一种无人机机巢感应充电的方法与流程

本发明涉及无线能量传输，具体为一种无人机机巢感应充电的方法。

背景技术：

1、无人机，又称无人航空器或无人机系统，是一种可以无需载人即可遥控或自主操控的飞行器。无人机在军事、监视、物流、农业、摄影等领域的应用越来越广泛。随着技术的发展，无人机的尺寸、造价和操作复杂度都有所下降，使得它们越来越多地被用于商业和民用领域，随着无人机应用的增加，如何有效充电成了一个挑战。无人机的电池寿命有限，需要定期充电，这限制了它们的持续飞行时间。此外，手动充电需要人力，不利于无人机的自主运行，无线感应充电(wireless inductive charging)是一种通过电磁场传递能量来为设备充电的方法，这种方法不需要物理电连接。无线充电技术的发展为无人机提供了一种新的自动充电解决方案。通过在无人机和充电站之间建立无线能量传输，无人机可以在不需要人工干预的情况下自动充电，

2、无人机机巢(drone nest or drone pad)是一种为无人机提供停靠和充电服务的设施。机巢通常配备有充电装置，可以是传统的物理接触充电装置，也可以是无线感应充电装置。机巢可以设计成无人机在完成任务后自主返回并开始充电的形式，增加了无人机的自主性和操作的便捷性。

3、传统的无人机机巢感应充电的方法会存在不能即时避免无人机在降落和起飞过程中因为充电接口的对接问题带来的困扰，同时也存在接触式充电可能产生的电弧风险的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种无人机机巢感应充电的方法，解决了传统的无人机充电的方法会存在不能即时避免无人机在降落和起飞过程中因为充电接口的对接问题带来的困扰的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种无人机机巢感应充电的方法，包括以下步骤：

3、步骤一、设计并建立一个无人机机巢，机巢内部包含一个充电平台，上面安装有磁感应式无线充电模块；

4、步骤二、在无人机底部装配相应的无线充电接收模块，使其与充电平台上的磁感应式发射模块相匹配，同时充电接收模块具有自动识别充电平台和无线充电状态的功能；

5、步骤三、机巢周围安装传感器，红外传感器、摄像头、激光雷达，用于感知无人机的位置和距离，并实现实时数据传输，传感器具备自动识别和追踪无人机的功能，以便在无人机降落过程中实时调整降落路径；

6、步骤四、无人机和机巢开发相应的控制算法和通信协议，使无人机能够在电量不足时自主返回机巢并与传感器系统进行通信，同时支持多架无人机之间的协同通信，实现多机协同作战和充电任务调度；

7、步骤五、通过激光能量传输技术，在无人机降落过程中为无人机提供附加能量，确保其在充电前具有足够的动力完成降落；

8、步骤六、利用磁场防干扰技术，确保无人机在降落和充电过程中不受外界磁场的干扰。

9、优选的，所述步骤五中，激光能量传输技术采用激光发射器将激光能量转换为电能，以为无人机提供附加能量，同时激光发射器可根据无人机的实时位置进行自动跟踪和调节，确保能量传输的高效率。

10、优选的，所述步骤六中，磁场防干扰技术包括设置磁屏蔽层或采用其他磁场隔离手段，降低外界磁场对无人机充电过程的影响，同时充电过程中实时监测磁场强度，对异常磁场进行报警处理。

11、优选的，所述步骤一中，磁感应式无线充电模块，包括一个发射线圈和一个接收线圈，发射线圈位于充电平台上，接收线圈位于无人机底部，当无人机降落在充电平台上时，发射线圈产生的磁场可以感应到接收线圈，从而实现无线充电。

12、优选的，所述步骤二中的无线充电接收模块，包含一个电量监测和控制单元，该单元可以根据无人机的电量状态，自动判断并启动无线充电功能，同时，该单元还可以监测无人机与充电平台的对接情况，以保证充电效率，无线充电接收模块还配备有磁场感应元件，用于检测和调整接收线圈与发射线圈之间的磁场强度。

13、优选的，所述步骤三中的传感器，可以通过无线网络实时将无人机的位置和距离信息传输给机巢的控制系统，以便实时调整无人机的降落路径，保证无人机的安全降落，此外，传感器还具备自动识别和追踪无人机的功能，能够在无人机降落过程中实时调整降落路径。

14、优选的，所述步骤四中，控制算法和通信协议包括无人机的自主导航算法、充电状态检测算法、多机协同通信协议，这些算法和协议可以使多架无人机在同一机巢中实现协同作战和充电任务调度，同时，控制算法还包括电量管理算法，可以根据无人机的电量状态和任务需求，自动调度充电任务。

15、优选的，所述步骤五中，激光能量传输技术可以在无人机降落过程中为无人机提供附加能量，同时，激光发射器可以根据无人机的实时位置进行自动跟踪和调节，以保证能量传输的高效率，激光发射器采用高精度的激光跟踪系统，可以在无人机快速移动的情况下，精确瞄准无人机，实现高效的能量传输。

16、优选的，所述步骤六中的磁场防干扰技术，可以通过设置磁屏蔽层或采用其他磁场隔离手段，降低外界磁场对无人机充电过程的影响，此外，磁场防干扰技术还包括磁场监测和调整系统，可以实时监测磁场强度，对异常磁场进行报警处理，并自动调整磁场强度。

17、优选的，所述步骤六中的磁场防干扰技术，除了通过设置磁屏蔽层或采用其他磁场隔离手段降低外界磁场的影响外，还可以通过软件算法对磁场干扰进行补偿。

18、本发明提供了一种无人机机巢感应充电的方法。具备以下有益效果：

19、1、本发明通过采用磁感应式无线充电技术，这是一种非接触式充电方式，它通过磁场的变化产生电流，从而实现能量的传输，这种方式既避免了无人机在降落和起飞过程中因为充电接口的对接问题带来的困扰，也消除了因为接触式充电可能产生的电弧风险，提高了充电的安全性和便利性。

20、2、本发明通过激光能量传输技术，这是一种新型的能量传输方式，可以在无人机降落过程中为无人机提供附加能量，确保其在充电前具有足够的动力完成降落，这一技术的应用，不仅提高了无人机的降落安全性，也避免了因为电量不足导致的无人机意外坠落情况，进一步提高了无人机的使用寿命。

21、3、本发明通过利用了机巢周边的传感器，如红外传感器、摄像头、激光雷达等，实现了对无人机位置和距离的实时感知，从而在无人机降落过程中实时调整降落路径，提高降落精度和安全性。这种智能化的路径规划，不仅提高了无人机的降落精度，也使得无人机能够在复杂环境中自主导航，提高了无人机的应用范围。

22、4、本发明通过采用了磁场防干扰技术，可以有效降低外界磁场对无人机充电过程的影响，同时对异常磁场进行实时监测和调整，进一步提高了充电过程的安全性。这一设计，不仅保证了无人机的充电效率，也保证了无人机在复杂的磁场环境下的正常运行，提高了无人机的运行稳定性。

技术特征：

1.一种无人机机巢感应充电的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种无人机机巢感应充电的方法，其特征在于，所述步骤五中，激光能量传输技术采用激光发射器将激光能量转换为电能，以为无人机提供附加能量，同时激光发射器可根据无人机的实时位置进行自动跟踪和调节，确保能量传输的高效率。

3.根据权利要求1所述的一种无人机机巢感应充电的方法，其特征在于，所述步骤六中，磁场防干扰技术包括设置磁屏蔽层或采用其他磁场隔离手段，降低外界磁场对无人机充电过程的影响，同时充电过程中实时监测磁场强度，对异常磁场进行报警处理。

4.根据权利要求1所述的一种无人机机巢感应充电的方法，其特征在于，所述步骤一中，磁感应式无线充电模块，包括一个发射线圈和一个接收线圈，发射线圈位于充电平台上，接收线圈位于无人机底部，当无人机降落在充电平台上时，发射线圈产生的磁场可以感应到接收线圈，从而实现无线充电。

5.根据权利要求1所述的一种无人机机巢感应充电的方法，其特征在于，所述步骤二中的无线充电接收模块，包含一个电量监测和控制单元，该单元可以根据无人机的电量状态，自动判断并启动无线充电功能，同时，该单元还可以监测无人机与充电平台的对接情况，以保证充电效率，无线充电接收模块还配备有磁场感应元件，用于检测和调整接收线圈与发射线圈之间的磁场强度。

6.根据权利要求1所述的一种无人机机巢感应充电的方法，其特征在于，所述步骤三中的传感器，可以通过无线网络实时将无人机的位置和距离信息传输给机巢的控制系统，以便实时调整无人机的降落路径，保证无人机的安全降落，此外，传感器还具备自动识别和追踪无人机的功能，能够在无人机降落过程中实时调整降落路径。

7.根据权利要求1所述的一种无人机机巢感应充电的方法，其特征在于，所述步骤四中，控制算法和通信协议包括无人机的自主导航算法、充电状态检测算法、多机协同通信协议，这些算法和协议可以使多架无人机在同一机巢中实现协同作战和充电任务调度，同时，控制算法还包括电量管理算法，可以根据无人机的电量状态和任务需求，自动调度充电任务。

8.根据权利要求1所述的一种无人机机巢感应充电的方法，其特征在于，所述步骤五中，激光能量传输技术可以在无人机降落过程中为无人机提供附加能量，同时，激光发射器可以根据无人机的实时位置进行自动跟踪和调节，以保证能量传输的高效率，激光发射器采用高精度的激光跟踪系统，可以在无人机快速移动的情况下，精确瞄准无人机，实现高效的能量传输。

9.根据权利要求1所述的一种无人机机巢感应充电的方法，其特征在于，所述步骤六中的磁场防干扰技术，可以通过设置磁屏蔽层或采用其他磁场隔离手段，降低外界磁场对无人机充电过程的影响，此外，磁场防干扰技术还包括磁场监测和调整系统，可以实时监测磁场强度，对异常磁场进行报警处理，并自动调整磁场强度。

10.根据权利要求1所述的一种无人机机巢感应充电的方法，其特征在于，所述步骤六中的磁场防干扰技术，除了通过设置磁屏蔽层或采用其他磁场隔离手段降低外界磁场的影响外，还可以通过软件算法对磁场干扰进行补偿。

技术总结
本发明涉及无线能量传输技术领域，公开了一种无人机机巢感应充电的方法，包括以下步骤：步骤一、设计并建立一个无人机机巢，机巢内部包含一个充电平台，上面安装有磁感应式无线充电模块；步骤二、在无人机底部装配相应的无线充电接收模块，使其与充电平台上的磁感应式发射模块相匹配，同时充电接收模块具有自动识别充电平台和无线充电状态的功能；步骤三、机巢周围安装传感器，红外传感器，用于感知无人机的位置和距离，并实现实时数据传输，传感器具备自动识别和追踪无人机的功能。通过采用磁感应式无线充电技术，这是一种非接触式充电方式，它通过磁场的变化产生电流，从而实现能量的传输，提高了充电的安全性和便利性。

技术研发人员：孙朝霞,吕红运,邓鑫,张浩,熊枫,杨连硕,杨磊
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司随州供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31