一種無人機(jī)快速充電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及無人機(jī)充電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種無人機(jī)快速充電系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)，特別是四旋翼無人機(jī)技術(shù)現(xiàn)在越來越成熟，對無人 機(jī)的控制也越來越穩(wěn)定，相關(guān)的在軍事、救災(zāi)、民用上的應(yīng)用都有很大發(fā)展。例如，亞馬遜 和順豐快遞公司最近都在研發(fā)無人機(jī)送快遞的技術(shù)。然而，這項(xiàng)技術(shù)的一個重大的瓶頸在 于無人機(jī)的續(xù)航能力低，無人機(jī)基本都是依靠電池供電，所能攜帶電量有限，難以長時間工 作。此外，在隱患高峰期或遇到突發(fā)事件時，需要無人機(jī)定時或連續(xù)工作，需要有人監(jiān)管保 證其在工作過程中回收充電，這樣不但影響工作效率，而且在外工作時充電也不方便，影響 任務(wù)的有效執(zhí)行。
[0003]目前大部分無人機(jī)多是采用更換電池的方法來增強(qiáng)續(xù)航能力，高頻率的拆卸 容易損壞機(jī)架及其電子元件，而且更換電池對人的依賴性較大，無人機(jī)自動充電技術(shù)將 是新的發(fā)展趨勢。經(jīng)過檢索，現(xiàn)有技術(shù)中存在相關(guān)的技術(shù)方案公開，如中國專利號：ZL 201220461117. 6,授權(quán)公告日：2013年5月8日，該申請案公開了一種無人機(jī)及其自動充電 系統(tǒng)，包括：供電模塊，用于為所述無人機(jī)提供充電電源；無人機(jī)充電模塊，用于安裝在無 人機(jī)上接收所述供電模塊提供的電能；時間控制模塊，用于控制所述無人機(jī)定時起飛和定 時回航充電。該方案只是對充電系統(tǒng)的抽象描述，在具體實(shí)施過程中仍存在較多問題。
[0004] 又如中國專利【申請?zhí)枴?01510183600. 0,申請日：2015年4月19日，該申請案公開 了一種無人機(jī)充電粧及其充電方法，包括電動推桿，凸起和通信模塊，旋翼無人機(jī)的充電板 上固定有凸起，四個凸起為一組，構(gòu)成一個正方形，凸起布滿充電板，構(gòu)成多個正方形；可伸 縮的電動推桿安裝在充電板的四周，緩沖架底部的鋸齒形凸起嵌入充電板凸起形成的縫隙 中，旋翼無人機(jī)不能水平移動；在旋翼無人機(jī)平穩(wěn)飛行降落在充電板上后，無旋翼機(jī)向通信 模塊發(fā)送信號，充電模塊接收到信號后，向電動推桿發(fā)送指令，電動推桿伸出，固定旋翼無 人機(jī)的緩沖架底部。本方案中的無人機(jī)在降落時難以準(zhǔn)確定位，自主性差，而且充電效率 低，需要進(jìn)一步改進(jìn)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 1.實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題
[0006] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中無人機(jī)返航定位效率低、自主性差、充電 慢的不足，提供了一種無人機(jī)快速充電系統(tǒng)，本實(shí)用新型的無人機(jī)能夠準(zhǔn)確、快速地降落到 支撐模塊，并將充電過程分為三個階段，大大提高了充電效率，自主性高，便于使用。
[0007] 2.技術(shù)方案
[0008] 為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為：
[0009] 本實(shí)用新型的一種無人機(jī)快速充電系統(tǒng)，包括支撐模塊、定位模塊和充電模塊，所 述支撐模塊用于輔助無人機(jī)本體降落并支撐無人機(jī)本體；所述定位模塊用于無人機(jī)本體的 返航定位，使無人機(jī)本體降落至支撐模塊上；所述充電模塊用于控制對無人機(jī)本體的充電 過程。
[0010] 作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，還包括電量檢測模塊，所述電量檢測模塊設(shè)置 在無人機(jī)本體上，用于檢測蓄電池的電量狀況，充電模塊根據(jù)電量狀況、充電時的輸入電壓 和蓄電池的實(shí)時電壓控制充電過程。
[0011] 作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的支撐模塊包括底座、無人機(jī)支座和接觸 電極組，所述無人機(jī)支座垂直底座設(shè)置，且無人機(jī)支座的排列方式與無人機(jī)本體的旋翼支 架的設(shè)置方式相對應(yīng)；所述接觸電極組兩兩對稱排布在底座上，充電時，接觸電極組的電極 接頭與無人機(jī)本體的蓄電池接口電連接。
[0012] 作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述無人機(jī)支座為圓柱形，在無人機(jī)支座上開 設(shè)長度方向的V形槽，該V形槽的開口朝向底座中心，且開口角度為80~150°，無人機(jī)支 座的中心開設(shè)有與V形槽連通的圓孔，無人機(jī)支座上端為頂部凸起，該頂部凸起的兩側(cè)面 為傾斜面，在無人機(jī)本體降落后，頂部凸起與旋翼支架呈線接觸。
[0013] 作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述接觸電極組包括推桿、支撐腿和步進(jìn)電機(jī)， 所述步進(jìn)電機(jī)通過電機(jī)支座固定在底座上；所述推桿一端與步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動軸相連，推桿 另一端設(shè)置有電極接頭，在蓄電池接口上設(shè)置有對應(yīng)的彈簧電極片，并在彈簧電極片上連 接有壓力傳感器，充電時，電極接頭與彈簧電極片接觸。
[0014] 作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述推桿下側(cè)設(shè)置有限位槽，在限位槽兩端設(shè) 置有限位開關(guān)，該限位開關(guān)與步進(jìn)電機(jī)電連接；所述支撐腿一端與底座固定連接，支撐腿另 一端伸入限位槽內(nèi)，用于限制推桿伸退長度。
[0015] 作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述定位模塊包括定位單元、攝像單元、測距單 元和控制單元，所述定位單元為超聲波定位，在底座中心設(shè)置有超聲波傳感器，該定位單元 根據(jù)接收到的超聲波信號獲得無人機(jī)本體的位置及飛行姿態(tài)，以控制無人機(jī)本體的返航路 線；所述攝像單元用于采集底座上的圖像信息；所述測距單元用于獲得無人機(jī)本體的高度 信息；所述控制單元根據(jù)返航路線和飛行姿態(tài)控制無人機(jī)本體返航，根據(jù)圖像信息和高度 信息發(fā)出指令控制無人機(jī)本體降落。
[0016] 作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述底座上的圖像為回形圖像。
[0017] 作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述測距單元為紅外線測距，在無人機(jī)本體的 旋翼支架上設(shè)置有紅外線發(fā)射器，無人機(jī)支座的中心孔中設(shè)有紅外線感應(yīng)器。
[0018] 本實(shí)用新型的一種無人機(jī)快速充電系統(tǒng)的充電方法，其充電過稱為：
[0019] 步驟一、無人機(jī)快速充電系統(tǒng)中的定位單元發(fā)出超聲波定位信號獲得無人機(jī)本體 的位置信息和飛行姿態(tài)，經(jīng)過控制單元的調(diào)整控制無人機(jī)本體返航至底座上方；
[0020] 步驟二、攝像單元采集回形圖像信息，先對每個光斑像素求出其相對攝像機(jī)坐標(biāo) 原點(diǎn)的面矩，將每個像素的面矩累加起來，再求出光斑所有像素灰度級的積分，按照灰度重 心法求重心位置，計(jì)算公式為：
[0021]
[0022] 其中，x為回形圖像（101)中心位置的橫向坐標(biāo)；
[0023] y為回形圖像（101)中心位置的縱向坐標(biāo)；
[0024] f (i，j)為各個光斑像素相對攝像機(jī)坐標(biāo)原點(diǎn)的面矩；
[0025] i為橫向坐標(biāo)上的光斑像素?cái)?shù)，j為縱向方向上的光斑像素?cái)?shù)；則求得回形圖像相 對無人機(jī)本體的坐標(biāo)位置，控制單元根據(jù)位置信息調(diào)整無人機(jī)本體的位置；
[0026] 步驟三、步驟二完成后，無人機(jī)本體位于底座正上方，此時紅外線發(fā)射器啟動，控 制單元根據(jù)圖像信息和高度信息控制無人機(jī)本體降落至無人機(jī)支座上；
[0027] 步驟四、步驟三中無人機(jī)本體降落后觸發(fā)步進(jìn)電機(jī)啟動，推桿伸出使電極接頭與 彈簧電極片接觸，并由壓力傳感器檢測接觸壓力；
[0028] 步驟五、步驟四中接觸壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值后充電模塊開始為蓄電池充電，充電過程 分為預(yù)充電、分段恒流充電和脈沖充電三個階段；
[0029] 步驟六、電量檢測模塊檢測到電量充足時，充電模塊觸發(fā)步進(jìn)電機(jī)反向啟動，推桿 退回，支撐腿觸碰到限位開關(guān)后步進(jìn)電機(jī)停止，完成充電。
[0030] 3.有益效果
[0031] 采用本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
[0032] (1)本實(shí)用新型的一種無人機(jī)快速充電系統(tǒng)，其支撐模塊為無人機(jī)本體提供了降 落載體，該支撐模塊與定位模塊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了返航、定位、降落完全自動化操作，提高了定 位降落的準(zhǔn)確度和效率；
[0033] (2)本實(shí)用新型的一種無人機(jī)快速充電系統(tǒng)，無人機(jī)支座為圓柱形，并開設(shè)有V形 槽，V形槽開口角度可根據(jù)旋翼支架的大小設(shè)定，防止降落時與旋翼支架發(fā)生干涉；無人機(jī) 支座的中心開設(shè)有圓孔，在圓孔中設(shè)有紅外線感應(yīng)器，便于準(zhǔn)確接收紅外信號；無人機(jī)支 座上端為頂部凸起，該頂部凸起的兩側(cè)面為傾斜面，頂部凸起與旋翼支架呈線接觸，一方面 有助于無人機(jī)本體準(zhǔn)確定心，另一方面可保證無人機(jī)本體的穩(wěn)定性；