同被换电无人机保持实时通信，实时接收被换电无人机发送的位置信息。基于被换电无人机的实时位置信息，换电桩可以灵活调整被换电无人机的飞行策略并通知被换电无人机。
示例性地，被换电无人机确定与其距离最近的换电桩后，基于换电桩的位置信息，判断换电桩的方位，基于换电桩的方位、与换电桩的距离等信息制定飞行策略，确定如何飞行至换电桩。被换电无人机确定飞行策略后，飞向换电桩。在飞行过程中，被换电无人机同换电桩保持实时通信，实时接收换电桩发送的位置信息。基于换电桩的实时位置信息，被换电无人机可以灵活调整飞行策略。
进一步地，通信信息的收发速度远远超过被换电无人机的飞行速度，故而被换电无人机可以根据接收的换电桩的实时位置信息进行分析，准确地朝着换电桩飞行。
进一步地，飞行策略可以包括：基于最短距离的原则直线飞行至换电桩，并且，在飞行过程中碰到障碍物时，及时调整飞行方向，绕过障碍物后再返回至原飞行方向。
步骤S307，被换电无人机飞行至换电位。
示例性地，被换电无人机飞行至换电桩的附近后，换电桩继续同被换电无人机保持实时通信，接收被换电无人机的位置信息，根据被换电无人机的实时位置信息确定换电位的区域并通知被换电无人机，以使被换电无人机准确飞行至换电位。
示例性地，被换电无人机飞行至换电桩的附近后，继续同换电桩保持实时通信，接收换电桩的位置信息，根据换电桩的实时位置信息确定换电位的区域并准确飞行至换电位。
示例性地，换电桩包括新电池容纳仓和旧电池接收仓，新电池容纳仓位于旧电池接收仓的上方。处于换电位时，被换电无人机位于换电桩的新电池容纳仓和旧电池接收仓之间。
步骤S308，向被换电无人机发送换电通知信息。
示例性地，换电桩检测到被换电无人机到达换电位后，即进入可以为被换电无人机换电的状态，向被换电无人机发送换电通知信息。
进一步地，被换电无人机到达换电位后，换电桩等待预定时间，确定被换电无人机在换电位保持稳定状态后，可以为被换电无人机换电。预定时间可以根据需要进行设定。例如，可以为10秒、15秒等。
步骤S309，被换电无人机抛下旧电池。
示例性地，被换电无人机接收到换电桩发送的换电通知信息后，立即做出响应，切换供电电源，将原来的旧电池供电切换为内置的替代电源供电。被换电无人机切换为替代电源供电后，将容纳旧电池的电池容纳仓打开，旧电池在重力作用下从电池容纳仓掉落，落入换电桩的旧电池接收仓。
进一步地，替代电源可以为超级电容或蓄电池。
步骤S310，为被换电无人机换电。
示例性地，换电桩通过旧电池接收仓接收到被换电无人机抛下的旧电池后，控制新电池容纳仓打开，新电池在重力作用下从新电池容纳仓掉落，落入被换电无人机的新电池接收仓，完成换电过程。换电完成后，被换电无人机切换供电电源，将内置的替代电源供电切换为新电池供电。换电完成后，被换电无人机继续执行飞行任务，与为其换电的换电桩终止通信。
示例性地，换电桩的新电池容纳仓用于容纳新电池，换电桩的旧电池接收仓用于接收被换电无人机抛下的旧电池。被换电无人机包括新电池接收仓，新电池接收仓位于被换电无人机的上方，用于接收新电池容纳仓抛下的新电池。处于换电位时，被换电无人机的新电池接收仓位于换电桩的新电池容纳仓和换电桩的旧电池接收仓之间，被换电无人机的新电池接收仓、换电桩的新电池容纳仓和换电桩的旧电池接收仓的中心在垂直方向上位于同一直线，以使得新电池准确地落入新电池接收仓，旧电池准确地落入旧电池接收仓。
进一步地，新电池接收仓和旧电池接收仓均为漏斗型接收仓。
更进一步地，换电过程可以为：换电桩打开容纳新电池的新电池容纳仓，新电池在重力作用下落入被换电无人机的新电池接收仓，被换电无人机将容纳旧电池的电池容纳仓打开，旧电池在重力作用下落入换电桩的旧电池接收仓。
步骤S311，为旧电池充电。
示例性地，换电桩的旧电池接收仓接收到被换电无人机抛下的旧电池后，换电桩控制旧电池传送带运行，开始向充电平台传送旧电池，将旧电池由传送带的旧电池接收仓一端传送至传送带的另一端，运抵充电平台。旧电池到达充电平台后，换电桩控制充电平台为旧电池充电。
步骤S312，为新电池容纳仓提供新电池。
示例性地，旧电池充电完成后，换电桩控制拉升链条上升，充电平台携带充满电的新电池在拉升链条的带动下上升，由拉升链条的底端上升至与新电池传送带处于同一水平面的位置。在充电平台到达与新电池传送带处于同一水平面的位置后，换电桩控制充电平台传送带运行，开始向新电池传送带传送新电池，将新电池由充电平台传送带传送至新电池传送带的一端，运抵新电池传送带。新电池到达新电池传送带一端后，换电桩控制新电池传送带运行，开始向新电池容纳仓传送新电池，将新电池由新电池传送带的一端传送至新电池传送带的新电池容纳仓一端，运抵新电池容纳仓。
步骤S313，换电桩复位。
示例性地，新电池运抵新电池容纳仓后，换电桩控制拉升链条下降，充电平台在拉升链条的带动下下降，由与新电池传送带处于同一水平面的位置下降至拉升链条的底端，充电平台复位，换电桩可以为下一个需要换电的被换电无人机提供新电池。
在本发明实施例中，通过被换电无人机检测低电量；接收被换电无人机的位置请求信息；向被换电无人机发送位置信息；被换电无人机确定距其最近的换电桩；接收被换电无人机的确定信号；被换电无人机飞行至换电桩；被换电无人机飞行至换电位；向被换电无人机发送换电通知信息；被换电无人机抛下旧电池；为被换电无人机换电；为旧电池充电；为新电池容纳仓提供新电池；换电桩复位等步骤，能够提高无人机换电的效率，被换电无人机无需保留返回原地更换电池的电量，提高了电池电量的利用率，降低了人力成本，使得被换电无人机可以执行远距离飞行任务，实现无人机的持续作业并扩大无人机的应用市场。
图4是根据本发明实施例的非接触式无人机换电系统的主要模块的示意图，如图4所示，本发明实施例的非接触式无人机换电系统400包括：
通信模块401，用于接收被换电无人机发送的位置请求信息，向所述被换电无人机发送位置信息。
示例性地，被换电无人机的电池电量低时，需要确定距其最近的换电桩的位置，以便于飞行至换电桩更换电池。换电桩与被换电无人机保持通信状态，可以通过所述通信模块401随时接收被换电无人机发送的位置请求信息，以便于向所述被换电无人机发送换电桩自身的位置信息，使得被换电无人机确定距其最近的换电桩以更换电池。
进一步地，换电桩、被换电无人机的位置信息可以为GPS坐标。
通知模块402，用于在所述被换电无人机飞行至换电位后，向所述被换电无人机发送换电通知信息，以使所述被换电无人机响应于所述换电通知信息抛下旧电池。
示例性地，换电桩基于被换电无人机的位置信息，为被换电无人机制定飞行至换电位的飞行策略，或者，被换电无人机基于确定的距其最近的换电桩的位置信息，确定飞行至换电位的飞行策略。在被换电无人机飞行至距其最近的换电桩的换电位后，换电桩的所述通知模块402向被换电无人机发送换电通知信息，表示可以为被换电无人机换电，被换电无人机响应于换电通知信息，将供电电源由旧电池切换为超级电容或者蓄电池，用于在换电过程中为被换电无人机供电。被换电无人机切换为超级电容或者蓄电池供电后，抛下旧电池。
进一步地，在被换电无人机飞行至换电桩的过程中，换电桩的所述通信模块401与被换电无人机保持实时通信，通信信息的收发速度远远超过被换电无人机的飞行速度，故而被换电无人机可以随时接收换电桩的实时位置信息以准确地朝着换电桩飞行。
示例性地，换电桩包括新电池容纳仓和旧电池接收仓，新电池容纳仓位于旧电池接收仓的上方，新电池容纳仓用于容纳新电池传送带传送的向被换电无人机提供的新电池，旧电池接收仓用于接收被换电无人机抛下的旧电池。处于换电位时，被换电无人机位于换电桩的新电池容纳仓和旧电池接收仓之间。
换电控制模块403，用于通过旧电池接收仓接收所述被换电无人机抛下的旧电池，控制新电池容纳仓将新电池抛至所述被换电无人机的新电池接收仓。
示例性地，换电桩进入可以为被换电无人机换电的状态后，被换电无人机处于换电位。换电时，换电桩通过旧电池接收仓接收被换电无人机抛下的旧电池，所述换电控制模块403控制新电池容纳仓打开，新电池在重力作用下从新电池容纳仓掉落，落入被换电无人机的新电池接收仓，完成换电过程。
进一步地，完成换电过程后，被换电无人机将供电电源由超级电容或者蓄电池切换为新电池供电，从而可以继续执行飞行任务。
示例性地，被换电无人机的新电池接收仓位于被换电无人机的上方，新电池在重力作用下从新电池容纳仓落入被换电无人机的上方的新电池接收仓。
在本发明实施例中，通过通信模块、通知模块、换电控制模块等模块，能够提高无人机换电的效率和电池的利用率，降低人力成本，实现无人机的快速换电，保证其持续及远距离作业，扩大了无人机的应用市场。
图5(a)是根据本发明实施例二的换电桩的示意图，图5(b)是根据本发明实施例二的被换电无人机的示意图，图5(c)是根据本发明实施例二的换电过程的示意图。如图6所示：
示例性地，换电桩100用于在被换电无人机200电量低时，为被换电无人机200更换新电池。换电桩100上设置有GPS装置101、无线通信装置102、控制装置103、换电支架104、旧电池接收仓105、旧电池传送带106、充电平台107、拉升链条108、充电平台传送带107-1、新电池传送带109、新电池容纳仓110。GPS装置101用于检测换电桩100的位置信息；无线通信装置102用于同被换电无人机200通信；控制装置103用于控制换电桩100的动作；换电支架104用于安装换电桩100的各个部件；旧电池接收仓105用于接收被换电无人机200抛下的旧电池；旧电池传送带106用于将被换电无人机200抛下的旧电池传送至充电平台107；充电平台107用于为旧电池充电；拉升链条108用于将充电平台107及充满电的新电池拉升至与新电池传送带109处于同一水平面的位置；在充电平台107及新电池到达与新电池传送带109处于同一水平面的位置后，充电平台传送带107-1用于将新电池传送至新电池传送带109；新电池传送带109用于将新电池传送至新电池容纳仓110；新电池容纳仓110用于为被换电无人机提供新电池。
进一步地，旧电池传送带、充电平台传送带、新电池传送带的形式不做限制，不仅限于传送带形式，其他可以起到水平传动运输作用的运输结构皆可。
示例性地，旧电池传送带106、充电平台107、拉升链条108、充电平台传送带107-1、新电池传送带109与控制装置103电连接。
示例性地，换电支架104用于在换电时容纳被换电无人机200，使得被换电无人机200处于其中。换电支架104为
Figure BDA0002884673480000161
形，包括水平板104-1和竖直板104-2。换电支架104内围成容纳被换电无人机200的空间。新电池容纳仓110固定连接于水平板104-1的悬空端，GPS装置101固定于新电池容纳仓110上；新电池传送带109紧邻新电池容纳仓110，固定于水平板104-1上。水平板104-1和竖直板104-2连接部开设有第二通孔，用于在充电平台107提供新电池时通过，当充电平台107穿过第二通孔到达与新电池传送带109处于同一水平面的位置后，充电平台107紧邻新电池传送带109。拉升链条108固定连接于竖直板104-2，与竖直板104-2平行，用于沿拉升链条108向上提升、向下降落充电平台107。充电平台107位于拉升链条108的底端时，旧电池传送带106紧邻充电平台107，充电平台107、旧电池传送带106固定于地面。旧电池接收仓105固定连接于旧电池传送带106的上方，沿旧电池传送带106的传送方向，旧电池接收仓105开设有第一通孔，用于旧电池向充电平台107传送时通过。
进一步地，GPS装置、无线通信装置可以固定连接于换电桩的任意位置，控制装置预置GPS装置在换电桩上的位置信息，用于向被换电无人机发送以使得被换电无人机准确到达换电位。
进一步地，换电支架104还包括第二水平板104-3，充电平台107、旧电池传送带106可以固定连接于第二水平板104-3上。无线通信装置102也可以固定连接于第二水平板104-3。
示例性地，被换电无人机200上设置有GPS装置201、无线通信装置202、控制装置203、新电池接收仓204、电池容纳仓205、临时供电装置206。GPS装置201用于检测被换电无人机200的位置信息；无线通信装置202用于同换电桩10通信；控制装置203用于控制被换电无人机200的飞行和动作；新电池接收仓204位于被换电无人机200的上方，用于接收换电桩100抛下的新电池；电池容纳仓205用于容纳旧电池，旧电池用于在被换电无人机200正常飞行期间为其供电；临时供电装置26用于在换电桩100为被换电无人机200换电期间为被换电无人机200临时供电。
进一步地，临时供电装置为超级电容供电或者蓄电池供电。
进一步地，旧电池接收仓、新电池接收仓为漏斗型接收仓。
示例性地，被换电无人机200在执行飞行任务的过程中，当被换电无人机200的控制装置203检测到电池容纳仓205内的电池电量较低时，通过无线通信装置202与换电桩100的无线通信装置102通信，向附近的换电桩100发送位置请求信息。附近的换电桩100接收到位置信息请求后，通过GPS装置101检测自身位置，将自身的位置信息发送至被换电无人机200。被换电无人机200接收到附近的换电桩100的位置信息后，比较其与接收到位置信息的附近的各个换电桩100的距离长短，确定与其距离最近的换电桩100，返回确定信号。换电桩100接收到被换电无人机200发送的确定信号后，进入准备为被换电无人机换电的状态。
示例性地，换电桩100基于被换电无人机200位置信息，为被换电无人机200制定飞行至换电位的飞行策略，并发送至被换电无人机200；或者，被换电无人机200基于确定的距其最近的换电桩100的位置信息，确定飞行至换电位的飞行策略。被换电无人机200根据飞行策略，飞行至换电桩100。在飞行过程中，被换电无人机200同换电桩100保持实时通信。被换电无人机200飞行至换电桩100的附近后，根据换电桩100的实时位置信息确定换电位的区域并准确飞行至换电位。换电桩100检测到被换电无人机200到达换电位后，等待预定时间，向被换电无人机200发送换电通知信息。被换电无人机200响应换电通知信息，将原来的旧电池供电切换为内置的替代电源供电，打开电池容纳仓205，旧电池在重力作用下从电池容纳仓205落入换电桩100的旧电池接收仓105。换电桩100通过旧电池接收仓105接收到被换电无人机200抛下的旧电池后，控制新电池容纳仓110打开，新电池在重力作用下从新电池容纳仓110落入被换电无人机200的新电池接收仓204，完成换电过程。被换电无人机200将内置的替代电源供电切换为新电池供电。
示例性地，换电桩100的旧电池接收仓105接收到被换电无人机200抛下的旧电池后，换电桩100控制旧电池传送带106运行，将旧电池运抵充电平台107。旧电池到达充电平台107后，换电桩100控制充电平台107为旧电池充电。旧电池充电完成后，换电桩100控制拉升链条108上升，充电平台107携带充满电的新电池在拉升链条108的带动下上升至与新电池传送带109处于同一水平面的位置。充电平台上升至与新电池传送带109处于同一水平面的位置后，换电桩100控制充电平台传送带107-1运行，将新电池运抵新电池传送带109。新电池运抵新电池传送带109后，换电桩100控制新电池传送带109运行，将新电池运抵新电池容纳仓110。新电池运抵新电池容纳仓110后，换电桩100控制拉升链条108下降，将充电平台107复位，换电桩100可以为下一个需要换电的被换电无人机200提供新电池。
在本发明实施例中，通过换电桩、被换电无人机的结构，能够提高无人机换电的效率和电池的利用率，降低人力成本，实现无人机的快速换电，保证其持续及远距离作业，扩大了无人机的应用市场。
图6是适于用来实现本发明实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图，如图6所示，本发明实施例的电子设备的计算机系统600包括：
中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。
以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。
特别地，根据本发明公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)601执行时，执行本发明的系统中限定的上述功能。
需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本发明实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括通信模块、通知模块、换电控制模块。其中，这些模块的名称在某种情况下并不构成对该模块本身的限定，例如，通知模块还可以被描述为“向被换电无人机发送换电通知信息的模块”。
作为另一方面，本发明还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该设备包括：接收被换电无人机发送的位置请求信息，向所述被换电无人机发送位置信息；在所述被换电无人机飞行至换电位后，向所述被换电无人机发送换电通知信息，以使所述被换电无人机响应于所述换电通知信息抛下旧电池；通过旧电池接收仓接收所述被换电无人机抛下的旧电池，控制新电池容纳仓将新电池抛至所述被换电无人机的新电池接收仓。
根据本发明实施例的技术方案，能够提高无人机换电的效率和电池的利用率，降低人力成本，实现无人机的快速换电，保证其持续及远距离作业，扩大了无人机的应用市场。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (15)

1.一种非接触式无人机换电方法，其特征在于，包括：
接收被换电无人机发送的位置请求信息，向所述被换电无人机发送位置信息；
在所述被换电无人机飞行至换电位后，向所述被换电无人机发送换电通知信息，以使所述被换电无人机响应于所述换电通知信息抛下旧电池；其中，处于所述换电位时，所述被换电无人机位于换电桩的新电池容纳仓和旧电池接收仓之间，所述新电池容纳仓用于容纳新电池传送带传送的向所述被换电无人机提供的新电池，所述旧电池接收仓用于接收所述被换电无人机抛下的旧电池；
通过旧电池接收仓接收所述被换电无人机抛下的旧电池，控制新电池容纳仓将新电池抛至所述被换电无人机的新电池接收仓；其中，所述被换电无人机包括用于接收新电池的新电池接收仓，所述新电池接收仓设置于所述被换电无人机的上方。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
控制旧电池传送带将所述旧电池接收仓接收的旧电池传送至充电平台，控制所述充电平台为所述旧电池充电，充电完成后，控制拉升链条将携带新电池的所述充电平台上升至与新电池传送带处于同一平面的位置，控制充电平台传送带将所述新电池传送至所述新电池传送带，控制所述新电池传送带将新电池传送至新电池容纳仓。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述被换电无人机飞行至换电位之前，与所述被换电无人机实时通信，接收所述被换电无人机的位置信息，为所述被换电无人机制定飞行至换电位的飞行策略。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述被换电无人机飞行至换电位之前，与所述被换电无人机实时通信，使得所述被换电无人机实时获取所述换电桩的位置信息。
5.一种非接触式无人机换电系统，其特征在于，包括：
通信模块，用于接收被换电无人机发送的位置请求信息，向所述被换电无人机发送位置信息；
通知模块，用于在所述被换电无人机飞行至换电位后，向所述被换电无人机发送换电通知信息，以使所述被换电无人机响应于所述换电通知信息抛下旧电池；其中，处于所述换电位时，所述被换电无人机位于换电桩的新电池容纳仓和旧电池接收仓之间，所述新电池容纳仓用于容纳新电池传送带传送的向所述被换电无人机提供的新电池，所述旧电池接收仓用于接收所述被换电无人机抛下的旧电池；
换电控制模块，用于通过旧电池接收仓接收所述被换电无人机抛下的旧电池，控制新电池容纳仓将新电池抛至所述被换电无人机的新电池接收仓；其中，所述被换电无人机包括用于接收新电池的新电池接收仓，所述新电池接收仓设置于所述被换电无人机的上方。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
充电回收模块，用于控制旧电池传送带将所述旧电池接收仓接收的旧电池传送至充电平台，控制所述充电平台为所述旧电池充电，充电完成后，控制拉升链条将携带新电池的所述充电平台上升至与新电池传送带处于同一平面的位置，控制充电平台传送带将所述新电池传送至所述新电池传送带，控制所述新电池传送带将新电池传送至新电池容纳仓。
7.一种换电桩，其特征在于，包括：
GPS装置(101)、无线通信装置(102)、控制装置(103)、换电支架(104)、旧电池接收仓(105)、新电池容纳仓(110)，所述GPS装置(101)、所述无线通信装置(102)、所述控制装置(103)、所述旧电池接收仓(105)、所述新电池容纳仓(110)安装于所述换电支架(104)上，所述GPS装置(101)用于检测所述换电桩的位置信息，所述无线通信装置(102)用于与被换电无人机通信，所述控制装置(103)用于控制所述旧电池接收仓(105)、新电池容纳仓(110)为所述被换电无人机换电，所述旧电池接收仓(105)用于接收所述被换电无人机抛下的旧电池，所述新电池容纳仓(110)用于容纳新电池。
8.如权利要求7所述的换电桩，还包括：
旧电池传送带(106)、充电平台(107)、拉升链条(108)、充电平台传送带(107-1)、新电池传送带(109)，所述旧电池传送带(106)、所述充电平台(107)、所述拉升链条(108)、所述充电平台传送带(107-1)、所述新电池传送带(109)与所述控制装置(103)电连接。
9.如权利要求8所述的换电桩，其特征在于，所述换电支架(104)为
Figure FDA0002884673470000031
形，包括：
水平板(104-1)和竖直板(104-2)；
所述新电池容纳仓(110)、所述新电池传送带(109)固定连接于所述水平板(104-1)上；
所述拉升链条(108)固定连接于所述竖直板(104-2)，与所述竖直板(104-2)平行，用于沿所述拉升链条(108)向上提升、向下降落所述充电平台(107)。
10.如权利要求9所述的换电桩，其特征在于，所述换电支架(104)还包括第二水平板(104-3)，所述充电平台(107)、所述旧电池传送带(106)固定连接于所述第二水平板(104-3)上。
11.如权利要求8所述的换电桩，其特征在于，所述旧电池接收仓(105)开设有第一通孔，用于向所述充电平台(107)传送旧电池时通过。
12.如权利要求9所述的换电桩，其特征在于，所述水平板(104-1)和所述竖直板(104-2)的连接部开设有第二通孔，用于在所述充电平台(107)上升时通过。
13.一种被换电无人机，其特征在于，包括：
无人机主体、GPS装置(201)、无线通信装置(202)、控制装置(203)、新电池接收仓(204)；所述GPS装置(201)、所述无线通信装置(202)、所述控制装置(203)安装于所述无人机主体上，所述新电池接收仓(204)用于接收新电池，位于所述无人机主体上方。
14.一种非接触式无人机换电电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-4中任一所述的方法。
15.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一所述的方法。
CN202110009408.5A 2021-01-05 2021-01-05 一种非接触式无人机换电方法和系统 Active CN113752894B (zh)

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