一種無人機快速自主續航系統及其方法技術方案

本發明專利技術公開了無人機快速自主續航系統及其方法。該系統包括無人機控制器，其用于實時接收無人機電池倉內電池的電量值，并當無人機電池倉內電池的電量值低于或等于預設電量閾值時，向智能起降站發送無人機機型信息及降落信號；智能起降站內設置有站內控制器及圖像采集裝置；智能起降站內還設置有引導降落及固定裝置，其用于在距離智能起降站預設高度范圍內引導無人機精準降落且固定無人機保持穩定；站內控制器內還存儲有與無人機機型信息相匹配的站內電池倉電池存儲位置信息，站內控制器根據無人機機型信息來控制電池更換機構抓取站內電池倉內相應電池存儲位置處的電池來更換無人機電池倉內的電池，實現無人機快速自主續航。

Rapid autonomous cruising system for unmanned aerial vehicle and method thereof

The invention discloses a fast autonomous life endurance system for UAVs and a method thereof. The system includes a controller for UAV, the UAV real-time receiving the battery compartment battery, and the battery compartment when the UAV battery value is less than or equal to the preset electric quantity threshold, to the intelligent landing station transmits the UAV model information and landing signal; intelligent station is provided with a station controller reduction and image acquisition intelligent device; landing station is also provided with a guide for landing and fixing device, which is used in intelligent landing distance station preset height range of UAV landing guidance precision and fixed UAV stability; station battery battery storage location information station controller also stores the information matches with the UAV models, the station controller based on human type information to control the battery replacement station grab mechanism inside the battery compartment corresponding battery storage location of the battery to replace the UAV battery The battery inside the storehouse, realize unmanned aerial vehicle rapid independent life.

【技術實現步驟摘要】
一種無人機快速自主續航系統及其方法
本專利技術屬于無人機領域，尤其涉及一種無人機快速自主續航系統及其方法。
技術介紹
目前，隨著無人機不斷發展推廣，應用的領域也逐漸廣泛化，比如農業噴灑、電力巡檢、防災應急、航拍測繪和中繼通訊領域等。而且，地面設備已經成為整套無人機安全、穩定高效運行的關鍵。當前民用無人機的一些要求比如懸停、垂直起降只有多旋翼飛行器可以做到，無人機應用也大多為四軸飛行器，電動四軸飛行器的原理決定了它必須用電機，而電池能量密度有限，導致當前續航缺陷難以克服。
技術實現思路
為了解決現有技術中無人機自主續航的不足，本專利技術提供了一種無人機快速自主續航系統，其具有更換電池快速續航和智能電池收納、續充的功能，能夠提高智能起落站的整體實用能力、克服續航障礙，增強無人機系統的廣泛應用能力。本專利技術的一種無人機快速自主續航系統，包括：無人機控制器，其用于實時接收無人機電池倉內電池的電量值，并當無人機電池倉內電池的電量值低于或等于預設電量閾值時，向智能起降站發送無人機機型信息及降落信號；所述智能起降站內設置有站內控制器及圖像采集裝置，圖像采集裝置用于實時采集無人機圖像信息并傳送至站內控制器，進而生成無人機降落控制指令并傳送至無人機控制器來控制無人機粗降至距離智能起降站預設高度范圍內；智能起降站內還設置有引導降落及固定裝置，其用于在距離智能起降站預設高度范圍內引導無人機精準降落且固定無人機保持穩定；所述站內控制器內還存儲有與無人機機型信息相匹配的站內電池倉電池存儲位置信息，站內控制器還與電池更換機構相連，站內控制器根據無人機機型信息來控制電池更換機構抓取站內電池倉內相應電池存儲位置處的電池來更換無人機電池倉內的電池，實現無人機快速自主續航。本專利技術采用圖像采集裝置實時采集無人機圖像信息并傳送至站內控制器，在站內控制器對無人機圖像信息進行處理后生成無人機降落控制指令，再傳送至無人機控制器，這樣減少了無人機控制器運算過程的消耗，從而提高了無人機續航的能力；此外，本專利技術通過先利用圖像采集裝置實現無人機粗降，再利用引導降落及固定裝置實現無人機精準降落且保持穩定，最終保證了無人機電池更換的準確性，實現了無人機快速自主續航。進一步的，所述引導降落及固定裝置包括支撐架，其用于承載無人機；所述支撐架上安裝有與無人機旋翼數量相同且與無人機旋翼相匹配的凹槽，而且每個凹槽的其中一個側面上均開設有豁口，所述豁口用于支撐并固定無人機，該側面與無人機支架相接觸。本專利技術利用凹槽來引導無人機降落至預設位置，且利用凹槽的側面上的豁口來固定無人機，用于維持無人機穩定，避免無人機在更換電池的過程中由于位置變動而影響電池更換的效率。進一步的，所述凹槽的形狀為U型，或V型，或漏斗型。這些凹槽的形狀設計有利于無人機快速且準確降落。進一步的，所述支撐架與驅動機構相連，所述驅動機構與站內控制器相連。本專利技術還通過站內控制器來控制驅動機構進行驅動支撐架運動來準確承接無人機降落。進一步的，所述電池更換機構包括三維直角坐標運動系統，所述三維直角坐標運動系統包括在第一軸方向運動的第一平移機構、在第二軸方向運動的第二平移機構以及在第三軸方向運動的第三平移機構，其中，第一軸方向、第二軸方向和第三軸方向構成三維直角坐標系；所述第一平移機構、第二平移機構和第三平移機構的一端分別與站內控制器相連，另一端分別與用于抓取電池的夾爪相連。本專利技術利用站內控制器驅動第一平移機構、第二平移機構和第三平移機構，進而帶動夾爪遍訪立體空間內各點位，實現機械抓手抓取不同機型機位電池，提高了電池更換的效率和準確性。進一步的，站內電池倉電池存儲位置相應的各個電池倉口的形狀為坡狀，用于提高插拔可靠性。進一步的，該系統還包括無線充電裝置，其設置于智能起降站內；且當無人機保持穩定后，無線充電裝置用于對無人機電池倉內電池進行自主無線充電。進一步的，該系統還包括有線充電插口，其設置于智能起降站內；且當無人機保持穩定后，無人機電池倉內電池恰好固定于有線充電插口處，用于實現對無人機電池倉內電池進行自主有線充電。進一步的，所述無人機控制器通過無線通信方式與智能起降站的站內控制器相互通信，站內控制器接收到無人機控制器發送的無人機機型信息及降落信號后，將智能起降站自身的地理位置信息反饋至無人機控制器，無人機控制器根據接收到的智能起降站地理位置信息，篩選出最近距離的智能起降站進行降落。本專利技術通過對智能起降站距離的遠近來篩選出距離無人機最近的智能起降站，實現了無人機快速達到智能起降站，提高了無人機自主續航的效率。本專利技術還提供了一種無人機快速自主續航系統的工作方法。本專利技術的一種無人機快速自主續航系統的工作方法，包括：無人機控制器實時接收無人機電池倉內電池的電量值，并當無人機電池倉內電池的電量值低于或等于預設電量閾值時，向智能起降站發送無人機機型信息及降落信號；智能起降站內設置的圖像采集裝置實時采集無人機圖像信息并傳送至站內控制器，進而生成無人機降落控制指令并傳送至無人機控制器來控制無人機粗降至距離智能起降站預設高度范圍內；智能起降站內設置的引導降落及固定裝置在距離智能起降站預設高度范圍內引導無人機精準降落且固定無人機保持穩定；站內控制器根據無人機機型信息來控制電池更換機構抓取站內電池倉內相應電池存儲位置處的電池來更換無人機電池倉內的電池，實現無人機快速自主續航。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：(1)本專利技術采用圖像采集裝置實時采集無人機圖像信息并傳送至站內控制器，在站內控制器對無人機圖像信息進行處理后生成無人機降落控制指令，再傳送至無人機控制器，這樣減少了無人機控制器運算過程的消耗，從而提高了無人機續航的能力；(2)本專利技術通過先利用圖像采集裝置實現無人機粗降，再利用引導降落及固定裝置實現無人機精準降落且保持穩定，最終保證了無人機電池更換的準確性，實現了無人機快速自主續航；解決了限制無人機系統廣泛應用的續航問題，通過穩定可靠的直角坐標運動系統完成整套更換電池并充電續航過程，破除了無人機“無人化”應用的一大壁壘，自主作業完成電池更換。附圖說明構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。圖1是本專利技術的無人機快速自主續航系統的電路結構示意圖；圖2是本專利技術的無人機快速自主續航系統的電路原理圖；圖3為電壓與電量經驗關系圖；圖4是本專利技術的一種無人機快速自主續航系統的工作方法流程圖；圖5是本專利技術的引導降落及固定裝置結構示意圖。具體實施方式應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬
的普通技術人員通常理解的相同含義。需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。圖1是本專利技術的無人機快速自主續航系統的電路結構示意圖。如圖1所示，本專利技術的一種無人機快速自主續航系統，包括：無人機控制器和智能起降站。其中：(1)無人機控制器，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無人機快速自主續航系統，其特征在于，包括：無人機控制器，其用于實時接收無人機電池倉內電池的電量值，并當無人機電池倉內電池的電量值低于或等于預設電量閾值時，向智能起降站發送無人機機型信息及降落信號；所述智能起降站內設置有站內控制器及圖像采集裝置，圖像采集裝置用于實時采集無人機圖像信息并傳送至站內控制器，進而生成無人機降落控制指令并傳送至無人機控制器來控制無人機粗降至距離智能起降站預設高度范圍內；智能起降站內還設置有引導降落及固定裝置，其用于在距離智能起降站預設高度范圍內引導無人機精準降落且固定無人機保持穩定；所述站內控制器內還存儲有與無人機機型信息相匹配的站內電池倉電池存儲位置信息，站內控制器還與電池更換機構相連，站內控制器根據無人機機型信息來控制電池更換機構抓取站內電池倉內相應電池存儲位置處的電池來更換無人機電池倉內的電池，實現無人機快速自主續航。

【技術特征摘要】
1.一種無人機快速自主續航系統，其特征在于，包括：無人機控制器，其用于實時接收無人機電池倉內電池的電量值，并當無人機電池倉內電池的電量值低于或等于預設電量閾值時，向智能起降站發送無人機機型信息及降落信號；所述智能起降站內設置有站內控制器及圖像采集裝置，圖像采集裝置用于實時采集無人機圖像信息并傳送至站內控制器，進而生成無人機降落控制指令并傳送至無人機控制器來控制無人機粗降至距離智能起降站預設高度范圍內；智能起降站內還設置有引導降落及固定裝置，其用于在距離智能起降站預設高度范圍內引導無人機精準降落且固定無人機保持穩定；所述站內控制器內還存儲有與無人機機型信息相匹配的站內電池倉電池存儲位置信息，站內控制器還與電池更換機構相連，站內控制器根據無人機機型信息來控制電池更換機構抓取站內電池倉內相應電池存儲位置處的電池來更換無人機電池倉內的電池，實現無人機快速自主續航。2.如權利要求1所述的一種無人機快速自主續航系統，其特征在于，所述引導降落及固定裝置包括支撐架，其用于承載無人機；所述支撐架上安裝有與無人機旋翼數量相同且與無人機旋翼相匹配的凹槽，而且每個凹槽的其中一個側面上均開設有豁口，所述豁口用于支撐并固定無人機，該側面與無人機支架相接觸。3.如權利要求2所述的一種無人機快速自主續航系統，其特征在于，所述凹槽的形狀為U型，或V型，或漏斗型。4.如權利要求2所述的一種無人機快速自主續航系統，其特征在于，所述支撐架與驅動機構相連，所述驅動機構與站內控制器相連。5.如權利要求1所述的一種無人機快速自主續航系統，其特征在于，所述電池更換機構包括三維直角坐標運動系統，所述三維直角坐標運動系統包括在第一軸方向運動的第一平移機構、在第二軸方向運動的第二平移機構以及在第三軸方向運動的第三平移機構，其中，第一軸方向、第二軸方向和第三軸方向構成三維直角坐標系；所述第一平移機構、第二平移機構和第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬思樂，丁為飛，陳祥海，孫文旭，李金剛，王勇，丁為杰，陳遠方，王軍峰，趙月，馬曉靜，張佰順，
申請(專利權)人：山東大學，濟南華奧控制系統有限公司，
類型：發明
國別省市：山東,37