[發明專利]用于無人機充電的磁懸浮定位裝置及無人機和充電方法

有效

• 申請號: 201811202648.1
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109533329B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 符長虹;胡嘉文;李一鳴
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B64C39/02
• 分類號: B64C39/02;B60L53/12;B60L53/38;B60L53/35
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

本發明涉及一種用于無人機充電的磁懸浮定位裝置及無人機和充電方法，磁懸浮定位裝置包括無人機底板、立柱、兩根梁滑塊，豎直穿過滑塊活動設置末端執行機構，無人機底板、立柱、梁、滑塊以及末端執行機構內均設有線圈組，組合形成三自由度磁懸浮定位機構，末端執行機構的上、下端分別設有末端基座和無線充電接頭，末端基座中心設置上雙目攝像頭，無線充電接頭中心設置下雙目攝像頭，上雙目攝像頭與下雙目攝像頭處于同一豎直線上，無線充電接頭與充電基座對接，實現無線充電。本發明實現了無人機自主高效無線充電，并具有高穩定性、快速性、高精度、耐腐蝕、耐惡劣環境、壽命長等優點。

技術領域

本發明涉及無人機技術領域，具體涉及一種用于無人機無線充電的三自由度磁懸浮定位裝置及無人機和充電方法。

背景技術

多旋翼無人機正在廣泛研究并制造中，可以用于高危險環境完成指定任務，比如森林滅火或者人員救援，也可代替人工更高效地實現運輸或者監測任務。但是，為了實現更加精準地搬運或者對接任務，目前的多旋翼無人機均無法實現超高精度，雖然基于GPS，無人機可以行駛到遠距離以外的指定地點，但是精度只能達到數米級，最后幾米以內的精準定位卻無法很好的實現，尤其在多旋翼無人機貼近地面的時候，由于本身結構的不對稱加上空氣的擾動，機身很難保持絕對平穩，于是無法單靠GPS實現最后幾十厘米以內的精準定位，因此，在多旋翼無人機上，需要一種精度補償裝置來實現最后幾十厘米內的精準定位。

目前廣泛研制的多旋翼無人機，其存在一個仍未解決的重大難題，就是其續航問題。較為前沿的使用燃油的無人機滿速續航一般不超過2小時，較為前沿的電驅動的無人機滿速續航一般不超過1小時，所以在反復的巡航任務中，需要反復的充電操作，因此，為了更高效得實現無人機的作業任務，需要一種可靠的充電模式。

無線充電技術正在得到廣泛的應用，如用于手機充電，只需將手機放置在無線充電平臺中即可充電。部分專利也公開了無線充電技術應用于無人機中，如中國專利CN105471032A公開了一種無人機的無線充電系統，包括無人機和充電平臺，所述充電平臺上設置有無線充電傳輸裝置，所述無人機包括電源、控制處理模塊和無線充電接受裝置，所述控制處理模塊分別與電源和無線充電接受裝置相連接，所述無線充電接受裝置與電源電性連接，所述無線充電接受裝置接受無線充電傳輸裝置并給電源進行充電，能夠當無人機電量不足時自動降落并進行無線充電。中國專利CN105226836B公開了一種能夠自動充電的無人機、無人機充電系統和充電方法，包括數據收發模塊、控制模塊和電源；其中，所述控制模塊在解析所接收的控制指令為待機指令后，控制所述無人機進入待機模式并自動選定合適的充電站點以進行降落和充電；且所述控制模塊在解析所接收的控制指令為喚醒指令后，控制所述無人機從所述待機模式轉換為任務執行模式。

但基于電磁感應的無線充電技術，其充電效率受接收線圈與發射線圈之間的耦合系數的影響，耦合系數又取決于兩線圈之間的距離以及偏移量。拿兩個直徑為100mm的線圈舉例，當距離從0mm到5mm的時候，耦合系數從0.9變化到了0.5，當距離為10mm的時候，耦合系數下降到了0.2；當兩線圈偏移量從0mm到10mm時，耦合系數下降到了0.4，當偏移量到達20mm的時候，耦合系數已將下降到0；當偏移量和距離同時作用的時候，耦合系數下降的更為明顯。由此看出，無線充電效率受到線圈之間距離以及偏移量很大的影響，看似不起眼的偏離，最后可能導致充電時間是精準放置時充電時間的幾十倍甚至幾百倍，因此，為了高效充電，需要兩線圈之間的精準對接，然而其在日常無人機無線充電中難以實現。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種用于無人機充電的磁懸浮定位裝置及無人機和充電方法，實現無人機在飛行過程中自動靠近無線充電基座并停靠于其上，隨后精準對接，實現全自動高效無線充電。

本發明的目的通過以下技術方案實現：