一种多旋翼无人机的自动充电装置及方法与流程

本发明涉及无人机充电技术领域，具体涉及一种多旋翼无人机的自动充电装置及方法。

背景技术：

近年来，得益于微电子与计算机技术的快速发展，多旋翼无人机技术有了长足的进步，并且被广泛应用于军事、工农业、民用等多个领域，在侦查勘探、防灾救援、农业植保、空中拍摄等多个应用领域发挥着重要作用。

目前现有的多旋翼无人机普遍采用锂电池供电，存在着续航能力短的问题，该问题制约着多旋翼无人机的航行范围与多旋翼无人机的发展。

因此，如何提高多旋翼无人机的续航能力是本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种多旋翼无人机的自动充电装置及方法，该装置及方法智能化程度高且其中的装置的结构可靠，实现了对多旋翼无人机的快速且高效的自动充电，对无人机进行充电的过程可靠性高且适用范围广泛，进而有效提高了多旋翼无人机的续航能力，保证了多旋翼无人机的运行及工作效率。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种多旋翼无人机的自动充电装置，所述装置包括：放置在充电区域内的用于运送多旋翼无人机的运载小车、水平设置在充电区域中心处的无人机起降板、设置在充电区域内的边缘处且用于为所述运载小车运达的多旋翼无人机进行充电的充电组件，以及，分别与所述运载小车、无人机起降板和充电组件通信连接的控制组件；

所述无人机起降板上设有推杆组件，且所述推杆组件用于将停在所述无人机起降板上的多旋翼无人机推动至所述运载小车上，和/或，将所述多旋翼无人机从所述运载小车上拉拖至所述无人机起降板上。

进一步的，所述运载小车包括：车辆本体、水平设置在所述车辆本体顶端的且用于承载所述多旋翼无人机的升降平台，以及，设置在所述车辆本体内部且与所述升降平台连接的电机；

所述升降平台的初始高度低于或等于所述无人机起降板的高度。

进一步的，所述无人机起降板还包括：设置在所述无人机起降板底部的电机，设置在所述无人机起降板的顶面的中心处的降落标识，以及设置在所述无人机起降板顶面一侧的倾斜挡板；

所述电机与所述控制组件通信连接，且所述电机与所述推杆组件连接。

进一步的，所述推杆组件包括：平行设置在所述无人机起降板上的两侧的两个导轨、水平设置在两个导轨之间且与两个导轨垂直的推杆；

所述推杆与所述电机连接，且所述推杆的两端的底部设有与所述导轨配合的滑动件，使得所述推杆沿所述导轨的长度方向移动。

进一步的，所述推杆上设有至少一个挂钩，且所述挂钩与所述电机连接；

所述挂钩的固定端的中心处用竖直轴与所述推杆连接，使得所述挂钩的勾取端绕所述竖直轴旋转。

进一步的，所述充电组件包括：设置在靠近所述充电区域内的边缘处的充电单元，以及，设置在所述充电单元与所述无人机起降板之间且靠近所述充电单元的位置处的定位架。

进一步的，所述充电单元包括固定设置的电机，以及，与所述电机连接且与所述多旋翼无人机的充电口结构对应的伸缩充电插头。

进一步的，所述定位架包括：两个竖直放置的固定架，以及，设置在每个固定架的顶部两端且用于定位所述多旋翼无人机的机架末端的导引块。

进一步的，所述控制组件包括：分别设置在所述运载小车、无人机起降板和充电组件上的传感器、与所述传感器通信连接的处理器；

其中，设置在所述运载小车上的传感器为循迹单元；

各所述传感器分别与其所在部件上的所述电机通信连接。

另一方面，本发明还提供了一种应用所述的自动充电装置的多旋翼无人机的自动充电方法，所述方法包括：

在多旋翼无人机降落在所述无人机起降板上后，该无人机起降板向所述控制组件发送降落信息，该控制组件根据接收的所述降落信息控制所述推杆组件将所述多旋翼无人机推动至停靠在所述无人机起降面板侧的所述运载小车上；

所述运载小车根据接收的所述控制组件发送的运送指令，以循迹方式行驶并自动判断所述充电组件；并以计数的方式确定当前的充电组件是否被占用；

在运载小车靠近空闲的充电组件后，所述运载小车将所述多旋翼无人机固定于所述充电组件内，并向所述控制组件发送的就位信息，然后返回至所述无人机起降面板侧待命；

所述控制组件根据接收的所述就位信息想所述充电组件发送充电指令，所述充电组件根据该充电指令对所述多旋翼无人机进行充电；

在所述充电组件检测到所述多旋翼无人机的电池达到截止电压时停止充电，并向运载小车发送位置信息，所述运载小车以循迹方式到达该充电组件处，并将多旋翼无人机自所述充电组件处卸下后，运回所述无人机起降板侧；

以及，所述无人机起降板上的推杆组件将所述多旋翼无人机自所述运载小车上拉拖至所述无人机起降面板上，完成对所述多旋翼无人机的充电过程。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种多旋翼无人机的自动充电装置及方法，其中的装置包括充电区域内的用于运送多旋翼无人机的运载小车、水平设置在充电区域中心处的无人机起降板、设置在充电区域内的边缘处且用于为多旋翼无人机进行充电的充电组件，以及，分别与运载小车、无人机起降板和充电组件通信连接的控制组件；无人机起降板上设有推杆组件，且推杆组件用于将停在无人机起降板上的多旋翼无人机推动至运载小车上及将多旋翼无人机从运载小车上拉拖至无人机起降板上。本发明的装置及方法智能化程度高且其中的装置的结构可靠，实现了对多旋翼无人机的快速且高效的自动充电，进而有效提高了多旋翼无人机的续航能力，保证了多旋翼无人机的运行及工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种多旋翼无人机的自动充电装置的结构示意图。

图2是本发明的自动充电装置中运载小车1的结构示意图。

图3是本发明的自动充电装置中无人机起降板2的结构示意图。

图4是本发明的自动充电装置中充电组件3的结构示意图。

图5是本发明的自动充电装置中控制组件18的结构示意图。

图6是本发明的应用实例中的伸缩充电插头22与多旋翼无人机上的充电口的结构示意图。

图7是本发明的一种多旋翼无人机的自动充电方法的流程示意图。

其中，1-运载小车；2-无人机起降板；3-充电组件；4-升降平台；5-限制槽；6-辅助轮；7-电机；8-导轮；9-竖杆；10-循迹单元；11-万向轮；12-车轮；13-车辆本体；14-挂钩；15-推杆；16-导轨；17-倾斜挡板；18-控制组件；19-定位架；20-推杆组件；21-导引块；22-伸缩充电插头；23-充电单元；24-固定架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例一公开了一种多旋翼无人机的自动充电装置的具体实施方式，参见图1，该自动充电装置具体包括如下内容：

放置在充电区域内的用于运送多旋翼无人机的运载小车1、水平设置在充电区域中心处的无人机起降板2、设置在充电区域内的边缘处且用于为所述运载小车1运达的多旋翼无人机进行充电的充电组件3，以及，分别与所述运载小车1、无人机起降板2和充电组件3通信连接的未在图1显示的控制组件18；所述无人机起降板2上设有推杆组件20，且所述推杆组件20用于将停在所述无人机起降板2上的多旋翼无人机推动至所述运载小车1上，和/或，将所述多旋翼无人机从所述运载小车1上拉拖至所述无人机起降板2上。

在上述描述中，充电组件3的数量根据实际应用情况设置，可设置的区间在1至100之间，运载小车1的数量也可以根据实际应用情况设置为1至10个之间，无人机起降板2上设有推杆组件20；推杆组件20相对于所述无人机起降板2进行水平运动，推杆组件20可以勾住多旋翼无人机脚架，使其能够拉动多旋翼无人机向无人机起降板2内部运动；所述运载小车1停靠在无人机起降板2外侧，用于将推杆组件20推来的多旋翼无人机运载到所述充电组件3处；所述充电组件3用于固定待充电的多旋翼无人机并为多旋翼无人机进行自动充电；所述控制组件18负责检测所述无人机起降板2上是否有多旋翼无人机、所述运载小车1是否停靠到了指定位置以及对于整个装置进行检测，同时负责各器件之间的数据通信。

从上述描述可知，本发明的实施例中的装置智能化程度高且结构可靠，实现了对多旋翼无人机的快速且高效的自动充电，对无人机进行充电的过程可靠性高且适用范围广泛。

本发明的实施例二公开了上述自动充电装置中运载小车1的具体实施方式，参见图2，该运载小车1具体包括如下内容：

车辆本体13、水平设置在所述车辆本体13顶端的且用于承载所述多旋翼无人机的升降平台4，以及，设置在所述车辆本体13内部且与所述升降平台4连接的电机7；所述升降平台4的初始高度低于或等于所述无人机起降板2的高度。

在上述描述中，车辆本体13由包括导轮8、竖杆9、万向轮11和车轮12组成，且传感器之一的所述循迹单元10安装在运载小车1上，该循迹单元10采用ccd循迹模块。

从上述描述可知，本发明的实施例能够快速且准确的使得停在无人机起降板2上的多旋翼无人机运送至充电组件处，保证了多旋翼无人机的充电效率。

本发明的实施例三公开了上述自动充电装置中无人机起降板2的具体实施方式，参见图3，该无人机起降板2具体包括如下内容：

设置在所述无人机起降板2底部的电机7，设置在所述无人机起降板2的顶面的中心处的降落标识，以及设置在所述无人机起降板2顶面一侧的倾斜挡板17；所述电机7与所述控制组件18通信连接，且所述电机7与所述推杆组件20连接；平行设置在所述无人机起降板2上的两侧的两个导轨16、水平设置在两个导轨16之间且与两个导轨16垂直的推杆15；所述推杆15与所述电机7连接，且所述推杆15的两端的底部设有与所述导轨16配合的滑动件，使得所述推杆15沿所述导轨16的长度方向移动；所述推杆15上设有至少一个挂钩14，且所述挂钩14与所述电机7连接；所述挂钩14的固定端的中心处用竖直轴与所述推杆15连接，使得所述挂钩14的勾取端绕所述竖直轴旋转。

在上述描述中，所述推杆组件20包括推杆15、挂钩14、电机7，倾斜挡板17，其中的电机7可以设置为两个，一个与挂钩14连接，直接驱动所述挂钩14相对所述推杆15转动；另一个与推杆15连接，推动所述推杆15相对所述面板主体做平移运动，所述挂钩14与所述推杆15转动设置。其中，电机7驱动推杆15相对于无人机起降板2进行水平运动，挂钩14由电机7驱动做旋转运动并可以勾住多旋翼无人机脚架，使推杆15能拉动多旋翼无人机向无人机起降板2内部运动；运载小车1停靠在无人机起降板2外侧，用于将推杆15推来的多旋翼无人机停放到充电组件3处。

从上述描述可知，本发明的实施例保证了多旋翼无人机准确的停靠和移动，为实现对多旋翼无人机的快速且高效的自动充电提供了有效的结构基础。

本发明的实施例四公开了上述自动充电装置中充电组件3的具体实施方式，参见图4，该充电组件3具体包括如下内容：

设置在靠近所述充电区域内的边缘处的充电单元23，以及，设置在所述充电单元23与所述无人机起降板2之间且靠近所述充电单元23的位置处的定位架19；所述充电单元23包括固定设置的电机7，以及，与所述电机7连接且与所述多旋翼无人机的充电口结构对应的伸缩充电插头22；所述定位架19包括：两个竖直放置的固定架24，以及，设置在每个固定架24的顶部两端且用于定位所述多旋翼无人机的机架末端的导引块21。

在上述描述中，充电组件3包括定位架19与伸缩充电插头22，定位架19用于固定多旋翼无人机充电时的位置，伸缩充电插头22由电机7驱动做水平运动并插入多旋翼无人机上的充电接口内部为多旋翼无人机进行自动充电。

从上述描述可知，本发明的实施例实现了对多旋翼无人机的快速且高效的自动充电，对无人机进行充电的过程可靠性高且适用范围广泛，进而有效提高了多旋翼无人机的续航能力，保证了多旋翼无人机的运行及工作效率。

本发明的实施例五公开了上述自动充电装置中控制组件18的具体实施方式，参见图5，该控制组件18具体包括如下内容：

分别设置在所述运载小车1、无人机起降板2和充电组件3上的传感器、与所述传感器通信连接的处理器；其中，设置在所述运载小车上的传感器为循迹单元；各所述传感器分别与其所在部件上的所述电机7通信连接。

在上述描述中，控制组件18包括处理器及传感器，负责检测无人机起降板2上是否有多旋翼无人机、运载小车1是否停靠到了指定位置以及对于整个设备进行监测。

从上述描述可知，本发明的实施例保证了对多旋翼无人机的自动充电过程的智能化和充电效率。

为进一步的说明本方案，本发明还提供了一种多旋翼无人机的自动充电装置的应用实例，参见图1至5该自动充电装置具体包括如下内容：

无人机起降板2、推杆组件20、运载小车1、充电组件3、控制组件18以及通信组件。推杆组件20包括带有挂钩14的推杆15以及电机7，推杆15安装在无人机起降板2上，电机7驱动推杆15相对于无人机起降板2进行水平运动，挂钩14由电机7驱动做旋转运动并可以勾住多旋翼无人机脚架，使推杆15能拉动多旋翼无人机向无人机起降板2内部运动；运载小车1停靠在无人机起降板2外侧，用于将推杆15推来的多旋翼无人机停放到充电组件3处；充电组件3包括定位架19与伸缩充电插头22，定位架19用于固定多旋翼无人机充电时的位置，伸缩充电插头22由电机7驱动做水平运动并插入多旋翼无人机上的充电接口内部为多旋翼无人机进行自主充电；控制组件18包括处理器及传感器，负责检测无人机起降板2上是否有多旋翼无人机、运载小车1是否停靠到了指定位置以及对于整个设备进行监测。所述无人机起降板2包括面板主体，所述面板主体上喷涂有供多旋翼无人机自主降落的降落标识，推杆组件20固定在所述面板主体上。所述推杆组件20包括推杆15、挂钩14、电机7、电机7，挂钩14与推杆15转动设置，电机7直接推动推杆15相对面板主体做平移运动，电机7直接驱动挂钩14相对推杆15转动。所述运载小车1包括车辆本体13、升降平台4以及电机7，升降平台4固定在运载小车1上，电机7驱动升降平台4做升降运动。所述充电组件3包括定位架19、伸缩充电插头22与电机7，电机7直接驱动伸缩充电插头22相对定位架19平动。其中的伸缩充电插头22与多旋翼无人机上的充电口的结构如图6所示，所述定位架19包括固定架24与导引块21，导引块21安装在固定架24上。所述控制组件18包括处理器、循迹单元10，处理器安装在面板主体内部，循迹单元10安装在运载小车1上；所述无线通信组件包括无线通信天线，无线通信天线安装在无人机起降板2内部，与处理器相连。

从上述描述可知，本发明的应用实例实现了对多旋翼无人机的快速且高效的自动充电，有效提高了多旋翼无人机的续航能力，节省了金钱及人力成本。

本发明的实施例六公开了应用上述自动充电装置进行多旋翼无人机的自动充电方法的具体实施方式，参见图7，该自动充电方法具体包括如下步骤：

步骤100：在多旋翼无人机降落在所述无人机起降板上后，该无人机起降板向所述控制组件发送降落信息，该控制组件根据接收的所述降落信息控制所述推杆组件将所述多旋翼无人机推动至停靠在所述无人机起降面板侧的所述运载小车上。

步骤200：所述运载小车根据接收的所述控制组件发送的运送指令，以循迹方式行驶并自动判断所述充电组件；并以计数的方式确定当前的充电组件是否被占用。

步骤300：在运载小车靠近空闲的充电组件后，所述运载小车将所述多旋翼无人机固定于所述充电组件内，并向所述控制组件发送的就位信息，然后返回至所述无人机起降面板侧待命。

步骤400：所述控制组件根据接收的所述就位信息想所述充电组件发送充电指令，所述充电组件根据该充电指令对所述多旋翼无人机进行充电。

步骤500：在所述充电组件检测到所述多旋翼无人机的电池达到截止电压时停止充电，并向运载小车发送位置信息，所述运载小车以循迹方式到达该充电组件处，并将多旋翼无人机自所述充电组件处卸下后，运回所述无人机起降板侧。

步骤600：所述无人机起降板上的推杆组件将所述多旋翼无人机自所述运载小车上拉拖至所述无人机起降面板上，完成对所述多旋翼无人机的充电过程。

从上述描述可知，本发明的方法实现了对多旋翼无人机的快速且高效的自动充电，对无人机进行充电的过程可靠性高且适用范围广泛，进而有效提高了多旋翼无人机的续航能力，保证了多旋翼无人机的运行及工作效率。

为进一步的说明本方案，本发明还提供了一种多旋翼无人机的自动充电方法的应用实例，该自动充电方法具体包括如下内容：

待降落充电的多旋翼无人机根据喷涂在无人机起降板2上的供多旋翼无人机自主降落的降落标识降落到充电装置的无人机起降板2上。多旋翼无人机降落后，通过无线通信组件向处理器发送降落消息。处理器接收消息后，控制电机7驱动推杆15相对于无人机起降板2进行水平运动，将多旋翼无人机推到停靠在无人机起降板2外侧的运载小车1上。其中，安装在无人机起降板2上的倾斜挡板17可以在多旋翼无人机水平运动的过程中调整多旋翼无人机的姿态，确保多旋翼无人机被准确推到运载小车1的升降平台4上。

当推杆15完全将多旋翼无人机推至运载小车1的升降平台4后，处理器通过无线通信组件告知运载小车1开始工作。运载小车1通过搭载的循迹模块以ccd循迹方式行驶并自动判断目标定位架19，通过计数的方式确定定位架19是否已经放置多旋翼无人机。当接近目标定位架19之后，电机7驱动升降平台4升高，将多旋翼无人机托起，再继续循迹进入定位架19。通过循迹模块寻找寻迹线终点并停止，当运载小车1移动到规定位置后，其停止移动，同时电机7驱动升降平台4降低。升降平台4降低后，旋翼多旋翼无人机的机架末端卡入定位架19的定位孔中。升降平台4降到最低后，运载小车1通过无线通信模块向处理器发送多旋翼无人机到达定位架19的消息，处理器接收到消息后，向指定的定位架19发送指令，电机7驱动伸缩充电插头22开始下降，插入多旋翼无人机的充电插口中，同时平衡充开始工作，为多旋翼无人机进行充电。

运载小车1开始掉头，沿原路循迹返回，并停靠在无人机起降板2边缘，等待下一个多旋翼无人机降落或者现有多旋翼无人机充电结束的信号。

多旋翼无人机充满电之后，定位架19的充电组件3检测到电池达到截止电压，停止充电，电机7驱动伸缩充电插头22升起。同时通过无线通信模块向运载小车1发送对应的定位架19编号，运载小车1通过ccd循迹到达指定定位架19处，并停靠在多旋翼无人机正下方。电机7驱动运载小车1上的升降平台4升起，将多旋翼无人机从定位架19托起。随后运载小车1从定位架19推出，掉头，沿循迹线回到无人机起降板2旁。

运载小车1停靠在无人机起降板2旁后，电机7驱动运载小车1上的升降平台4升至最高并与无人机起降板2平齐，同时运载小车1通过无线通信模块发送信号给无人机起降板2，电机7驱动推杆15运动到运载小车1旁。电机7驱动推杆15上的挂钩14钩住多旋翼无人机两条脚架。随后电机7驱动推杆15反向运动，将多旋翼无人机拉至无人机起降板2中央，同时推杆15暂停运动。电机7驱动挂钩14退回，使多旋翼无人机停留在无人机起降板2中央。推杆15继续运动直至初始位置，多旋翼无人机在没有障碍物干扰的多旋翼无人机起降平台中央起飞。

从上述描述可知，本发明的应用实例实现了对多旋翼无人机的快速且高效的自动充电，有效提高了多旋翼无人机的续航能力，节省了金钱及人力成本。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。