[發明專利]一種能夠野外自動充電的智能飛行器系統及其充電方法

有效

• 申請號: 201510001028.1
• 申請日: 2015-01-04
• 公開（公告）號: CN104494833A
• 公開（公告）日: 2016-09-07
• 發明（設計）人: 朱川;吳桐桐;韓光潔;劉國高;張賽
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: B64D27/24
• 分類號: B64D27/24;B64C27/00;B64D47/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種能夠野外自動充電的智能飛行器系統及其充電方法。

背景技術

四軸飛行器是一種常見的多旋翼飛行器，其通過支架支撐前后、左右兩組共四個旋翼，每組旋翼旋向相同，兩組旋翼分別互為正反旋翼，兩組旋翼旋向相反，從而抵消飛行器機體扭力矩，防止自旋，保持機體平衡。四軸飛行器通過改變各旋翼旋轉速來改變升力，進而改變四軸飛行器的飛行姿態和位置。由于其結構緊湊、質量輕、動作靈活、抗風能力強，一般適宜在比較狹小的空間或者復雜地形環境中使用，可應用于野外信息/數據采集等任務。

但是，四軸飛行器的飛行距離嚴重受限于供電能量（電池容量），目前常用的方法是增加電池容量，但電池容量的增加會造成飛行器負重增大、輸出功率隨之上升，飛行距離無法隨著所攜帶的電池容量增加而線性增加，制作成本與電池技術限制著飛行器的最遠飛行距離，因此無法從根本上解決飛行器飛行距離受限的問題。

目前，已有部分組織與人員對飛行器的的充電問題進行了設計，如中國科學院自動化研究所公開號為CN103944236A的中國發明專利”基于自然能蓄電的無線充電平臺”。該平臺將收集到的太陽能、風能轉化為存儲于蓄電池中的電能。當智能飛行器停落于該充電平臺上時，平臺開始對飛行器進行無線充電。但是，此發明專利存在如下問題：

1、對環境條件要求高，不適于大量部署。該充電平臺需要安放在日照條件良好或風力充足的環境下，以滿足內部蓄電池的蓄電要求，因此前期選址難度較高。然而，過少的充電平臺不能有效保證任務區域內所有的飛行器及時得到電能補充。

2、應對惡劣自然條件的能力差。該充電平臺中的基礎設施包括正在充電的飛行器并不是處在一個完全密封的受保護的環境中，因此并不能有效應對惡劣天氣、野生動物等的干擾和破壞。

3、不具備通信能力，同時缺乏與之配套的系統與方法，幫助飛行器自動查找可用充電平臺，前往并完成充電過程。因此有可能會造成多臺飛行器在一座充電平臺周圍排隊等待充電，同時又有多個充電平臺處于空閑狀態的現象。

4、充電效率低，充電時間長。為了簡化充電過程，該充電平臺采用了充電效率較低無線充電方法，但是忽略飛行器在執行野外任務時的連貫性和時效性。較長的充電時間難以保證任務完成質量。

因此，需要一種方便高效的智能飛行器野外自動充電系統和方法，保證飛行器在低電量時能夠及時在任務途中得到能量補充，以此提高野外信息/數據采集任務的作業范圍。

發明內容

本發明主要解決的問題是提供一種基于智能飛行器的野外自動充電系統與方法，該系統與方法操作簡單，耗費成本低廉，實用性強，可以在不返程的條件下自動完成充電工作。

?為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種能夠野外自動充電的智能飛行器系統，包括用于執行野外信息和數據采集任務的智能飛行器以及充電倉平臺，所述智能飛行器利用預先部署于不同地理位置的多個充電倉平臺作為基礎充電設施，在智能飛行器電量低于預設值時自動完成對可抵達范圍內所有充電倉平臺的查找，飛行至可用充電倉平臺進行充電，并在充電完成后返回原任務執行地點繼續工作。

上述智能飛行器除了作為基本設備載體四軸飛行器主機體外，還包括飛行器主控模塊、氣壓檢測傳感模塊、GPS模塊、角速度傳感器模塊、飛行器無線通信模塊、數據存儲模塊、充電電池模塊、腳輪以及壓力傳感模塊；

所述飛行器主控模塊，用于控制整個智能飛行器的正常運行，控制各模塊的開閉，協調各部分軟件硬件模塊的工作，處理飛行器所獲得的信息，以實現自動充電的高效完成；

所述氣壓檢測傳感模塊，用于檢測當前氣壓值從而計算并控制當前飛行高度，通過讀取任務執行區域最高海拔高度h，從而求得智能飛行器適應維持的飛行高度H，其中H=α*h；α為高度安全系數，其中α>?1，用于確保智能飛行器在水平飛行過程中不被其他障礙物所阻攔；

所述GPS模塊，用于檢測智能飛行器的地理位置信息，當飛行器監測到當前電量過低的預警后，會自動記錄下當前任務執行地點的地理位置信息，智能飛行器在GPS模塊導航下，前往指定的充電倉平臺完成蓄電，蓄電完成后，智能飛行器返回任務執行中斷地點繼續完成任務；

所述角速度傳感器模塊，用于智能飛行器導航、航行過程中的的位置控制和姿態控制，在飛行器進入充電倉平臺時，實時調整角度，使機身保持水平狀態；