一种无人机充电方法、装置、无人机及系统与流程

1.本技术涉及电子通信技术领域，具体涉及一种无人机充电方法、装置、无人机及系统。


背景技术：

2.目前，小型无人机常常多架同时应用于工业应用，如森林防火监测、道路交通监测等，在这些场景中往往需要无人机具备长久的滞空时间。但是，基于电池的小型无人机的滞空时间一般在十分钟至三十分钟之间，在电池电量不足时需要回到飞手所在位置进行充电或更换电池，而飞手往往是固定不动的，换言之，无人机实际有效滞空时间不到设计时间的一半，其余时间耗费在充电的往返途中。再考虑到多架无人机同时工作可能涉及的相互协调等工作，任意一台无人机的离场将大大影响整体的工作效率。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，提出了本技术。本技术的实施例提供了一种无人机充电方法、装置、无人机及系统，可以解决无人机充电需要往返耗时过长的问题。
4.根据本技术的一个方面，提供了一种无人机充电方法，包括：寻找与无人机匹配的充电端；其中，所述充电端用于为所述无人机提供电能；获取所述充电端的位置信号；以及根据所述位置信息控制所述无人机飞行至指定充电位置，以与所述充电端无线连接并充电。
5.在一实施例中，所述根据所述位置信息控制所述无人机飞行至指定充电位置之后，所述无人机充电方法还包括：在所述指定充电位置与所述充电端执行连接动作；当所述连接动作的失败次数大于预设次数时，接收所述充电端发送的故障信号，并寻找除发出所述故障信号之外的充电端。
6.在一实施例中，所述当所述连接动作的失败次数大于预设次数时，接收所述充电端发送的故障信号，并寻找除发出所述故障信号之外的充电端包括：当所述连接动作的失败次数大于所述预设次数时，检测剩余电量；当所述剩余电量高于预设电量时，寻找除发出所述故障信号之外的充电端。
7.在一实施例中，所述当所述连接动作的失败次数大于预设次数时，接收所述充电端发送的故障信号，并寻找除发出所述故障信号之外的充电端包括：当所述连接动作的失败次数大于所述预设次数时，检测剩余电量；当所述剩余电量低于预设电量时，将所述无人机停靠在发出所述故障信号的充电端处。
8.在一实施例中，所述当所述剩余电量低于预设电量时，将所述无人机停靠在发出所述故障信号的充电端包括：当所述剩余电量低于所述预设电量时，发送所述无人机的实时位置信息以及低电量信息，并将所述无人机停靠在发出所述故障信号的充电端处。
9.在一实施例中，所述寻找与无人机匹配的充电端包括：根据所述充电信号，接收预设范围内多个所述充电端的状态信号；其中，所述状态信号包括工作状态信号、空闲状态信
号和故障状态信号；寻找所述预设范围内发出所述空闲信号的所述充电端并匹配；其中，匹配时根据所述充电端的距离设置优先级。
10.在一实施例中，所述无人机充电方法还包括：根据停止充电信号飞离所述指定充电位置；其中，所述停止充电信号由所述充电端发出。
11.根据本技术的另一个方面，提供了一种无人机充电装置，包括：匹配模块，用于寻找与无人机匹配的充电端；其中，所述充电端用于为所述无人机提供电能；接收模块，用于获取所述充电端的位置信号；以及调整模块，用于根据所述位置信息控制所述无人机飞行至指定充电位置，以与所述充电端无线连接并充电。
12.根据本技术的另一个方面，提供了一种无人机，包括：无人机本体；充电线，所述充电线与所述无人机本体连接，所述充电线用于为无人机提供电能；升降电机，所述升降电机与所述充电线连接，所述升降电机用于为所述充电线升降提供驱动力；接收端，所述接收端与所述充电线连接，所述接收端位于所述充电线远离所述无人机本体的一端，所述接收端包括线圈、外壳和设在所述外壳上的磁铁，所述线圈用于与充电端的线圈连接以为所述无人机本体提供电能，所述外壳用于保护所述线圈，所述磁铁用于与所述充电端的磁铁配合以固定所述接收端的线圈和所述充电端的线圈；控制器，所述控制器安装在所述无人机本体内，所述控制器与所述升降电机连接，所述控制器用于执行上述任一项实施例所述的无人机充电方法。
13.根据本技术的另一个方面，提供了一种无人机充电系统，包括：接收机构，所述接收机构安装在无人机上，所述接收机构用于接收电能以为所述无人机提供电能；充电机构，所述充电机构安装在地面上任一位置，所述充电机构与所述接收机构配合，所述充电机构将所述电能传送到所述接收机构处，以为所述无人机提供电能；以及控制器，所述控制器与所述接收机构连接，所述控制器用于执行上述任一项实施例所述的无人机充电方法。
14.本技术提供的无人机充电方法、装置、无人机及系统，可以实现无人机不用降落，在滞空状态下进行无线充电。无人机通过寻找固定的充电端，并且调整位置与充电端进行无线连接，从充电端处接收电能进行充电。与此同时，待充电无人机还可以悬浮在半空中继续进行监测等相关工作，减小对原本的工作计划影响。因此，本技术提供的无人机充电方法，可以使无人机不用回到飞手或出发地点，减少充电往返途中消耗的时间，达到长时间滞空，提高充电效率的同时保证执行工作的稳定性。
附图说明
15.通过结合附图对本技术实施例进行更详细的描述，本技术的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
16.图1是本技术一示例性实施例提供的无人机的正视结构示意图。
17.图2是本技术一示例性实施例提供的无人机的接收端的俯视结构示意图。
18.图3是本技术一示例性实施例提供的无人机充电方法的流程示意图。
19.图4是本技术另一示例性实施例提供的无人机充电方法的流程示意图。
20.图5是本技术一示例性实施例提供的无人机充电方法的原理示意图。
21.图6是本技术一示例性实施例提供的无人机充电装置的结构示意图。
22.图7是本技术另一示例性实施例提供的无人机充电装置的结构示意图。
23.图8是本技术一示例性实施例提供的电子设备的结构图。
24.附图标记说明：1、无人机旋翼；2、无人机本体；3、起落架；4、升降电机；5、充电线；6、接收端；7、外壳；8、磁铁；9、线圈；10、电子设备；11、处理器；12、存储器；13、输入装置；14、输出装置。
具体实施方式
25.下面，将参考附图详细地描述根据本技术的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是本技术的全部实施例，应理解，本技术不受这里描述的示例实施例的限制。
26.示例性设备
27.本技术可以应用于一种无人机，图1是本技术一示例性实施例提供的无人机的正式结构示意图，图2是本技术一示例性实施例提供的无人机的接收端6的俯视结构示意图，如图1和图2所示，该无人机包括：无人机本体2；无人机本体2上设有无人机旋翼1和起落架3；充电线5，充电线5与无人机本体2连接，充电线5用于为无人机提供电能；升降电机4，升降电机4与充电线5连接，升降电机4用于为充电线5升降提供驱动力；接收端6，接收端6与充电线5连接，接收端6位于充电线5远离无人机本体2的一端，接收端6包括线圈9、外壳7和设在外壳7上的磁铁8，线圈9用于与充电端的线圈9连接以为无人机本体2提供电能，外壳7用于保护线圈9，磁铁8用于与充电端的磁铁8配合以固定接收端6的线圈9和充电端的线圈9；控制器，控制器安装在无人机本体2内，控制器与升降电机4连接，控制器用于执行本技术提供的无人机充电方法。
28.充电端位于无人机本体2机腹下方的充电线5末端，该充电线5由升降电机4来控制升降。接收端6设置磁铁8，可以避免无人机在滞空过程中，因风力或自身对位不准等原因，使得接收端6无法确保能完全对齐充电端(二者中心点重合)的情况。因此，在外壳7内侧不同位置分别安装至少两块磁铁8，使充电端和接收端6之间具备吸附力，该吸附力足以实现当充电端和接收端6在距离足够近，如1厘米以内时，无需严格中心点对准，就可以相互吸附，且使双方中心点对准的目的。并且，充电端和接收端6之间的吸附力小于升降电机4赋予充电线5的升力，因此，当升降电机4控制充电线5起升时，吸附在充电端的接收端6可以被拉起，从而起到停止充电的效果。图2中的磁铁8的大小和位置仅做示意，其数量和大小、放置的位置可以根据具体情况具体设置。
29.示例性系统
30.本技术可以应用于一种无人机充电系统，该无人机充电系统包括：接收机构，接收机构安装在无人机上，接收机构用于接收电能以为无人机提供电能；充电机构，充电机构安装在地面上任一位置，充电机构与接收机构配合，充电机构将电能传送到接收机构处，以为无人机提供电能；以及控制器，控制器与接收机构连接，控制器用于执行本技术提供的无人机充电方法。
31.无人机上安装接收机构，用于与充电机构配合给无人机供电。其中，充电机构作为无线输出单元，可以固定在地面上任一位置，例如路灯顶部或楼宇顶端上。带有接收机构的
无人机电量不足时，发出寻找充电机构的指令，在预设范围内搜寻合适的充电机构，如果搜索到合适的充电机构，则调整位置与充电机构配合，进行无线充电。
32.示例性方法
33.图3是本技术一示例性实施例提供的无人机充电方法的流程示意图，如图3所示，该一种无人机充电方法包括：
34.步骤100：寻找与无人机匹配的充电端。
35.其中，充电端用于为无人机提供电能。
36.当无人机的电量降到需要充电的电量时，无人机发出充电指令。无人机通过无线广播，寻找合适的充电端。该广播可以通过各类无线信号，如3g、4g、5g等蜂窝网络，也可以通过wi-fi、zigbee、蓝牙、nb-iot和lora等无线通信方法。充电端作为无线输出单元，可以固定在地面上任一位置，例如路灯顶部或楼宇顶端上。
37.无人机首先在预设范围内进行搜索，如果在预设时间(例如10秒)内没有搜索到合适的充电端，则无人机会提高发射功率，扩大搜索范围，继续搜索是否有合适的充电端。
38.步骤200：获取充电端的位置信号。
39.待充电的无人机，在找到(即双方握手识别)充电端后，充电端会发送自身的位置信号，位置信号可以包括经纬度和海拔，海报包括该充电端的充电线圈平台的高度。待充电的无人机在预设范围内寻找到多个充电端时，选取其中位置最近的充电端获取对应的位置信息。
40.步骤300：根据位置信息控制无人机飞行至指定充电位置，以与充电端无线连接并充电。
41.无人机获得位置信号后，根据位置信号飞抵该充电端的上方，并释放充电线。充电线释放的长度取决于充电端提供的海拔高度和无人机自身的滞空高度之差。如果充电端与接收端成功无线连接后，进行充电，充电端将电能通过无线传输(磁场共振)的方式传递给接收端，以为对应的无人机充电。
42.当充电端固定在其他固定物上时，由待充电的无人机获取充电端的位置，然后待充电的无人机根据充电端的位置调整自身的位置，以到达充电端的正上方。当无人机到达指定充电位置后，无人机释放充电线，并利用充电线末端的接收端吸附在充电端的线圈上，随后进行异物检测和电能传输等工作。
43.异物检测通常由充电端进行检测，异物检测在两种情况下需要进行检测。第一种情况是充电端在空闲状态时，进行自我检测，发射温度信号来检测充电端表面是否吸附有金属物质或掉落有杂质，充电端表面存在异物将会影响充电端与接收端的线圈的吸附，最终影响连接效果。第二种情况是充电端与接收端配合充电时，检测是否有异常金属介入，分走电能，影响充电效果。当出现异物时需要人工介入进行修缮。
44.本技术提供的无人机充电方法，可以实现无人机不用降落，在滞空状态下进行无线充电。无人机通过寻找固定的充电端，并且调整位置与充电端进行无线连接，从充电端处接收电能进行充电。与此同时，待充电无人机还可以悬浮在半空中继续进行监测等相关工作，减小对原本的工作计划影响。因此，本技术提供的无人机充电方法，可以使无人机不用回到飞手或出发地点，减少充电往返途中消耗的时间，达到长时间滞空，提高充电效率的同时保证执行工作的稳定性。
45.图4是本技术另一示例性实施例提供的无人机充电方法的流程示意图，如图4所示，上述步骤100还可以包括：
46.步骤110：在指定充电位置与充电端执行连接动作。
47.当无人机到达指定充电位置后，无人机释放充电线，并利用充电线末端的接收端与充电端的线圈进行连接。
48.步骤120：当连接动作的失败次数大于预设次数时，接收充电端发送的故障信号，并寻找除发出故障信号之外的充电端。
49.无人机需要判断接收端是否与充电端的线圈吸附成功，如果充电端的线圈表面有异物，或充电端本身出现故障，则可能导致接收端与充电端连接失败，如果无人机吸附动作没有成功，则错误计数器自加1。如果错误计数器计数的次数超过了预设的失败次数时，充电端将自己的状态修改为故障状态。如果充电端呈现故障状态，待充电的无人机在寻找合适的充电端时接收到呈现故障状态的充电端发送的故障信号后，将排除故障的充电端，继续寻找发出故障信号之外的其他充电端。
50.在一实施例中，上述步骤120还可以调整为：当连接动作的失败次数大于预设次数时，检测剩余电量；当剩余电量高于预设电量时，寻找除发出故障信号之外的充电端。
51.当待充电无人机与匹配的充电端连接失败次数大于预设次数时，还需要对自身的剩余电量进行检测，检测剩余电流是否足够支撑该无人机寻找下一个充电端。当剩余电量高于预设电量时，则可以确定该无人机具备寻找下一个充电端的电流，可以继续寻找除发出故障信号之外的其他充电端。
52.在一实施例中，上述步骤120还可以调整为：当连接动作的失败次数大于预设次数时，检测剩余电量；当剩余电量低于预设电量时，将无人机停靠在发出故障信号的充电端处。
53.当待充电无人机与匹配的充电端连接失败次数大于预设次数时，还需要对自身的剩余电量进行检测，检测剩余电流是否足够支撑该无人机寻找下一个充电端。当剩余电流低于预设电流时，可以判断该无人机不具备继续寻找下一个充电端的电量条件，则该无人机需要强制降落在当前故障状态的充电端上，此时充电失败。
54.在一实施例中，上述当剩余电量低于预设电量时，将无人机停靠在发出故障信号的充电端还可以调整为：当剩余电量低于预设电量时，发送无人机的实时位置信息以及低电量信息，并将无人机停靠在发出故障信号的充电端处。
55.当剩余电流低于预设电流时，可以判断该无人机不具备继续寻找下一个充电端的电量条件，则该无人机需要强制降落在当前故障状态的充电端上，此时充电失败。强制降落的无人机将向后台控制中心发出低电量报警以及当前所在的三维坐标信息，等待操作手人为现场干预。
56.在一实施例中，上述步骤100可以包括：根据充电信号，接收预设范围内多个充电端的状态信号；其中，状态信号包括工作状态信号、空闲状态信号和故障状态信号；寻找预设范围内发出空闲信号的充电端并匹配；其中，匹配时根据充电端的距离设置优先级。
57.充电端将根据实时情况修改自身的状态，并在待充电的无人机寻找充电端时及时反馈自身的状态，以为待充电的无人机提供信息。充电端的状态可以分为三类，包括工作状态、空闲状态和故障状态。如果充电端与接收端成功吸附并且开始充电，则充电端修改自身
的状态为工作状态。如果充电端可以正常工作，不存在故障并且也没有给任何接收端充电，则充电端设定自身的状态为空闲状态，可以接收无人机前来充电。如果充电端与前来充电的无人机的接收端没有成功连接，并且失败连接的次数大于预设次数，则充电端修改自身的状态为故障状态，如果充电端存在信号故障、异物吸附或者自身电量不足的情况，也可以将自身的状态修改为故障状态。
58.在一实施例中，上述无人机充电方法还可以包括：根据停止充电信号飞离指定充电位置；其中，停止充电信号由充电端发出。
59.在充电端为无人机充电的过程中，无人机会不定时的判断电量是否充满，如果电量已经充满，则回收充电线，停止充电，无人机继续执行本机任务。如果电量没有充满则继续进行充电。无人机还会在接收到充电端发出的停止充电信号时，回收充电线，停止充电。例如充电端在自身电量不足或存在异物时，发出停止充电信号。
60.图5是本技术一示例性实施例提供的无人机充电方法的原理示意图，如图5所示，无人机发出充电指令(步骤31)，即开始启动充电流程，无人机开始无线广播，寻找无人机匹配的充电端(步骤32)。检测是否找到匹配的充电端(步骤33)，如果没有找到匹配的充电端，则继续执行寻找无人机匹配的充电端(步骤32)。无人机找到附近至少两个处于空闲状态的充电端，无人机从中选择距离最近的一个，获取该匹配成功的充电端将自己的坐标和高度信息发送给无人机(步骤34)。无人机根据充电端的坐标和高度信息飞抵指定充电位置，也就是充电端的正上方，并达到相对静止的状态，释放充电线(步骤35)。
61.检测接收端是否与发射端吸附成功(步骤36)，如果成功则充电端修改自身的状态为工作状态(步骤42)，并且开始进行无线充电(步骤42)，在充电端为无人机充电的过程中，无人机会不定时的判断电量是否充满，或充电端是否发出的停止充电信号(步骤44)，如果电量已经充满或充电端发出停止充电信号，则回收充电线，停止充电，无人机继续执行本机任务(步骤45)。无人机离开后充电端修改自身的状态为空闲状态(步骤46)。如果电量没有充满并且充电端没有发出的停止充电信号，则继续进行无线充电(步骤43)。
62.检测接收端是否与发射端吸附成功(步骤36)，如果没有吸附，则无人机重新尝试吸附动作，并错误计数器自加1。随之判断该计数器是否超过最大允许次数(如3次)(步骤38)。如果没有，则继续判断是否吸附成功(步骤36)。如果超过了最大允许次数(即预设次数)，则充电端将自己的状态修改为故障状态，并向接收端反馈故障状态信号，此次充电终止(步骤39)。
63.同时，当待充电无人机与匹配的充电端连接失败次数大于预设次数时，还需要对自身的剩余电量进行检测，检测剩余电流是否足够支撑该无人机寻找下一个充电端(例如只能支持无人机继续滞空的时间不足三分钟)，也就是检测无人机计算滞空时间是否低于最低阈值(步骤40)。如果否，则电量尚足，可以继续寻找除发出故障信号之外的其他充电端，回到标识2。如果剩余电流低于预设电流，则该无人机需要强制降落在当前故障状态的充电端上(步骤41)，此时充电失败。
64.示例性装置
65.图6是本技术一示例性实施例提供的无人机充电装置的结构示意图，如图6所示，该无人机充电装置8包括：匹配模块81，用于寻找与无人机匹配的充电端；其中，充电端用于为无人机提供电能；接收模块82，用于获取充电端的位置信号；以及调整模块83，用于根据
位置信息控制无人机飞行至指定充电位置，以与充电端无线连接并充电。
66.本技术提供的无人机充电装置8，通过匹配模块81寻找与无人机匹配的充电端，通过接收模块82获取充电端的位置信号，通过调整模块83控制无人机飞行至指定充电位置，可以实现无人机不用降落，在滞空状态下进行无线充电。无人机通过寻找固定的充电端，并且调整位置与充电端进行无线连接，从充电端处接收电能进行充电。与此同时，待充电无人机还可以悬浮在半空中继续进行监测等相关工作，减小对原本的工作计划影响。因此，本技术提供的无人机充电方法，可以使无人机不用回到飞手或出发地点，减少充电往返途中消耗的时间，达到长时间滞空，提高充电效率的同时保证执行工作的稳定性。
67.图7是本技术另一示例性实施例提供的无人机充电装置的结构示意图，如图7所示，上述匹配模块81还可以包括：执行单元811，用于在指定充电位置与充电端执行连接动作；故障单元812，用于当连接动作的失败次数大于预设次数时，接收充电端发送的故障信号，并寻找除发出故障信号之外的充电端。
68.在一实施例中，上述故障单元812还可以配置为：当连接动作的失败次数大于预设次数时，检测剩余电量；当剩余电量高于预设电量时，寻找除发出故障信号之外的充电端。
69.在一实施例中，上述故障单元812还可以配置为：当连接动作的失败次数大于预设次数时，检测剩余电量；当剩余电量低于预设电量时，将无人机停靠在发出故障信号的充电端处。
70.在一实施例中，上述故障单元812还可以配置为：当剩余电量低于预设电量时，发送无人机的实时位置信息以及低电量信息，并将无人机停靠在发出故障信号的充电端处。
71.在一实施例中，上述匹配模块81还可以配置为：根据充电信号，接收预设范围内多个充电端的状态信号；其中，状态信号包括工作状态信号、空闲状态信号和故障状态信号；寻找预设范围内发出空闲信号的充电端并匹配；其中，匹配时根据充电端的距离设置优先级。
72.在一实施例中，上述无人机充电装置8可以配置为：根据停止充电信号飞离指定充电位置；其中，停止充电信号由充电端发出。
73.示例性电子设备
74.下面，参考图8来描述根据本技术实施例的电子设备。该电子设备可以是第一设备和第二设备中的任一个或两者、或与它们独立的单机设备，该单机设备可以与第一设备和第二设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号。
75.图8图示了根据本技术实施例的电子设备的框图。
76.如图8所示，电子设备10包括一个或多个处理器11和存储器12。
77.处理器11可以是中央处理单元(cpu)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备10中的其他组件以执行期望的功能。
78.存储器12可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器11可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本技术的各个实施例的无人机充电方法以及/或者其他期望的功能。在所述计算机可读存储介
质中还可以存储诸如输入信号、信号分量、噪声分量等各种内容。
79.在一个示例中，电子设备10还可以包括：输入装置13和输出装置14，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。
80.在该电子设备是单机设备时，该输入装置13可以是通信网络连接器，用于从第一设备和第二设备接收所采集的输入信号。
81.此外，该输入装置13还可以包括例如键盘、鼠标等等。
82.该输出装置14可以向外部输出各种信息，包括确定出的距离信息、方向信息等。该输出装置14可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
83.当然，为了简化，图8中仅示出了该电子设备10中与本技术有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备10还可以包括任何其他适当的组件。
84.所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本技术实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
85.所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
86.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。