一种无人机自动无线充电方法及系统与流程

本发明属于无人机无线充电技术领域，具体地涉及一种无人机自动无线充电方法及系统。

背景技术：

无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务并能重复使用的飞行器。能够利用无线遥控设备和自身的控制装置进行控制的不载人飞行器，例如无人直升机、无人固定翼机、无人伞翼机等等。广泛应用于航拍、监测、侦查等领域。

但受到电池技术和充电技术的限制，无人机持续工作时间极短，使得其在应用上受到了大大的制约。无人机飞行一段时间后就必须返回进行电能补充，而现有的无人机电能补充大多数都是采用换电池或插线充电来实现的，这样操作较为麻烦，且无法实现无人机全自主控制。为此，出现了采用无线充电的无人机，解决了无人机充电需要人工参与的问题。

但在无线充电过程中，则要求无人机要精准定位降落到无线充电点，才能提高无线充电效果。而现有的全自主控制的无人机大多数都是采用GPS进行定位，如公开专利：CN205958757U，但GPS的定位精度不够高，误差可以达到几米，为了提高无人机定位精度，现在有的采用红外进行辅助定位，如公开专利：CN106371463A，也有的采用图标进行辅助定位，虽然在一定程度上提高了定位精度，但精度还是不够高，无法使无线充电发射模块与无线充电接收模块精确对位，从而降低无线充电效率，此外，现有的无人机为了提高定位精确度，算法复杂，计算量大。

技术实现要素：

本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种定位精度非常高，算法简单，计算量少，大大提高无线充电效率的无人机自动无线充电方法及系统。

为此，本发明公开了一种无人机自动无线充电方法，包括如下步骤：

S1，在定点处设置红外线发射装置并使红外线发射装置以一定发光角度竖直向上发射红外线，在定点处设置激光发射装置，并使激光发射装置竖直向上发射准直激光，所述准直激光在水平面的投影图案包含一中心点和一围合该中心点的围合线，所述中心点与定点位于同一竖直线；

S2，无人机根据定点的卫星定位坐标，通过卫星定位飞至定点上方的粗步定位区域；

S3，无人机在粗步定位区域的水平面内检测红外线的强度，并飞至红外线强度最大的区域；

S4，无人机在红外线强度最大的区域的水平面内检测围合线的激光，并根据检测到围合线的激光确定中心点的预判位置；

S5，无人机飞至中心点的预判位置，在预判位置检测中心点的激光；

S6，无人机检测到中心点的激光后垂直降落至定点；

S7，定点处的无线充电发射模块发射无线电能给无人机的无线充电接收模块，为无人机无线充电。

进一步的，所述卫星定位模块包括GPS定位模块或北斗卫星定位模块。

进一步的，红外线发射装置为红外发光二极管。

进一步的，所述步骤S3具体为：无人机采用摄像机或红外接收二极管在水平面内检测红外线的强度，并飞至红外线强度最大的区域。

进一步的，所述围合线为圆形，所述中心点位于圆心处。

更进一步的，所述步骤S4中，无人机在红外线强度最大的区域的水平面内检测围合线的激光，并根据检测到围合线的激光确定中心点的预判位置的具体方法为：无人机在红外线强度最大的区域的水平面内进行直线飞行检测激光，如果在一条直线上检测三个激光点，则中间的激光点为中心点，确定出中心点的预判位置；如果在一条直线上只检测一个或两个激光点，则这一个或两个激光点为围合线的激光，通过几何换算，可以确定出中心点的预判位置。

进一步的，所述围合线为正多边形，所述中心点位于正多边形的中心处。

本发明还公开了一种用于实现上述的无人机自动无线充电方法的无人机自动无线充电系统，包括设置在定点处的第一充电装置和设置在无人机的第二充电装置，所述第一充电装置包括主控制模块、无线充电发射模块、第一卫星定位模块、红外线发射装置和激光发射装置，所述无线充电发射模块、第一卫星定位模块、红外线发射装置和激光发射装置分别与主控制模块连接，所述第二充电装置包括无人机主控制模块、无线充电接收模块、第二卫星定位模块、红外线强度检测装置和激光检测装置，所述无线充电接收模块、第二卫星定位模块、红外线强度检测装置和激光检测装置分别与无人机主控制模块连接，所述第一卫星定位模块用于获取定点的卫星定位坐标，所述红外线发射装置以一定发光角度竖直向上发射红外线，所述激光发射装置竖直向上发射准直激光，所述准直激光在水平面的投影图案包含一中心点和一围合该中心点的围合线，所述中心点与定点位于同一竖直线，所述第二卫星定位模块用于提供无人机的卫星定位坐标，所述红外线强度检测装置用于检测水平面内的红外线的强度，所述激光检测装置用于检测激光，所述无线充电发射模块用于发射无线电能，所述无线充电接收模块用于接收无线充电发射模块发射的无线电能。

本发明的有益技术效果：

本发明结合GPS定位、红外线定位以及激光定位来实现定点定位，逐步缩小定位范围，定位精度非常高，算法简单，计算量少，定位速度快，从而大大提高了无线充电效率和无人机续航能力，对硬件性能要求低，实现简单，大大降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例的红外线发射示意图；

图3为本发明实施例的准直激光在水平面的投影图案示意图；

图4为本发明其它实施例的准直激光在水平面的投影图案示意图；

图5为本发明其它实施例的准直激光在水平面的投影图案示意图；

图6为本发明实施例的系统结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-3所述，一种无人机自动无线充电方法，包括如下步骤：

S1，在停机坪1的定点B上设置卫星定位模块获取定点B的卫星定位坐标，本具体实施例中，卫星定位模块为GPS定位模块，当然，在其它实施例中，也可以是北斗卫星定位模块，在一些实施例中，如果停机坪是固定的，也可以不用设置GPS定位模块，只要在设置停机坪时确定其GPS定位坐标就可以。

在定点B处设置红外线发射装置并使红外线发射装置以一定发光角度竖直向上发射红外线，具体如图2所示，红外线2的法向轴线3与定点B在同一竖直线上，这样，在定点B上方的水平面（与竖直线垂直的平面）内，正对着定点B的区域的红外线2强度最大。本具体实施例中，红外线发射装置为红外发光二极管。发光角度可以根据实际需要进行选择，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再详细说明。

在定点B处设置激光发射装置，并使激光发射装置竖直向上发射准直激光，所述准直激光在水平面的投影图案包含一中心点和一围合该中心点的围合线，所述中心点与定点B位于同一竖直线。本具体实施例中，所述准直激光在水平面的投影图案如图3所示，包含一个圆形的围合线4和位于圆形的圆心的中心点B´，中心点B´与定点B位于同一竖直线。当然，在其它实施例中，所述围合线可以为正多边形，所述中心点位于正多边形的中心处，正多边形可以是如图4和图5所示的正三角形和正方形，当然，也可以是正五边形，正六边形等等。

S2，无人机根据定点B的GPS定位坐标，通过GPS定位飞至定点B上方的粗步定位区域（即卫星定位区域），由于GPS定位精度较低，误差可以达到几米，所以粗步定位区域面积较大，还需进一步细定位。

S3，无人机在粗步定位区域的水平面内检测红外线3的强度，并飞至红外线强度最大的区域。

具体的，无人机采用摄像机或红外接收二极管在水平面内检测红外线的强度，并飞至红外线强度最大的区域，具体过程为：无人机在水平面内朝某一方向移动并检测红外线强度，如果检测到的红外线强度小于上个位置检测的红外线强度，则换个方向飞行，如果检测到的红外线强度大于上个位置检测的红外线强度，则继续朝原方向飞行，直至某个位置时，往任何方向飞行，下一位置检测到的红外线强度小于该位置检测的红外线强度，则该位置为红外线强度最大的区域。此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再详细说明。

但由于红外线具有一定的发散性以及红外线强度检测装置的精度极限性，红外线强度最大的区域不是正对着定点B的一个点，而是具有一定面积的区域，此时，还不能精确定位。但此区域比粗步定位区域面积小，进一步缩小了定位范围。

S4，无人机在红外线强度最大的区域的水平面内检测围合线的激光，并根据检测到围合线的激光确定中心点的预判位置。

具体的，采用激光检测装置检测围合线的激光，本具体实施例中，围合线的面积优选小于红外线强度最大的区域的面积。

具体方法为：无人机在红外线强度最大的区域的水平面内进行直线飞行检测激光，如果在一条直线上检测到三个激光点，如图3所示，无人机沿直线L1飞行，则会检测到三个点，分别为A、B´和C，则中间的激光点B´为中心点，就可以确定出中心点B´的预判位置；如果在一条直线上只检测两个激光点，如无人机沿直线L2从左往右飞行，先后检测到点D和点E，并已飞出距离点D的距离大于围合线4的直径，则说明点D和点E是围合线4上相对的两个点，然后返回沿直线L3从右往左飞行，检测到在围合线上的点G和点F，则由这四个点D、E、G、和F可以通过几何换算，得出中心点B´的预判位置；如果在一条直线上只检测一个激光点，如无人机沿直线L4从左往右飞行，检测到点H，并已飞出距离点H的距离大于围合线4的直径，则说明点H是围合线4与直线L4的切点，然后再检测围合线4其它的点，即可以通过几何换算，得出中心点B´的预判位置，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再详细说明。

采用先检测围合线4，再得出中心点B´的预判位置，可以快速找到中心点B´，提高定位速度。

对于围合线4为其它正多边形形状的，检测原理与圆形类似，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再详细说明。

S5，无人机飞至中心点的预判位置，在预判位置检测中心点的激光。由于预判位置的范围已经非常小，在预判位置检测中心点B´的激光则速度很快。

为了提高中心点B´的激光检测的准确度，可以使中心点B´的激光强度与围合线4的激光强度不同，当采用中心点B´的激光强度与围合线4的激光强度不同时，围合线4可以是任意形状，中心点B´也可以不在围合线4的中心点，然后，无人机采用在围合线4内逐行扫描飞行来检测中心点B´的激光，算法简单，但检测时间较长。

S6，无人机检测到中心点B´的激光后垂直降落至定点。

由于激光是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行，所以中心点B´的激光基本还是点激光，正对着定点B，此时，无人机垂直降落，即可精确降落到定点B，定位非常准确。

S7，设置在定点B处的无线充电发射模块发射无线电能给无人机的无线充电接收模块，为无人机无线充电，完成无人机自动无线充电。

本发明结合GPS定位、红外线定位以及激光定位来实现定点定位，逐步缩小定位范围，定位精度非常高，算法简单，计算量少，定位速度快，从而大大提高了无线充电效率和无人机续航能力，对硬件性能要求低，实现简单，大大降低了成本。

如图6所示，本发明还公开了一种用于实现上述的无人机自动无线充电方法的无人机自动无线充电系统，包括设置在定点处1的第一充电装置和设置在无人机2的第二充电装置，所述第一充电装置包括第一卫星定位模块11、红外线发射装置12、激光发射装置14、主控制模块13、无线充电发射模块16和第一通信模块15，所述第一卫星定位模块11、红外线发射装置12、激光发射装置14、无线充电发射模块16和第一通信模块15分别与主控制模块13连接，所述第二充电装置包括第二卫星定位模块21、红外线强度检测装置22、激光检测装置24、第二通信模块25、无线充电接收模块26和无人机主控制模块23，所述第二卫星定位模块21、红外线强度检测装置22、激光检测装置24、无线充电接收模块26和第二通信模块25分别与无人机主控制模块23连接，所述第一卫星定位模块11用于获取定点的卫星定位坐标，所述红外线发射装置12以一定发光角度竖直向上发射红外线，所述激光发射装置14竖直向上发射准直激光，所述准直激光在水平面的投影图案包含一中心点和一围合该中心点的围合线，所述中心点与定点位于同一竖直线，所述第二卫星定位模块21用于提供无人机的卫星定位坐标，所述红外线强度检测装置22用于检测水平面内的红外线的强度，所述激光检测装置24用于检测激光，所述第一通信模块15与第二通信模块25进行通信连接，所述无线充电发射模块16用于发射无线电能，所述无线充电接收模块26用于接收无线充电发射模块16发射的无线电能。无人机通过第一充电装置和第二充电装置采用上述的自动无线充电方法实现无人机自动无线充电。

本具体实施例中，无线充电发射模块16设置在无人机的支架内，当然，在其它实施例中，也可以是设置在机翼或无人机的其它地方。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。