一种无人机无线充电系统及其工作方法与流程

1.本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种无人机无线充电系统及其工作方法。


背景技术：

2.近年来，无人机(unmanned aerial vehicles,uav)在民用和军事领域都扮演了重要角色。根据机体结构，无人机可以分为固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机三种。其中，多旋翼无人机具有速度可控、垂直起降、精准悬停等优势，已在侦查监视等领域发挥了重要作用。
3.尽管随着多旋翼无人机性能的不断提升，在多领域都展现出广阔的应用前景，但其续航及电能补给问题一直未得到有效改善。在动力电池能量密度无法取得突破性研究进展的前提下，多旋翼无人机系统通常续航能量有限。
4.有限的续航时间造成多旋翼无人机仅能执行短距离和小范围作业任务，严重限制了多旋翼无人机的应用。此外，伴随着无人机巡检和作业向着无人值守化方向发展，这对无人机自主电能补给技术提出了新的要求。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种无人机无线充电系统及其工作方法，能够不受距离限制的对无人机进行远距离无线充电，方便快捷、系统结构简单。
6.本发明通过以下技术方案来实现：
7.本发明公开的一种无人机无线充电系统，包括地面充电装置和机载放电装置；
8.地面充电装置包括充电模块、第一压电转换模块、超声发送模块和无人机状态信息接收模块；充电模块与第一压电转换模块连接，第一压电转换模块与超声发送模块连接，无人机状态信息接收模块与地面充电装置的控制单元连接；
9.机载放电装置包括超声波接收模块、第二压电转换模块、放电模块和无人机状态信息发送模块，超声波接收模块与第二压电转换模块连接，第二压电转换模块与放电模块连接，放电模块与无人机的机载电池连接；
10.无人机状态信息发送模块与无人机状态信息接收模块通信互联；超声波接收模块能够接收超声发送模块发出的超声波。
11.优选地，超声发送模块的数量＞2。
12.优选地，充电模块包括太阳能电池板、适配器和蓄电池，太阳能电池板与蓄电池连接，适配器分别与蓄电池、厂用电源和第一压电转换模块连接。
13.优选地，地面充电装置还包括用于接收无人机位置信息的定位模块。
14.优选地，地面充电装置还包括频率匹配模块，频率匹配模块分别与无人机状态信息接收模块与超声发送模块连接。
15.优选地，地面充电装置还包括用于存储无人机信息的存储模块。
16.本发明公开的上述无人机无线充电系统的工作方法，包括
17.充电模块收集电能，无人机状态信息接收模块实时采集地面充电装置所在区域内的无人机上的无人机状态信息发送模块发出的无人机状态信息；对于待充电无人机，第一压电转换模块将充电模块的电能转换成超声波经超声发送模块发射；待充电无人机的超声波接收模块接收超声波，第二压电转换模块将超声波转换为电能，放电模块将电能供给待充电无人机的机载电池。
18.优选地，地面充电装置所在区域内存在多台待充电无人机时，根据多台待充电无人机的电量，进行充电优先级排序。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
20.本发明公开的一种无人机无线充电系统，能够不受距离限制的对无人机进行远距离无线充电，相比传统的无人机微波充电的方式充电距离增强，相比传统的采用线缆进行无人机充电的方式更方便快捷；由于不需要布设线缆等附属设备，因而系统结构简单，同时对场地也没有过多的要求，能够根据实际需要而方便设置。系统能够根据无人机的状态信息对需要充电的无人机进行随时充电，增加了无人机的持续作业时间，且不需要人工干预，节省了人力物力，实现了无人机巡检及作业的无人化。
21.进一步地，超声发送模块的数量＞2，能够实现复合无人机充电或同时给多台无人机同步充电，提升无人机的充电效率和续航能力。
22.进一步地，地面充电装置还设置了频率匹配模块，读取无人机的充电频率后，超声发送模块发射相匹配的超声波，提高充电效率。
23.进一步地，地面充电装置还设置了用于存储无人机信息的存储模块，能够将适配过的无人机信息进行存储，提高之后的匹配速度。
24.本发明公开的上述无人机无线充电系统的工作方法，自动化程度高，方便快捷，提升了无人机的充电效率。
附图说明
25.图1为本发明的系统架构示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
27.如图1，本发明的一种无人机无线充电系统，包括地面充电装置和机载放电装置；
28.地面充电装置包括充电模块、第一压电转换模块、超声发送模块和无人机状态信息接收模块；充电模块与第一压电转换模块连接，第一压电转换模块与超声发送模块连接，无人机状态信息接收模块与地面充电装置的控制单元连接；
29.机载放电装置包括超声波接收模块、第二压电转换模块、放电模块和无人机状态信息发送模块，超声波接收模块与第二压电转换模块连接，第二压电转换模块与放电模块连接，放电模块与无人机的机载电池连接；
30.无人机状态信息发送模块与无人机状态信息接收模块通信互联；超声波接收模块能够接收超声发送模块发出的超声波。
31.在本发明的一个较优的实施例中，超声发送模块的数量＞2。
32.在本发明的一个较优的实施例中，充电模块包括太阳能电池板、适配器和蓄电池，太阳能电池板与蓄电池连接，适配器分别与蓄电池、厂用电源和第一压电转换模块连接。
33.在本发明的一个较优的实施例中，地面充电装置还包括用于接收无人机位置信息的定位模块。
34.在本发明的一个较优的实施例中，地面充电装置还包括频率匹配模块，频率匹配模块分别与无人机状态信息接收模块与超声发送模块连接。
35.在本发明的一个较优的实施例中，地面充电装置还包括用于存储无人机信息的存储模块。
36.上述无人机无线充电系统的工作方法，包括：
37.充电模块收集电能，无人机状态信息接收模块实时采集地面充电装置所在区域内的无人机上的无人机状态信息发送模块发出的无人机状态信息；对于待充电无人机，第一压电转换模块将充电模块的电能转换成超声波经超声发送模块发射；待充电无人机的超声波接收模块接收超声波，第二压电转换模块将超声波转换为电能，放电模块将电能供给待充电无人机的机载电池。
38.在本发明的一个较优的实施例中，地面充电装置所在区域内存在多台待充电无人机时，根据多台待充电无人机的电量，进行充电优先级排序。
39.下面以一个具体实施例来对本发明进行进一步地解释说明：
40.对于某风电场站的集电线路巡检的无人机，地面充电装置部署于线路沿线的电线杆顶端。充电模块通过太阳能电池板收集太阳能进行充电，无人机状态信息接收模块实时采集并解析地面充电装置一定区域内的无人机的位置和电量情况；第一压电转换模块基于压电晶体将充电模块获得的电能转换成超声波；超声发送模块参考解析的无人机位置进行超声波发送。
41.机载放电装置的超声波接收模块捕捉接收到地面充电装置的发送的超声波信号；无人机状态信息发送模块用来向地面充电装置发送无人机方位信息和电池状态信息；第二压电转换模块把接收到的超声波转换为电信号；放电模块将转化的电能供给无人机的机载电池。
42.本实施例中，超声发送模块可配置2个超声波雷达。当只有单台无人机需要充电时，超声发送模块可复合给该台无人机进行充电。
43.以上所述仅为本发明实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。