一种无人机起降充电系统及方法与流程

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机起降充电系统及方法。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。

由于现有的无人机续航能力差、充电时间长，无法满足各种远距离任务的需求。为此，我们提出了一种无人机起降充电系统及方法，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的一个主要目的在于克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种无人机起降充电系统及方法。

为了实现上述技术方案，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种无人机起降充电系统，包括：塔杆、起降平台、充电装置、通信装置、无人机及无人机操控中心；

其中，所述起降平台安装于所述塔杆的顶部或上部，所述充电装置、通信装置均设置于所述起降平台上，所述无人机操控中心用于控制所述无人机在所述起降平台起飞或降落。

根据本发明的一实施方式，所述塔杆采用无线通信塔、输电塔、监控塔杆、路灯塔杆中的一种或几种。

根据本发明的一实施方式，所述起降平台包括风向风速传感器、温湿度传感器；

其中，所述风向风速传感器、温湿度传感器均与通信装置电连接。

根据本发明的一实施方式，所述充电装置包括充电电源、电源控制器、充电支架及电源连接线，所述充电支架形状为环状或条状成对布置，其中一个充电支架通过电源连接线与电源控制器的正极连接，另一个充电支架通过电源连接线与电源控制器的负极连接，充电支架固定在起降平台的上方和/或下方，所述充电电源与电源控制器、通信装置电连接，所述电源控制器用于监测所述充电电源的电压参数、电流参数、充电电源温度参数、无人机充电电压参数、无人机充电电流参数，能够接通或关闭充电电源对无人机的充电。

根据本发明的一实施方式，所述通信装置用于传输起降平台信息通信信号、无人机指令通信信号、中继信号；

其中，所述起降平台信息通信信号包括起降平台上的风向、风速、温度、湿度、充电电源的电压、充电电源的电流、充电电源的温度、无人机充电电压、无人机充电电流、无人机起降数量及次数；所述无人机指令通信信号包括无人机降落、固定、充电、关闭充电、起飞信息；所述中继信号包括无人机拍摄的视频信号和起降的视频信号。

根据本发明的一实施方式，所述无人机包括无人机本体、无人机上前鹰爪手、无人机上后鹰爪手、起落架前鹰爪手、起落架后鹰爪手、摄像装置、中继站；

其中，所述无人机上前鹰爪手、无人机上后鹰爪手、起落架前鹰爪手、起落架后鹰爪手分别与无人机充电电池的正负极连接，所述摄像装置、中继站安装于所述无人机本体上，所述摄像装置用于采集视频信号，所述中继站与所述无人机操控中心无线连接，用于接收所述无人机操控中心的指令信号和放大中转通信信号。

根据本发明的一实施方式，所述无人机上前鹰爪手、无人机上后鹰爪手、起落架前鹰爪手和起落架后鹰爪手结构相同；所述起落架前鹰爪手包括上鹰爪、下鹰爪、鹰爪手抓放控制电磁铁，所述上鹰爪的中部和下鹰爪的中部铰接，所述鹰爪手抓放控制电磁铁连接于所述上鹰爪和下鹰爪的末端；

还包括：触摸开关，设置于所述上鹰爪和下鹰爪的铰接处，所述无人机通过所述无人机上前鹰爪手、无人机上后鹰爪手、起落架前鹰爪手、起落架后鹰爪手与充电支架连接进行充电。

根据本发明的一实施方式，所述无人机操控中心包括处理器、显示屏及无人机操控舵，所述处理器分别与显示屏、无人机操控舵电性连接；

其中，所述显示屏能够显示每个起降平台的位置信息、起降平台信息通信信号、无人机指令通信信号、中继信号，通过操控所述无人机操控舵进而控制无人机的起飞、降落、充电及摄像。

根据本发明的一个方面，提供一种无人机起降充电方法，包括：

根据所述显示屏上显示的起降平台上的风向、风速、温度、湿度信息操控无人机逆风降落，当充电支架在起降平台上方时可以操控无人机由上向下或水平降落抓在充电支架上方，当充电支架在起降平台下方时可以操控无人机由下向上或水平接近抓吊在充电支架下方；

在降落前操控无人机张开起落架前鹰爪手、起落架后鹰爪手，通过无人机摄像装置采集所处起降平台的位置，并控制无人机的起落架前鹰爪手抓在一个充电支架上，无人机的起落架后鹰爪手抓在另一个充电支架上；

关闭无人机的螺旋桨，所述充电电源对无人机进行充电；

其中，无人机的降落、固定、充电三项工序瞬间同时进行，防止侧向风将无人机吹落。所述无人机抓吊在起降平台下方进行充电时可以防止太阳暴晒和雨雪对无人机造成的损坏。

根据本发明的一实施方式，当无人机充电完毕起飞时，首先关闭充电电源，然后启动无人机的螺旋桨，最后张开无人机上前鹰爪手、无人机上后鹰爪手、起落架前鹰爪手及起落架后鹰爪手起飞。

根据本发明的一个方面，提供一种无人机起降充电系统，包括无人机本体，所述无人机本体上安装有无人机机械手、整流充电器、充电电池、无人机控制模块、通信装置、摄像装置、无人机操控中心，所述无人机操控中心用于控制无人机充电、起飞或降落，所述无人机控制模块分别与充电电池、通信装置、摄像装置电性连接，同时通过所述无人机控制模块控制所述无人机机械手闭合或张开；

其中，所述无人机机械手的手指是用导磁性能良好的材质铁芯制作，在铁芯上绕设有线圈，线圈的两端分别与整流充电器电性连接；当所述铁芯闭合且将电力线围在其内部时，所述线圈产生感应电流，所述感应电流经整流充电器整流后、传输至充电电池实现充电。

进一步地，所述电力线是供电网络的任一条电线。

根据本发明的一实施方式，所述无人机机械手包括手指，呈钳形结构，所述手指上设有铁芯且其外圆上绕设有线圈；所述手指包括第一手指和第二手指，所述第一手指和第二手指的中部铰接，其尾部设有弹簧和电磁铁来控制无人机机械手的闭合与张开；

进一步地，当电磁铁通电吸合时第一手指与第二手指闭合，当电磁铁断电释放时第一手指和第二手指张开。

根据本发明的一实施方式，所述无人机机械手至少设为两个，其中的一个所述无人机机械手具有充电功能，剩余的可以不具有充电功能，仅作为固定无人机使用。

根据本发明的一实施方式，所述无人机操控中心包括处理器、显示屏及无人机操控舵，所述处理器分别与显示屏、无人机操控舵电性连接；

其中，所述显示屏能够显示每个无人机的摄像装置拍摄的画面，能够使操控人员直观地观察无人机机械手张开抓住电力线的画面。

根据本发明的一实施方式，所述无人机沿电力线飞行，当需要充电时就通过无人机机械手抓在任意一条单相电力线上充电。由上述技术方案可知，本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：

本发明所述无人机起降充电系统能够在野外起降平台降落固定时进行充电提高了无人机的续航能力，结构简单、操作简便，具有较高的实用价值。

本发明所述无人机起降充电系统可以使无人机沿电网电力线进行长途飞行和工作，也可随时固定在任意一处的一条单相电力线上进行充电和工作。

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，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为本发明所述一种无人机起降充电系统中起降平台的结构示意图；

图2为图1中所述起降平台的俯视图；

图3为本发明所述一种无人机起降充电系统中无人机的结构示意图；

图4为图3中所述无人机侧视图；

图5为本发明所述一种无人机起降充电系统中起落架前鹰爪手的结构示意图；

图6为本发明所述一种无人机起降充电系统另一实施方式的结构示意图；

图7为本发明所述无人机机械手的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-塔杆；

2-起降平台；

21-风向风速传感器；

22-温湿度传感器；

23-平台固定架；

3-充电装置；

31-上内环充电支架；

32-上外环充电支架；

33-下内环充电支架；

34-下外环充电支架；

4-通信装置；

5-无人机；

51-无人机本体；

52-起落架前鹰爪手；

521-上鹰爪；

522-下鹰爪；

523-鹰爪手抓放控制电磁铁；

524-触摸开关；

53-起落架后鹰爪手；

54-摄像装置；

55-中继站；

56-无人机上前鹰爪手；

57-无人机上后鹰爪手；

6-无人机机械手；

61-第一手指；

62-第二手指；

63-铁芯；

64-线圈；

65-电磁铁；

66-弹簧；

7-整流充电器；

8-充电电池；

9-无人机控制模块；

10-电力线。

具体实施方式

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

无人机起降充电系统实施方式一

参见图1～5，图1为本发明所述一种无人机起降充电系统中起降平台的结构示意图，图2为图1中所述起降平台的俯视图，图3为本发明所述一种无人机起降充电系统中无人机的结构示意图，图4为图3中所述无人机侧视图，图5为本发明所述一种无人机起降充电系统中起落架前鹰爪手的结构示意图。

本发明所述一种无人机起降充电系统，包括：塔杆1、起降平台2、充电装置3、通信装置4、无人机5及无人机操控中心；其中，所述起降平台2安装于所述塔杆1的顶部或上部，所述充电装置3、通信装置4均设置于所述起降平台2上，所述无人机操控中心用于控制所述无人机5在所述起降平台2起飞或降落。

在本发明中，所述塔杆1采用无线通信塔、输电塔、监控塔杆、路灯塔杆中的一种或几种。本发明所述的塔杆1可以借助现有的无线通信塔、输电塔、监控塔杆、路灯塔杆，当然在没有上述无线通信塔、输电塔、监控塔杆、路灯塔杆的地方，需要架设塔杆1。

在本发明中，所述起降平台2包括风向风速传感器21、温湿度传感器22；其中，所述风向风速传感器21、温湿度传感器22均与通信装置4电连接。

在本发明中，所述充电装置3包括充电电源、电源控制器、充电支架及电源连接线，所述充电支架形状为环状或条状成对布置，其中一个充电支架通过电源连接线与电源控制器的正极连接，另一个充电支架通过电源连接线与电源控制器的负极连接，充电支架固定在起降平台的上方和下方，所述充电电源与电源控制器、通信装置电连接，所述电源控制器用于监测所述充电电源的电压参数、电流参数、充电电源温度参数、无人机充电电压参数、无人机充电电流参数，能够接通或关闭充电电源对无人机的充电。在本发明中，所述充电支架包括上内环充电支架31、上外环充电支架32、下内环充电支架33及下外环充电支架34。在本实施例中，所述上内环充电支架31为正极支撑环，所述上外环充电支架32为负极支撑环。当采用正极支撑环、负极支撑环时，所述正极支撑环的圆心与负极支撑环的圆心重合。进一步地，如图2所示，所示正极支撑环与负极支撑环的直径不同。另外的一种实施例中，所述上内环充电支架31可以是上内杠，所述上外环充电支架32可以是上外杠，所述下内环充电支架33可以是下内杠，所述下外环充电支架34可以是下外杠。具体实施时，所述上内杠与上外杠优选为平行设置，当然所述下内杠与下外杠也优选平行设置。

在本发明中，所述通信装置4用于传输起降平台2信息通信信号、无人机指令通信信号、中继信号；其中，所述起降平台2信息通信信号包括起降平台2上的风向、风速、温度、湿度、充电电源的电压、充电电源的电流、充电电源的温度、无人机充电电压、无人机充电电流、无人机起降数量及次数；所述无人机指令通信信号包括无人机降落、固定、充电、关闭充电、起飞信息；所述中继信号包括无人机拍摄的视频信号和起降的视频信号。

在本发明中，所述无人机5包括无人机本体51、起落架前鹰爪手52、起落架后鹰爪手53、摄像装置54、中继站55、无人机上前鹰爪手56、无人机上后鹰爪手57。其中，所述无人机上前鹰爪手56、无人机上后鹰爪手57、起落架前鹰爪手52、起落架后鹰爪手53分别与无人机充电电池的正负极连接，所述摄像装置54、中继站55安装于所述无人机本体51上，所述摄像装置54用于采集视频信号，所述中继站55与所述无人机操控中心（图中未示）无线连接，用于接收所述无人机操控中心的指令信号和放大中转通信信号。其中，所述无人机上前鹰爪手56、无人机上后鹰爪手57、起落架前鹰爪手52和起落架后鹰爪手53结构相同；所述起落架前鹰爪手52包括上鹰爪521、下鹰爪522、鹰爪手抓放控制电磁铁523，所述上鹰爪521的中部和下鹰爪522的中部铰接，所述鹰爪手抓放控制电磁铁523连接于所述上鹰爪521和下鹰爪522的末端。还包括触摸开关524，设置于所述上鹰爪521和下鹰爪522的铰接处，所述无人机5通过所述无人机上前鹰爪手56、无人机上后鹰爪手57、起落架前鹰爪手52、起落架后鹰爪手53与充电支架连接进行固定充电。其中，所述鹰爪手52抓放控制电磁铁523的吸合与释放能够带动鹰爪手的上鹰爪521和下鹰爪522进行张开、抓紧动作，所述无人机上前鹰爪手56和起落架前鹰爪手52与无人机充电电池的同一个电极相连，其电极极性与上内环充电支架或上内杠的极性相同，无人机上后鹰爪手57和起落架后鹰爪手53与无人机充电电池的同一个电极相连，其电极极性与上外环充电支架或上外杠的极性相同；所述无人机5能够通过起落架前鹰爪手52和起落架后鹰爪手53分别抓在上内环充电支架31和上外环充电支架上外环32上进行固定和充电，也可以通过无人机上鹰爪手56和无人机上鹰爪手57抓吊在下内环充电支架下内环33和下外环充电支架下外环34上进行固定充电。

在本发明中，所述无人机操控中心包括处理器、显示屏及无人机操控舵，所述处理器分别与显示屏、无人机操控舵电性连接；其中，所述显示屏能够显示每个起降平台2的位置信息、起降平台2信息通信信号、无人机5指令通信信号、中继信号，通过操控所述无人机操控舵进而控制无人机的起飞、降落、充电及摄像。其中，所述的处理器、显示屏及无人机操控舵均为现有技术，此处不再赘述。

本发明一种无人机起降充电方法，包括以下步骤：

根据所述显示屏上显示的起降平台上的风向、风速、温度、湿度信息操控无人机逆风降落固定、逆风水平接近固定；

方式一：无人机5在起降平台2上方向下垂直或俯冲降落

在降落前操控无人机5张开起落架前鹰爪手52、起落架后鹰爪手53，通过无人机摄像装置54采集所处起降平台2的位置，并控制无人机5的起落架前鹰爪手52抓在上内环充电支架31上，无人机的起落架后鹰爪手53抓在上外环充电支架32上；所述充电装置3对无人机5进行充电。

方式二：无人机5在起降平台2下方向上垂直抓吊

在降落前操控无人机5张开无人机上前鹰爪手56和上后鹰爪手57，使无人机5由起降平台2下方垂直向上使无人机上前鹰爪手56抓在下内环充电支架33上，无人机上后鹰爪手57抓在下外环充电支架34上，所述充电装置3就开始对无人机5进行充电。

方式三：无人机5水平停靠在起降平台2上方固定充电

当所述上内环充电支架31的位置比上外环充电支架32的位置高时，无人机起落架前鹰爪手52高、起落架后鹰爪手3低，且鹰爪手的高差和距离与充电支架的高差和距离完全相同，操控无人机5张开起落架前鹰爪手52、起落架后鹰爪手53水平靠近起降平台2使无人机起落架前鹰爪手52抓在上内环充电支架31上、起落架后鹰爪手53抓在上外环充电支架32上，所述充电装置3就开始对无人机5进行充电。

方式四：无人机5在起降平台2下方水平停靠固定充电

当下内环充电支架33的位置比下外环充电支架34的位置低时，无人机上前鹰爪手56低、无人机上后鹰爪手57高，且鹰爪手的高差和距离与充电支架的高差和距离完全相同，操控无人机5张开上前鹰爪手56、上后鹰爪手57，水平靠近起降平台2使无人机上前鹰爪手56抓在下内环充电支架33上，无人机上后鹰爪手57抓在下外环充电支架34上，所述充电装置3就开始对无人机5进行充电。

其中，在上述方式一至方式四中，无人机5的降落、固定、充电三项工序同时进行，防止侧向风将无人机吹落。

在本发明中，当无人机5充电完毕起飞时，首先关闭充电电源，然后启动无人机5的螺旋桨，最后张开无人机上前鹰爪手56、无人机上后鹰爪手57、起落架前鹰爪手52及起落架后鹰爪手起飞53。

综上所述，本发明所述无人机起降充电系统提高了无人机的续航能力，能适用于各种远距离任务，且能够在起降平台降落固定时进行充电。结构简单、操作简便，具有较高的实用价值。

无人机起降充电系统实施方式二

参见图6、7，图6为本发明所述一种无人机起降充电系统另一实施方式的结构示意图，图7为本发明所述无人机机械手的结构示意图。

本发明所述一种无人机起降充电系统，包括无人机本体51，所述无人机本体51上安装有无人机机械手6、整流充电器7、充电电池8、无人机控制模块9、通信装置4、摄像装置54、无人机操控中心，所述无人机操控中心用于控制无人机充电、起飞或降落，所述无人机控制模块9分别与充电电池8、通信装置4、摄像装置54电性连接，同时通过所述无人机控制模块9控制所述无人机机械手6闭合或张开。其中，所述无人机机械手6的铁芯63上绕设有线圈64，线圈64的两端分别与整流充电器7电性连接；当所述铁芯63闭合且将电力线10围在其内部时，所述线圈64产生感应电流，所述感应电流经整流充电器7整流后、传输至充电电池8实现充电。本发明中，所述电力线10是供电网络的任一条电线。其中，所述无人机控制模块9为现有技术中普通的控制装置。

在本发明中，所述无人机机械手6包括手指，呈钳形结构，所述手指上设有铁芯63且其外圆上绕设有线圈64；所述手指包括第一手指61和第二手指62，所述第一手指61和第二手指62的中部铰接，其尾部设有弹簧66和电磁铁65来控制无人机机械手6的闭合与张开。进一步地，当电磁铁65通电吸合时第一手指61与第二手指62闭合，当电磁铁65断电释放时第一手指61和第二手指62张开。具体实施时，通过无人机控制模块9控制电磁铁65通电或断电。在本发明中，所述无人机沿电力线飞行，当需要充电时就通过无人机机械手6抓在电力线上充电。

本发明中，所述无人机操控中心（图中未示）包括处理器、显示屏及无人机操控舵，所述处理器分别与显示屏、无人机操控舵电性连接；其中，所述显示屏能够显示每个无人机的摄像装置拍摄的画面，能够使操控人员直观地观察无人机机械手张开抓住电力线的画面。所述处理器、显示屏及无人机操控舵均为现有技术。

本发明一种无人机起降充电方法，包括以下步骤：

所述无人机的操作人员在无人机操控中心根据所述显示屏上显示的画面操控无人机逆风抓在电力线10上降落；

在降落前操控无人机5张开起无人机机械手6抓在电力线10上，无人机机械手6的铁芯63闭合后就会在线圈64中产生感应电流，感应电流通过导线经整流充电器7整流调压后对无人机的充电电池8进行充电，待充电完毕后无人机控制模块9切断电磁铁65的电源使第一手指61、与第二手指62张开，线圈64就会因磁路断开而不再产生感应电流；如果需要继续充电只要无人机控制模块9给电磁铁65通电使第一手指61、第二手指62闭合，同时使得在第一手指61、第二手指62的铁芯63闭合，就会在线圈64中产生感应电流而自动充电。

在本发明中，所述无人机5起飞时，当无人机5螺旋桨启动具备足够的升力后切断所有电磁铁65的电源，使所有无人机机械手6张开放飞无人机5。需要说明的是，在本发明的无人机的通过方向上可以设置多个无人机机械手6，可以采用其中的一个或几个充电，剩余的可以不具有充电功能，仅作为固定无人机使用。

综上所述，本发明所述无人机起降充电系统提高了无人机的续航能力，能适用于各种有供电网络架空电力线区域进行充电。结构简单、操作简便，具有较高的实用价值。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本文提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本文公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。本文所述的实施例说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。