阅读说明：本技术 一种充电位动态调整的多无人机空中移动充电平台 (Multi-unmanned aerial vehicle aerial mobile charging platform with dynamically adjusted charging position ) 是由 闻枫 武书琪 李强 韩晨 裴文杰 张国奇 张翔 张大上 刘嘉明 马建行 陈泽 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种充电位动态调整的多无人机空中移动充电平台,涉及无线电能传输与无人机技术领域,包括待充电无人机、前端充电平台与控制后台。待充电无人机下部设置红外传感器与接收线圈,前端充电平台包括包括通讯控制模块与充电位,挂载于大型无人机；控制后台包括操作管理软件与数据库。所述前端充电平台在提供充电时悬停或低速飞行,通过通讯模块与控制后台之间传递指令与信息,后台控制主机对无人机充电位进行规划,待充电无人机通过红外与前端充电平台上充电位的无线发射机对准以后降落充电。本发明可供多架尺寸不相同的无人机在空中进行无线充电,并根据无人机的尺寸动态调整充电位的大小,重点解决无人机在远距离任务时的续航问题。(The invention provides a multi-unmanned aerial vehicle aerial mobile charging platform with dynamically adjusted charging positions, relates to the technical field of wireless power transmission and unmanned aerial vehicles, and comprises an unmanned aerial vehicle to be charged, a front-end charging platform and a control background. The lower part of the unmanned aerial vehicle to be charged is provided with an infrared sensor and a receiving coil, and the front-end charging platform comprises a communication control module and a charging position and is mounted on the large unmanned aerial vehicle; the control background comprises operation management software and a database. The front-end charging platform is hovered or flies at a low speed when providing charging, instructions and information are transmitted between the communication module and the control background, the background control host plans the charging position of the unmanned aerial vehicle, and the unmanned aerial vehicle to be charged is landed and charged after being aligned with a wireless transmitter of the charging position on the front-end charging platform through infrared rays. The unmanned aerial vehicle charging system can be used for wirelessly charging a plurality of unmanned aerial vehicles with different sizes in the air, dynamically adjusts the size of the charging potential according to the size of the unmanned aerial vehicle, and mainly solves the problem of endurance of the unmanned aerial vehicle during a long-distance task.)

一种充电位动态调整的多无人机空中移动充电平台

技术领域

本发明涉及无线电能传输与无人机技术领域，特别涉及一种充电位动态调整的多无人机空中移动充电平台。

背景技术

随着科学技术的发展，无人机的使用也越来越广泛，无人机因其具备成本低、操作简单、风险性低等优点，使得其在电力、光伏、交通等多个行业投入应用，并取得了显著效果。而当无人机执行远距离任务时，其续航问题难以得到有效解决。目前，对无人机来说，主流的充电方式为有线传输，需要对待充电的无人机进行电池替换，再对电池进行充电，尤其对于远距离任务的无人机来说十分不方便。无线电能传输通过发射线圈与接收线圈之间传输电能，通过发射端与接收端的线圈谐振耦合完成能量的传递，该技术可应用于无人机，为无人机续航提供方便。

目前对于无人机空中无线充电的研究较少，且尚未有空中用于多无人机移动充电的平台。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供充电位动态调整的多无人机空中移动充电平台，解决无人机执行远距离任务时的续航问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

1)一种充电位动态调整的多无人机空中移动充电平台，包括待充电无人机、前端充电平台与控制后台；待充电无人机包括无人机本体、红外感应器与能量接收线圈；前端充电平台包括通讯控制模块与充电位，每个充电位都带有对准校正模块、充电模块与检测模块；控制后台包括操作管理软件。

2)所述待充电无人机，其下端设置有红外感应器与能量接收线圈，红外感应器用于接收平台充电位发出的红外信号进行充电对准，能量接收线圈用于无人机在进行无线充电时接收无线电能量。

3)所述前端充电平台，平台上设置有多个充电位，构成无线充电阵列，充电位之间采用可移动铝板进行分隔；通讯控制模块包括通讯器、能量控制器与铝板控制器，用于向控制后台传递充电状态信息，同时接收后台发送的充电控制指令，控制充电模块传递能量，并在无人机对准降落以后，控制该充电位周围用于分隔与屏蔽作用的铝板朝充电位中心缓慢移动，帮助无人机进行位置校准，使无人机的接收端与平台发射端对准，以保持较大的传输功率与传输效率；充电模块包括电源、能量发送线圈、铁氧体与补偿回路，用于向待充电无人机传递能量；对准校正模块包括红外发射器，分别用于发送红外信号，辅助无人机进行充电对准。

4)所述前端充电平台，可挂载于大型无人机上方，并可携带待充电无人机远距离飞行，当前端控制平台正在进行供电操作时，仍可低速飞行。

5)所述充电模块，每个充电位的充电模块相互独立。

6)所述检测模块，包括充电位重量检测、充电参数检测与外部环境检测，充电位重量检测用于检测充电位的重量以确定无人机的是否成功降落在充电位上；充电参数检测包括检测充电位上发射端与接收端线圈的电压、电流与相位；外部环境检测为充电平台周边电磁环境检测。

7)所述对准校正模块，其红外发射器的安装位置包括每个充电位的中央，任意两充电位合并后的中央及任意四充电位合并后的中央位置。

8)所述充电位，每个充电位配有四块可移动铝板，四块可移动铝板尺寸相同，垂直摆放于平台上，共同构成单个方形充电位。

9)所述充电位，其状态分为充电状态与非充电状态。

10)所述可移动铝板，其作用包括电磁屏蔽、分隔充电位、待充电无人机位置校正，以及天气等原因平台小幅晃动下限制待充电无人机的可移动范围。

11)所述可移动铝板，可通过导轨在一定范围内进行平移与升降，当对应充电位上无待充电无人机时，充电位处于非充电状态，可移动铝板处于第一位置；当对应充电位上的有待充电无人机在充电时充电位处于充电状态，可移动铝板会由第一位置向充电位中心方向平移到第二位置。

12)所述充电位，当待充电无人机的尺寸可以被单个充电位容纳时，系统会为其分配单个充电位；当待充电无人机的尺寸无法被单个充电位容纳，而能被两个充电位容纳时，系统会为其分配两个充电位，并将两个充电位进行合并，合并以后两个充电位之间的可移动铝板会从第一位置下降到第三位置；当待充电无人机的尺寸无法被两个充电位容纳而能被四个充电位容纳时，系统会为其分配四个充电位，并将四个充电位进行合并，合并以后四个充电位之间的可移动铝板会从第一位置下降到第三位置。

13)所述可移动铝板，其第一位置为平台上方充电位最外侧的位置，第二位置为平台上方充电位内侧位置，第三位置为平台下方充电位最外侧位置，铝板在第一位置与第二位置之间有水平平移通道，在第一位置与第三位置之间有垂直升降通道。

14)所述控制后台，其操作管理软件用于实现人机交互，包括信息显示、指令发送、数据管理等功能。

15)所述操作管理软件，信息显示部分包括无人机与充电平台的类型、型号、工作状态、剩余电量、充电状态、飞行高度、飞行距离、航拍画面等信息显示。

16)所述操作管理软件，信息显示部分还包括充电位的使用情况，包括充电中、可用与故障三种状态。

17)所述操作管理软件，指令发送包括对待充电无人机发送的充电指令与对充电平台发送的供电指令与返回指令。

18)所述充电指令，指令发送以后待充电无人机会飞往充电平台进行充电。

19)所述供电指令，指令发送以后充电平台会飞往指定位置等待待充电无人机充电。

20)所述数据管理，该软件由专门的数据库对所有的无人机与充电平台的信息、充电记录进行管理。

附图说明

图1是充电位动态调整的多无人机空中移动充电平台软硬件架构图。

图2是充电位动态调整的多无人机空中移动充电平台操作管理软件主要界面图；

图3是充电位动态调整的多无人机空中移动充电平台供电流程图。

图4是前端充电平台单个充电位结构示意图。

图5是前端充电平台两个充电位合并后的结构示意图。

图6是前端充电平台四个充电位合并后的结构示意图。

图7是前端充电平台单个充电位进行无人机位置校正的过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明方案作进一步说明。

如图1所示，一种充电位动态调整的多无人机空中移动充电平台，主要包括三个部分：待充电无人机、前端充电平台与控制后台。待充电无人机包括无人机本体、红外感应器与能量接收线圈，主要用于线圈对准与能量接收；前端充电平台包括通讯控制模块与多个充电位构成的充电阵列，用于给待充电无人机进行供电，并且与控制后台进行信息传递；控制后台包括数据处理软件，用于信息显示、指令发送与数据管理。

待充电无人机：无人机下方设置有红外感应器与能量接收线圈。红外感应器用于接收对应的充电位的对准校正模块中的红外发射器的红外信号，能够在充电平台上方找准对应的充电位并在红外接受范围内准确降落；能量接收线圈用于接收充电位充电模块中能量发射线圈通过无线发射的能量。

前端充电平台：通讯控制模块用于接收控制后台发送的充电相关指令，如开始、结束充电指令，同时回传以充电相关信息，包括充电位的使用情况、充电位的状态、充电参数等，并根据指令，控制充电模块的通断，以及对准校正模块的开启；充电位包括对准校正模块、充电模块与检测模块，分别用于帮助待充电无人机进行位置对准校正，为其提供电能的传输及对充电参数、周边电磁环境与重量的检测。

控制后台：如图2所示的主要操作管理软件界面用于实现用户与该无线充电系统的人机交互，信息显示部分用于显示无人机与前端充电平台的基本信息与充电位的使用情况；指令发送部分用于发送相应的指令控制无人机与前端充电平台充电、供电、停止供电等操作；数据管理部分用于管理前端充电平台、无人机及相应的充电记录信息。

如图3所示，待充电无人机在前端充电平台上充电的过程如下：首先控制大型无人机搭载前端充电平台飞往指定位置，并悬停在空中，后台等待待充电无人机的充电请求信号，当无人机电量较低时，会向控制后台发送该信号。若控制后台接收到了待充电无人机的充电请求信号，会从管理的数据库中读取该无人机的尺寸，根据尺寸决定充电位的规格，前端充电平台的充电位有以下三种规格：单个充电位、两个充电位合并及四个充电位合并。平台上所有充电位的结构如图4所示。若该待充电无人机的尺寸可由单个充电位容纳充电，则为其分配单个充电位；若单个充电位无法容纳，则根据尺寸将两个充电位或四个充电位进行合并，合并后的充电位为该无人机的充电位，并由组成该充电位的所有单个充电位上的充电模块共同为其传输电能；若四个充电位合并以后的充电位依然无法容纳该无人机，则该平台无法为其供电。在读取完无人机的尺寸并且为为其确定好无人机的规格以后，检测当前充电位的使用情况，若没有合适的充电位，则该平台无法为其供电；若存在合适的充电位，则为其分配，并在需要两个以上充电位进行合并时，降下充电位之间的铝板至第三位置，完成合并。图5为两个充电位合并以后的充电位状态，图6为四个充电位合并以后的充电位状态(此时除了降下的铝板，所有的可移动铝板均处于第一位置)。当充电位的分配完成以后，则控制待充电无人机飞至平台充电位上方，并控制相应充电位上的红外发射器发射红外信号。若待充电无人机无法接收到信号，则表示没有对准至充电位的上方，需要调整无人机的位置，等待充电无人机接收到红外信号以后，则控制其降落至相应的充电位，无人机降落完成时对应充电位上的重量传感器会发出信号。确定降落完成以后，控制可移动铝板向充电位的中心方向移动至第二位置，使待充电无人机跟随铝板的移动方向发生位移以对准相应的线圈，图7是以单个充电位为例，描述了线圈对准之前与对准之后的可移动铝板的状态，由第一位置移动到第二位置。线圈对准完成以后，则平台的通讯控制模块控制充电模块导通充电回路，对无人机进行持续充电，并更新前端控制平台的充电位使用状态与无人机的充电信息。当用户需要正在充电的无人机中断充电，或者无人机充电完成时，充电结束，并更新相应的充电位使用状态与无人机的充电信息，待无人机离开充电位以后，该充电位上的所有可移动铝板均回归到第一位置。