CN113815458B - 巡检飞行器自动返回充电装置 - Google Patents

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Abstract

巡检飞行器自动返回充电装置，该装置包括：安装在巡检飞行器上的红外线接收头，所述红外线接收头用于在运行轨迹上搜索充电区域发出的红外信号；设置在巡检飞行器内的接收线圈、整流稳压电路、电源模块；所述接收线圈连接整流稳压电路，整流稳压电路连接电源模块。还包括无线充电发射装置，所述无线充电发射装置包括红外线发射头、单片机模块、高频功率源、发射线圈；红外线发射头连接单片机模块，单片机模块连接高频功率源，高频功率源连接发射线圈。飞行器获得定位后，采用本发明装置进行无线充电。该装置具备结构简单、成本低廉、操作简单的优点。

Description

巡检飞行器自动返回充电装置
技术领域
本发明涉及飞行器续航技术领域，具体涉及一种巡检飞行器自动返回充电装置。
背景技术
目前，提升飞行器的续航时间一直备受研发人员的关注。多旋翼常用的方法是采用高密度的电池同时增加电池容量，即便如此，市面上的产品很少很连续飞行两小时以上。一味的增加电池的容量，伴随着提升的重量，飞行距离无法随着所携带的电池容量增加而线性增加，因此无法从根本上解决飞行器飞行距离受限的问题。
在传统的安防领域，主要以摄像头辅以大量安保人员，实现区域内的安防监控、安防巡检和危机处理。但由于摄像头的定点安放，导致整个安防系统的监控有盲区缺乏灵活性。安保巡检的工作强度大、企业的成本高，若采用鱼形气体飞行安防巡检装置，飞行器的电能几乎全部用于电路的消耗，不需要克服重力，可以连续长时间飞行工作。
目前，机器人自动返回充电方式中，如果按照室内与室外进行分类，室外通常建立充电基站，同时结合GPS定位等技术来实现。室内多采用蓝牙、RFID、Zigbee等技术，实现难度较高，相对于的成本高。一些室内有固定运动轨迹的机器人，需要结构简单，容易实现的自动返回充电技术。
发明内容
本发明提供一种巡检飞行器自动返回充电装置，在巡检飞行器的固定运动轨迹的上设有无线电能发送装置，飞行器获得定位后，进行无线充电。该装置具备结构简单、成本低廉、操作简单的优点。
本发明采取的技术方案为：
巡检飞行器自动返回充电装置，该装置包括：
安装在巡检飞行器上的红外线接收头，所述红外线接收头用于在运行轨迹上搜索充电区域发出的红外信号；
设置在巡检飞行器内的接收线圈、整流稳压电路、电源模块；所述接收线圈连接整流稳压电路，整流稳压电路连接电源模块；
还包括无线充电发射装置，所述无线充电发射装置包括红外线发射头、单片机模块、高频功率源、发射线圈；红外线发射头连接单片机模块，单片机模块连接高频功率源，高频功率源连接发射线圈。
所述高频功率源是由Mosfet管组成的全桥型高频功率源，该高频功率源驱动漆包线绕制的发射线圈，发射无线电能。
所述红外线发射头设置有圆锥状外壳。
在室内顶部布置一定数量的红外发射节点，红外发射节点由红外线发射头、单片机模块组成，相邻红外发射节点之间的直线路径，是巡检飞行器的运动轨迹。
巡检飞行器自动返回充电方法，巡检飞行器的电量快要耗完时，设置在巡检飞行器的红外线接收头在运行轨迹上搜寻充电区域，当巡检飞行器上的两个红外线接收头接收到充电区域的信号时，巡检飞行器便与充电区域建立联系，通过充电区域的红外线发射头对巡检飞行器的引导，使其慢慢靠拢，进行磁耦合谐振式无线电能传输。
巡检飞行器自动返回充电方法，红外线发射头设置有圆锥状外壳，充电区域的红外线发射头经过圆锥状外壳发出红外信号，覆盖范围为圆锥形，当巡检飞行器搜寻到充电区域较强的红外信号时，将头部和尾部的信号强弱进行比较，并移动逐渐接近发射线圈正下方，直到头部和尾部的信号强度相等。
本发明一种巡检飞行器自动返回充电装置，技术效果如下：
1）鱼形气体飞行安防巡检装置，内部是惰性气体氦气，不需要动力就能悬浮空中。尾鳍左右摇摆很少的电能就能控制方向，一次充电可以飞行2天以上。传统多旋翼无人机连续工作时间大多不超过1小时，鱼形气体飞行安防巡检装置相比于传统无人机大大延长了续航。
2）鱼形气体飞行安防巡检装置，工作时几乎没有噪音。
3）市面上安防摄像头都是定点放置，导致整个安防系统的监控有盲区缺乏灵活性，鱼形气体飞行安防巡检装置，可以运动到观测点，无盲区，近距离细致查看。
4）由于无线发射装置在仓库顶部，红外线接收头2，安装在鱼形气球飞行器的鱼眼睛和鱼鳍部位，是靠上的部位，容易搜寻到红外信号。便于充电精准对位。
5）无线充电发射装置可以安装在工厂仓库顶部，不影响地面空间灵活。顶部一般无遮挡，便于搜寻红外信号，找到充电点，进行无线充电。
附图说明
图1为本发明自动返回充电装置的结构示意图。
图2为本发明自动返回充电装置的定位搜寻示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，巡检飞行器自动返回充电装置，该装置包括：
安装在巡检飞行器1上的红外线接收头2，所述红外线接收头2用于在运行轨迹上搜索充电区域a发出的红外信号；
设置在巡检飞行器1内的接收线圈3、整流稳压电路4、电源模块5；所述接收线圈3连接整流稳压电路4，整流稳压电路4连接电源模块5；
还包括无线充电发射装置6，所述无线充电发射装置6包括红外线发射头7、单片机模块8、高频功率源9、发射线圈10；红外线发射头7连接单片机模块8，单片机模块8连接高频功率源9，高频功率源9连接发射线圈10。
所述巡检飞行器1为气球飞行器，该气球飞行器为鱼形气球飞行器，红外线接收头2安装在鱼形气球飞行器的鱼眼睛和鱼鳍部位，鱼形气球飞行器按照预定的运行轨迹飞行，执行任务。
所述红外线接收头2采用型号为LF0038红外线接收头。
所述接收线圈3采用QI标准的无线充电贴。
整流稳压电路4、无线接收部分采用型号为IDT9035无线接收模块。
所述电源模块5由充放电电模块和锂电池组成，所述充放电电模块采用eletechsup的5V/2.1A充放模块。锂电池采用聚合物3.7V锂电池。
所述无线充电发射装置6可以安装在工厂仓库顶部。
所述红外线发射头7采用型号为LF0038T3红外发射头，发出38KHz红外编码信号，红外线发射头7设置有圆锥状外壳。
所述单片机模块8为STM32F103ZET6单片机，是无线充电发射装置6控制核心，控制红外线发射头7以及高频功率源9发出电能。
所述高频功率源9是由Mosfet管组成的全桥型高频功率源，该高频功率源9驱动漆包线绕制的发射线圈10，发射无线电能。
磁耦合谐振式能量传输方式，是指非辐射电磁能谐振效应。该种技术的原理是利用两个具有相同的特定谐振频率的电磁系统。电磁系统由图1中高频功率源9、发射线圈10组成，在相距一定的距离时，由于电磁耦合产生谐振，进行能量传递。一般来说，两个有一定距离的电磁系统，相互之间是弱耦合，但若两个系统发射线圈10和接收线圈3的固有谐振频率相同，则会产生强磁谐振，无线充电发射装置6的发射线圈10不断为系统提供能量，而接收线圈3消耗能量，则实现了能量的传输。
在室内顶部布置一定数量的红外发射节点，红外发射节点由图1中的红外线发射头7、单片机模块8组成，相邻红外发射节点之间的直线路径，是巡检飞行器1的运动轨迹，巡检飞行器1在室内搜寻红外线发射头7发出的信号飞行，在某一固定位置无线充电发射装置6，如图1所示，此时巡检飞行器1正运动在充电区域a下方。
在鱼形气球飞行器的电量快要耗完时，鱼形气球飞行器顶部的红外线接收头2在运行轨迹上搜寻充电区域a，当鱼形气球飞行器上的两个红外线接收头2接收到充电区域a的信号时，通过充电区域a的红外线发射头7对飞行器的引导，使其慢慢靠拢，进行磁耦合谐振式无线电能传输。
红外发射头LF0038T3发出的红外信号在空间上是图2所示的圆锥空间，当飞行器飞到图2所示的圆锥空间，飞鱼超前上方飞行。刚刚跨越圆锥空间，LF0038红外接收头接收到的红外信号突然消失，认为飞行到了圆锥空间边界，此时掉头反方向水平飞行，接收到红外信号。继续飞行直到红外再次消失，掉头前上方反向飞行。如此反复，最终能精确找到充电点。
在图2中，红外线发射头7发出红外信号，在空间上分布为圆锥空间。充电区域a的红外线发射头7经过圆锥状外壳发出红外信号，覆盖范围为圆锥形，当鱼形气球飞行器搜寻到充电区域a较强的红外信号时，逐渐接近发射线圈10正下方。

Claims (2)

1.巡检飞行器自动返回充电装置，其特征在于，该装置包括：
安装在巡检飞行器（1）上的红外线接收头（2），所述红外线接收头（2）用于在运行轨迹上搜索充电区域（a）发出的红外信号；
设置在巡检飞行器（1）内的接收线圈（3）、整流稳压电路（4）、电源模块（5）；所述接收线圈（3）连接整流稳压电路（4），整流稳压电路（4）连接电源模块（5）；
还包括无线充电发射装置（6），所述无线充电发射装置（6）包括红外线发射头（7）、单片机模块（8）、高频功率源（9）、发射线圈（10）；红外线发射头（7）连接单片机模块（8），单片机模块（8）连接高频功率源（9），高频功率源（9）连接发射线圈（10）；
在室内顶部布置多个红外发射节点，所述红外发射节点由红外线发射头（7）、单片机模块（8）组成，相邻红外发射节点之间的直线路径，是巡检飞行器（1）的运动轨迹；
无线充电发射装置（6）安装在室内顶部；巡检飞行器（1）为气球飞行器，该气球飞行器为鱼形气球飞行器，红外线接收头（2）安装在鱼形气球飞行器的鱼眼睛和鱼鳍部位；
巡检飞行器自动充电对位方法，具体如下：
红外线发射头（7）设置有圆锥状外壳，充电区域（a）的红外线发射头（7）经过圆锥状外壳发出红外信号，红外线发射头（7）发出的红外信号在空间上是圆锥空间；
当气球飞行器飞到圆锥空间内时，气球飞行器搜寻到充电区域（a）较强的红外信号，气球飞行器超着前上方飞行；
气球飞行器跨越圆锥空间，当红外线接收头（2）接收到的红外信号突然消失，认为气球飞行器飞行到了圆锥空间边界，此时气球飞行器掉头反方向水平飞行，重新继续接收到红外信号；
然后，气球飞行器继续飞行，直到红外线接收头（2）接收到红外信号再次消失，气球飞行器掉头朝前上方反向飞行，如此反复；最终使得气球飞行器能够精确找到充电点。
2.根据权利要求1所述巡检飞行器自动返回充电装置，其特征在于：所述高频功率源（9）是由Mosfet管组成的全桥型高频功率源，该高频功率源驱动漆包线绕制的发射线圈（10）发射无线电能。
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