[发明专利]一种无人机无线充电系统及其充电控制方法

权利要求书

1.一种无人机无线充电系统，其特征在于：所述的无人机无线充电系统包括地面平台端(100)和无人机端(200)；其中地面平台端(100)包括箱体(107)、第一通讯模块(101)、第一控制模块(102)、电能发射线圈(103)、四个接近传感器(104)、四个作动机构(105)和屏蔽层(108)；所述的箱体(107)为正方体形结构，表面两条对角线的两端部位分别凹陷形成有一条作动机构设置槽；表面中部设有识别涂层(106)；每个作动机构(105)包括驱动电机(1051)、弹性卡环(1052)、丝杆导轨(1053)、直线导轨平台(1054)和导轨滑块(1055)；其中直线导轨平台(1054)为凹字形结构，水平设置；丝杆导轨(1053)的两端以转动的方式分别安装在直线导轨平台(1054)的两侧壁上；导轨滑块(1055)套在丝杆导轨(1053)的中部；驱动电机(1051)安装在直线导轨平台(1054)的外端面上，输出轴与丝杆导轨(1053)的一端相连，并且直线导轨平台(1054)、丝杆导轨(1053)、导轨滑块(1055)和驱动电机(1051)组合后设置在箱体(107)上任一作动机构设置槽的内部；弹性卡环(1052)为水平设置的弧形板，中部下端安装在导轨滑块(1055)的顶面上，并且弧形板的开口面向箱体(107)表面的中心方向；相邻两个作动机构(105)之间的箱体(107)表面上分别安装一个接近传感器(104)；电能发射线圈(103)安装于箱体(107)的底面上并且外部由屏蔽层(108)覆盖；第一通讯模块(101)和第一控制模块(102)安装在箱体(107)的内部，并且第一控制模块(102)同时与第一通讯模块(101)、电能发射线圈(103)、接近传感器(104)以及作动机构(105)上的驱动电机(1051)电连接；

无人机端(200)包括无人机(21)、第二通讯模块(201)、第二控制模块(202)、电能接收线圈(203)、电压检测模块(204)、无人机电池(205)和整流电路(206)；其中无人机(21)包括无人机机体(211)、摄像头(212)和隔离层(213)；摄像头(212)安装在无人机机体(211)的下部；电能接收线圈(203)下挂在无人机机体(211)的下端，上部覆盖隔离层(213)；电能接收线圈(203)依次与整流电路(206)、无人机电池(205)、电压检测模块(204)、第二控制模块(202)和第二通讯模块(201)电连接并均安装在无人机机体(211)的内部；第二通讯模块(201)与第一通讯模块(101)以无线方式进行通讯。

2.根据权利要求1所述的无人机无线充电系统，其特征在于：所述的电能发射线圈(103)和电能接收线圈(203)均为圆环状。

3.根据权利要求1所述的无人机无线充电系统，其特征在于：所述的电能发射线圈(103)的圆心与箱体(107)的底面中心相重合。

4.根据权利要求1所述的无人机无线充电系统，其特征在于：所述的电能接收线圈(203)与由作动机构(105)上四个弹性卡环(1052)组成的圆同心。

5.根据权利要求1所述的无人机无线充电系统，其特征在于：所述的弹性卡环(1052)对应的圆心角为90°。

6.一种利用权利要求1所述的无人机无线充电系统的充电控制方法，其特征在于：所述的充电控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1：在第二控制模块(202)的控制下，利用电压检测模块(204)实时检测无人机电池(205)的电压，然后传送给第二控制模块(202)，第二控制模块(202)根据上述电压信号判断无人机电池(205)的状态；

步骤2：当电压检测模块(204)检测的电压低于预先设定的电压阈值时，第二控制模块(202)将控制无人机(21)返航而进行充电，返航途中无人机(21)将基于卫星导航，返航至地面平台端(100)的箱体(107)上方的大致位置时，由摄像头(212)精确识别箱体(107)上的识别涂层(106)并调整降落位置，返航途中第二通讯模块(201)与第一通讯模块(101)以无线方式进行通讯，实时传输无人机电池(205)的电压；

步骤3：在降落过程中，当接近传感器(104)捕获到无人机(21)的信号时，其将传送给第一控制模块(102)；

步骤4：第一控制模块(102)将控制四个作动机构(105)上的驱动电机(1051)转动，由此使导轨滑块(1055)以及弹性卡环(1052)沿丝杆导轨(1053)向箱体(107)的表面中心方向移动，在此过程中四块弹性卡环(1052)所在的圆半径将逐渐缩小，并推动已降落在箱体(107)表面上的无人机(21)向箱体(107)的表面中心移动，完成电能发射线圈(103)与电能接收线圈(203)的同心耦合，直到最后固定住无人机(21)；

步骤5：第一控制模块(102)根据第一通讯模块(101)传送的电压信号控制电能发射线圈(103)供电；

步骤6：电能通过电能发射线圈(103)无线传输至电能接收线圈(203)，然后经整流电路(206)整流后向无人机电池(205)充电；

步骤7：当电压检测模块(204)检测到无人机电池(205)满电时，第二控制模块(202)将无人机电池(205)的电压信号经第二通讯模块(201)与第一通讯模块(101)传送给第一控制模块(102)，第一控制模块(102)控制电能发射线圈(103)断电，然后控制四个作动机构(105)上的驱动电机(1051)反转，由此使导轨滑块(1055)以及弹性卡环(1052)沿丝杆导轨(1053)向背离箱体(107)的表面中心方向移动，直到弹性卡环(1052)松开无人机(21)；

步骤8：在第二控制模块(202)的控制下无人机(21)起飞，由此完成整个充电过程。