无人机充电装置、系统及控制方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种无人机充电装置、系统及控制方法。

背景技术

目前，相关技术提出，可以在停机坪平台上叠加一个充电平台，使无人机在充电平台降落时对无人机进行充电，而无人机下落过程中停留的位置存在随机性和不固定性，因此该方案需要通过人工将无人机充电平台搬运至无人机停留位置进行充电，不仅导致无人机充电过程中消耗的时间、精力增多，而且自动化程度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无人机充电装置、系统及控制方法，可以显著减少无人机的充电对接时间，并降低充电对接难度，从而提升了无人机充电装置的便捷性和自动化程度。

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机充电装置，包括：起降平台、第一控制模块和电源结构，起降平台的上表面布置有充电接口模块，第一控制模块分别与电源结构和充电接口模块连接；充电接口模块包括至少一组充电接口组，充电接口模块用于在无人机降落至起降平台时，将目标充电接口组与无人机的充电插头模块连接；第一控制模块用于在监听到目标充电接口组与充电插头模块连接成功时，控制电源结构与目标充电接口组导通；电源结构用于针对无人机执行充电动作。

在一种实施方式中，充电接口组包括正充电接口和负充电接口，充电插头模块包括正充电插头和负充电插头，正充电接口和负充电接口均包括：柔性接触导电胶囊、导电隔离板、绝缘井、导电井和强磁铁，导电隔离板设置于柔性接触导电胶囊底部，绝缘井设置于导电隔离板底部，导电井设置于绝缘井底部，强磁铁放置于导电井内侧；其中，柔性导电胶囊用于与充电插头模块接触，并基于与充电插头模块的接触面积产生磁场；强磁铁用于基于磁场变化，从导电井移动至绝缘井，直至与导电隔离板接触，以导通正充电接口或负充电接口的内部电路；或，从绝缘井移动至导电井，以断开正充电接口或负充电接口的内部电路。

在一种实施方式中，柔性接触导电胶囊包括：气囊和导电混合液，导电混合液放置在气囊内部；其中，气囊用于与充电插头模块接触，并形变为与充电插头模块匹配的形状；导电混合液包括金属粉和导电液，金属粉用于在气囊与充电插头模块接触时产生磁场，导电液用于形成导电隔离板与充电插头模块之间的导电通路。

在一种实施方式中，绝缘井的长度小于强磁铁的长度。

在一种实施方式中，绝缘井采用绝缘材料，导电井采用非铁磁性金属。

在一种实施方式中，还包括与第一控制模块电连接的第一电流传感器和第一继电器；其中，第一控制模块控制第一继电器闭合第一指定时长生成对接信号，并将对接信号发送至无人机；第一电流传感器用于检测无人机发送的应答信号，并将应答信号转发至第一控制模块；其中，对接信号和应答信号均为电流信号；第一控制模块用于判断应答信号与第一参考信号是否一致，如果是，控制第一继电器常闭，以使电源结构与目标充电接口组导通。

在一种实施方式中，充电插头模块包括：正充电插头和负充电插头，正充电插头底端的强磁铁的磁极方向与正充电接口内部的强磁铁的磁极方向相同，负充电插头底端的强磁铁的磁极方向与负充电接口内部的强磁铁的磁极方向相同。

第二方面，本发明实施例还提供一种无人机充电系统，包括：如第一方面提供的任一项的无人机充电装置和无人机，无人机充电装置用于针对无人机执行充电动作。

第三方面，本发明实施例还提供一种无人机充电装置的控制方法，应用于如第一方面提供的任一项的无人机充电装置的第一控制模块，无人机充电装置还包括起降平台和电源结构，起降平台的上表面布置有充电接口模块，第一控制模块分别与电源结构和充电接口模块连接，包括：如果监听到充电接口模块中目标充电接口组与无人机的充电插头模块连接，对无人机的身份合法性进行验证；当无人机验证通过时，控制电源结构与目标充电接口组导通，以使电源结构用于针对无人机执行充电动作。

在一种实施方式中，无人机设置有第二控制模块，和与第二控制模块电连接的第二电流传感器和第二继电器；对无人机的身份合法性进行验证，包括：控制第一继电器闭合第一指定时长生成对接信号，并将对接信号发送至第二电流传感器，以使第二电流传感器将对接信号转发至第二控制模块，第二控制模块在对接信号与第二参照信号一致时，控制第二继电器闭合第二指定时长生成应答信号，并将应答信号发送至第一电流传感器，第二控制模块还控制第二继电器常闭；接收第一电流传感器转发的应答信号，并判断应答信号与第一参照信号是否一致；如果是，确定无人机的身份合法性验证通过。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种无人机充电装置、系统及控制方法，其中，该方法应用于无人机充电装置，包括：起降平台、第一控制模块和电源结构，起降平台的上表面布置有充电接口模块，第一控制模块分别与电源结构和充电接口模块连接；充电接口模块包括至少一组充电接口组，充电接口模块用于在无人机降落至起降平台时，将目标充电接口组与无人机的充电插头模块连接；第一控制模块用于在监听到目标充电接口组与充电插头模块连接成功时，控制电源结构与目标充电接口组导通；电源结构用于针对无人机执行充电动作。本发明实施例提供的无人机充电装置，在无人机降落至起降平台时，通过充电接口模块与无人机的充电插头模块进行自动连接，相较于现有技术中需要人为将无人机搬运至停留位置进行充电，本发明可以显著减少无人机的充电对接时间，降低充电对接难度，从而提升了无人机充电装置的便捷性和自动化程度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种无人机充电装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种起降平台的接口排布结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种充电接口模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种无人机充电装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种无人机充电装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种无人机充电系统的结构示意图

图7为本发明实施例提供的一种无人机充电装置的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，牧情(农情)侦测无人机多数由电驱动，由于无人机续航时间有限，需要定时对无人机进行充电，因此对于需要及时进行牧情(农情)侦测的应用场合，需要在停机坪平台上叠加一个充电平台，将无人机停留在充电平台上，在无人机不工作的时候及时为无人机进行充电，从而确保无人机单次飞行时间的充足，无人机在下落过程中停留的位置随机性、不固定性，而现有的充电平台都是固定一体式，因此该方案在无人机进行移动时候需要人工将充电平台搬运至充电位置，这种无人机充电方式费时费力，无人机与无人机充电平台之间无法进行识别，不适合自动化、智能化场合应用，此外该方案还存在充电平台的充电接口端不防水等问题。基于此，本发明实施例提供了一种无人机充电装置、系统及控制方法，可以显著减少无人机的充电对接时间，降低充电对接难度，并通过通讯交互识别验证提升了充电装置的安全性和稳定性。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种无人机充电装置进行详细介绍，参见图1所示的一种无人机充电装置的结构示意图，该无人机充电装置包括第一控制模块1、电源结构2和起降平台3，第一控制模块1分别与电源结构2和起降平台3连接，电源结构2还与起降平台3连接，起降平台3的上表面布置有充电接口模块，第一控制模块1分别与电源结构2和充电接口模块连接。

在一种实施方式中，起降平台为固定式起降平台，电源结构采用外接电源。在另一种实施方式中，起降平台为可移动式起降平台，电源结构为充电箱、电池和太阳能板等。另外，起降平台上可以按照预设排布方式布置充电接口模块，充电接口模块包括至少一组充电接口组，充电接口模块用于在无人机降落至起降平台时，将目标充电接口组与无人机的充电插头模块连接。在实际应用中，由于起降平台上布置有诸多充电接口组，因此当无人机降落至起降平台时，其充电接口模块即可自动连接至某一充电接口组。

在一种实施方式中，第一控制模块用于在监听到目标充电接口组与充电插头模块连接成功时，控制电源结构与目标充电接口组导通，其中，充电插头模块包括正充电插头和负充电插头，电源结构用于针对无人机执行充电动作。可选的，电源接口与充电接口组之间设置有第一继电器，在充电接口组未连接充电插头模块时，第一继电器处于断开状态，当第一控制模块监听到充电接口组与充电插头模块连接，即可控制该第一继电器闭合，以导通电源结构与目标充电接口组导通。优选的，第一控制模块可以进一步判断无人机身份是否合法，并在无人机身份合法时控制第一继电器闭合。

本发明实施例提供的无人机充电装置，在无人机降落至起降平台时，通过充电接口模块与无人机的充电插头模块进行自动连接，可以显著减少无人机的充电对接时间，降低充电对接难度，从而提升了无人机充电装置的便捷性和自动化程度。

为了便于理解，如图2示意出了一种起降平台的接口排布结构示意图，起降平台的上表面布置有若干个正充电接口和负充电接口，每个单元由四个充电接口组成，每个单元内强磁铁的磁极(向上一侧磁极)极性分布如图3所示，与正充电接口距离最近的充电接口全部为负充电接口，与负充电接口距离最近的充电接口全部为正充电接口。

另外，如图3所示，充电接口组包括正充电接口和负充电接口，正充电接口和负充电接口均包括：柔性接触导电胶囊、导电隔离板、绝缘井、导电井和强磁铁，导电隔离板设置于柔性接触导电胶囊底部，绝缘井设置于导电隔离板底部，导电井设置于绝缘井底部，强磁铁放置于导电井内侧；其中，柔性导电胶囊用于与充电插头模块接触，并基于与充电插头模块的接触面积产生磁场；强磁铁用于基于磁场变化，从导电井移动至绝缘井，直至与导电隔离板接触，以导通正充电接口或负充电接口的内部电路；或，从绝缘井移动至导电井，以断开正充电接口或负充电接口的内部电路。

在一种实施方式中，本发明实施例还提供了一种控制充电接口模块通断的实施方式，具体的参加如下(1)至(3)：

(1)当外界磁体与充电接口模块接触的时候，由于磁铁的磁性，柔性接触导电胶囊在磁性及铁粉作用下根据外界磁体的形状形成相对的凹形，从而更好的吸附在外界磁体上，形成良好的导电通路。

(2)当外界磁体与充电接口模块接触并形成良好导电通路时，外界磁铁在磁性的作用下对导电井内的强磁铁产生作用力，在异性相吸时，强磁铁在导电井行程内(强磁铁长度大于绝缘井高度)吸引上升并与隔离板(导电)接触，形成外界磁体、柔性接触导电胶囊、隔离板(导电)和强磁铁四个物体的导电通路。在同性相斥时，强磁铁在导电井行程内(强磁铁长度大于绝缘井高度)排斥下降，在绝缘井的隔离作用下与隔离板(导电)形成电隔离。

(3)当需要停止充电时，使外界磁体在外力作用下上升，初级过程中柔性接触导电胶囊在磁力(外界大于内部强磁铁)的作用下也会随之形变，胶囊内铁粉全部集中在胶囊靠近磁体的一侧，但随外界磁体继续上升，柔性接触导电胶囊无法随之形变，而此时，在隔离板的阻挡下，由于外界磁体与铁粉上升，导致强磁铁远离磁力作用体，而自动下落回到导电井内，从而自动形成导电断路。

另外，柔性接触导电胶囊包括：气囊和导电混合液，导电混合液放置在气囊内部；其中，气囊用于与充电插头模块接触，并形变为与充电插头模块匹配的形状；导电混合液包括金属粉和导电液，金属粉用于在气囊与充电插头模块接触时产生磁场，导电液用于形成导电隔离板与充电插头模块之间的导电通路。

在一种实施方式中，每个充电接口单元的导电井接入充电电源的正负极由磁极极性决定，为N极接入充电电源的正极、S极接入充电电源的负极/S极接入充电电源的正极、N极接入充电电源的负极，其中，充电接口单元的隔离板均镶嵌在整个无人机停机充电平板上，充电插头模块为强磁铁材料制作而成。

可选的，绝缘井的长度小于强磁铁的长度，绝缘井采用绝缘材料，导电井采用非铁磁性金属。

在一种实施方式中，绝缘井用于将位于充电接口模块上端的柔性接触导电胶囊和导电隔离板与位于充电接口模块下端的导电井隔离，在没有无人机降落的时候，使充电接口模块中暴露在外界的部分与和电源连接的部分完全分离，从而解决了无人机充电装置在野外放置过程中产生的误充电、短路等情况，并降低了雨天对无人机充电装置的影响。

为了便于理解，如图4示意出了另一种无人机充电装置的结构示意图，如图4所示，无人机充电装置还包括与第一控制模块电连接的第一电流传感器和第一继电器；其中，第一控制模块控制第一继电器闭合第一指定时长生成对接信号，并将对接信号发送至无人机；第一电流传感器用于检测无人机发送的应答信号，并将应答信号转发至第一控制模块；其中，对接信号和应答信号均为电流信号；第一控制模块用于判断应答信号与第一参考信号是否一致，如果是，控制第一继电器常闭，以使电源结构与目标充电接口组导通。

在一种实施方式中，在第一继电器在闭合指定时间生成对接信号后，直至第一电流传感器检测到应答信号的过程中，第一继电器保持关闭状态。

在实际应用中，如图5所示，为单侧充电插头模块的充电连接示意图，充电插头模块包括：正充电插头和负充电插头，正充电插头底端的强磁铁的磁极方向与正充电接口内部的强磁铁的磁极方向相同，负充电插头底端的强磁铁的磁极方向与负充电接口内部的强磁铁的磁极方向相同。

在一种实施方式中，在充电插头模块与充电接口模块接触时，与充电插头模块连接的充电接口单元数量，不影响电源结构与充电插头模块的通路/断路状态。

本发明实施例提供的无人机充电装置，在无人机降落至起降平台时，通过充电接口模块与无人机的充电插头模块进行自动连接，进而减少无人机的充电对接时间，降低充电对接难度，从而提升了无人机充电装置的便捷性和自动化程度，通过设置充电接口模块解决了在野外放置过程中产生的误充电、短路情况，降低了雨天对充电平台的影响，并通过通讯交互识别验证提升了充电装置的安全性和稳定性。

对于前述实施例提供的无人机充电装置，本发明实施例还提供了一种无人机充电系统，参见图6所示的一种无人机充电系统的结构示意图，该系统包括前述实施例提供的无人机充电装置100和无人机200，无人机充电装置100用于针对无人机200执行充电动作。

无人机充电装置还包括起降平台和电源结构，起降平台的上表面布置有充电接口模块，第一控制模块分别与电源结构和充电接口模块连接，参见如图7所示的一种无人机充电装置的控制方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤S702至步骤S704：

步骤S702，如果监听到充电接口模块中目标充电接口组与无人机的充电插头模块连接，对无人机的身份合法性进行验证。

在一种实施方式中，在无人机的充电插头模块与充电接口模块连接后，无人机内部的通信电路：充电插口模块、充电接口模块、第一控制模块和第二控制模块共同构成闭合回路，无人机与充电平台通过方波信号进行充电对接信息交互。

步骤S704，当无人机验证通过时，控制电源结构与目标充电接口组导通，以使电源结构用于针对无人机执行充电动作。

在一种实施方式中，充电平台发出的一串定义好的对接信号的基础上，原封修改响应信号，充电平台通过自己的电流传感器进行电流有无及时间间隔监测，按照无人机应答协议规则进行识别，如果能识别出发出的对接信号代码，则控制电路通路，否则断开电路停止充电。

在实际应用中，无人机设置有第二控制模块，和与第二控制模块电连接的第二电流传感器和第二继电器；对无人机的身份合法性进行验证，包括：控制第一继电器闭合第一指定时长生成对接信号，并将对接信号发送至第二电流传感器，以使第二电流传感器将对接信号转发至第二控制模块，第二控制模块在对接信号与第二参照信号一致时，控制第二继电器闭合第二指定时长生成应答信号，并将应答信号发送至第一电流传感器，第二控制模块还控制第二继电器常闭；接收第一电流传感器转发的应答信号，并判断应答信号与第一参照信号是否一致；如果是，确定无人机的身份合法性验证通过。

在一种实施方式中，本发明实施例还提供了一种对接信息交互的实施方式，具体的参加如下(1)至(2)：

(1)无人机充电装置通过切换第一继电器发出对接信号：遵循协议为，100ms(+)，50ms(-)为代表数字0，100ms(+),100ms(-)代表数字信号1，由该协议，第一继电器发出一串定义好的充电对接信号。(+代表电路中有电流，-代表电路中无电流)

(2)无人机接收并加载对接信号：通过无人机内部的第二电流传感器监测电路中电流的有无及对应时间，并通过第二控制模块解析对接信号，如果和无人机内存储的参照信号一致，则通过控制电路通断继电器在有电流的100ms时间内进行通断，控制规则如下：50ms(+)，50ms+50ms(-)代表应答信号的数字0，50ms(+)，50ms+100ms(-)代表应答信号的数字1，其中，电路中原来的0信号是针对充电平台发出的，无人机在这个0的信号基础上进行修改，只能修改充电平台发出0信号中100ms，因此，无人机发出应答的0信号50ms(+)，100ms(-)；无人机在1信号基础上进行修改，只能修改充电平台发出1信号中100ms，因此，无人机发出应答的1信号50ms(+)，150ms。

本发明实施例所提供的可读存储介质的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见前述方法实施例，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。