一种无人机野外续航系统及其方法

IPRDB

API 数据接口

专利申请

会员体验

联系我们

交流群

现在联系顾问~

一种无人机野外续航系统及其方法
申请号	CN202010750459.9	申请日	2020-07-30	公开(公告)号	CN111891374A	公开(公告)日	2020-11-06
申请人	上海海洋大学;			发明人	李达灿; 朱卫东; 何乃莹; 邱振戈;
摘要	本发明公开了一种无人机野外续航系统，涉及无人机技术领域，解决了现有无人机野外难以长距离作业，电池更换繁琐的弊端，其技术方案要点是包括有无人机、若干续航站点，续航站点包括有外壳、停机坪、设置于停机坪两侧的充电站、固定安装于停机坪下方的调整装置、设置于底部进行供电的站内总电源；无人机的底部设置有电源仓，电源仓的两侧连通开设有双向仓口；外壳包括有安装于续航站点顶部的楔形滑动顶盖；两侧的充电站相对开设有电池槽、沿相对方向可伸缩设置有进行电池更换的推送组件，本发明的无人机野外续航系统及其方法，能够高效、智能化的进行无人机的野外续航，有效解决续航能力有限而无法远距离长时间飞行作业的问题。
权利要求	1.一种无人机野外续航系统，其特征是：包括有无人机(5)、若干续航站点(17)，所述续航站点(17)包括有外壳(1)、设置于站内用于供无人机(5)停放的停机坪(6)、设置于停机坪(6)两侧用于对电池进行充电的充电站(3)、固定安装于停机坪(6)下方对停机坪(6)进行控制调整的调整装置、设置于底部进行供电的站内总电源(4)；所述无人机(5)的底部设置有供电池安装的电源仓(51)，所述电源仓(51)的两侧连通开设有供电源仓(51)的电池进行取放的双向仓口；所述外壳(1)包括有安装于所述续航站点(17)顶部以进行开合控制的楔形滑动顶盖(2)；两侧的所述充电站(3)相对开设有用于供电池存放的电池槽(35)、沿相对方向可伸缩设置有推送电池以对停至停机坪(6)上的无人机(5)进行电池更换的推送组件。 2.根据权利要求1所述的无人机野外续航系统，其特征是：所述充电站(3)于电池槽(35)的槽口安装有滑动仓盖(34)，所述推送组件包括有安装于电池槽(35)内以承载电池的垫板(32)及推送垫板(32)的承载伸缩杆(321)、用于抵接于电池进行推送的推动板(31)及控制所述推动板(31)动作的推送伸缩杆(311)；同一侧电池槽(35)内的所述承载伸缩杆(321)与所述推送伸缩杆(311)相互平行且沿着电池槽(35)的深度方向水平设置，两侧电池槽(35)内的推送组件呈对称设置。 3.根据权利要求2所述的无人机野外续航系统，其特征是：所述无人机(5)于电源仓(51)的两侧均安装有用于发射激光信号的激光信号发射器(511)，两侧所述充电站(3)于电池槽(35)的槽口一侧均设置有用于接收激光信号以进行对准检测的接收孔(33)。 4.根据权利要求3所述的无人机野外续航系统，其特征是：所述接收孔(33)的外围设置有用于供无人机(5)发送信号瞄准和调整的同心圆十字丝标靶标识。 5.根据权利要求4所述的无人机野外续航系统，其特征是：所述调整装置包括有安装于停机坪(6)的下方以进行高度调整及角度调整的升降杆(7)及升降台(8)、安装于升降台(8)的下方以进行供电控制的升降控制仓(9)。 6.根据权利要求5所述的无人机野外续航系统，其特征是：所述调整装置于升降控制仓(9)的一侧设置有对停机坪(6)位置进行前后方向上的平面微调的平面伸缩杆(11)、连接于平面伸缩杆(11)的一侧以进行左右方向上的平面微调的滑块(12)及滑轨(14)；所述平面伸缩杆(11)沿前后方向一端固定安装于所述升降控制仓(9)的侧壁，所述滑轨(14)沿左右方向水平安装，所述滑块(12)滑移卡嵌于所述滑轨(14)且与所述平面伸缩杆(11)远离升降控制仓(9)的一端固定连接。 7.根据权利要求6所述的无人机野外续航系统，其特征是：还包括有于站内总电源(4)上方固定安装于升降控制仓(9)周围的平面微调挡板(10)，所述滑轨(14)的两端固定连接于两侧平面微调挡板(10)之间。 8.根据权利要求1所述的无人机野外续航系统，其特征是：所述停机坪(6)为通过压力检测以判断无人机(5)是否停放的压敏电阻材质，所述停机坪(6)的上表面设置有用于对无人机(5)停放对准定位的定位标志。 9.根据权利要求1所述的无人机野外续航系统，其特征是：所述续航站内安装有进行信号处理的信号处理仓(15)及耦接于信号处理仓(15)以进行信号收发的无线天线(16)。 10.一种无人机野外续航方法，其特征是，包括有以下步骤：在野外间隔设置若干续航站点(17)，内部设置的充电站(3)对存放的电池进行充电备用；无人机(5)需要续航时，就近寻找地面的续航站点(17)，并无线与选定的续航站点(17)进行通信交互，待续航站点(17)确认后进行续航操作；续航站点(17)确认后打开楔形滑动顶盖(2)，无人机(5)进入站内，停至停机坪(6)上，无人机(5)的电源仓(51)的双向仓口与两侧的充电站(3)的电池槽(35)相对；进行续航更换电池时，无人机(5)电源仓(51)打开，充电站(3)的电池槽(35)内推送组件推送电池与电源仓(51)内的电池更换，完成后通过另一侧的推送组件对替换后的电池进行收取，并存储至充电站(3)的电池槽(35)内进行充电以备用；通过信号天线控制无人机(5)再次启动飞行，待无人机(5)飞离后控制楔形滑动顶盖(2)关闭以等待下一次续航需求交互。
说明书全文	一种无人机野外续航系统及其方法技术领域 [0001] 本发明涉及无人机技术，特别涉及一种无人机野外续航系统及其方法。背景技术 [0002] 随着卫星导航定位、无人机飞控技术的迅速发展，无人机已经可以实现非常高精度的自主飞行、自主降落，能够精准的降落在指定位置。因此无人机的应用变得越来越广泛，地形测绘、交通监察、军事侦察、森林火灾预警、农业等领域均有无人机的身影。而如今无人机面临的一大难题之一就是续航能力有限，不能实现长期远距离飞行，因此需要定期更换电池，而手动更换电池又增加了无人机操作的工作量，影响作业效率。 [0003] 面对续航问题有人提出可在无人机上加装备用电池自动更换系统，提高无人机续航能力，但是这种系统是加装在无人机上的，难免增加了无人机的负载，影响无人机飞行能力，同时加大了无人机的耗电量，续航能力依旧有限。现阶段主流的电池更换方法还是手动更换，缺乏自动化，无人机难以高效的进行远距离长时间的飞行，野外作业受到续航能力的影响作业效率低下，操作不便，还有待改进的空间。发明内容 [0004] 本发明的目的是提供一种无人机野外续航系统及其方法，能够高效、智能化的进行无人机的野外续航，有效解决续航能力有限而无法远距离长时间飞行作业的问题。 [0005] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的： [0006] 一种无人机野外续航系统，包括有无人机、若干续航站点，所述续航站点包括有外壳、设置于站内用于供无人机停放的停机坪、设置于停机坪两侧用于对电池进行充电的充电站、固定安装于停机坪下方对停机坪进行控制调整的调整装置、设置于底部进行供电的站内总电源； [0007] 所述无人机的底部设置有供电池安装的电源仓，所述电源仓的两侧连通开设有供电源仓的电池进行取放的双向仓口； [0008] 所述外壳包括有安装于所述续航站点顶部以进行开合控制的楔形滑动顶盖；两侧的所述充电站相对开设有用于供电池存放的电池槽、沿相对方向可伸缩设置有推送电池以对停至停机坪上的无人机进行电池更换的推送组件。 [0009] 作为优选，所述充电站于电池槽的槽口安装有滑动仓盖，所述推送组件包括有安装于电池槽内以承载电池的垫板及推送垫板的承载伸缩杆、用于抵接于电池进行推送的推动板及控制所述推动板动作的推送伸缩杆；同一侧电池槽内的所述承载伸缩杆与所述推送伸缩杆相互平行且沿着电池槽的深度方向水平设置，两侧电池槽内的推送组件呈对称设置。 [0010] 作为优选，所述无人机于电源仓的两侧均安装有用于发射激光信号的激光信号发射器，两侧所述充电站于电池槽的槽口一侧均设置有用于接收激光信号以进行对准检测的接收孔。 [0011] 作为优选，所述接收孔的外围设置有用于供无人机发送信号瞄准和调整的同心圆十字丝标靶标识。 [0012] 作为优选，所述调整装置包括有安装于停机坪的下方以进行高度调整及角度调整的升降杆及升降台、安装于升降台的下方以进行供电控制的升降控制仓。 [0013] 作为优选，所述调整装置于升降控制仓的一侧设置有对停机坪位置进行前后方向上的平面微调的平面伸缩杆、连接于平面伸缩杆的一侧以进行左右方向上的平面微调的滑块及滑轨；所述平面伸缩杆沿前后方向一端固定安装于所述升降控制仓的侧壁，所述滑轨沿左右方向水平安装，所述滑块滑移卡嵌于所述滑轨且与所述平面伸缩杆远离升降控制仓的一端固定连接。 [0014] 作为优选，还包括有于站内总电源上方固定安装于升降控制仓周围的平面微调挡板，所述滑轨的两端固定连接于两侧平面微调挡板之间。 [0015] 作为优选，所述停机坪为通过压力检测以判断无人机是否停放的压敏电阻材质，所述停机坪的上表面设置有用于对无人机停放对准定位的定位标志。 [0016] 作为优选，所述续航站内安装有进行信号处理的信号处理仓及耦接于信号处理仓以进行信号收发的无线天线。 [0017] 一种无人机野外续航方法，包括有以下步骤： [0018] 在野外间隔设置若干续航站点，内部设置的充电站对存放的电池进行充电备用； [0019] 无人机需要续航时，就近寻找地面的续航站点，并无线与选定的续航站点进行通信交互，待续航站点确认后进行续航操作； [0020] 续航站点确认后打开楔形滑动顶盖，无人机进入站内，停至停机坪上，无人机的电源仓的双向仓口与两侧的充电站的电池槽相对； [0021] 进行续航更换电池时，无人机电源仓打开，充电站的电池槽内推送组件推送电池与电源仓内的电池更换，完成后通过另一侧的推送组件对替换后的电池进行收取，并存储至充电站的电池槽内进行充电以备用； [0022] 通过信号天线控制无人机再次启动飞行，待无人机飞离后控制楔形滑动顶盖关闭以等待下一次续航需求交互。 [0023] 综上所述，本发明具有以下有益效果： [0024] 通过在野外设置的若干续航站点，能够通过站点内的电池便捷的实现飞行途中需要续航的无人机的电池更换，避免需要无人机返航更换电池的弊端，能够根据续航站点的设置，使得无人机在不返航的情况下实现更长距离的进行飞行，进而使得野外作业更加的高效； [0025] 续航站点两侧的充电站上电池槽的设置配合于无人机的电源仓的双向仓口的设置，可实现双向更换电池操作，同时实现对替换后的电池的存放和充电，以方便后续的电池更换做准备，且通过更换电池的方式，更加快速的实现续航，无需等待，高效便捷。附图说明 [0026] 图1为本系统的示意图； [0027] 图2为本系统无人机及续航站点的内部剖面图； [0028] 图3为图2中A部的放大图； [0029] 图4为续航站点一侧充电站的示意图； [0030] 图5为无人机电源仓的侧视图； [0031] 图6为无人机、停机坪及调整装置的结构示意图； [0032] 图7为信号处理仓及无线天线在站内的示意图； [0033] 图8为本方法的流程示意框图。 [0034] 图中：1、外壳；2、楔形滑动顶盖；3、充电站；31、推动板；311、推送伸缩杆；32、垫板；321、承载伸缩杆；33、接收孔；34、滑动仓盖；35、电池槽；4、站内总电源；5、无人机；51、电源仓；52、脚架；53、无人机电池；511、激光信号发射器；512、电源仓盖；6、停机坪；7、升降杆；8、升降台；9、升降控制仓；10、平面微调挡板；11、平面伸缩杆；12、滑块；13、滑轨扣；14、滑轨； 15、信号处理仓；16、无线天线；17、续航站点。具体实施方式 [0035] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。 [0036] 根据一个或多个实施例，公开了一种无人机野外续航系统，如图1所示，包括有无人机5以及间隔设置的若干续航站点17，如图2所示，续航站点17包括有外壳1以及设置在站内的充电站3、停机坪6、调整装置以及站内总电源4。 [0037] 如图2所示，续航站点17内部部件通过外壳1进行包围保护，外壳1包括有安装于续航站点17顶部的楔形滑动顶盖2，楔形滑动顶盖2分为两部分，分别对称设置于两侧，通过向两侧的滑动开合实现续航站点17供无人机5进入的通道的开启和关闭控制，在进行电池更换时向两侧滑动打开以方便无人机5停机。通过楔形滑动顶盖2呈楔形向两侧倾斜的设置，能够有效的防止外壳1顶部积水。 [0038] 如图2及图3所示，充电在续航站点17内的左右对称设置，两侧的充电站3相对开设有电池槽35，用于对备用电池进行存储和充电，在电池槽35内，沿着相对方向设置有推动电池进行更换的推送组件，推送组件为可伸缩设置，实现电池的推送和更换后的电池的收回。无人机5的底部安装有供电池存放使用的电源仓51，电源仓51呈水平设置，以使得放置的无人机电池53水平，电池正负极统一设置于电池底部。电源仓51的两侧与两侧充电站3的电池槽35相对设置，且在两侧连通开设有供电源仓51内的电池进行取放的双向仓口，配合于两侧的电池槽35，可实现无人机5电池的双向更换，实现便捷的更换电池。无人机5在电源仓51的下方安装有用于支撑的脚架52。 [0039] 电池槽35内的推送组件包括有垫板32以及承载伸缩杆321、推动板31及推送伸缩杆311。垫板32水平安装于电池槽35的槽底，对电池进行承载，通过承载伸缩杆321的推送能实现垫板32向电源仓51一侧滑动；垫板32为可导电的金属材料，抵接于电池槽35的槽底能进行导电，对备用电池充电时可直接通过垫板32进行接触充电。推动板31抵接在电池的一侧，与推送伸缩杆311连接，通过推送伸缩杆311的推动，推动电池与电源仓51内的无人机电池53更换，以实现承载着电池向无人机5的电源仓51一侧移动以进行更换。推动板31为软胶方形板。同一侧电池槽35内的承载伸缩杆321和推送伸缩杆311相互平行且沿着电池槽35的深度方向水平设置，两侧的电池槽35内的推送组件呈对称设置，能与无人机5的电源仓51对接。两侧的电池槽35内同一时间仅其一存放电池，当停放的无人机5需要进行电池更换时，两侧的垫板32在承载伸缩杆321的推动下向无人机5的电源仓51一侧伸出并与电源仓51接轨，构成一条连续的电池更换轨道，同时可以提高无人机5停机的稳定性，确保电池更换的顺利进行。更换时两侧电池槽35内推动板31在推送伸缩杆311的推送下推动电池，完成接轨后，有电池的一侧推送伸缩杆311继续推动该侧推动板31，备用电池推送至电源仓51内，替换无人机5内的无人机电池53，使得无人机5内电量不足的无人机电池53从另一侧推出至另一侧垫板32上完成替换，并通过另一侧的垫板32承载后存储至对应的电池槽35内以方便进行充电备用，两侧的推送组件在完成电池更换后收回电池槽35内，充电并准备下一次的续航更换。 [0040] 如图4所示，为一侧充电站3开设有电池槽35一侧的主视图，在电池槽35的槽口安装有滑动仓盖34，用于对电池槽35进行防护保护。在电池槽35的一侧设置有接收孔33，优选设置在电池槽35的上方的中间线处，如图5所示，在无人机5的电源仓51的侧壁上设置有激光信号发射器511，激光信号发射器511的位置与充电站3的接收孔33的位置在电池槽35的槽口与双向仓口相对时准确相对，通过激光信号发射器511发射激光进行对准，当接收孔33内接收到激光信号时则判断为对准，两侧的电池槽35的上方均设置有接收孔33，且无人机5双向仓口的上方也均对应设置有激光信号发射器511，两侧同时对准以实现准确的对应。接收孔33的外围设置有同心圆十字丝标靶标识，用于供激光信号发射器511发送激光信号进行瞄准和无人机5位置的微调。无人机5的电源仓51的双向仓口设置有进行开合防护的电源仓51盖，电源仓51盖在无人机5完成定位对准后打开以准备进行电池更换。 [0041] 如图6所示，停机坪6的表面水平设置，呈圆盘状设置，用于供无人机5停放。停机坪6的表面为压敏材料，可感应无人机5脚架52在停机坪6上对应的位置，通过是否有无人机5停放所产生的压力的不同检测判断无人机5是否停放，且在停机坪6的表面设置有定位标志，用于供无人机5停放时进行对准定位，定位标志设置为“H”形，两侧与充电站3的侧壁相平行设置，进而使得无人机5定位停放后两侧壁能与充电站3的侧壁相对平行，进而使得电源仓51能与电池槽35相对。 [0042] 调整装置设置在停机坪6的下方，用于对停机坪6进行调整。调整装置包括有安装在停机坪6中心正下方进行高度及角度调整的升降杆7和升降台8、用于控制及供电的升降控制仓9。升降杆7的顶端与停机坪6固定连接，通过升降杆7的升降实现停机坪6高度的调整，升降台8安装于升降杆7的底部，通过周向的旋转实现升降杆7以及停机坪6周向角度的调整。升降杆7及升降台8均采用圆台型结构，用于提高稳定性。升降控制仓9内集成微型CPU进行主控。 [0043] 调整装置还包括有设置在升降控制仓9一侧进行微调控制的平面伸缩杆11、滑块12及滑轨14、平面微调挡板10。平面微调挡板10在升降控制仓9的周围进行微调位置限定，防止调整过度造成无人机5与周围硬件发生磕碰，滑轨14设置在两侧的平面微调挡板10之间，沿着左右方向水平安装，滑块12通过滑轨14扣13扣合于滑轨14，实现在滑轨14上的移动，滑块12与平面伸缩杆11的一端固定连接，平面伸缩杆11的另一端与升降控制仓9固定连接，通过滑块12在滑轨14上的移动，带动升降控制仓9在平行于滑轨14方向上实现微调，通过平面伸缩杆11的伸缩调整，带动升降控制仓9在垂直于滑轨14方向上实现微调，进而实现与升降控制仓9固定连接的停机坪6在前后左右方向上的微调。平面伸缩杆11为空心杆，用于存放电路结构连接滑块12，并在升降控制仓9的微型CPU的控制下实现微调操作，利用智能化的技术尽可能地将无人机5位置调整居中，使无人机5电源仓51仓口和电池充电站3充电槽口对准，以确保电池更换的安全性和稳定性。 [0044] 站内总电源4安装于续航站点17的底部，为站内的各用电设备器件进行供电，站内总电源4可通过外部电路为站内进行供电。 [0045] 如图7所示，还包括有设置在站内的信号处理仓15以及连接信号处理仓15进行信号收发的无线天线16，无线天线16穿出续航站点17的外壳1，用于与外界信号交互收发，信号处理仓15进行接收信号的处理，同时用于无人机5的信号中继，保证远程遥控信号不中断，以便实现无人机5完成电池更换后再次起飞。 [0046] 智能化的无人机5电池更换系统，电池更换操作自动化，无人机5的电源仓51采用双向仓口，可以实现双向更换电池操作，无人机5停在充电站3之间后可自动更换电池，并且对电源耗尽的电池进行充电，为下次电池更换做准备。通过在不同地区设置若干个该无人机野外续航站点17，即可解决无人机5远距离长时间飞行导致的续航能力不足的问题，该无人机野外续航系统可方便快捷地为无人机5提供电池更换服务，通过电池更换代替停机充电，即换即用，大大缩短了停机等待的时间。 [0047] 根据一个或多个实施例，公开了一种无人机野外续航方法，如图1及图8所示，包括有以下步骤： [0048] 在野外测区范围内间隔设置若干续航站点17，站内设置充电站3对存放的电池进行充电备用； [0049] 续航站点17通过无线天线16及信号处理仓15与无人机5进行信号交互，当无人机5需要续航时，就近寻找地面的续航站点17，并无线与选定的续航站点17进行通信交互，待续航站点17经信号处理确认后进行续航操作； [0050] 续航站点17确认后打开楔形滑动顶盖2，无人机5进入站内，停至停机坪6上，无人机5的电源仓51的双向仓口与两侧的充电站3的电池槽35相对； [0051] 进行续航更换无人机电池53时，无人机5电源仓51打开，充电站3的电池槽35内推送组件推送电池与电源仓51内的无人机电池53更换，完成后通过另一侧的推送组件对替换后的电池进行收取，并存储至充电站3的电池槽35内进行充电以备用； [0052] 通过信号天线控制无人机5再次启动飞行，待无人机5飞离后控制楔形滑动顶盖2关闭以等待下一次续航需求交互。 [0053] 具体的，当无人机5进行停放时，停机坪6的压敏材料设置对无人机5是否停放及停放位置进行感应确定，无人机5与停机坪6上的定位标志进行定位对准，以使得停机位于中心，位置稳定；通过激光信号发射器511和接收孔33的信号收发，配合于调整装置对停机坪6进行微调，以使得无人机5的激光信号发射器511发射的激光信号能对准充电站3上的接收孔33，完成准确的定位对准，使无人机5准确停在两个电池充电站3间的中间位置上并保证无人机5电源仓51的双向仓口和电池充电站3的电池槽35对准。对准后电池充电站3上的接收孔33将接收到激光信号并反馈以进行电池更换，无人机5接到反馈信号后控制电源仓51两侧的电源仓51盖同时打开，而对应两侧的电池充电站3的滑动仓盖34也同时打开，并且两边同时伸出垫板32进行接轨，承载有电池的垫板32推送电池，待接轨完成后，两侧推动板31对两块电池进行夹持，承载有电池一侧的承载伸缩杆321继续推动以完成电池入仓更换，待电池更换完成后，两侧的推动板31和垫板32都各自收回电池槽35内，更换下的电池跟随垫板32被收回电池槽35内进行充电。无人机5电源仓51的双向仓口实现双向打开，故可以进行双向更换电池的操作。完成电池更换后，两电池充电站3自动检测充电仓内是否有待充电电池，有待充电电池的电池充电站3给电池充电，无电池的充电站3则进入待机状态。两电池充电站3的电池槽35始终保持其中一个为空槽，用于存放下一次电池更换后换下的电池并对其充电，如此循环往复就可实现无人机5电池的多次更换。 [0054] 无线天线16保持无人机5与遥控设备的信号连接，保持远程控制信号不中断。 [0055] 通过续航站点17对需续航的无人机5更换电池的方法，能够及时的对无人机5进行续航，无需返航进行人工的手动换电池，进而可实现无人机5的飞行距离更远，并且通过充电站3更换电池的操作，能够高效便捷的实现能源补给，无需长时间的充电等待，解决无人机5自助续航问题，实现在不增加无人机5负载的情况下，高效智能化地进行电池更换，提高无人机5长时间、远距离飞行作业的能力，整体使得野外作业更加的高效便捷。 [0056] 本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。