具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种无人安防组合设备的无线充电方法及系统，用于对无人机和安防机器人实现无线充电，让无人机可以边充电边进行巡逻，提高了无人机的续航时间，延长了无人机和安防机器人的工作时间，使其能够满足使用需求，解决了无人机续航时间短的问题。本发明的无线充电为无人机提供了两种充电模式，一种是边飞边充电，另一种是停在机器人的停机坪上进行充电，且在充电的过程中，无人机均可对空中进行侦查。下面结合附图对本发明无人安防组合设备的无线充电方法及系统进行说明。

参阅图1，显示了本发明无人安防组合设备的无线充电系统的结构示意图。下面结合图1，对本发明无人安防组合设备的无线充电系统进行说明。

如图1所示，本发明的无人安防组合设备的无线充电系统用于实现对无人安防组合设备进行无线充电，该无人安防组合设备包括无人机11和安防机器人12，本发明的无线充电系统包括充电桩21、第一无线电能发射模块211、第一无线电能接收模块22、停机坪23、第二无线电能发射模块24以及第二无线电能接收模块，其中充电桩21设于地面处，该充电桩21包括第一无线电能发射模块211，该第一无线电能发射模块211设于充电桩21内；第一无线电能接收模块22设于安防机器人12上，该第一无线电能接收模块22可与第一无线电能发射模块211耦合连接，通过第一无线电能接收模块22与第一无线电能发射模块211为安防机器人12进行无线充电；停机坪23设于安防机器人12上，该停机坪23用于停放无人机11；第二无线电能发射模块24设于停机坪23处；结合图3所示，第二无线电能接收模块25设于无人机11上，该第二无线电能接收模块25可与第二无线电能发射模块24耦合连接，通过第二无线电能接收模块25和第二无线电能发射模块24为无人机11进行无线充电。

本发明的无人机和安防机器人均能够实现无线充电，无人机和安防机器人上均设有蓄电池，利用无线充电为无人机和安防机器人上的蓄电池进行充电，进而为无人机和安防机器人提供动力。充电桩21固设在地面上，在安防机器人12需要充电时，控制安防机器人移动至靠近充电桩21的位置并进行无线充电，在充好电后，安防机器人再执行地面巡逻任务。第二无线电能发射模块24设于安防机器人12上，无人机11可飞行至该第二无线电能发射模块24的上方进行无线充电，此时无人机11与安防机器人12保持同步移动，第二无线电能发射模块24和第二无线电能接收模块25可让无人机11与安防机器人12间有一定的位移误差，无需精准对齐也能具有较高的无线电能传输效率。无人机11还可以停放在停机坪23上并位于第二无线电能发射模块24的上方，此时安防机器人12载着无人机11进行移动巡逻。无人机11在进行无线充电的过程中，无人机11上的摄像头仍可对其所在高度继续进行侦查任务，满足无人机的续航功能，且还能够不间断的执行任务。

在本发明的一种具体实施方式中，如图1所示，本发明的无线充电系统还包括设于无人机11上的电量监测单元和处理单元，该处理单元与电量监测单元连接；该电量监测单元用于实时监测无人机11的电量；处理单元用于对无人机11的电量进行判断，当无人机11的电量低于一设定值时，控制无人机11飞行至第二无线电能发射模块24的上方进行无线充电；当无人机11的电量低于一极限值时，控制无人机11停放在停机坪23上进行无线充电。

其中的设定值选取在无人机上蓄电池总电量的30％至50％之间，当无人机的实际电量低于设定值时，无人机可继续维持飞行但其能够持续飞行的时间较短，为满足执行空中侦查任务的需求，处理单元控制无人机执行边飞边充电的模式。极限值选取在无人机上蓄电池总电量的3％至5％之间，在此电量下无人机无法继续维持飞行状态，处理单元控制无人机执行降落充电的模式。

较佳地，处理单元设置在安防机器人12上，在无人机11上设有飞行控制模块，该处理单元与飞行控制模块通信连接，可通过发送控制指令来控制飞行控制模块，从而实现对无人机11的控制。

进一步地，无人机11执行边飞边充电的模式时，处理单元将安防机器人的移动指令发送给无人机11的飞行控制模块，飞行控制模块依据移动指令中的移动方向及移动速度相应的控制无人机的飞行，让无人机与安防机器人的移动保持同步，两者达到相对静止的速度，从而保证了无线充电过程的稳定性。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明的无线充电系统还包括设于无人机11上的强度检测单元和处理单元，该处理单元与强度检测单元连接；强度检测单元用于实时检测第二无线电能发射模块24和第二无线电能接收模块间的耦合强度；处理单元用于判断耦合强度是否超出预定范围，若是，则控制调整无人机11的位置，直至耦合强度处于预定范围内。

处理单元在对耦合强度进行判断时，若耦合强度处于预定范围内，则不处理。

在无线充电的过程中，耦合强度与充电效率有一定的关系，若耦合强度超出预定范围，则充电效率较低，为保证充电效率，处理单元在无线充电的过程中，实时的对耦合强度进行监测，并控制调整无人机的位置，进而实现控制耦合强度处于预定范围内。

较佳地，处理单元在控制无人机执行无线充电时，同步的控制强度检测单元开始运行，以及时的对无线充电的耦合强度进行检测。

在本发明的一种具体实施方式中，第二无线电能发射模块24通过一位移调节机构安装于停机坪23上，通过位移调节机构可调节第二无线电能发射模块24的位移以使得第二无线电能发射模块24与第二无线电能接收模块25相对应。

在无人机进行无线充电的过程中，安防机器人保持移动以持续的进行巡逻工作，由于安防机器人在巡逻过程中可能存在路面不平、行驶颠簸的情况，致使无人机的无线充电发生对位困难。本发明通过设置位移调节机构实现第二无线电能发射模块24的位置调节，让第二无线电能发射模块24调节至与第二无线电能接收模块25相对应的位置，以实现快速的对位校准。

较佳地，停机坪23的表面呈水平状，在该停机坪23上设置的位移调节机构可实现第二无线电能发射模块24的横向位置调节和纵向位置调节，进而实现第二无线电能发射模块24的位置校准。

具体地，位移调节机构包括一对横向轨道、滑设于横向轨道上纵向轨道以及滑设于纵向轨道上的支座，该支座用于安装第二无线电能发射模块24，纵向轨道可沿着横向轨道进行横向位置调节，支座可沿着纵向轨道进行纵向位置调节，从而实现了第二无线电能发射模块24的位置调节。

在一较佳实施方式中，纵向轨道的端部设有滑块，该滑块滑设在横向轨道内，在横向轨道处设有与滑块螺纹连接的螺杆以及驱动该螺杆旋转的驱动电机，通过控制驱动电机的转动而实现滑块沿着螺杆进行来回移动调节，该螺杆可转动的设于横向轨道内。同样地，支座也通过一滑动件滑设在纵向轨道内，在纵向轨道内设有纵向设置的螺纹驱动杆以及驱动该螺纹驱动杆转动的电机，该螺纹驱动杆与滑动件螺纹连接，且该螺纹驱动杆可转动的安装在纵向轨道内，通过电机驱动该螺纹驱动杆转动而实现滑动件沿着螺纹驱动杆进行来回移动调节。

在另一较佳实施方式中，在横向轨道处设置有与纵向轨道驱动连接第一气缸，通过第一气缸的伸缩调节来带动纵向轨道沿着横向轨道进行来回移动调节。在纵向轨道处设有与支座驱动连接的第二气缸，通过第二气缸的伸缩调节来带动支座沿着纵向轨道进行来回移动调节。

进一步地，停机坪23上设有支架，该支架靠近位移调节机构设置，该支架的顶部设有位于位移调节机构上方的承载台，该承载台用于停放无人机。

再进一步地，本发明的无线充电系统还包括设于无人机11上的电压检测单元和设于停机坪23上并与位移调节机构控制连接的控制单元，该控制单元与电压检测单元连接；电压检测单元用于实时检测无人机进行无线充电时的充电电压；控制单元用于判断充电电压是否超出设定电压范围，若是，则控制位移调节机构调节第二无线电能发射模块24的位置，直至充电电压处于设定电压范围内。

较佳地，充电电压能够反映无线充电的耦合强度，也即充电电压发生变化时，耦合强度也相应的发生变化，为确保无线充电的传输效率，实时监测无线充电的充电电压，通过位移调节机构调节第二无线电能发射模块24的位置，使得第二无线电能发射模块24与第二无线电能接收模块相对应，保证充电电压处于设定电压范围内。

在本发明的一种具体实施方式中，停机坪23通过升降调节机构安装在安防机器人12上，该升降调节机构能够调节停机坪23的支设高度，在无人机11停放在停机坪23上时，通过升降调节机构能够调节无人机11的所在高度，以满足无人机执行空中侦查任务。

较佳地，升降调节机构为驱动气缸，该驱动气缸通过伸缩调节气缸杆来带动停机坪23进行升降调节。另一较佳实施方式中，升降调节机构为推杆电机，通过伸缩调节推杆来带动停机坪23进行升降调节。

安防机器人12上设有处理单元，处理单元在控制无人机停放在停机坪23上之后，控制升降调节机构进行运行以调节无人机的高度，让无人机继续执行侦查任务。

在本发明的一种具体实施方式中，如图4所示，显示了本发明的无线充电系统的原理图，本发明的无线充电系统的充电桩作为地面发射端，用于对安防机器人提供电能，以实现无线充电，此时安防机器人作为充电接收端，其接收的电能存在的安防机器人的负载中，该安防机器人的负载即为安防机器人的电池。安放机器人上的电池作为电能发射端为无人机提供电能，实现无线充电，无人机作为充电接收端。

结合图5所示，本发明的第一无线电能发射模块211包括PFC、DC-DC电压调整电路、DC-AC逆变电路、充电桩共振线圈、弱电电源电路和蓝牙通讯电路，PFC与市电输入连接，输入的市电为220V、50Hz，市电通过PFC及DC-DC电压调整电路整流降压后变为5V～310V的直流电压，再通过DC-AC逆变电路变成20kHz～6.78MHz的高频电磁波，进而输入到充电桩共振线圈进行发射。蓝牙通讯电路用于实现通信数据的收发，实现第一无线电能发射模块211与其他模块间的通信。弱电电源电路用于实现电路保护功能，可实现过流过压保护。

第一无线电能接收模块包括机器人共振线圈、AC-DC整流电路和DC-DC降压电路，该机器人共振线圈与充电桩共振线圈耦合连接，接收高频电磁波输入到AC-DC整流电路，转变为直流，再通过DC-DC降压电路调控后输出供给电池使用，用于为安防机器人的电池充电，该电池可为24V、48V或72V。

结合图6所示，第二无线电能接收模块包括DC-DC升压电路、DC-AC逆变电路、弱电电源电路、蓝牙通讯电路以及无人机设备共振线圈。第二无线电能发射模块的电源来自安防机器人的电池，其发射电压为100V～300V的直流电，第二无线电能接收模块的接收电压为12V～48V的交流电。第二无线电能接收模块处的第二接收端共振线圈的输出信号为低压直流信号，通过升压电路和逆变电路后可以供给无人机的负载使用。

如图2所示，第一无线电能发射模块211包括第一非共振线圈2111和第一共振线圈2112，第一非共振线圈2111与第一共振线圈2112耦合连接，作为无线电能的发射端，第一无线电能接收模块22包括第一接收端共振线圈221，该第一接收端共振线圈221与第一共振线圈2112耦合连接。其中的第一非共振线圈2111和第一共振线圈2112的线圈尺寸为240mm*240mm，第一接收端共振线圈221的尺寸为150mm*150mm，第一非共振线圈2111、第一共振线圈2112和第一接收端共振线圈221均为方形线圈，其中第一非共振线圈2111为单层方形线圈，线圈数量有5匝，第一共振线圈2112和第一接收端共振线圈221为双层方形线圈，线圈数量有10匝，两者的本征频率相同，且接收端和发射端的工作频率为某一单一频率，该单一频率共振线圈的本征频率，具体为58kHz±10％中的某一值，在该频率下实现无线电能的传输，能够让电能传输效率处于最大值，且两个共振线圈间能够有一定的偏移距离，旋转角度以及传输距离，其中水平偏移距离可为±70mm，旋转角度可为0°至30°，传输距离可为0至70mm。

如图3所示，第二无线电能发射模块24包括第二非共振线圈241和第二共振线圈242，第二无线电能接收模块25包括第二接收端共振线圈251，第二非共振线圈241和第二共振线圈242耦合连接，作为发射端；第二接收端共振线圈251与第二共振线圈242耦合连接，作为接收端。其中的第二非共振线圈241、第二共振线圈242和第二接收端共振线圈251均为单层圆形线圈，第二非共振线圈241的线圈数量为3匝，第二共振线圈242和第二接收端共振线圈251的线圈数量为6匝。第二非共振线圈241和第二共振线圈242的尺寸为240mm，第二接收端共振线圈251的尺寸为180mm。第二共振线圈242和第二接收端共振线圈251的本征频率相同。第二非共振线圈241和第二共振线圈242的输入信号为发射电路形成的低压直流信号，工作频率为1MHz。

本发明还提供了一种无人安防组合设备的无线充电方法，下面对该无线充电方法进行说明。

如图7所示，本发明的无线充电方法用于对无人机和安防机器人实现无线充电，该方法包括如下步骤：

执行步骤S101，于地面设置充电桩，所设置的充电桩包括第一无线电能发射模块；接着执行步骤S102；

执行步骤S102，于安防机器人上设置可与第一无线电能发射模块耦合连接的第一无线电能接收模块，进而通过第一无线电能发射模块和第一无线电能接收模块为安防机器人进行无线充电；接着执行步骤S103；

执行步骤S103，于安防机器人上设置供停放无人机的停机坪；接着执行步骤S104；

执行步骤S104，于停机坪上设置第二无线电能发射模块；接着执行步骤S104；

执行步骤S104，于无人机上设置可与第二无线电能发射模块耦合连接的第二无线电能接收模块，进而通过第二无线电能发射模块和第二无线电能接收模块为无人机进行无线充电。

较佳地，本发明无线充电方法中的第一无线电能发射模块、第一无线电能接收模块、第二无线电能发射模块以及第二无线电能接收模块与上述无线充电系统中的模块结构及原理相同，具体可参见上述无线充电系统中的描述，在此不再赘述。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明的无线充电方法还包括：

实时监测无人机的电量，并对无人机的电量进行判断；

当无人机的电量低于一设定值时，控制无人机飞行至第二无线电能发射模块的上方进行无线充电；

当无人机的电量低于一极限值时，控制无人机停放在停机坪上进行无线充电。

在本发明的一种具体实施方式中，在无人机进行无线充电时，实时监测第二无线电能发射模块和第二无线电能接收模块间的耦合强度；

判断监测得到的耦合强度是否超出预定范围，若是，则控制调整无人机的位置，直至耦合强度处于预定范围内。

在本发明的一种具体实施方式中，在设置第二无线电能发射模块时，将第二无线电能发射模块通过一位移调节机构安装于停机坪上；

通过位移调节机构调节第二无线电能发射模块的位置以使得第二无线电能发射模块与第二无线电能接收模块相对应。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明的无线充电方法还包括：

实时监测无人机进行无线充电时的充电电压；

判断充电电压是否超出设定电压范围，若是，则通过位移调节机构调节第二无线电能发射模块的位置，直至充电电压处于设定电压范围内。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。