[發(fā)明專利]一種基于無人機(jī)自動(dòng)巡航的可移動(dòng)無線充電系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010598870.9
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN112104091A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦利鋒;歐陽溯;林茂宇
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J50/00
• 分類號(hào): H02J50/00;B64D47/00;B64C39/02;H04W4/40;H04W4/02;H04W84/18
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發(fā)明提供了一種基于無人機(jī)自動(dòng)巡航的可移動(dòng)無線充電系統(tǒng)，采用具有自主規(guī)劃路徑功能的無人機(jī)作為無線充電設(shè)備的移動(dòng)手段，為大規(guī)模布置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場合的內(nèi)置電池進(jìn)行充電；系統(tǒng)包括無人機(jī)控制模塊、機(jī)載定位模塊、機(jī)載無線充電裝置、無人機(jī)啟停無線充電平臺(tái)、通信模塊、平臺(tái)內(nèi)置控制中樞、云端服務(wù)器；應(yīng)用本技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)自主規(guī)劃路徑，攜帶無線充電設(shè)備定位到指定位置，為無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)置電池進(jìn)行充電。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線充電領(lǐng)域，具體是指一種基于無人機(jī)自動(dòng)巡航的可移動(dòng)無 線充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集節(jié)點(diǎn)通常依靠傳統(tǒng)的電池來提供能量，如鎳氫電池、 鋰聚合物電池等，然而化學(xué)電池壽命有限且攜帶的電能較小，一旦電池用盡， 這些節(jié)點(diǎn)就會(huì)失效，而這些繁多的傳感器節(jié)點(diǎn)往往布置在比較復(fù)雜惡劣的環(huán)境 中，人工實(shí)時(shí)地更換電池費(fèi)用昂貴。因此，研究人員提出自供電方式(太陽能 發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、振動(dòng)能發(fā)電等)，能從周圍環(huán)境吸收能量，轉(zhuǎn)化為電能為無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)置電池充電或替代電池供電。但是太陽能、風(fēng)能的能量輸出大 小及收集效率受天氣、體積等因素的限制；而振動(dòng)能量收集也主要依賴于周圍 環(huán)境的振動(dòng)，這些自供電的方式受環(huán)境限制過大，無法得到一個(gè)穩(wěn)定高效的能量供給。而主動(dòng)供能方式受環(huán)境的限制較小，能夠自主穩(wěn)定可控地提供能源供 給。

主動(dòng)供能的無線充電技術(shù)按照使用的電磁波的頻段進(jìn)行劃分，總體上可以 分為兩大類:基于非輻射電磁場(近場頻段)，如電磁感應(yīng)式、磁場共振式、電 場耦合式和無線電波式；基于輻射性的電磁場(遠(yuǎn)場頻段)：如基于光伏效應(yīng)的 激光充電。其中近場頻段的無線充電方式傳輸距離較短，不在極近的范圍內(nèi)就 無法進(jìn)行有效的充電(比如電磁感應(yīng)式充電距離一般不超過10cm)。遠(yuǎn)場頻段 中的基于光伏效應(yīng)的激光充電方式雖然能有效地進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，但是這種充 電方式也存在一些缺陷，其一是傳輸?shù)姆较蚬潭ǎ恰包c(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式，為大規(guī)模 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充電時(shí)效率過低；二是在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境中，無線傳感器節(jié)點(diǎn)往往放置在高空等復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)中，從地面發(fā)射的無線充電源往往無 法精確對(duì)準(zhǔn)無線傳感器節(jié)點(diǎn)上的無線能量接收裝置；三是激光束的能量場強(qiáng)度 高，匯聚能量強(qiáng)，接收端會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，存在安全隱患。這些無線充電方 式的不足導(dǎo)致無線傳感器節(jié)點(diǎn)的主動(dòng)供能領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用受到了限制。因而對(duì) 能兼顧大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的非接觸式供電技術(shù)提出了要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于無人機(jī)自動(dòng)巡航的可移動(dòng)無線充電系統(tǒng)， 可自主規(guī)劃路徑，攜帶無線充電設(shè)備定位到指定位置，為無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的 內(nèi)置電池進(jìn)行充電。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于無人機(jī)自動(dòng)巡航的可移動(dòng) 無線充電系統(tǒng)，其特征在于：采用具有自主規(guī)劃路徑功能的無人機(jī)作為無線充 電設(shè)備的移動(dòng)手段，為大規(guī)模布置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場合的內(nèi)置電池進(jìn)行 充電；系統(tǒng)包括無人機(jī)控制模塊、機(jī)載定位模塊、機(jī)載無線充電裝置、無人機(jī) 啟停無線充電平臺(tái)、通信模塊、平臺(tái)內(nèi)置控制中樞、云端服務(wù)器；所述無人機(jī) 控制模塊、機(jī)載定位模塊以及機(jī)載無線充電裝置均設(shè)置于無人機(jī)上；

所述通信模塊內(nèi)置于所述無人機(jī)啟停無線充電平臺(tái)，所述通訊模塊接收到 所述通訊模塊的信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的低電量報(bào)警信號(hào)，所述 平臺(tái)內(nèi)置控制中樞根據(jù)接收到的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和空間坐標(biāo)，規(guī)劃 無人機(jī)工作路徑，將生成無人機(jī)工作路徑的地圖發(fā)送到所述無人機(jī)控制模塊 中，接收到命令的無人機(jī)根據(jù)無人機(jī)工作路徑從無人機(jī)啟停無線充電平臺(tái)起 飛；無人機(jī)從所述機(jī)載定位模塊接收飛行動(dòng)作調(diào)整指令，根據(jù)飛行動(dòng)作調(diào)整指 令控制各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，對(duì)無人機(jī)的航線進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，飛到發(fā)出低電量 報(bào)警信號(hào)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處，所述機(jī)載無線充電裝置對(duì)搭載了無線能量 接收裝置的無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電；當(dāng)發(fā)出低電量報(bào)警信號(hào)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)依次完成充電任務(wù)后，無人機(jī)返回?zé)o人機(jī)啟停無線充電平臺(tái)。

在一較佳的實(shí)施例中：無人機(jī)在充電期間電量不足時(shí)，先返回平臺(tái)充電， 再繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。