一種無人機自動無線充電方法及系統與流程

本發明屬于無人機無線充電技術領域，具體地涉及一種無人機自動無線充電方法及系統。

背景技術：

無人機是一種有動力、可控制、能攜帶多種任務設備、執行多種任務并能重復使用的飛行器。能夠利用無線遙控設備和自身的控制裝置進行控制的不載人飛行器，例如無人直升機、無人固定翼機、無人傘翼機等等。廣泛應用于航拍、監測、偵查等領域。

但受到電池技術和充電技術的限制，無人機持續工作時間極短，使得其在應用上受到了大大的制約。無人機飛行一段時間后就必須返回進行電能補充，而現有的無人機電能補充大多數都是采用換電池或插線充電來實現的，這樣操作較為麻煩，且無法實現無人機全自主控制。為此，出現了采用無線充電的無人機，解決了無人機充電需要人工參與的問題。

但在無線充電過程中，則要求無人機要精準定位降落到無線充電點，才能提高無線充電效果。而現有的全自主控制的無人機大多數都是采用GPS進行定位，如公開專利：CN205958757U，但GPS的定位精度不夠高，誤差可以達到幾米，為了提高無人機定位精度，現在有的采用紅外進行輔助定位，如公開專利：CN106371463A，也有的采用圖標進行輔助定位，雖然在一定程度上提高了定位精度，但精度還是不夠高，無法使無線充電發射模塊與無線充電接收模塊精確對位，從而降低無線充電效率，此外，現有的無人機為了提高定位精確度，算法復雜，計算量大。

技術實現要素：

本發明的目的在于為解決上述問題而提供一種定位精度非常高，算法簡單，計算量少，大大提高無線充電效率的無人機自動無線充電方法及系統。

為此，本發明公開了一種無人機自動無線充電方法，包括如下步驟：

S1，在定點處設置紅外線發射裝置并使紅外線發射裝置以一定發光角度豎直向上發射紅外線，在定點處設置激光發射裝置，并使激光發射裝置豎直向上發射準直激光，所述準直激光在水平面的投影圖案包含一中心點和一圍合該中心點的圍合線，所述中心點與定點位于同一豎直線；

S2，無人機根據定點的衛星定位坐標，通過衛星定位飛至定點上方的粗步定位區域；

S3，無人機在粗步定位區域的水平面內檢測紅外線的強度，并飛至紅外線強度最大的區域；

S4，無人機在紅外線強度最大的區域的水平面內檢測圍合線的激光，并根據檢測到圍合線的激光確定中心點的預判位置；

S5，無人機飛至中心點的預判位置，在預判位置檢測中心點的激光；

S6，無人機檢測到中心點的激光后垂直降落至定點；

S7，定點處的無線充電發射模塊發射無線電能給無人機的無線充電接收模塊，為無人機無線充電。

進一步的，所述衛星定位模塊包括GPS定位模塊或北斗衛星定位模塊。

進一步的，紅外線發射裝置為紅外發光二極管。

進一步的，所述步驟S3具體為：無人機采用攝像機或紅外接收二極管在水平面內檢測紅外線的強度，并飛至紅外線強度最大的區域。

進一步的，所述圍合線為圓形，所述中心點位于圓心處。

更進一步的，所述步驟S4中，無人機在紅外線強度最大的區域的水平面內檢測圍合線的激光，并根據檢測到圍合線的激光確定中心點的預判位置的具體方法為：無人機在紅外線強度最大的區域的水平面內進行直線飛行檢測激光，如果在一條直線上檢測三個激光點，則中間的激光點為中心點，確定出中心點的預判位置；如果在一條直線上只檢測一個或兩個激光點，則這一個或兩個激光點為圍合線的激光，通過幾何換算，可以確定出中心點的預判位置。

進一步的，所述圍合線為正多邊形，所述中心點位于正多邊形的中心處。

本發明還公開了一種用于實現上述的無人機自動無線充電方法的無人機自動無線充電系統，包括設置在定點處的第一充電裝置和設置在無人機的第二充電裝置，所述第一充電裝置包括主控制模塊、無線充電發射模塊、第一衛星定位模塊、紅外線發射裝置和激光發射裝置，所述無線充電發射模塊、第一衛星定位模塊、紅外線發射裝置和激光發射裝置分別與主控制模塊連接，所述第二充電裝置包括無人機主控制模塊、無線充電接收模塊、第二衛星定位模塊、紅外線強度檢測裝置和激光檢測裝置，所述無線充電接收模塊、第二衛星定位模塊、紅外線強度檢測裝置和激光檢測裝置分別與無人機主控制模塊連接，所述第一衛星定位模塊用于獲取定點的衛星定位坐標，所述紅外線發射裝置以一定發光角度豎直向上發射紅外線，所述激光發射裝置豎直向上發射準直激光，所述準直激光在水平面的投影圖案包含一中心點和一圍合該中心點的圍合線，所述中心點與定點位于同一豎直線，所述第二衛星定位模塊用于提供無人機的衛星定位坐標，所述紅外線強度檢測裝置用于檢測水平面內的紅外線的強度，所述激光檢測裝置用于檢測激光，所述無線充電發射模塊用于發射無線電能，所述無線充電接收模塊用于接收無線充電發射模塊發射的無線電能。

本發明的有益技術效果：

本發明結合GPS定位、紅外線定位以及激光定位來實現定點定位，逐步縮小定位范圍，定位精度非常高，算法簡單，計算量少，定位速度快，從而大大提高了無線充電效率和無人機續航能力，對硬件性能要求低，實現簡單，大大降低了成本。

附圖說明

圖1為本發明實施例的方法流程圖；

圖2為本發明實施例的紅外線發射示意圖；

圖3為本發明實施例的準直激光在水平面的投影圖案示意圖；

圖4為本發明其它實施例的準直激光在水平面的投影圖案示意圖；

圖5為本發明其它實施例的準直激光在水平面的投影圖案示意圖；

圖6為本發明實施例的系統結構示意圖。

具體實施方式

現結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。

如圖1-3所述，一種無人機自動無線充電方法，包括如下步驟：

S1，在停機坪1的定點B上設置衛星定位模塊獲取定點B的衛星定位坐標，本具體實施例中，衛星定位模塊為GPS定位模塊，當然，在其它實施例中，也可以是北斗衛星定位模塊，在一些實施例中，如果停機坪是固定的，也可以不用設置GPS定位模塊，只要在設置停機坪時確定其GPS定位坐標就可以。

在定點B處設置紅外線發射裝置并使紅外線發射裝置以一定發光角度豎直向上發射紅外線，具體如圖2所示，紅外線2的法向軸線3與定點B在同一豎直線上，這樣，在定點B上方的水平面（與豎直線垂直的平面）內，正對著定點B的區域的紅外線2強度最大。本具體實施例中，紅外線發射裝置為紅外發光二極管。發光角度可以根據實際需要進行選擇，此是本領域技術人員可以輕易實現的，不再詳細說明。

在定點B處設置激光發射裝置，并使激光發射裝置豎直向上發射準直激光，所述準直激光在水平面的投影圖案包含一中心點和一圍合該中心點的圍合線，所述中心點與定點B位于同一豎直線。本具體實施例中，所述準直激光在水平面的投影圖案如圖3所示，包含一個圓形的圍合線4和位于圓形的圓心的中心點B′，中心點B′與定點B位于同一豎直線。當然，在其它實施例中，所述圍合線可以為正多邊形，所述中心點位于正多邊形的中心處，正多邊形可以是如圖4和圖5所示的正三角形和正方形，當然，也可以是正五邊形，正六邊形等等。

S2，無人機根據定點B的GPS定位坐標，通過GPS定位飛至定點B上方的粗步定位區域（即衛星定位區域），由于GPS定位精度較低，誤差可以達到幾米，所以粗步定位區域面積較大，還需進一步細定位。

S3，無人機在粗步定位區域的水平面內檢測紅外線3的強度，并飛至紅外線強度最大的區域。

具體的，無人機采用攝像機或紅外接收二極管在水平面內檢測紅外線的強度，并飛至紅外線強度最大的區域，具體過程為：無人機在水平面內朝某一方向移動并檢測紅外線強度，如果檢測到的紅外線強度小于上個位置檢測的紅外線強度，則換個方向飛行，如果檢測到的紅外線強度大于上個位置檢測的紅外線強度，則繼續朝原方向飛行，直至某個位置時，往任何方向飛行，下一位置檢測到的紅外線強度小于該位置檢測的紅外線強度，則該位置為紅外線強度最大的區域。此是本領域技術人員可以輕易實現的，不再詳細說明。

但由于紅外線具有一定的發散性以及紅外線強度檢測裝置的精度極限性，紅外線強度最大的區域不是正對著定點B的一個點，而是具有一定面積的區域，此時，還不能精確定位。但此區域比粗步定位區域面積小，進一步縮小了定位范圍。

S4，無人機在紅外線強度最大的區域的水平面內檢測圍合線的激光，并根據檢測到圍合線的激光確定中心點的預判位置。

具體的，采用激光檢測裝置檢測圍合線的激光，本具體實施例中，圍合線的面積優選小于紅外線強度最大的區域的面積。

具體方法為：無人機在紅外線強度最大的區域的水平面內進行直線飛行檢測激光，如果在一條直線上檢測到三個激光點，如圖3所示，無人機沿直線L1飛行，則會檢測到三個點，分別為A、B′和C，則中間的激光點B′為中心點，就可以確定出中心點B′的預判位置；如果在一條直線上只檢測兩個激光點，如無人機沿直線L2從左往右飛行，先后檢測到點D和點E，并已飛出距離點D的距離大于圍合線4的直徑，則說明點D和點E是圍合線4上相對的兩個點，然后返回沿直線L3從右往左飛行，檢測到在圍合線上的點G和點F，則由這四個點D、E、G、和F可以通過幾何換算，得出中心點B′的預判位置；如果在一條直線上只檢測一個激光點，如無人機沿直線L4從左往右飛行，檢測到點H，并已飛出距離點H的距離大于圍合線4的直徑，則說明點H是圍合線4與直線L4的切點，然后再檢測圍合線4其它的點，即可以通過幾何換算，得出中心點B′的預判位置，此是本領域技術人員可以輕易實現的，不再詳細說明。

采用先檢測圍合線4，再得出中心點B′的預判位置，可以快速找到中心點B′，提高定位速度。

對于圍合線4為其它正多邊形形狀的，檢測原理與圓形類似，此是本領域技術人員可以輕易實現的，不再詳細說明。

S5，無人機飛至中心點的預判位置，在預判位置檢測中心點的激光。由于預判位置的范圍已經非常小，在預判位置檢測中心點B′的激光則速度很快。

為了提高中心點B′的激光檢測的準確度，可以使中心點B′的激光強度與圍合線4的激光強度不同，當采用中心點B′的激光強度與圍合線4的激光強度不同時，圍合線4可以是任意形狀，中心點B′也可以不在圍合線4的中心點，然后，無人機采用在圍合線4內逐行掃描飛行來檢測中心點B′的激光，算法簡單，但檢測時間較長。

S6，無人機檢測到中心點B′的激光后垂直降落至定點。

由于激光是朝一個方向射出，光束的發散度極小，大約只有0.001弧度，接近平行，所以中心點B′的激光基本還是點激光，正對著定點B，此時，無人機垂直降落，即可精確降落到定點B，定位非常準確。

S7，設置在定點B處的無線充電發射模塊發射無線電能給無人機的無線充電接收模塊，為無人機無線充電，完成無人機自動無線充電。

本發明結合GPS定位、紅外線定位以及激光定位來實現定點定位，逐步縮小定位范圍，定位精度非常高，算法簡單，計算量少，定位速度快，從而大大提高了無線充電效率和無人機續航能力，對硬件性能要求低，實現簡單，大大降低了成本。

如圖6所示，本發明還公開了一種用于實現上述的無人機自動無線充電方法的無人機自動無線充電系統，包括設置在定點處1的第一充電裝置和設置在無人機2的第二充電裝置，所述第一充電裝置包括第一衛星定位模塊11、紅外線發射裝置12、激光發射裝置14、主控制模塊13、無線充電發射模塊16和第一通信模塊15，所述第一衛星定位模塊11、紅外線發射裝置12、激光發射裝置14、無線充電發射模塊16和第一通信模塊15分別與主控制模塊13連接，所述第二充電裝置包括第二衛星定位模塊21、紅外線強度檢測裝置22、激光檢測裝置24、第二通信模塊25、無線充電接收模塊26和無人機主控制模塊23，所述第二衛星定位模塊21、紅外線強度檢測裝置22、激光檢測裝置24、無線充電接收模塊26和第二通信模塊25分別與無人機主控制模塊23連接，所述第一衛星定位模塊11用于獲取定點的衛星定位坐標，所述紅外線發射裝置12以一定發光角度豎直向上發射紅外線，所述激光發射裝置14豎直向上發射準直激光，所述準直激光在水平面的投影圖案包含一中心點和一圍合該中心點的圍合線，所述中心點與定點位于同一豎直線，所述第二衛星定位模塊21用于提供無人機的衛星定位坐標，所述紅外線強度檢測裝置22用于檢測水平面內的紅外線的強度，所述激光檢測裝置24用于檢測激光，所述第一通信模塊15與第二通信模塊25進行通信連接，所述無線充電發射模塊16用于發射無線電能，所述無線充電接收模塊26用于接收無線充電發射模塊16發射的無線電能。無人機通過第一充電裝置和第二充電裝置采用上述的自動無線充電方法實現無人機自動無線充電。

本具體實施例中，無線充電發射模塊16設置在無人機的支架內，當然，在其它實施例中，也可以是設置在機翼或無人機的其它地方。

盡管結合優選實施方案具體展示和介紹了本發明，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本發明的精神和范圍內，在形式上和細節上可以對本發明做出各種變化，均為本發明的保護范圍。