CN213534458U

CN213534458U - 一种基于无人船的无线充电装置

Info

Publication number: CN213534458U
Application number: CN202022395562.4U
Authority: CN
Inventors: 刘雨青; 楚慧勇; 杨喜清; 黄璐瑶; 张中林; 隋佳蓉; 鄢铭亮
Original assignee: Shanghai Ocean University
Current assignee: Shanghai Ocean University
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2030-10-26

Abstract

本实用新型公开了一种基于无人船的无线充电装置，其特征在于：无线充电装置包括发射单元和接收单元；其中，接收单元安装在无人船体上，当需要充电时，发射单元和接收单元在无人船体的上方磁性吸合进行无线充电。本实用新型可以很大的解决体积过大而不好拆卸和携带的问题，特别适合于出外考察船的大水域环境研究时的使用，即节省了成本也减小了体积。

Description

一种基于无人船的无线充电装置

技术领域：

本实用新型涉及一种无人船充电的技术领域，尤其涉及一种基于自主巡航式无人船的无线充电装置。

背景技术：

随着无人机技术的发展，各领域的无人智能机器不断扩展，小型无人船也逐渐大放异彩。

无人船目前主要是靠自身机舱内携带的电池驱动，由于内部容积有限同时考虑无人船的重量和可携带型，可携带的电池大小也会有限制，当无人船处于长期任务时需要补充能源，需要装置为其持续供电。

为了任务的可持续性和减少人工的干预，同时考虑到各种水域的适应性，需要其自主巡航定位找到无线充电装置进行充电。

现有的无人船自动充电装置是通过GPS和各种传感器的引导下让船导引到岸边基地进行有线充电(参考专利申请号：201922493352.6)，且为了更好的保证充电过程的稳定性，需要在无人船上安装引导机构：滑槽、滑道等且同时需要安装机械锁紧机构降低充电头未落入充电区域，故而对接过程的要求比较高，在岸边设置充电桩，需要有提升机构保证船与充电接头(如下图示意)的水平位置保持一致。

现有技术中的主要缺点是：

1.大都需要在岸边设置较大的充电平台，其机械结构比较复杂，且过于笨重，可拆卸的几率不高，不可转移。

2.有线充电时的元器件和接头在潮湿环境的暴露会导致元器件的腐蚀和老化而且有可能导致内部短路。

3.对充电接头的对接准度要求较高，不太容易实现。

4.未考虑一些比较大的水域，无人船的工作区域比较局限化，比较固定。

5.充电平台的成本较高。

6.对于无人船的大小重量和型号有要求，过大或过小会和充电基站不太匹配。

实用新型内容：

本实用新型为了解决岸边基地的占地体积比较大的问题，采取一种机械臂式悬置接头，当接收线圈调整至发射线圈上方合适的位置时，单片机会控制给电磁吸盘上电，实现发射线圈与接收线圈的吸合，以达到有效接头进行无线充电，同时因为是无线充电可以避免其内部元器件接触到水，已达到防止液体飞溅至接头处，相对于其他的充电桩，这种方案也可以很大的解决体积过大而不好拆卸和携带的问题，特别适合于出外考察船的大水域环境研究时的使用，即节省了成本也减小了体积。

本实用新型提供如下技术方案：一种基于无人船的无线充电装置，其特征在于：无线充电装置包括发射单元和接收单元；其中，接收单元安装在无人船体上，当需要充电时，发射单元和接收单元在无人船体的上方磁性吸合进行无线充电。

在一个实施例中，所述接收单元包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、第一旋转盘、第一连杆、第二连杆、第一电磁铁吸盘和无线接收线圈；其中，第一旋转盘安装在所述无人船体上，由第一舵机控制第一旋转盘转动，第一旋转盘的盘面上通过支架与第一连杆的第一端连接，第一连杆的第二端上连接第二舵机，第二连杆的第一端与第二舵机连接，第二连杆的第二端连接第三舵机，无线接收线圈与第三舵机连接，在无线接收线圈的底部安装第一电磁铁吸盘。

在一个实施例中，所述发射单元包括底座、配电系统、导轨、第二电磁铁吸盘和发射线圈；其中，底座上安装导轨，导轨竖向放置，第二电磁铁吸盘可沿导轨上下移动，在第二电磁铁吸盘的底部安装发射线圈，配电系统设在底座内。

在一个实施例中，所述接收单元设在无人船体上。

在一个实施例中，所述第二舵机和所述第三舵机分别与所述第一连杆和所述第二连杆之间铰接，其中所述第二舵机可控制所述第一连杆的角度，所述第三舵机可控制所述第二连杆的角度。

在一个实施例中，所述配电系统包括充电模块和稳压模块，在底座上焊接所述导轨。

在一个实施例中，所述底座设在岸边，当需要充电时，所述无人船体行驶到充电区域，所述第一电磁铁吸盘和所述第二电磁铁吸盘吸合开始充电，当充电完成，所述第一电磁铁吸盘和所述第二电磁铁吸盘分离，所述无人船体离开充电区域。

本实用新型与现有技术相比具有的主要优点或积极效果是：

附图说明：

图1为本实用新型一实施例中，一种基于无人船的无线充电装置中接收单元的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中，一种基于无人船的无线充电装置中发射单元的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中，一种基于无人船的无线充电装置在充电时的状态图；

图4为本实用新型一实施例中，一种基于无人船的无线充电装置在非充电时的状态图。

具体实施方式：

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。虽然本实用新型的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此实用新型的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作实用新型介绍的目的是为了覆盖基于本实用新型的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本实用新型的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本实用新型也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本实用新型的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

请参考图1并结合图2-图4，本实用新型公开了一种基于无人船的无线充电装置，其特征在于：无线充电装置包括发射单元1和接收单元2；其中，接收单元2安装在无人船体3上，当需要充电时，发射单元1和接收单元2 在无人船体3的上方磁性吸合进行无线充电。

进一步地，所述接收单元2包括第一舵机21、第二舵机22、第三舵机23、第一旋转盘24、第一连杆25、第二连杆26、第一电磁铁吸盘27和无线接收线圈28；其中，

第一旋转盘24安装在所述无人船体3上，由第一舵机21控制第一旋转盘24转动，第一旋转盘24的盘面上通过支架29与第一连杆25的第一端连接，第一连杆25的第二端上连接第二舵机22，第二连杆26的第一端与第二舵机22连接，第二连杆26的第二端连接第三舵机23，无线接收线圈28与第三舵机23连接，在无线接收线圈28的底部安装第一电磁铁吸盘27。

进一步地，所述发射单元1包括底座11、配电系统12、导轨13、第二电磁铁吸盘14和发射线圈15；其中，底座11上安装导轨13，导轨13竖向放置，第二电磁铁吸盘14可沿导轨13上下移动，在第二电磁铁吸盘14的底部安装发射线圈15，配电系统12设在底座11内。

进一步地，基于无人船的无线充电装置的接收单元2设在无人船体3上。

进一步地，所述第二舵机22和所述第三舵机23分别与所述第一连杆25 和所述第二连杆26之间铰接，其中所述第二舵机22可控制所述第一连杆25 的角度，所述第三舵机23可控制所述第二连杆26的角度。

进一步地，所述配电系统12包括充电模块和稳压模块，在底座11上焊接所述导轨13。

进一步地，所述底座11设在岸边，当需要充电时，所述无人船体3行驶到充电区域，所述第一电磁铁吸盘27和所述第二电磁铁吸盘14吸合开始充电，当充电完成，所述第一电磁铁吸盘27和所述第二电磁铁吸盘14分离，所述无人船离开充电区域。

可以理解的是：在一个实施例中，无人船的无线充带装置分为以下两部分：基于浮标的无线充电装置发射单元和基于投饵船的无线充电装置接收单元。无线充电接收单元的各个部件可以为第一舵机，可360度旋转的转盘，第二舵机，第三舵机，电磁铁吸盘和无线接收线圈。

其中转盘的中心下面可以连接着第一舵机，控制转盘的转向，然后通过一个铰链来连接杆，第二舵机和第三舵机也通过铰链与杆连接，通过第二和第三舵机来控制其角度大小，电磁铁吸盘负责与充电桩的连接。

无线充电发射单元的各个部件有配电系统，可调节发射线圈高度的导轨，电磁铁吸盘、发射线圈和底座。

其中底座负责有充电装置和稳压模块，负责提供给无线充电装置供电，导轨与底座直接焊接，配电系统可以包括充电装置和稳压模块。

无人船进行无线充电的配置可以是：基于投饵船的无线充电装置接收单元、基于浮标的无线充电装置发射单元、配电系统、可自由调节高度导轨、无线充电发射接收模块、第二和第三舵机灵活控制接收线圈高度、可360度旋转转盘、第一舵机、基于STM32F103核心板和树莓派4B+的控制系统。

一、基于无人船的无线充电装置接收端工作原理介绍：

无人船是基于STM32F103核心板以及树莓派4B+控制的，来实现自主巡航投饵船在工作中电量不足时自主返航实现无线充电。自主返航过程中利用激光雷达以及图像识别技术进行避障，GPS实现精准定位，确保无人船安全返航。无线充带接收端装置参考机械手臂原理，来实现接收线圈高度的灵活控制。

1、STM32F103通过pwm来实现舵机转动相应的角度。当无人船返航至相应无线充电的位置时，FreeRTOS实时操作系统会按照预先设定的任务调度不同的函数，先实现1号舵机顺时针转动180度，实现接收线圈从船尾转动至船头，如图4即为无人船非充电状态。然后单片机通过pwm控制第五部分的示例图3中的第二、第三舵机转动相应的角度，来调整接收线圈的高度与发射线圈相匹配。

2、当接收线圈调整至发射线圈上方合适的位置时，单片机会控制给电磁吸盘上电，实现发射线圈与接收线圈的吸合，这样做的目的就是可以有效的防止由于水流原因对无线充电产生影响。

3、无线充电发射线圈与接收线圈处于合适位置时即可完成无人船的无线充电，当充电完成后无人船控制系统会控制舵机转动，使无线接收装置恢复至非充电状态如第五部分的示例图4所示。无人船驶离充电区域，去完成其投饵工作。

二、基于浮标的无线充电装置发射单元：

发射单元相比接收端简单不少，由于浮标式无线充电发射单元是在岸边的，所以需要将该单元固定在岸边，可以有效防止水流的影响。如第五部分的示例图3中的配电系统采用了220v转24V(3A)的适配器给无线充电发射线圈供电,适配器直接插到家用电源拖线板上面即可实现发射线圈输出24V电压。图3中可以实现发射线圈高度的调节，可以提前调到合适的高度，更容易实现其无线充电功能。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims

1.一种基于无人船的无线充电装置，其特征在于：无线充电装置包括发射单元和接收单元；其中，接收单元安装在无人船体上，当需要充电时，发射单元和接收单元在无人船体的上方磁性吸合进行无线充电。

2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于：所述接收单元包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、第一旋转盘、第一连杆、第二连杆、第一电磁铁吸盘和无线接收线圈；其中，

第一旋转盘安装在所述无人船体上，由第一舵机控制第一旋转盘转动，第一旋转盘的盘面上通过支架与第一连杆的第一端连接，第一连杆的第二端上连接第二舵机，第二连杆的第一端与第二舵机连接，第二连杆的第二端连接第三舵机，无线接收线圈与第三舵机连接，在无线接收线圈的底部安装第一电磁铁吸盘。

3.根据权利要求2所述的无线充电装置，其特征在于：所述发射单元包括底座、配电系统、导轨、第二电磁铁吸盘和发射线圈；其中，底座上安装导轨，导轨竖向放置，第二电磁铁吸盘可沿导轨上下移动，在第二电磁铁吸盘的底部安装发射线圈，配电系统设在底座内。

4.根据权利要求3所述的无线充电装置，其特征在于：所述接收单元设在所述无人船体上。

5.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于：所述第二舵机和所述第三舵机分别与所述第一连杆和所述第二连杆之间铰接，其中所述第二舵机可控制所述第一连杆的角度，所述第三舵机可控制所述第二连杆的角度。

6.根据权利要求3所述的无线充电装置，其特征在于：所述配电系统包括充电模块和稳压模块，在所述底座上焊接所述导轨。

7.根据权利要求6所述的无线充电装置，其特征在于：所述底座设在岸边，当需要充电时，所述无人船体行驶到充电区域，所述第一电磁铁吸盘和所述第二电磁铁吸盘吸合开始充电，当充电完成，所述第一电磁铁吸盘和所述第二电磁铁吸盘分离，所述无人船体离开充电区域。